“采用航天科技”是大家經(jīng)常聽到的廣告語，雖然其中大多數(shù)都是忽悠，但現(xiàn)在你所看到的絕對靠譜。我們敢說，當(dāng)你撫摸HTC One S手機(jī)的外殼時(shí)，那感覺就如同你在觸摸衛(wèi)星，因?yàn)樗鼈儾捎昧讼嗤谋砻嫣幚砉に嚒⒒⊙趸?/P>

2012年4月，HTC發(fā)布了One系列手機(jī)，其中的One S尤其引人注目。One S的不凡之處在于它的特殊材料：一塊撫摸起來如同陶瓷般觸感的鋁合金外殼。

我們都知道，金屬和陶瓷是兩種截然不同的物質(zhì)，它們的觸感也完全不同。但One S手機(jī)的后蓋卻同時(shí)擁有了金屬的質(zhì)感和陶瓷的觸感，另外整塊材料的表面呈現(xiàn)出一種由亮至暗的漸變色澤。最奇怪的是，黑色是這塊鋁合金本身的顏色，一般來說這意味著鋁合金沒有氧化層的保護(hù)。然而根據(jù)官方資料的介紹，One S手機(jī)的后蓋擁有目前最頂級(jí)的防腐蝕和耐磨性能。創(chuàng)造出這些不可思議現(xiàn)象的，正是源于頂級(jí)的鋁合金材料和前沿的微弧氧化工藝。

與NASA(美國國家航空航天局)制造的人造衛(wèi)星一樣，這塊后蓋的材料采用了航空級(jí)的6000系列鋁合金。未經(jīng)過處理的鋁合金原材料分為很多等級(jí)，從1000系列到9000系列，每個(gè)系列都可以用于陽極氧化，其中只有2000系、6000系和7000系屬于航空級(jí)材料。6000系鋁合金以鎂和硅為主要合金，被公認(rèn)為是最耐腐蝕、強(qiáng)度高、易于焊接的材料，也是高檔山地自行車的制作材料，可見成本不菲。

而微弧氧化也是廣泛用于航空航天領(lǐng)域的一種金屬表面處理工藝，當(dāng)微弧氧化與6000系鋁合金相結(jié)合時(shí)，就創(chuàng)造出了用于人造衛(wèi)星外殼的特殊材料。

一時(shí)間，這項(xiàng)前沿的金屬表面處理工藝—微弧氧化就成為了手機(jī)外殼最炫、最耐磨、最頂級(jí)的代名詞。此時(shí)我們不禁會(huì)想到，到底有幾種金屬表面處理工藝？微弧氧化和廣泛應(yīng)用的陽極氧化又有什么區(qū)別呢？

究竟有幾種金屬表面處理工藝？

絕大多數(shù)金屬處理工藝都是在金屬的表面做文章，所以常被人們籠統(tǒng)地叫作金屬表面處理工藝。

常見的金屬處理工藝有金屬淬火、金屬氮化、金屬表面變形強(qiáng)化、金屬表面覆層強(qiáng)化、金屬磷化和金屬氧化等。目前最火的微弧氧化和陽極氧化就是金屬氧化處理中的兩種工藝。

1.金屬淬火可謂是金屬處理工藝的開山鼻祖，它的歷史比金屬氧化要古老得多。大家在歷史劇中一定經(jīng)?？吹借F匠打鐵的場景，當(dāng)一把通紅的劍被鐵匠反復(fù)捶打成型后，會(huì)立即放入冷水里冷卻，伴隨著刺耳的“嗤嗤”聲，大量的水蒸氣蒸騰而出。這就是金屬的淬火過程，目的是大幅度提升金屬的硬度，缺點(diǎn)是脆性會(huì)增加。淬火在本質(zhì)上屬于金屬處理工藝中的熱處理。

2.金屬氮化其實(shí)是一系列氮化處理的統(tǒng)稱，包括滲碳、滲氮、碳氮共滲等具體工藝。金屬氮化處理的效果和金屬氧化差不多，但金屬氮化的主要目的是為了提升金屬的耐磨性，在其他方面則比不上金屬氧化。在本質(zhì)上，金屬氮化屬于熱處理。

對耐磨性要求較高的工業(yè)齒輪一般采用氮化處理

3.表面變形強(qiáng)化是指利用外力使金屬發(fā)生變形或塑造金屬的模樣，如噴丸、滾壓等，這是一種純物理的金屬處理。

4 .表面覆層強(qiáng)化就是我們見過非常多的金屬噴涂、電鍍等等工藝，是在金屬表面覆蓋上一層其他金屬或物質(zhì)。這也是一種純物理的金屬處理。

5 .金屬磷化處理也是一種熱處理，主要目的是為了提升金屬的抗腐蝕能力和提高油漆漆膜的附著力。

6.本文重點(diǎn)探討的微弧氧化和陽極氧化屬于金屬氧化處理，它們與其他金屬處理工藝最大的區(qū)別是在工藝中需要借助電流的作用，因此屬于電化學(xué)的范疇。

等離子態(tài)

微弧氧化室的放電控制設(shè)備

弧光放電

別看金屬處理的工藝有這么多，但它們并不適用于所有金屬材料。有的金屬由于本身的化學(xué)特性，只能進(jìn)行氧化或者氮化處理，例如磷只能和活潑金屬鈉或者鈣進(jìn)行反應(yīng)，所以一般的金屬很難進(jìn)行磷化處理。而淬火和氮化處理大多是與鋼材相關(guān)的處理工藝。再加上效果和成本的考慮，不同的金屬只能選擇最適合自己的處理工藝。在多種因素的作用下，氧化處理是大部分金屬適用并應(yīng)用最廣泛的金屬處理工藝。

從微觀看微弧氧化

想要弄清楚微弧氧化的原理，首先讓我們先回顧一下陽極氧化的原理：把鋁及鋁合金放在對應(yīng)的電解液中，在金屬表面上通過電流，從而在表面上形成一層氧化膜的過程(詳細(xì)技術(shù)解析請參考本刊4月上的《陽極氧化，金屬的救贖》)。微弧氧化與陽極氧化最大的區(qū)別則在于通過的電流強(qiáng)度和形成的保護(hù)膜。

HTC One S的后蓋正在進(jìn)行微弧氧化處理

簡單來說，微弧氧化是在普通陽極氧化的基礎(chǔ)上，通過高壓放電強(qiáng)化金屬制品(陽極)的氧化反應(yīng)，最終在鋁、鈦、鎂金屬及其合金的材料或制品上形成強(qiáng)化的陶瓷膜。

顯微鏡下的40微米陶瓷層

實(shí)際上，微弧氧化(MAO)又叫做等離子體電解氧化(PEO)。這里面的等離子體是如何產(chǎn)生的呢？要解答這個(gè)問題，先讓我們從太空中尋找答案。

微弧氧化膜的剖面圖

宇宙中大部分發(fā)光的星球，其內(nèi)部溫度和壓力都極高，這些星球的內(nèi)部物質(zhì)不可能呈現(xiàn)固態(tài)、液態(tài)或者氣態(tài)這三種常態(tài)，只會(huì)呈現(xiàn)出一種等離子態(tài)。當(dāng)原子丟失或者增加電子的時(shí)候，原子就變成了離子。當(dāng)溫度不斷的升高，氣體分子就會(huì)分裂成獨(dú)立的原子。再進(jìn)一步升高溫度，連原子中的電子都會(huì)單獨(dú)“逃”出來，并自動(dòng)完成了一次電離。這種過程如果一直持續(xù)下去，自由電子和離子的濃度會(huì)逐漸增加，物質(zhì)會(huì)構(gòu)成一種散亂無序的“混沌”狀態(tài)。當(dāng)濃度達(dá)到一定量時(shí)，物質(zhì)的本質(zhì)就發(fā)生了根本性的變化，這時(shí)整個(gè)物質(zhì)就處于物質(zhì)的第四態(tài)：等離子態(tài)。

等離子態(tài)的氧氣和電解質(zhì)接觸會(huì)讓鋁制品產(chǎn)生微弧氧化的效果，但如何在人工環(huán)境中快速、劇烈地升溫，從而制造出等離子態(tài)的氧氣呢？答案是：一萬伏特的電擊！相當(dāng)于閃電的瞬間電壓，這也是HTC One S手機(jī)外殼在微弧氧化時(shí)所采用的電壓。

當(dāng)一萬伏特的電流擊穿氧氣時(shí)，氣體會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的弧狀放電這一自然現(xiàn)象，并產(chǎn)生數(shù)千至上萬度的高溫。這一切的劇烈反應(yīng)都發(fā)生在一小塊面積的鋁制品上，在那里，化學(xué)、電化學(xué)、等離子體氧化同時(shí)發(fā)揮著作用，最終在鋁制品上形成一層非常復(fù)雜的黑色陶瓷層結(jié)晶。至此，微弧氧化就算完成了。只是由于過程太過復(fù)雜，至今沒有一個(gè)詳細(xì)的模型能夠全面描述陶瓷層的形成過程。

最炫、最強(qiáng)的金屬氧化

經(jīng)過劇烈的微弧氧化處理之后，鋁、鎂、鈦及其合金的表面上會(huì)形成數(shù)十或數(shù)百微米的陶瓷層。這種陶瓷層不僅克服了陽極氧化的缺陷，并且前所未有地提高了氧化膜層的綜合性能。陶瓷層與基體牢固結(jié)合、結(jié)構(gòu)緊密，具有超強(qiáng)的韌性、耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性。微弧氧化后的鋁合金強(qiáng)度是未處理前的5倍，是不銹鋼強(qiáng)度的3倍，同時(shí)抗腐蝕性比一般的陽極氧化要好得多。據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)顯示，微弧氧化后的鋁制品比陽極氧化后的鋁制品耐腐蝕性要高3個(gè)數(shù)量級(jí)，也就是數(shù)百倍的程度。

另外，采用微弧氧化外殼的電子產(chǎn)品非常耐磨，甚至有不再需要保護(hù)套，可直接抵抗鑰匙等硬物刮擦的說法。對此，《微型計(jì)算機(jī)》評(píng)測室將會(huì)在第一時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。

有讀者還會(huì)問，目前陽極氧化已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)近10種色彩，而微弧氧化似乎只有黑色一種色彩？實(shí)際上，雖然HTC One S采用黑色的微弧氧化鋁合金后蓋，但這并不意味著微弧氧化的金屬制品只能是黑色的本色。

與陽極氧化相同，微弧氧化也可以采用吸附有機(jī)或無機(jī)染料著色法，制造出白色、咖啡色、淺綠色、灰色等美觀色。不同的是，陽極氧化吸附的染料在表面膜層上不夠穩(wěn)定，可能會(huì)出現(xiàn)褪色的情況，還會(huì)導(dǎo)致金屬制品的耐磨性和防腐蝕性能稍稍降低；而微弧氧化后的金屬表面色澤穩(wěn)定，陶瓷層吸附染料也不會(huì)導(dǎo)致防腐耐磨性能降低。無論從哪方面看，微弧氧化無疑都比陽極氧化更勝一籌。

當(dāng)然，彩色的微弧氧化處理相比黑色的金屬本色在技術(shù)難度和成本上更高，因此這主要是看廠商的選擇。

可能有讀者馬上會(huì)問，要如何分辨微弧氧化和陽極氧化呢？其實(shí)這再簡單不過了，只要你動(dòng)手一摸，那種陶瓷般的觸感，就是微弧氧化最好的“身份證”，陽極氧化無論如何也模擬不出這種感覺。

朝氣蓬勃的微弧氧化

雖然微弧氧化的陶瓷膜較陽極氧化膜在防腐蝕、耐磨性、電絕緣性和裝飾性等方面都有明顯的改善和提高，但并不意味著微弧氧化就屬于高端市場的專有產(chǎn)物。事實(shí)上，微弧氧化正體現(xiàn)出非常明顯的普及趨勢。

理論上，微弧氧化適合所有的金屬行業(yè)，但客觀上由于微弧氧化所需電功率太大，因此更適合于小工件的產(chǎn)業(yè)，航空航天和IT產(chǎn)品正好符合微弧氧化的應(yīng)用目標(biāo)。除了已經(jīng)推出的HTC One S手機(jī)之外，其他一些筆記本電腦品牌也傳出將開發(fā)采用微弧氧化工藝產(chǎn)品的消息。

除了所需電功率較大之外，微弧氧化工藝實(shí)際上并不算復(fù)雜，所使用的硅酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等電解質(zhì)是環(huán)保無毒的，對鋁材的要求也不高，不管是6000系的航空級(jí)鋁材，還是難以陽極氧化的含銅、含硅鋁材都可以進(jìn)行微弧氧化，并且能得到理想的陶瓷結(jié)晶層。微弧氧化在處理過程中會(huì)自動(dòng)對制品表面進(jìn)行拋光處理，一些粗糙的制品表面可以修復(fù)得平整光滑，在一定程度上也節(jié)省了后期成本。

微弧氧化由于具有工藝簡單、占地面積小、效果強(qiáng)、效率高、適合規(guī)模生產(chǎn)，又對環(huán)境污染小，因此目前在諸多行業(yè)都處于蓬勃發(fā)展的時(shí)期?？梢灶A(yù)見在未來的IT領(lǐng)域，微弧氧化工藝也將會(huì)迎來大規(guī)模應(yīng)用的時(shí)代。