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金属表面等离子体电解氧化涂层研究进展

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-12  浏览次数:827

等离子体电解氧化(Plasma Electrolytic Oxidation,简称PEO)又称微弧氧化,是一种在铝、钛、锆、铌等轻金属表面原位制备陶瓷涂层的新方法。制备过程除发生电化学反应外,还包括热化学反应、微区高温高压烧结反应等,等离子体放电及涂层生长机理非常复杂,所形成的陶瓷涂层呈晶态或非晶态结构特性。针对汽车、航空航天对材料的轻质化和功能化发展方向,等离子体电解氧化方法在改善铝、钛合金发动机缸体摩擦学特性方面具有重要应用前景。

针对影响摩擦性能的陶瓷涂层微结构、微缺陷等研究工作,力学所技术发展部夏原研究员及合作者研制了等离子体电解氧化自动控制系统,建立了PEO瞬态伏安特性测定方法,研究了PEO瞬态伏安特性和陶瓷涂层的微观结构关系。从电化学分析角度,揭示出陶瓷涂层生长的三个不同特征。利用电化学阻抗谱(EIS)对铝合金PEO陶瓷涂层在酸、碱、盐溶液中耐腐蚀性进行了表征。

 

针对在钢表面难以原位制备陶瓷涂层的难题,采用预制铝层并进行PEO陶瓷化处理的方法,在钢表面制备出包含Al2O3层、Al层和Fe-Al层的复合陶瓷涂层。针对镀层陶瓷化难以准确评价的问题,以上述三类性质各异的镀层为组元,建立归一化厚度组元配比图。通过计算发现,适当控制界面铝层厚度,在复合陶瓷涂层内可缓解界面剪切应力,铝层具有阻止和延缓横向拉伸裂纹向涂层表面扩展的能力。采用纳米压入方法(立方角压针)测定了陶瓷涂层的断裂韧性,由于放电孔洞影响,弹性模量和硬度随压入深度变化出现了异常曲线。放电孔洞促使陶瓷涂层压痕裂纹的扩展方向发生偏转,一定程度上提高了陶瓷涂层的断裂韧性。

 

相关研究成果已获多项发明专利,并在铝合金发动机内壁陶瓷化处理上获得应用,曾获重庆市科技进步三等奖。研究工作发表在Applied Surface Science (2007, 253(20):8398~8403), Transactions of Nonferrous Metals Society of China (2007,17(5):934~939;2006,16(5):1097~1102;2005,15(3):565~570) 和金属学报(2008,44(1):119~124),无机材料学报(2007,22(3):534~538;2008,23(4):783~788)近期工作连续被Surface and Coatings Technology(Article in Press, Corrected Proof, 2008)接受并将发表。该工作得到了国家自然科学基金委的资助。

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