微缺陷诱发致PEO过程陶瓷层击穿阻抗平衡调控与机理

等离子体电解氧化（PEO）中后期陶瓷层生长速率慢与能效低是该技术面临的难题。申请者提出PEO陶瓷层击穿阻抗概念，认为陶瓷层击穿阻抗非均衡发展，迫使等离子体放电击穿作用发生局部偏聚，造成陶瓷层过热烧蚀，是中后期陶瓷层生长速率慢与能效低问题的关键所在。根据对PEO击穿阻抗特性等方面综合分析，拟引入超声波和特超声波微振动诱发微缺陷来改善击穿阻抗特性；采用多时间点静态测试方法揭示击穿阻抗的演变特征与规律性；利用C扫描声成像等先进技术对PEO过程微缺陷动态特性与行为进行检测分析；系统研究击穿阻抗的发展与调控作用机理。主要研究内容：1）微缺陷诱发特性与超声波技术参数的关系；2）PEO过程击穿阻抗动态特性与微缺陷特性之间的相关性；3）击穿阻抗演变特征及调控对陶瓷层生长速率和能效的影响规律；4）基于微缺陷诱发改善PEO功效的工艺方案制定规范。为有效突破PEO中后期陶瓷层生长速率慢和能效低难题提供理论依据。

等离子体电解氧化(简称PEO)，或称微弧氧化（简称MAO)，是一种新颖的等离子体增强化学-电化学-烧结等物理化学冶金综合过程，可在铝、镁、钛等阀金属及其合金表面原位反应生长出与基体结合牢固的氧化物陶瓷层，从而有效改善被处理表面的耐磨性和耐蚀性等。然而， PEO中后期陶瓷层生长速率慢与能效低是该技术面临的难题。本项目提出PEO 陶瓷层击穿阻抗概念，认为陶瓷层击穿阻抗非均衡发展，迫使等离子体放电击穿作用发生局部偏聚，造成陶瓷层过热烧蚀，是中后期陶瓷层生长速率慢与能效低问题的关键所在。根据对PEO 击穿阻抗特性等方面综合分析，引入了超声波微振动诱发微缺陷来改善击穿阻抗特性。在项目开展过程中，专门定制了高频率超声波处理装置，结合本实验室已有的PEO装置开展了一系列PEO陶瓷涂层制备与检测分析实验，并进行了比较系统深入的理论研究。采用扫描电镜、X射线衍射和交流阻抗谱的检测分析手段研究了超声波对PEO 过程陶瓷层的微缺陷动态特性与行为；研究了击穿阻抗的发展与调控作用机理等。研究结果表明，采用合适的超声波参数，可以对PEO 过程缺陷诱发、直至PEO 过程及其陶瓷层的形成产生显著的改善影响作用。在研究过程中还发现了一种新奇的电压异变现象，开发了一种对深入研究PEO机理具有重要价值的氧化物陶瓷涂层完整获取工艺技术。这些都为进一步深入研究PEO陶瓷层形成机理奠定了良好的研究基础。项目组全体成员通力合作和共同努力，由此展开了一系列基础性研究，在本领域具有较高影响力的国际学术刊物上发表了一些具有较高学术水平的研究论文；申请并获得了2项中国发明专利授权。