阴极等离子体电解氧化表面改性新方法探索

阴极等离子电解氧化(CPEO)打破等离子体电解领域传统认识,利用液相放电现象,使钢铁及钛基材料阴极表面快速氧化,是一种氧化膜制备新方法,提高了材料的耐磨、耐蚀性能。与微弧氧化或阳极等离子电解氧化技术相比,CPEO技术的氧化膜生长速率显著提高,并适用于各种钢铁材料表面改性。介绍了CPEO技术的基本原理,包括液相放电现象和电压电流的演变过程、气膜形成与击穿过程、阴极内部近表面温度随电压变化规律和快速氧化过程,并对比分析了CPEO与阳极等离子体电解氧化和电解渗技术原理的共性与差异。介绍了光发射谱测量和等离子体参数的计算结果,分析阴极等离子体放电环境中阴极等离子体电解氧化机制。进一步总结了碳钢、不锈钢、Mo、TiAl合金表面CPEO膜的形貌、组织结构和性能特点,分析电解液中悬浮的碳粉特性,探讨放电过程中类金刚石(DLC)成分合成的可行性,并初步制备出含DLC成分的CPEO复合氧化膜。最后总结并展望了CPEO技术的发展方向以及应用前景。

阴极等离子体电解沉积铁镍/氮掺杂碳及其电催化产氧

目的提高阳极产氧催化剂的催化活性与稳定性,降低电解水制氢能耗。方法在含尿素、甲酰胺及三乙醇胺的有机体系电解液中,采用阴极等离子体电解沉积技术于TC4钛合金表面沉积了FeNi/N掺杂碳膜层,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)及X射线光电子能谱仪(XPS),对所合成材料的物相组成、形貌及表面元素价态进行表征。采用三电极体系,所合成膜层作为工作电极,铂丝与饱和甘汞电极分别作为对电极与参比电极,通过线性扫描伏安法(LSV)、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱及计时电位法于1.0 mol/L KOH溶液中评价了所合成材料的电催化产氧活性与稳定性。结果所合成膜层物相主要由FeNi、N掺杂碳构成,表面呈粗糙多孔结构,电解沉积70min所得FeNi/N掺杂碳在10 mA/cm^(2)下的析氧过电位为0.20 V,显著低于反应10、40、100 min下所得样品,产氧性能优于贵金属IrO_(2)和RuO_(2),同时该样品呈现出较低的电荷转移电阻(1.75Ω)和塔菲尔斜率(38.3 mV/dec),以及优异的稳定性。结论膜层表面粗糙多孔结构可有效增强传质,并为电催化产氧提供丰富的活性位点,进而改善其产氧性能。此外,材料简易的制备方法及自支撑结构可简化电极制备成本,使其在电解水领域表现出潜在的应用前景。

阴极等离子电解沉积技术简介及其研究进展

阴极等离子电解沉积是一种将传统电解和等离子体相结合的表面处理与材料制备技术,与传统的表面处理技术相比,该技术在能量消耗、制备速率、沉积层表面致密度、与基体结合力等方面均有大幅度改善,因此备受关注。概述了阴极等离子电解沉积的基本机理,包括电压-电流的演变过程、气体鞘层的形成过程、等离子体的演变规律和金属离子的沉积现象等,在此基础上讲解了阴极等离子电解沉积的技术优势。针对阴极等离子电解沉积过程中复杂的影响因素,分析并探讨了电压、占空比、时间等电参数以及酸含量、添加剂、电解液浓度等溶液参数对阴极等离子电解沉积的影响规律。在此基础上,重点综述了近年来阴极等离子电解沉积在多个领域的研究进展,包括先进陶瓷涂层、金属涂层以及复合涂层的制备,纳米电催化剂、纳米微球、中空微球和石墨烯等功能材料的合成以及渗碳、渗氮等领域的应用等。最后总结并展望了阴极等离子电解沉积在涂层领域的发展方向以及催化剂、石墨烯等其他新型领域的研究前景。

阴极等离子体电解沉积技术研究进展

阴极等离子体电解沉积(CPED)技术是一种新型材料表面改性技术,在腐蚀防护、高温抗氧化和催化等诸多领域具有潜在应用前景。首先简要介绍了CPED技术的发展历程,包括推进该技术发展的一些重要事件。概述了CPED放电机理的相关研究,包括在其不同发展阶段提出的单一气膜层击穿理论和气-固双电介质层理论模型。在此基础上对CPED工艺及涂层制备的改性调控方法进行了系统性的总结,包括通用性的气膜层改性和特异性的涂层调控改性,并提出了其中的问题和不足。重点综述了近年来CPED技术沉积涂层的研究进展,包括CPED技术制备金属涂层、合金涂层、合金基复合涂层、陶瓷涂层、改性陶瓷涂层和碳材料等方面的研究,着重总结了CPED制备金属和合金基涂层及改性陶瓷涂层的结构与性能。最后,针对CPED技术的研究前景、发展方向和待解决问题进行了展望,包括其潜在的应用领域、工艺与机制研究、可制备涂层体系以及环境友好性的不足和相应的改进研究方向。CPED技术应用潜力巨大,仍需开展更加系统、深入和全面的研究工作,以进一步拓展其可制备涂层体系和应用领域。

阴极等离子电解大面积沉积弥散Pt微粒增韧8YSZ热障涂层

采用大气等离子喷涂(APS)在高温合金表面制备一层Ni Co Cr Al Y粘结层,然后采用阴极等离子电解沉积(CPED)制备一层弥散Pt微粒的8YSZ涂层。通过在电解液中加入陶瓷微珠,促使阴极表面发生均匀的等离子微弧放电,实现了在大面积样品上沉积8YSZ涂层。获得的涂层厚度到达120μm,具有多孔结构,由立方相和四方相8YSZ以及Pt组成。1100℃空气中循环氧化的结果表明,随着涂层中Pt含量的的增加,涂层的抗高温氧化和抗剥落性能得到明显提高。Pt微粒对8YSZ涂层的增韧作用主要为:Pt微粒塑性变形吸收裂纹扩展的能量,钝化裂纹尖端,减小裂纹尺寸,提高涂层的临界断裂应力。

空心阴极等离子烧结AlN陶瓷

将空心阴极效应运用于AlN陶瓷的烧结,选用自蔓延高温合成的AlN粉体为原料,用Y2O3-CaO-Li2O作为烧结助剂,制备出了致密度高,导热性能好的AlN陶瓷.在添加5.5wt％的Y2O3-CaO-Li2O(Y2O3:Li2O:CaO=44:6:5wt％)作为烧结助剂,在1700℃,保温3h的烧结条件下,获得相对密度为98.89％,热导率为93.8 W/(m·K)AlN烧结体.烧结体的断口SEM照片显示烧结试样的晶粒生长发育完善,晶粒轮廓清晰呈尖锐的多面体形状,晶粒大小均匀,气孔和晶界相少,断裂模式为穿晶断裂.TEM表明:晶界相少,且大部分都缩至三角晶界,AlN颗粒与颗粒接触紧密.

空心阴极等离子烧结功率输出特性研究

提出一种空心阴极放电等离子烧结方法 ,并对该种工艺过程中的加热功率特性进行了试验研究。结果表明 ,放电加热功率的大小与空腔尺寸、放电电压和工作气压有关。在满足空心阴极效应的条件下 ,空腔尺寸越小 ,放电电压和工作气压越高 ,加热功率越大。

二极管爆炸发射阴极等离子体的膨胀扩展

分析了二极管中爆炸发射产生阴极等离子体的演化特征,在考虑了阴极等离子体朝阳极膨胀运动使二极管阴阳极间距缩短这一效应的同时,还计入了阴极等离子体沿发射表面径向扩展运动对二极管有效发射面积的影响。基于Child-Langmuir定律,利用在一个四脉冲强流电子束源装置上得到的电流、电压等实验数据,假定阴极等离子体轴向膨胀和径向扩展速度近似相等,研究了阴极等离子体的膨胀扩展动力学行为。计算结果表明,阴极等离子体朝阳极的膨胀和沿径向的扩展速度为0.9～2.8cm/μs。

乙醇环境下阴极等离子体电解沉积镍

在建立阴极等离子体电解沉积试验装置的基础上,分别采用不同浓度的乙醇、柠檬酸以及不同类型镍主盐的电解液进行阴极等离子体电解沉积金属镍,研究电解液成分对镍沉积速率和沉积层表面形貌的影响。结果表明,电解液中乙醇浓度逐渐升高时,镍沉积层表面逐渐变得平整,结构均匀细致,但沉积速率下降。溶液中柠檬酸的浓度逐渐升高时,可明显提高镍的沉积速率,沉积表面的颗粒尺寸有所减小。用氯化镍或硫酸镍作为主盐,镍的沉积速率较高,用氨基磺酸镍作为主盐则沉积速率较低,三类主盐对沉积表面的形貌影响不大。

双阴极等离子溅射沉积TiC薄膜对金刚石工具性能的影响

采用双阴极等离子溅射沉积方法对金刚石颗粒表面进行镀TiC处理。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)进行形貌和物相分析。使用金刚石单颗粒静压强度测定仪和人造金刚石冲击强度测定仪检测金刚石的静压强度和冲击韧性。以相同型号和粒度的普通金刚石颗粒为对比样品,讨论了镀TiC处理对金刚石工具的影响。结果表明,金刚石表面形成了一层均匀且致密的TiC薄膜,该薄膜以柱状方式沿垂直于金刚石表面方向生长。在镀层的保护下,金刚石的单颗粒强度和冲击韧性得到了提高。由于镀层改善了金刚石对胎料的润湿性,金刚石工具的冲击强度和抗弯强度也得到了提高。

金刚石颗粒双阴极等离子溅射铬镀层显微结构研究

通过FIB-SEM观察了镀覆温度为850℃双阴极等离子溅射镀铬金刚石的表面形貌;利用TEM、XPS分析了镀层厚度、微观结构及表层元素价态;在光学显微镜下观察酸洗后金刚石的镀层变化情况。结果表明,经双阴极等离子溅射镀覆后的金刚石在其表层形成了厚度约为500 nm的柱状结构镀层,镀层晶粒尺寸约为10 nm;酸洗后镀层仅出现轻微脱落,说明金刚石铬镀层十分致密。

不锈钢表面阴极等离子体液相沉积氧化铝层

使用阴极等离子体液相沉积技术在不锈钢表面生成了厚度达40μm的氧化铝膜层,研究了电流密度对膜层的组成和结构影响,以及膜层的生长规律和形成过程.膜层由α-Al_2O_3和γ-Al_2O_3组成,随着电流密度的增大,α-Al_2O_3的含量逐渐增大,电流密度为8A/dm^2时达到86%.膜层的表面粗糙、多孔,随着电流密度的增大,表面颗粒状明显增多,微孔数减少;基体中的Fe没有进入膜层,从膜层内向外Al和O的含量逐渐下降.

阴极等离子电解制备抗氧化涂层

目的通过对阴极等离子电解放电机制进行讨论,提出大面积沉积复杂形状试样的解决办法。方法在电解液中添加表面活性剂和氯铂酸制备Pt颗粒弥散的复合涂层,通过测试电流密度-电压曲线,分析气膜放电机制,通过扫描电子显微镜对涂层的表面、截面形貌进行分析表征。结果在电解液中添加表面活性剂或者在阴极区施加微珠,使气膜层更均匀,同时降低了沉积涂层的电流密度。随着Pt含量的增加,涂层孔隙率逐渐降低。涂层中弥散的Pt颗粒起到了弥散增韧的作用,提高了涂层的断裂韧性和抗剥落性能。结论实现了在大面积复杂形状试样上制备陶瓷涂层,并通过在涂层中弥散Pt颗粒提高了涂层的致密性。

添加PVP对阴极等离子电解沉积Al_2O_3涂层的影响

采用阴极等离子电解沉积(CPED)在镍基高温合金上制备了一层Al_2O_3涂层。通过测试对比阴极表面在3个不同方向下的电压-电流密度曲线来分析CPED动力学过程。结果表明:在电解液中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)后,临界起弧电流密度急剧下降,而且阴极表面的朝向对CPED过程的影响也相应的减弱。划痕实验结果表明,随着PVP添加量的增加,涂层的结合力得到明显的提高。通过添加PVP,等离子放电过程可以随机地、均匀地发生在各个阴极表面,因此可以在大面积复杂形状的阴极表面上沉积出均匀的Al_2O_3涂层。

强流电子束源阴极等离子体的粒子模拟

模拟了强流电子束源阴极表面附近区域数密度约1014 cm-3的等离子体的膨胀过程,观察到等离子体膨胀速度约为1cm/μs。通过观察不同时刻阴极附近电子和离子的相空间分布、数密度分布和轴向电场分布,分析了等离子体膨胀过程。结果表明:等离子体的产生使得阴极表面电场增强,进而增大阴极的电流发射密度,电流密度增加使得空间电荷效应增强,并使等离子体前沿处的电场减小,当等离子体前沿处的电场减小到零时等离子体向阳极膨胀。讨论了等离子体温度、离子质量、束流密度和离子产生率对等离子体膨胀速度的影响。结果表明:等离子体的膨胀速度随着等离子体温度升高而增大,随离子质量增大而减小,但膨胀速度不等于离子声速;等离子体产生率越小,等离子体膨胀速度越小。

阴极等离子体电解沉积工艺参数对放电与沉积过程的影响

为进一步认识和控制阴极等离子体电解沉积过程,研究了工艺条件对锌沉积时放电和沉积过程的影响,用扫描电镜和金相显微镜分别观察沉积层的表面和截面形貌,用能谱仪和X射线衍射仪进行沉积层元素和物相分析。结果表明,极间电压增大到约200V以上的某一电压值时阴极上发生等离子放电,初始放电电压与电解槽中的溶剂种类、氯化钠添加量有关,随乙醇和氯化钠添加量的增大而降低。要在阴极上实现锌的沉积,就应控制工艺条件使初始放电电压尽量低,且极间电压宜维持在初始放电电压以上10~20V。采用水和乙醇混合作溶剂比只用水作溶剂容易实现稳定的阴极沉积,沉积层厚度明显大,但沉积物表面的颗粒较粗大,致密性要差。

射频空心阴极等离子体放电气体分布的有限元模拟

为了得到较为优化的射频空心阴极等离子体放电参数,提高放电气体分布的均匀性,以改善材料表面改性的均匀性,构建了射频空心阴极等离子体放电气体流动的数学模型,应用Fluent软件对放电气体分布进行有限元模拟,得出了较为优化的放电参数;另选择一组放电参数对电池隔膜进行表面改性试验,通过测试电池隔膜的最大吸碱量,得出较优的放电参数。结果表明:试验优选放电参数和模拟所得出的优选放电参数较为吻合,证明了有限元模拟的可行性与实用性;得出的较优放电参数是阳极孔径为8mm,进气流量为5L·min-1,试样距离为20mm。

阴极等离子电解沉积Al_2O_3-YAG复合涂层及其抗高温氧化性能

采用阴极等离子电解沉积在镍基合金上制备了Al2O3-YAG复合涂层。该涂层的外层具有多孔结构,与合金基体结合的内层为致密结构,涂层总厚度可达100μm,涂层由Al2O3和YAG两相构成。在1100℃空气中循环氧化的结果表明:Al2O3-YAG复合涂层具有优异的抗高温氧化性能和抗剥落性能。这些特性可主要归因于,涂层中Al2O3相阻碍氧扩散的作用和涂层的多孔结构及复合结构的增韧作用。

阴极等离子电解沉积ZrO_2-Al_2O_3-Pt复合热障涂层组织及特性

采用在阴极区添加陶瓷微珠进行阴极等离子电解的方法,可以在大面积的高温合金上沉积ZrO2-5%Al2O3弥散Pt微粒的复合热障涂层。SEM形貌观测结果表明,涂层的内层为致密结构,外层为多孔结构,涂层厚度可达200μm。XRD分析结果表明,该涂层由t-ZrO2、c-ZrO2、α-Al2O3。在1100℃空气中循环氧化结果表明,随着Pt含量的增加,ZrO2-5%Al2O3弥散Pt微粒的复合热障涂层抗高温氧化性能和抗剥落性能显著提高,隔热实验证明该涂层具有优异的隔热性能。这些优异的性能可归于弥散Pt微粒的增韧效应,垂直闭塞微孔可以松弛应力的效应。

Ti6Al4V表面Al_2O_3/MoS_2涂层的阴极等离子电解沉积及性能

利用阴极等离子电解沉积技术(CPED)在Ti6Al4V表面制备了Al2O3/Mo S2减磨耐蚀复合涂层。利用XRD、SEM、EDS等检测手段分析了复合涂层的形貌、物相及元素分布。结果表明,涂层表面呈多孔状,厚度为100μm,由α-Al2O3、γ-Al2O3与Mo S23相组成。涂层与基体结合强度达35 N。与Ti6Al4V相比,该涂层的摩擦系数降低了1/3,腐蚀电位显著提高,腐蚀电流密度下降,有效减缓了基体的腐蚀速率。