等离子体电解沉积的研究现状

等离子体电解沉积(PED)是一门新兴的材料表面处理技术.本文详细介绍了等离子体电解沉积的机理及其在材料表面改性、生物材料、电子材料、高性能材料等方面的应用.其基本原理是:当两极之间的电势差达到一定程度时, 电极与电解液界面处的电势突变产生的高电场强度,可以击穿界面处的钝化膜、气体等电介质, 使得电极表面局部瞬间高温并发生复杂的物理、化学反应, 从而在电极表面制备特定性能的陶瓷层或渗透层.在结构材料的应用方面, 可以利用PED技术在铝合金、钛合金、镁合金等轻金属表面制备陶瓷层、可以对钢铁基体进行快速碳氮共渗或涂覆金属镀层, 以提高这些材料的抗磨擦、耐腐蚀等性能.选择含有钙、磷元素的电解液或是在电解液中添加羟基磷灰石粉末进行PED处理, 可以在钛合金表面制备具有生物活性的陶瓷膜, 从而使植入体与自然骨形成分子水平的化学键合.选择适当的电解液,可以制备BaTiO等离子体电解沉积;陶瓷层;表面改性;生物材料;电子薄膜;DLC薄膜;氮化碳Plasma electrolytic deposition,Ceramic layer,Surface modification,Biomaterials,Electrolytic films,DLC films,Nitrogen-containing carbon films国家自然科学基金(50071066)2004-09-16等离子体电解沉积(PED)是一门新兴的材料表面处理技术.本文详细介绍了等离子体电解沉积的机理及其在材料表面改性、生物材料、电子材料、高性能材料等方面的应用.其基本原理是:当两极之间的电势差达到一定程度时, 电极与电解液界面处的电势突变产生的高电场强度,可以击穿界面处的钝化膜、气体等电介质, 使得电极表面局部瞬间高温并发生复杂的物理、化学反应, 从而在电极表面制备特定性能的陶瓷层或渗透层.在结构材料的应用方面, 可以利用PED技术在铝合金、钛合金、镁合金等轻金属表面制备陶瓷层、可以对钢铁基体进行快速碳氮共渗或涂覆金属镀层, 以提高这些材料的抗磨擦、耐腐蚀等性能.选择含有钙、磷元素的电解液或是在电解液中添加羟基磷灰石粉末进行PED处理, 可以在钛合金表面制备具有生物活性的陶瓷膜, 从而使植入体与自然骨形成分子水平的化学键合.选择适当的电解液,可以制备BaTiO等离子体电解沉积;陶瓷层;表面改性;生物材料;电子薄膜;DLC薄膜;氮化碳Plasma electrolytic deposition,Ceramic layer,Surface modification,Biomaterials,Electrolytic films,DLC films,Nitrogen-containing carbon films国家自然科学基金(50071066)2004-09-16等离子体电解沉积(PED)是一门新兴的材料表面处理技术.本文详细介绍了等离子体电解沉积的机理及其在材料表面改性、生物材料、电子材料、高性能材料等方面的应用.其基本原理是:当两极之间的电势差达到一定程度时, 电极与电解液界面处的电势突变产生的高电场强度,可以击穿界面处的钝化膜、气体等电介质, 使得电极表面局部瞬间高温并发生复杂的物理、化学反应, 从而在电极表面制备特定性能的陶瓷层或渗透层.在结构材料的应用方面, 可以利用PED技术在铝合金、钛合金、镁合金等轻金属表面制备陶瓷层、可以对钢铁基体进行快速碳氮共渗或涂覆金属镀层, 以提高这些材料的抗磨擦、耐腐蚀等性能.选择含有钙、磷元素的电解液或是在电解液中添加羟基磷灰石粉末进行PED处理, 可以在钛合金表面制备具有生物活性的陶瓷膜, 从而使植入体与自然骨形成分子水平的化学键合.选择适当的电解液,可以制备BaTiO等离子体电解沉积;陶瓷层;表面改性;生物材料;电子薄膜;DLC薄膜;氮化碳Plasma electrolytic deposition,Ceramic layer,Surface modification,Biomaterials,Electrolytic films,DLC films,Nitrogen-containing carbon films国家自然科学基金(50071066)2004-09-16等离子体电解沉积(PED)是一门新兴的材料表面处理技术．本文详细介绍了等离子体电解沉积的机理及其在材料表面改性、生物材料、电子材料、高性能材料等方面的应用．其基本原理是：当两极之间的电势差达到一定程度时，电极与电解液界面处的电势突变产生的高电场强度，可以击穿界面处的钝化膜、气体等电介质，使得电极表面局部瞬间高温并发生复杂的物理、化学反应，从而在电极表面制备特定性能的陶瓷层或渗透层．在结构材料的应用方面，可以利用PED技术在铝合金、钛合金、镁合金等轻金属表面制备陶瓷层、可以对钢铁基体进行快速碳氮共渗或涂覆金属镀层，以提高这些材料的抗磨擦、耐腐蚀等性能．选择含有钙、磷元素的电解液或是在电解液中添加羟基磷灰石粉末进行PED处理，可以在钛合金表面制备具有生物活性的陶瓷膜，从而使植入体与自然骨形成分子水平的化学键合．选择适当的电解液，可以制备BaTiO3、SrTiO3、NaTaO3、SrZrO3等钙钛矿结构电子薄膜．利用有机溶液高电压电解，可以制备类金刚石(DLC)薄膜、氮化碳等高性能的材料．文中对PED涂层的残余应力、涂层与基体的结合力、界面断裂韧性、微观缺陷对宏观性能的影响等力学问题进行了讨论．等离子体电解沉积在轻金属特别是铝合金表面制备陶瓷层已经取得了成功，在钢铁材料的表面处理、DLC薄膜和氮化碳的制备等方面有一些初步进展，在生物活性陶瓷薄膜和电子薄膜方面也有应用前景．

REVIEW ON PLASMA ELECTROLYTIC DEPOSITION

Plasma electrolytic deposition (PED) is a new technology in surfaceengineering. The paper introduces the main mechanism of PED, as well asitsapplications in different fields such as surface modification of metal,electronic films, medicine films, DLC films and nitrogen-containing carbonfilms etc. The principal mechanism of PED is as follows: when the electrical potentialbetween the anodic and cathode reaches a certain value, the electricalfield strength in the electrode/ electrolyte interface is sufficient toproduce a dielectric breakdown, which is utilized to deposit ceramic layer orto saturate some elements into the substrate. As its applications to thestructuralmaterials, PED is successful in increasing material's anti wearand anti corrosion ability by depositing ceramic layers to light metals suchas aluminum alloy, magnesium alloy and titanium alloy or saturating carbon,nitrogen into steel. Electrolyte containing calcium and phosphorus isutilized to deposit bioactive film on the surface of titanium alloy to formchemical bond with host bone. Appropriate electrolytes are chosen tosynthesize perovskite type electric films such asBaTiO$_{3}$、SrTiO$_{3}$、NaTaO$_3$、SrZrO$_3$ etc. High voltageelectrolysis of organic liquid is utilized to form high performance filmssuch as DLC films and carbon nitride films. The toughening mechanismand some important mechanics problem about PED coatings such as theinfluences of micro defects on macro performance, interface fracturetoughness, residual stress and adhesion strength are discussed and needfurther research work. Ceramic coating deposited with PED on aluminum alloy hasbeen used successfully. Furthermore, PED is also suitable for surfacetreatment for steel, biological active materials and electronic films.