【摘要】：陰極等離子電解沉積是指在電解過(guò)程中陰極表面發(fā)生氣膜微弧放電的特殊電解過(guò)程,是一種新型的用于材料表面改性以及涂層制備的先進(jìn)技術(shù)。但是,目前該技術(shù)的發(fā)展主要受到兩方面問(wèn)題的制約：一是由于沉積過(guò)程中氣膜微弧放電不均勻,導(dǎo)致難以獲得均勻、致密的金屬涂層；二是由于電解過(guò)程中陰極電流密度較大,導(dǎo)致難以進(jìn)行大面積的涂層沉積。針對(duì)以上問(wèn)題,本課題以陰極等離子電解沉積技術(shù)為主線,從基礎(chǔ)問(wèn)題研究,新型金屬、合金及復(fù)合涂層的制備及其結(jié)構(gòu)與性能的研究等方面開(kāi)展了以下工作：(1)研究了陰極等離子電解沉積金屬涂層的基礎(chǔ)問(wèn)題。首先,研究了沉積涂層的基本規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),與常規(guī)電沉積相比,在陰極等離子電解沉積金屬涂層時(shí),由于高電流密度下陰極表面大量氫氣泡和等離子電弧的形成,使得離子傳質(zhì)過(guò)程嚴(yán)重受阻,采用常規(guī)的電解液成分沉積物均為粗糙多孔的涂層,乃至枝晶、粉末。通過(guò)降低電解液主鹽濃度和提高酸濃度可以有效地降低電流效率和沉積速率,促進(jìn)等離子電弧對(duì)沉積物的充分作用,從而獲得均勻、致密的納米涂層。其次,研究了沉積涂層的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。通過(guò)對(duì)陰極等離子電解沉積過(guò)程中的“電流密度-電壓”關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn),等離子體放電發(fā)生的兩個(gè)基本條件為陰極表面連續(xù)氣膜的形成和電壓達(dá)到臨界值。在陰極區(qū)域施加玻璃微珠可以促進(jìn)氣膜的形成,有效地降低電流密度,有利于陰極等離子電解沉積的進(jìn)行。同時(shí),微珠的機(jī)械研磨作用也促進(jìn)了納米涂層的表面均勻性。最終,基于對(duì)以上規(guī)律和機(jī)理的研究,我們提出了3D滴液式和機(jī)械研磨式陰極等離子電解沉積裝置,為大面積沉積金屬、合金及復(fù)合涂層的開(kāi)展提供了途徑。(2)研究了陰極等離子電解沉積新型金屬涂層的方法及其結(jié)構(gòu)和性能�；趯�(duì)陰極等離子電解沉積的機(jī)理和規(guī)律的研究,制備了新型Co涂層及三價(jià)Cr金屬涂層。通過(guò)對(duì)Co涂層的研究發(fā)現(xiàn),沉積電壓控制在起弧電壓以上10-20V為宜,過(guò)低的電壓會(huì)使得等離子電弧作用不夠充分,沉積物未能完全熔融再結(jié)晶,而過(guò)高的電壓則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的等離子電弧太過(guò)劇烈,嚴(yán)重時(shí)甚至燒蝕基體。通過(guò)對(duì)三價(jià)Cr涂層的研究發(fā)現(xiàn),涂層無(wú)任何微裂紋,且厚度可達(dá)30微米。兩種涂層均為納米晶結(jié)構(gòu),與基體冶金結(jié)合,具有較高的硬度、優(yōu)異的耐腐蝕性能及耐磨損性能等。(3)研究了陰極等離子電解沉積新型合金及復(fù)合涂層的方法及其結(jié)構(gòu)和性能。基于對(duì)陰極等離子電解沉積金屬涂層的研究,通過(guò)調(diào)整電解液組成,制備了不同Cr含量的新型M-Cr合金及M-Cr-納米稀土氧化物復(fù)合涂層。涂層中元素分布均勻,未出現(xiàn)團(tuán)簇現(xiàn)象。以此為基礎(chǔ),在鍋爐用鋼T91上,制備了Ni-20wt.%Cr、Ni-20wt.%Cr-Y2O3涂層。涂層為納米晶結(jié)構(gòu),能在短時(shí)間內(nèi)形成均勻、致密的外氧化物薄膜,從而延長(zhǎng)了鍋爐用鋼的使用壽命,增強(qiáng)了其抗高溫氧化的能力。同時(shí),在Cu、Al導(dǎo)線上,也通過(guò)沉積Ni-Al2O3、 Ni-SiO2復(fù)合涂層對(duì)其進(jìn)行保護(hù),并通過(guò)機(jī)械研磨裝置實(shí)現(xiàn)了涂層的大面積沉積。作為一種綠色環(huán)保的工程技術(shù),陰極等離子電解沉積將在未來(lái)有更廣闊的應(yīng)用前景。
【圖文】：

根據(jù)組成等離子體帶電粒子溫度的相對(duì)高低，等離子體可分為體和低溫等離子體兩類。其中帶電粒子能量為１－ｌＯｅＶ的稱為低溫，帶電粒子能量為化ＭＯｋｅＶＯｅＶ相當(dāng)于１１６００Ｋ）的稱為高溫等據(jù)熱力學(xué)狀態(tài)的不同Ｕ及粒子溫度的相對(duì)高低，低溫等離子體衡等離子體或稱熱等離子體和非熱平衡等離子體或稱冷等離子體。如分子、離子和原子等其他粒子的濕度接近或等于電子的溫度時(shí)，離子體：熱等離子體的特點(diǎn)是它的能量密度非常之高，重粒子溫度相近，通�？蛇_(dá)到１００００？２００００１Ｃ，各種粒子的反應(yīng)活性都極體的產(chǎn)生方法主要有高強(qiáng)度直流電弧放電、高頻（幾兆赫至幾十z1合放電、交流電弧放電Ｗ及微波放電等。當(dāng)分子、離子和原子粒子溫度低于電子溫度時(shí)，則稱為冷等離子體。冷等離子體的特點(diǎn)量密度較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于熱等離子體，，電子溫度很氋而重粒子溫溫，整個(gè)系統(tǒng)的宏觀溫度并不高，其電子與離子有很高的反應(yīng)活、。逡逑

例如：輝光放電、電暈放電、電火花放電、弧光等離子體放電。逡逑臨界電壓是放電過(guò)程中最重要的參數(shù)，它可由與等離子電解條件相對(duì)逡逑應(yīng)的電流－電壓曲線圖２－５所描述的Ｕｉ確定。Ｕｉ可Ｗ通過(guò)氣膜擊穿的臨界電逡逑場(chǎng)強(qiáng)度確定。根據(jù)碰掛電離理論Ｗ，臨界電場(chǎng)強(qiáng)度由公式（１－２）給出，逡逑Ｅｃ邋＝邋ｂｐ＼ｎ￣＾。逡逑ａｐ逡逑Ｕ２－Ｕ３段可Ｗ通過(guò)由氣泡轉(zhuǎn)化為連續(xù)沸騰膜的臨界焦耳熱密度值化確定；逡逑＝邋（0，邐（２－４）逡逑式中：７－電流密度；Ｗｅ－臨界焦耳熱密度值。逡逑假設(shè)電解質(zhì)水溶液的（0￡值與水沸騰過(guò)程的臨界熱流密度接近（約為逡逑８ｘｌ0５Ｗ／ｍ２），且ｙ值約為４－ｌＯｋＡ／ｍ２，這樣容易估算出Ｕ（２－３）的值在８０Ｖ到２００Ｖ逡逑之間。逡逑擊穿電壓Ｕｓ可Ｗ由ＧＯｎｔｅｒｓｃｈｕｌｚｅ和Ａ化州ａ［ｉ２ｌ提出的，并由實(shí)驗(yàn)證實(shí)了逡逑的等式進(jìn)行計(jì)算；逡逑（２－５）逡逑５邋ａ邋幻；；Ｃ＂逡逑－１４－逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.4

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4 聶利華,譚勝連,姚守拙;電解沉積壓電頻移分析的理論與驗(yàn)證[J];高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào);1989年12期

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本文編號(hào)：2528836