鈦合金等離子體電解氧化過程中陶瓷膜阻抗特性研究.pdf

1、等離子體電解氧化（PEO）陶瓷膜層的生長過程存在著電阻以及電容等阻抗特性的變化，這種阻抗特性的變化與陶瓷膜的結(jié)構(gòu)以及PEO過程中放電方式的變化密切相關(guān)，因此通過研究陶瓷膜層生長過程中阻抗特性的變化，特別是從微弧到弧放電階段，就可以實(shí)現(xiàn)對PEO過程的各個(gè)階段的監(jiān)控，這對于制備和獲得高質(zhì)量高性能的膜層具有重要的指導(dǎo)意義。
　　本文采用電化學(xué)阻抗（EIS）技術(shù)與掃描電鏡等形貌觀察相結(jié)合，對鈦合金表面 PEO陶瓷膜在各個(gè)生長階段的阻抗特性

2、進(jìn)行了研究，最后通過對 PEO反應(yīng)過程中的電壓電流響應(yīng)的在線測量，獲取反應(yīng)過程中的等效電阻與等效電容等動(dòng)態(tài)阻抗的相關(guān)信息并建立其與反應(yīng)過程中各階段的聯(lián)系，通過動(dòng)態(tài)阻抗特性的變化來實(shí)現(xiàn)對各個(gè)階段的監(jiān)控。同時(shí)本文還對陶瓷膜在不同溶液中進(jìn)行了動(dòng)電位極化測試，分別用于陶瓷膜的EIS擬合結(jié)果的驗(yàn)證以及陶瓷膜的耐蝕性能的研究。
　　以TC4鈦合金在3.5％NaCl溶液中的腐蝕行為為例，詳細(xì)的分析了充電電流對極化曲線的形狀以及動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響。

3、由于充電電流與掃描速率和掃描方向有關(guān)，對于Ti6Al4V與PEO陶瓷膜，可以分別在0.5mV/s和0.05mV/s的掃描速率下通過對正反向掃描過程中的外測電流取平均值的方法有效地減弱充電電流的干擾。
　　通過對PEO陶瓷膜在鋁酸鈉工作液中直接進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜測試來研究膜層在生長過程中的阻抗特性的變化以及工藝參數(shù)的影響，結(jié)果表明：在火花階段，隨處理電壓的升高，PEO陶瓷膜的致密程度增加，在工作液中的極化電阻值、電容值均增加，在微弧階

4、段，大火花放電對膜層具有一定的破壞作用，導(dǎo)致膜層的極化電阻值變小，但電容值明顯增加。直流電源模式下，隨電流密度的增加，陶瓷膜在工作液中的極化電阻值增加；火花階段陶瓷膜疏松層的結(jié)構(gòu)受電流密度的影響很小，陶瓷膜在工作液中的電容值也基本不變；微弧階段陶瓷膜疏松層的結(jié)構(gòu)受電流密度影響很大，電容值隨電流密度的增加而增加。單向脈沖模式下很容易發(fā)生弧放電，嚴(yán)重的破壞了膜層的致密程度，使得陶瓷膜在工作液中的極化電阻值與電容值均減?。浑S電源峰值電流密度的

5、增加、頻率的提高以及占空比的減小，發(fā)生弧放電時(shí)的電壓提高。
　　單向脈沖模式下PEO反應(yīng)過程電源波形的測試結(jié)果表明：在單個(gè)脈沖周期內(nèi)，電壓階躍很快就能完成，但是電流隨時(shí)間而成指數(shù)衰減至穩(wěn)定的數(shù)值，電流衰減速度隨處理電壓的變化可以分為三個(gè)階段，分別PEO膜層生長過程中的火花階段、微弧階段以及弧放電階段的電壓范圍相對應(yīng)，據(jù)此可以對膜層的生長過程進(jìn)行監(jiān)測。對電流衰減曲線進(jìn)行擬合，結(jié)果表明：在火花階段，放電通道的底部非常接近或者直接與基體

6、相接觸，進(jìn)入微弧階段之后，放電通道的底部與基體之間被逐漸分隔開來；PEO反應(yīng)過程中動(dòng)態(tài)電阻的數(shù)值在發(fā)生弧放電之前隨處理電壓的升高而增加，弧放電的發(fā)生則使得動(dòng)態(tài)電阻的數(shù)值減小，動(dòng)態(tài)電容在火花階段隨處理電壓的升高而減小，在微弧階段則開始增加，進(jìn)入弧放電之后又開始減小。
　　本文還對Ti6Al4V經(jīng)過PEO處理之后的耐蝕性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在3.5%的NaCl溶液中PEO陶瓷膜的腐蝕電流密度比基體合金降低了一個(gè)數(shù)量級。火花階段的陶瓷