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【液相等離子體電解新技術(shù)】北京科技大學(xué)張津教授團(tuán)隊：陰極等離子體電解沉積技術(shù)研究進(jìn)展

2023-07-12 14:15:43 作者：表面技術(shù) 來源：表面技術(shù) 分享至：

陰極等離子體電解沉積（CPED）技術(shù)是一種新型材料表面改性技術(shù)，在腐蝕防護(hù)、高溫抗氧化和催化等諸多領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用前景。本文簡要介紹了CPED技術(shù)的發(fā)展歷程，概述了CPED放電機(jī)理的相關(guān)研究，系統(tǒng)總結(jié)了CPED工藝及涂層制備的改性調(diào)控方法并提出了其中的問題和不足，重點(diǎn)綜述了近年來CPED技術(shù)沉積涂層的研究進(jìn)展，最后針對CPED技術(shù)的研究前景、發(fā)展方向和待解決問題進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：陰極等離子電解；發(fā)展歷程；放電機(jī)理；調(diào)控改性；應(yīng)用前景；改進(jìn)拓展

論文配圖

幾種典型CPED制備改性Al₂O₃基涂層的組織結(jié)構(gòu)及性能

CPED制備其他陶瓷基涂層的組織結(jié)構(gòu)及性能

展望

近些年來，隨著氣膜層改性和涂層調(diào)控研究的不斷深入，以及放電機(jī)制研究的不斷完善，CPED技術(shù)取得了較快的發(fā)展，可預(yù)見CPED技術(shù)在腐蝕防護(hù)、高溫抗氧化、熱障、催化劑載體、結(jié)構(gòu)化超疏水表面和生物相容性涂層等領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用。但該技術(shù)仍具有一些不足和待改進(jìn)之處：

1）需發(fā)展出更優(yōu)的電解液改性和氣膜層調(diào)控技術(shù)，以使氣膜層更薄、更均勻，在改善涂層結(jié)構(gòu)性能的同時，大幅降低沉積時的電流密度，以實(shí)現(xiàn)更大面積、更低能耗的涂層沉積，這是進(jìn)一步拓展該技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。

2）目前的氣-固雙電介質(zhì)模型是一種理想條件下的宏觀模型，實(shí)際的CPED過程具有復(fù)雜的光、熱、電和化學(xué)效應(yīng)，因此，有待提出更加系統(tǒng)、全面的放電機(jī)制和模型，以促進(jìn)CPED技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展。

3）CPED技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一在于其能通過電解液配制沉積不依賴于基體組分的涂層體系，但目前仍有多種陶瓷涂層體系未能實(shí)現(xiàn)CPED的高質(zhì)量涂層制備，相應(yīng)的制備條件和工藝仍待進(jìn)一步探索。

4）液相電解技術(shù)中一般會面臨有害氣體析出和排放等問題，優(yōu)化電解液體系，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好的CPED制備技術(shù)也是一個重要的研究問題。例如采用碳酸鹽、草酸鹽等替代電解液中的硝酸鹽、硫酸鹽等材料體系，并發(fā)展出相應(yīng)的優(yōu)化工藝，具有潛在的研究價值。

5）由于CPED機(jī)理和工藝體系的研究仍不夠完善，CPED技術(shù)較之傳統(tǒng)電鍍技術(shù)在制備金屬和合金基涂層的沉積速率與基體結(jié)合等方面更具優(yōu)勢，但涂層在表面粗糙度控制和相關(guān)性能（耐磨性、腐蝕防護(hù)等）方面仍有待進(jìn)一步提高。通過改性獲得的Al₂O₃涂層比未改性涂層具有更好的高溫抗氧化性能，但其孔隙結(jié)構(gòu)仍無法完全消除，有待進(jìn)一步的機(jī)理揭示和工藝調(diào)控，以便實(shí)現(xiàn)更高致密度的低電導(dǎo)率涂層沉積，展現(xiàn)CPED工藝的競爭優(yōu)勢。

綜上所述，CPED技術(shù)應(yīng)用潛力巨大，針對其機(jī)理和工藝的相關(guān)研究仍不夠完備，更加系統(tǒng)、深入和全面的研究工作仍需開展，以進(jìn)一步拓展其可制備涂層體系和應(yīng)用領(lǐng)域。

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