河南科技学院
2009届本科毕业论文（设计）
论文题目：等离子体点解沉积的研究现状
学生姓名： 栗 然
所在院系： 机电学院
所学专业： 机电技术教育
导师姓名： 王振宁
完成时间：2009 年 5 月  20 日
目　录
1.   引言	1
2.   等离子体电解沉积的基本原理	2
3.  等离子体电解沉积对结构材料的表面强化	3
3.1 等离子体电解沉积对钢铁的处理	
max.book118.com体系的选择	3
max.book118.com置、弧光放电过程及渗透机理	4
max.book118.com工艺流程	5
max.book118.com的结构	6
max.book118.com的耐蚀性能	7
max.book118.com的耐磨性能	7
max.book118.com的硬度	8
3.2等离子体电解对铝及铝合金的处理	
3.3 等离子体电解对钛合金的处理	
3.4等离子体电解方法制备生物活性陶瓷层	
4.　PED过程中的力学问题及其强韧化机理	13
5.  等离子体电解沉积方法的发展趋势	14
6. 结束语	15
致谢	16
参考文献	17
摘  要
等离子体电解沉积（plasma electrolytic deposition, PED）是一种利用等离子体电解进行材料表面处理的新兴技术。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方面的应用。工件作为阴极的研究，主要集中在对钢铁材料的处理上，可以利用PED技术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,这是本文的研究重点；工件作为阳极的研究多围绕着铝、钛等轻金属进行，可以在铝合金、钦合金、镁合金等轻金属表面制备陶瓷层，选择含有钙、磷元素的电解液或是在电解液中添加基磷灰石粉末进行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。文中还对PED涂层的力学问题、强韧化机理以及等离子体电解沉积发展趋势进行了讨论。
关键词：等离子体电解沉积，表面改性，碳氮共渗，陶瓷层
Abstract
Plasma electrolysis deposition （PED） is a newly developed technique of surface treatment on various materials. This article details the mechanism of plasma electrolytic deposition and surface modification in the application. The work piece is researched by cathode, mainly focused on the processing of steel material, PED is successful in increasing material's anti wear and anti corrosion ability by saturating carbon, nitrogen into steel. The work piece is researched by anode around the aluminum, titanium and other light metal, can be depositing ceramic layers to light metals such as aluminum alloy, magnesium alloy and titanium alloy, Electrolyte containing calcium and phosphorus is utilized to deposit bioactive film on the surface of titanium alloy to form chemical bond with host bone. The article also PED coating on the mechanical problems, as well as strengthening and toughening mechanism of the development trend of plasma electrolytic deposition are discussed. 
Key words：Plasma electrolytic deposition, Surface modification, Carbonitriding, Ceramic layer
1 引言
钢材具有较高的强度和优良的机械加工性，它的产量已成为国家工业化程度的标志，但钢材有一个极大的缺点—极易腐蚀，往往造成巨大的损失。铝、镁、钛等有色金属及其化合物比重小、强度高、已成型等优点，在航空航天、汽车工业等多个领域有广泛应用，但它们耐蚀性、耐磨性较差，限制了使用寿命和范围，因此，对这些金属材料进行相应的表面处理，增强其对环境的适应性和安全性，减少腐蚀延长使用寿命，具有重大意义。表面处理的方法很多，但传统的方法一般工艺复杂，对设备要求较高，反应时间长，有些产生的废水污染环境。等离子体电解进行材料表面处理的新兴技术，在特定的电解液中，如果阴阳两极之间的电压超过一定范围，就会发生放电现象，这类电解可以称为等离子电解（plasma electrolysis）[1]。由于放电，在电解液中会产生有别于固态、液态、气态的物质第四态“等离子体”，其基本工作过程为：将待处理的材料浸入一定的电解液中作为一个电极，另有一个金属电极作为对应电极，在两极之间施加直流或其他波形的电压。当电压增加到某一程度时，电极表面发生放电现象，同时伴随有弧光产生，此时电极表面及其附近发生复杂的物理、化学变化。可在钢铁材料表面进行快速碳氮共渗、制备金属涂层或复合涂层[4，7，12]提高其耐磨性、耐腐蚀性、硬度等性能；单一等离子电解沉积技术或复合其他工艺，可在铝、钛等轻金属及其合金表面形成结合牢固的陶瓷层，改变了材料的力学特性，其摩擦磨损行为也发生变化，显著增强了基体材料的抗磨损、耐腐蚀、耐高温等性能。通过处理可使其表面形成各种不同的颜色[2，23] 。 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，使之成为生物活性金属[17~19]。研究得出，采用等离子体电解沉积可以制备钙钛矿结构的电子薄膜[20，21] ,甚至在化学催化方面，也有其应用的报道[13]。
在PED技术的发展过程中，不同的作者对此有不同的命名。工件作为阳极的研究进行得较多，目前，我国已经开展的工作多围绕着铝、钛等轻金属进行，称为微弧氧化。工件作为阴极的研究报导，主要集中在对钢铁材料的处理上，由于该技术有处理时间短、工作电压低、处理工艺简单、试用范围广等优点，因此应该得到大家的重视。例如等离子体电解碳氮共渗（plasma electrolytic nitrocarburising , PEN/C）[
栗然 等离子体电解沉积的研究现状.doc