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【液相等離子體電解新技術】北京科技大學張津教授團隊：陰極等離子體電解沉積技術研究進展

2023-07-12 14:15:43 作者：表面技術來源：表面技術分享至：

陰極等離子體電解沉積（CPED）技術是一種新型材料表面改性技術，在腐蝕防護、高溫抗氧化和催化等諸多領域具有潛在應用前景。本文簡要介紹了CPED技術的發展歷程，概述了CPED放電機理的相關研究，系統總結了CPED工藝及涂層制備的改性調控方法并提出了其中的問題和不足，重點綜述了近年來CPED技術沉積涂層的研究進展，最后針對CPED技術的研究前景、發展方向和待解決問題進行了展望。

關鍵詞：陰極等離子電解；發展歷程；放電機理；調控改性；應用前景；改進拓展

論文配圖

幾種典型CPED制備改性Al₂O₃基涂層的組織結構及性能

CPED制備其他陶瓷基涂層的組織結構及性能

展望

近些年來，隨著氣膜層改性和涂層調控研究的不斷深入，以及放電機制研究的不斷完善，CPED技術取得了較快的發展，可預見CPED技術在腐蝕防護、高溫抗氧化、熱障、催化劑載體、結構化超疏水表面和生物相容性涂層等領域具有更廣泛的應用。但該技術仍具有一些不足和待改進之處：

1）需發展出更優的電解液改性和氣膜層調控技術，以使氣膜層更薄、更均勻，在改善涂層結構性能的同時，大幅降低沉積時的電流密度，以實現更大面積、更低能耗的涂層沉積，這是進一步拓展該技術工業應用的關鍵。

2）目前的氣-固雙電介質模型是一種理想條件下的宏觀模型，實際的CPED過程具有復雜的光、熱、電和化學效應，因此，有待提出更加系統、全面的放電機制和模型，以促進CPED技術的改進和發展。

3）CPED技術的優點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現CPED的高質量涂層制備，相應的制備條件和工藝仍待進一步探索。

4）液相電解技術中一般會面臨有害氣體析出和排放等問題，優化電解液體系，實現環境友好的CPED制備技術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，并發展出相應的優化工藝，具有潛在的研究價值。

5）由于CPED機理和工藝體系的研究仍不夠完善，CPED技術較之傳統電鍍技術在制備金屬和合金基涂層的沉積速率與基體結合等方面更具優勢，但涂層在表面粗糙度控制和相關性能（耐磨性、腐蝕防護等）方面仍有待進一步提高。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，但其孔隙結構仍無法完全消除，有待進一步的機理揭示和工藝調控，以便實現更高致密度的低電導率涂層沉積，展現CPED工藝的競爭優勢。

綜上所述，CPED技術應用潛力巨大，針對其機理和工藝的相關研究仍不夠完備，更加系統、深入和全面的研究工作仍需開展，以進一步拓展其可制備涂層體系和應用領域。

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