【液相等离子体电解新技术】北京科技大学张津教授团队：阴极等离子体电解沉积技术研究进展

2023-07-12 14:15:43 作者：表面技术来源：表面技术分享至：

阴极等离子体电解沉积（CPED）技术是一种新型材料表面改性技术，在腐蚀防护、高温抗氧化和催化等诸多领域具有潜在应用前景。本文简要介绍了CPED技术的发展历程，概述了CPED放电机理的相关研究，系统总结了CPED工艺及涂层制备的改性调控方法并提出了其中的问题和不足，重点综述了近年来CPED技术沉积涂层的研究进展，最后针对CPED技术的研究前景、发展方向和待解决问题进行了展望。

关键词：阴极等离子电解；发展历程；放电机理；调控改性；应用前景；改进拓展

论文配图

几种典型CPED制备改性Al₂O₃基涂层的组织结构及性能

CPED制备其他陶瓷基涂层的组织结构及性能

展望

近些年来，随着气膜层改性和涂层调控研究的不断深入，以及放电机制研究的不断完善，CPED技术取得了较快的发展，可预见CPED技术在腐蚀防护、高温抗氧化、热障、催化剂载体、结构化超疏水表面和生物相容性涂层等领域具有更广泛的应用。但该技术仍具有一些不足和待改进之处：

1）需发展出更优的电解液改性和气膜层调控技术，以使气膜层更薄、更均匀，在改善涂层结构性能的同时，大幅降低沉积时的电流密度，以实现更大面积、更低能耗的涂层沉积，这是进一步拓展该技术工业应用的关键。

2）目前的气-固双电介质模型是一种理想条件下的宏观模型，实际的CPED过程具有复杂的光、热、电和化学效应，因此，有待提出更加系统、全面的放电机制和模型，以促进CPED技术的改进和发展。

3）CPED技术的优点之一在于其能通过电解液配制沉积不依赖于基体组分的涂层体系，但目前仍有多种陶瓷涂层体系未能实现CPED的高质量涂层制备，相应的制备条件和工艺仍待进一步探索。

4）液相电解技术中一般会面临有害气体析出和排放等问题，优化电解液体系，实现环境友好的CPED制备技术也是一个重要的研究问题。例如采用碳酸盐、草酸盐等替代电解液中的硝酸盐、硫酸盐等材料体系，并发展出相应的优化工艺，具有潜在的研究价值。

5）由于CPED机理和工艺体系的研究仍不够完善，CPED技术较之传统电镀技术在制备金属和合金基涂层的沉积速率与基体结合等方面更具优势，但涂层在表面粗糙度控制和相关性能（耐磨性、腐蚀防护等）方面仍有待进一步提高。通过改性获得的Al₂O₃涂层比未改性涂层具有更好的高温抗氧化性能，但其孔隙结构仍无法完全消除，有待进一步的机理揭示和工艺调控，以便实现更高致密度的低电导率涂层沉积，展现CPED工艺的竞争优势。

综上所述，CPED技术应用潜力巨大，针对其机理和工艺的相关研究仍不够完备，更加系统、深入和全面的研究工作仍需开展，以进一步拓展其可制备涂层体系和应用领域。

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