第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

     阳极氧化技术具有可生长增厚的工艺优点，可于铝合金表面制备出厚度超过100 微米的氧化物涂层，但阳极氧化法制备的氧化物涂层因存在无定形相和贯通型纳米孔，而使其绝缘导热性能远低于高致密晶型Al2O3涂层应有水平。本研究详细分析了铝阳极氧化涂层的形成机理及阳极表面氢氧根OH-的放电机制。结果表明：铝阳极氧化涂层因形成过程中缺少相变热而成为无定型相，为传输OH-而呈纳米直径的贯通孔结构，但在铝阳极氧化涂层生长过程中，构成涂层孔壁的物质尚处于无定形胶体状态。此外，阳极表面OH-除以与阳极金属离子化合生成氢氧化物的化合反应机制外，还可以通过4OH- - 4e = 2H2O + O2反应式，以自放电析氧机制于阳极表面形成氧气隙膜（当析氧速率大于逸出速率时）。氧气隙膜被极间电场击穿离化，将产生103~104 K的瞬态离化热和102~103 MPa的冲击波压强。本研究通过调控阴阳极间电场参量极间（包括电流峰值、电流开断比以及氧化时间），先使OH-以化合机制消耗，待阳极氧化涂层生长至期望厚度，再使其以析氧机制消耗，构建出强度可调控的等离子体电化学环境，对厚度仅0.1 mm左右的胶体态阳极氧化涂层，进行以不损伤表面平整度为等离子体强度上限的持续轰击。采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）和透射电子显微镜（TEM）表征了等离子致密化前后铝阳极氧化涂层的显微组织结构，采用X射线衍射仪（XRD）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析了等离子致密化前后铝阳极氧化涂层的物相组成和晶化程度。结果表明，借助等离子放电产生的持续离化热和冲击波，铝阳极氧化涂层会逐步转变为晶态的Al2O3陶瓷；由于水化传质作用，涂层内的微孔缺陷在表面能最小化的驱动下，经缺陷界面离子族的分离凝聚、转移凝聚而发生致密化。