一、等離子體氧化電解液的優(yōu)化
對(duì)硅酸鈉－磷酸鈉混合體系電解液進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化實(shí)驗(yàn),，以測(cè)得氧化時(shí)間內(nèi)起弧電壓,，終止電壓,，時(shí)間與電壓關(guān)系等參數(shù)以及陶瓷層厚度,。多聚磷酸鈉Na3P5O10濃度恒定為15 g/l。
經(jīng)過(guò)大量嘗試性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),，當(dāng)Na2SiO3濃度從4 g/l變到10 g/l時(shí),，有利于陶瓷層的生長(zhǎng)，當(dāng)其濃度較低時(shí),，成膜速率較低,，并且基本保持不變，約0.6μm/min左右,；當(dāng)Na2SiO3濃度增加時(shí),，成膜速率變化較大，升至2.0μm/min,，而陶瓷層變得粗糙,。因此選定Na2SiO3濃度為6 g/l，8 g/l兩種進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析,。
定的范圍內(nèi)，隨Na2SiO3濃度的增大膜層厚度增加,，隨著KOH濃度的升高,，氧化的起弧電壓逐漸降低。根據(jù)如上正交實(shí)驗(yàn)得出,，在硅酸鈉體系下,，LS2號(hào)電解液,，即成份為Na3P5O10為15 g/l，Na2SiO3為8 g/l,，KOH為2 g/l時(shí),，生成的陶瓷層，厚度大于其它編號(hào)的陶瓷層且均勻,，總體質(zhì)量和外觀均好于其它編號(hào)的陶瓷層,。
二、陶瓷層厚度與處理時(shí)間及電流密度的關(guān)系
由圖3-5可以看出,，較短的時(shí)間內(nèi),，陶瓷層厚度線性增加，并且隨著電流密度的增加,，陶瓷層的生長(zhǎng)速率加大,；隨時(shí)間延長(zhǎng)，較大電流密度的氧化陶瓷膜層厚度變化趨于平緩,，較小電流密度的膜層依然呈線性趨勢(shì),，因此在較大的電流密度下，等離子體氧化過(guò)程處理效率較高,。但當(dāng)電流密度過(guò)大或處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí),，試樣表面會(huì)產(chǎn)生紅色的火花或有爆鳴聲，此時(shí)對(duì)陶瓷層有很大破壞作用,，會(huì)導(dǎo)致陶瓷層產(chǎn)生過(guò)燒,，表面發(fā)黑，放電孔變大表面質(zhì)量難以保證,。如果電流密度過(guò)小,，則增加了反應(yīng)時(shí)間，又降低了處理效率,，且容易使基體升溫過(guò)高而影響反應(yīng)進(jìn)行,。因此電流密度范圍為2.5 A/dm2～7.5 A/dm2為宜，最終確定為5 A/dm2,；強(qiáng)化時(shí)間確定為15 min,。
三、電流電壓隨處理時(shí)間變化及能耗
通過(guò)圖3-6曲線可以看出,，在等離子體氧化過(guò)程中,，當(dāng)電流恒定時(shí)，電壓總體隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,，在等離子體氧化初期,，電壓呈線性上升，且速度較快，隨時(shí)間延長(zhǎng),，電壓的上升變得平緩,；當(dāng)電壓恒定時(shí)，隨處理時(shí)間的延長(zhǎng),，電流逐漸變小,，氧化初期電流降落較快，后期變緩,。
四,、陶瓷層的相組成
圖3-7為L(zhǎng)S2號(hào)電解液中，電流密度為5 A/dm2,，強(qiáng)化時(shí)間為20 min條件下獲得陶瓷層的X－射線譜,。可明顯看出衍射譜中出現(xiàn)了較強(qiáng)的鋁基體的衍射峰,。此時(shí)陶瓷膜層厚度約為20μm左右,，而正常X射線衍射的檢測(cè)深度可達(dá)76μm，因此X射線可以直接穿過(guò)陶瓷層打在基體鋁上,。直流條件下包含Na2SiO3的溶液中形成的陶瓷層是由大量的γ-Al2O3和大量的非晶態(tài)氧化硅組成,，是由于大量的氧化硅在放電通道口沉積，抑制了高溫相的α-Al2O3在試樣表面形成,。而本試驗(yàn)在交流條件下形成的陶瓷層組成研究發(fā)現(xiàn),，陶瓷層主要由γ-Al2O3，α-Al2O3和Al6Si2O13相組成,。其中膜層內(nèi)部的α-Al2O3的生成可能由于硅酸根離子只能在放電通道口沉積,，不能進(jìn)入放電通道內(nèi)部放電，因此放電通道內(nèi)部溫度較高,，有利于高溫相α-Al2O3的生成,。
五、陶瓷層表面與斷面形貌分析
圖3-8為陶瓷層的截面形貌,，可以看出陶瓷層較為致密,，具有明顯的內(nèi)外兩層結(jié)構(gòu)，膜層與基體之間沒(méi)有清晰的分界線,，結(jié)合很好,，界面上不存在大的孔洞。A為鋁基體,，B為內(nèi)部緊貼基體的致密層,，組織致密，與基體之間結(jié)合緊密,，沒(méi)有貫穿性的孔洞存在,；C為陶瓷層外側(cè)的較為疏松的組織，在最靠近最外側(cè)的地方還存在一些類似粉體的局部區(qū)域。
圖3-9中試樣陶瓷層表面所分布的黑色孔洞即為放電通道,。各圖中可以清晰的看到形狀不規(guī)則的放電通道，周圍的熔融物冷卻堆積成“熔巖”狀,，整個(gè)表面顯得不連續(xù),。隨氧化時(shí)間延長(zhǎng)，表面變得連續(xù)且光滑,，放電通道的尺寸變大,，數(shù)量減少。
當(dāng)達(dá)到45 min時(shí),，如圖3-9(g)可以明顯看到表面的陶瓷層出現(xiàn)裂紋,，此時(shí)表面質(zhì)量下降，這也證明了隨著等離子體放電的進(jìn)行,，放電通道逐漸被填充,，擊穿變得困難，后期只能在特定的區(qū)域進(jìn)行放電,，此時(shí)放電火花體積較大,，會(huì)導(dǎo)致陶瓷層的剝落，因此陶瓷層厚度有變小的趨勢(shì),，即陶瓷層不可能無(wú)限制的增厚,。也可以說(shuō)，在給定電解液條件下陶瓷層會(huì)得到一個(gè)最終的厚度,。
從上述研究結(jié)果可以看出,，等離子體電解氧化陶瓷層內(nèi)存在一定數(shù)量的孔隙，對(duì)耐蝕性不利,，這是該技術(shù)存在的一個(gè)主要缺點(diǎn)之一,。有文獻(xiàn)報(bào)道，WO42-,、PO43-,、BO33-、Cr2O72-等可以調(diào)節(jié)膜層的生長(zhǎng)速率,，制成性能優(yōu)異的陶瓷層,；F－的加入可以獲得強(qiáng)度、硬度適中,，結(jié)合力,、耐蝕性、電絕緣性均優(yōu)良的陶瓷層,；甘油的加入使尖端產(chǎn)生配位物,，使沉積更加穩(wěn)定；在等離子體電解氧化電解液中加入石墨和MoS2等粉末后，等離子體電解氧化陶瓷層形成過(guò)程中，能提高陶瓷層的耐磨性能,，達(dá)到表面改性的目的,。本文分別選用磷酸鹽和硅酸鹽體系電解液為基礎(chǔ)，研究不同添加劑和粉末顆粒對(duì)等離子體氧化陶瓷層的影響,。最后，將超聲波引入等離子體電解氧化過(guò)程中,，研究其對(duì)陶瓷層組織性能的強(qiáng)化作用,。
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