陰極等離子體電沉積陶瓷涂層的研究現(xiàn)狀

鄧舜杰，蔣馳，劉天偉，帥茂兵, *

（1.表面物理與化學(xué)重點實驗室，四川 綿陽 621907；2.中國工程物理研究院，四川 綿陽 621900）

隨著工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，材料在服役過程中抵御外部環(huán)境影響的能力及長期服役的可靠性、穩(wěn)定性得到了越來越多的關(guān)注[1]。陶瓷材料一般具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，在基材表面施加陶瓷涂層能夠有效提高其耐腐蝕、耐高溫氧化、耐磨等性能，因此得到了越來越廣泛的研究[2]。現(xiàn)有陶瓷涂層制備技術(shù)包括溶膠-凝膠法、陽極氧化法、等離子體噴涂法、物理氣相沉積法、微弧氧化法等，它們的優(yōu)缺點和適用條件各不相同。例如：微弧氧化技術(shù)可獲得硬度較高、結(jié)合力良好的陶瓷涂層，但是該方法的本質(zhì)仍然是金屬(作為陽極)的原位氧化，因此對基體金屬的依賴性較高，只適用于閥金屬及其合金，不能解決基體金屬表面異種金屬元素氧化物陶瓷涂層制備的問題[3-6]；物理氣相沉積技術(shù)可獲得具有優(yōu)異致密性和結(jié)合力的涂層，但一般較薄，不能承受較大的應(yīng)力，且設(shè)備昂貴，大件及異形件的表面處理困難，生產(chǎn)成本較高[7-8]。

發(fā)展新的涂層制備技術(shù)一直以來都是材料領(lǐng)域的研究重點。陰極等離子體電沉積(CPED)是近年來發(fā)展起來的一種新型陶瓷涂層制備技術(shù)，并得到越來越多的關(guān)注。該技術(shù)將傳統(tǒng)陰極電解和常壓等離子體過程結(jié)合了起來[9]。與傳統(tǒng)陰極電解相比，陰極等離子體電沉積在陰極與陽極之間施加了更高的電壓，當(dāng)電壓超過一定臨界值后，陰極表面產(chǎn)生等離子體微弧，可在陰極表面制備金屬、陶瓷、類金剛石等膜層。國內(nèi)外研究人員已采用該技術(shù)在多種材料表面制備了不同種類的陶瓷涂層，獲得了許多有意義的研究成果。

1 陰極等離子體電沉積陶瓷涂層的原理

陰極等離子體電沉積也稱為陰極微弧電沉積，是由微弧氧化發(fā)展而來的。隨著微弧氧化技術(shù)中采用的電源從直流電源發(fā)展到交流電源，再到脈沖電源[10]，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用雙極性脈沖電源時，施加不同的陰極電壓(電流)將顯著影響微弧氧化涂層的結(jié)構(gòu)和性能。呂憲義等[11]通過調(diào)節(jié)陰極電流密度，在鋁合金表面制備了顯微硬度達(dá)4 300 HV的超硬陶瓷涂層。張魏等[12]采用交流脈沖的方法實現(xiàn)了陰、陽極微弧氧化陶瓷涂層的雙極電沉積，成功地在 AZ91D鎂合金上沉積了具有優(yōu)異耐蝕性能的氧化鎂陶瓷涂層。Apelfeld等[13]認(rèn)為，在微弧氧化的成膜后期，陰極電壓作用下的試樣表面也會發(fā)生微弧放電現(xiàn)象。何業(yè)東、趙海平等[14-15]提出了陰、陽極表面積比理論，認(rèn)為水溶液中的陰極與陽極表面分別析出氫氣和氧氣，且析出氣體比為2∶1，因此陰陽極面積比的臨界值等于2。而實驗測得的陰陽極面積比臨界值為1.7，即當(dāng)陰陽極面積比大于臨界值時，放電現(xiàn)象發(fā)生在陽極；相反地，當(dāng)陰陽極面積比小于臨界值時，微弧放電現(xiàn)象發(fā)生在陰極。基于陰極微弧放電現(xiàn)象，于維平等[16]受到啟發(fā)，提出一種在金屬基體上采用高能脈沖陰極電化學(xué)沉積法制備氧化物涂層的技術(shù)：利用陰極表面擊穿空氣放電產(chǎn)生的高能等離子體，使陰極表面沉積物發(fā)生反應(yīng)，形成陶瓷涂層，從而將微弧放電與陰極電沉積結(jié)合了起來。但該技術(shù)必須嚴(yán)格控制陽極與電解液表面的距離，操作較為困難。后來何業(yè)東、楊曉戰(zhàn)等[17-18]首次提出陰極等離子體電沉積的概念，在鋁合金表面制備了ZrO2-Y2O3陶瓷涂層。該技術(shù)的優(yōu)點在于基體材料不受限制，形成涂層的物質(zhì)來源于電解液，基體基本不參與反應(yīng)，涂層成分可控。與高能脈沖陰極電化學(xué)沉積法相比，陰極等離子體電沉積不需要控制陽極與電解液表面之間的距離，直接將陰、陽極平行放置于電解液中，放電擊穿方式也由擊穿空氣變?yōu)閾舸╆帢O表面預(yù)制的阻擋層，操作更為簡單。隨后，薛文斌等[19]對該技術(shù)作了進(jìn)一步的改進(jìn)，提出新的溶液配方，同時將電解槽作為陽極，不在基體表面預(yù)制阻擋層，放電擊穿方式變?yōu)閾舸┓磻?yīng)過程中在陰極表面生成的氣膜。他們利用此方法在304不銹鋼表面沉積了一層結(jié)合力良好，耐高溫氧化和耐腐蝕性能優(yōu)異的氧化鋁陶瓷涂層。

下面根據(jù)陰極等離子體電沉積過程中的電流-電壓特征曲線[9,20](見圖1)，闡述陰極等離子體電沉積的放電擊穿過程和原理。

圖1 陰極等離子體電沉積的電流-電壓特征曲線Figure 1 Characteristic voltage vs.current curve for CPED process

在陰極等離子體電沉積過程中，試樣作為陰極被置于電解液中。在圖1的U1～ U2段，當(dāng)施加電壓較低時，電流隨電壓增大而線性增大。此過程中，陰極表面發(fā)生反應(yīng)而生成氫氣，電解液中的金屬陽離子Mn+在電場作用下向陰極表面移動并形成M(OH)n沉淀。同時由于焦耳熱效應(yīng)，電極表面產(chǎn)生蒸汽泡。具體反應(yīng)如式(1)-(3)所示。

在曲線的U2～ U3段，隨著電壓逐漸增大，陰極表面氣泡逐漸增多，最終形成一層低電導(dǎo)率的連續(xù)氣膜，陰極與電解液接觸面積減小，電流下降。同時，由于氣膜將陰極與電解液隔絕，因此電場強度在這層薄的氣膜內(nèi)積聚升高，達(dá)到106～ 108V/m。在這樣高的電場強度作用下，氣膜較薄的區(qū)域優(yōu)先發(fā)生電離并生成細(xì)小的不連續(xù)的等離子體微弧。在等離子體微弧的作用下，試樣表面的M(OH)n沉淀物被燒結(jié)成為MOn/2，如反應(yīng)式(4)所示。

當(dāng)形成陶瓷涂層后，試樣表面絕緣層由原來的單層連續(xù)氣膜變?yōu)檫B續(xù)氣膜和陶瓷涂層所構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)[21]。根據(jù)Maxwell-Wagner模型分析可知，在這種結(jié)構(gòu)下的介電物質(zhì)中，兩層的電場強度E氣膜和E涂層并不等于平均電場強度E。三者的關(guān)系如式(5)和式(6)所示。

其中，α氣膜是氣膜的電導(dǎo)率，α涂層是涂層的電導(dǎo)率，d氣膜是氣膜的厚度，d涂層是陶瓷涂層的厚度。由式(5)和式(6)可知，因α氣膜＜α涂層，故E氣膜＞E涂層。此外，氣膜的臨界擊穿電場強度(大約為3 MV/m)遠(yuǎn)小于氧化物陶瓷涂層的臨界擊穿電場強度(9.9 ～ 15.8 MV/m)。因此，氣膜最先被擊穿。氣膜被擊穿后，作用于氧化物陶瓷涂層上的電場強度增大，當(dāng)超過陶瓷涂層的臨界擊穿電場強度時，涂層被擊穿。

當(dāng)電壓繼續(xù)升高超過U3時，電流逐漸增大，陰極表面等離子體放弧變得更加密集和劇烈，并伴隨有發(fā)出低頻聲音的特征。

2 陰極等離子體電沉積陶瓷涂層的應(yīng)用

由于陰極等離子體電沉積不受基體材料限制且涂層成分可控，因此國內(nèi)外研究人員已采用陰極等離子體電沉積技術(shù)在多種基體材料表面制備了許多不同功能的陶瓷涂層。

2.1 耐高溫氧化陶瓷涂層

何業(yè)東課題組采用陰極等離子體電沉積技術(shù)在高溫合金上制備了Y2O3[22]、ZrO2-Y2O3[23]、Al2O3-YAG[24](YAG為釔鋁石榴石Y3Al5O12)等一系列具有優(yōu)異抗高溫氧化性能的陶瓷涂層。此外還制備了彌散Pt顆粒增韌的8YSZ-Pt[25](YSZ為氧化釔穩(wěn)定二氧化鋯)、ZrO2-Al2O3-Pt[26]、La2Zr2O7-Pt[27]、Al2O3-Pt/La2Zr2O7-Pt[28]等單層/雙層復(fù)合陶瓷涂層。通過Pt顆粒的摻雜，復(fù)合涂層在1 100 °C下的氧化增重質(zhì)量和氧化剝落質(zhì)量降低，抗高溫氧化和抗開裂剝落性能獲得明顯提高。

Zhang等[29]以碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料為基體，以含Y(NO3)3和Zr(NO3)4的去離子水為電解液，通過在電解液中添加不同含量的納米SiO2顆粒，制備了厚度為150 ～ 200 μm的Y2O3-ZrO2-SiO2復(fù)合陶瓷涂層。涂層中SiO2顆粒含量隨電解液中SiO2顆粒添加量的增加而近似線性增加，納米SiO2顆粒能夠有效填充涂層表面的孔洞和裂紋，涂層致密性明顯提高，與基體界面間的空隙也得到了改善。與不施加涂層的復(fù)合材料基體樣品相比，當(dāng)電解液中納米SiO2顆粒添加量為5 g/L時，樣品在1 000 °C下的抗高溫氧化性能最好，其氧化失重為30.24%，較基體樣品下降了約7/10。

王鵬等[30]采用陰極等離子體電沉積技術(shù)在IC10高溫合金表面先制備了一層厚度約為120 μm的YSZ-Pt熱障層，然后在其表面制備了一層厚度約為20 μm的Al2O3-Pt陶瓷層。Al2O3陶瓷層由于本身具有極低的氧擴散系數(shù)和較好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此有效地阻礙了高溫環(huán)境下氧元素向合金基體內(nèi)部的擴散。Al2O3-Pt/YSZ-Pt雙層復(fù)合涂層具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能，在1 100 °C下氧化200 h后的增重質(zhì)量約為0.7 mg/cm2。

2.2 耐蝕陶瓷涂層

NiTi合金材料由于其優(yōu)異的力學(xué)性能和生物相容性，在生物醫(yī)療領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但該材料在使用過程中發(fā)生腐蝕后，Ni元素的溶解釋放對人體有害，因此NiTi的應(yīng)用受到了極大限制。X.Wang等[31]以Al(NO3)3的乙醇溶液為電解液，在NiTi基體表面制備了厚度為90 μm的Al2O3陶瓷涂層。它主要由α-Al2O3和少量γ-Al2O3組成。在Al(NO3)3濃度為0.2 mol/L和沉積時間為45 min的條件下制備的涂層致密性最好，耐蝕性能最佳，能有效阻止NiTi中Ni元素的溶解釋放，提高了NiTi合金的使用安全性。

Liu等[32]以Al(NO3)3、Zr(NO3)4和無水乙醇為電解液，在WE43鎂合金表面制備了Al2O3-ZrO2陶瓷涂層。施加了Al2O3-ZrO2陶瓷涂層的鎂合金試樣在無機鹽緩沖液(含CaCl2、KH2PO4·3H2O、NaCl、KCl、MgCl2·6H2O、NaHCO3和Na2SO4)溶液中的腐蝕電流密度比鎂合金光樣降低了1個數(shù)量級，腐蝕電位正移了約300 mV，其耐蝕性得到了顯著提高。

王佳佳、周汝垚等[33-34]以Al(NO3)3和無水乙醇為電解液，在貧鈾表面制備了Al2O3陶瓷涂層，涂層試樣在 3.5% NaCl水溶液中的腐蝕電流密度與貧鈾光樣相比降低了約 2個數(shù)量級，在室溫大氣環(huán)境和90 °C、相對濕度為90%的空氣環(huán)境中也有良好的穩(wěn)定性，顯示了優(yōu)異的耐腐蝕性能。

2.3 耐磨陶瓷涂層

楊凱等[35]以含Al(NO3)3和MoS2顆粒的乙醇溶液為電解液，在Ti6Al4V鈦合金表面制備了厚度約為100 μm的Al2O3/MoS2復(fù)合陶瓷涂層。該涂層由α-Al2O3、γ-Al2O3和MoS2構(gòu)成，具有多孔結(jié)構(gòu)，與基體之間的結(jié)合強度約為 35 N。摩擦磨損試驗表明，Al2O3/MoS2復(fù)合涂層的磨痕較為光滑。一方面是因為α-Al2O3陶瓷相硬度高，具有很好的抗變形能力，阻止了涂層發(fā)生嚴(yán)重磨損；另一方面是因為涂層孔隙間摻雜的MoS2顆粒隨著摩擦磨損的進(jìn)行而逐漸裸露在磨損表面，形成三體磨損，導(dǎo)致試樣與摩擦副之間的接觸面積減小，同時MoS2的自潤滑特性有效減輕了試樣的磨粒磨損與粘著磨損。

Aliofkhazraei等[36]采用由 Na2CO3、丙三醇和納米 WC顆粒組成的電解液，在純鈦基體表面制備了TiC/WC陶瓷涂層。研究結(jié)果表明，該涂層的WC顆粒含量隨電解液溫度和攪拌速率的升高而減少，隨電解液中WC顆粒添加量的增大而增加。TiC/WC陶瓷涂層表面無明顯裂紋和孔洞，耐磨性和硬度都得到顯著提高，最大硬度可達(dá)2 580 HV0.5。

3 影響陰極等離子體電沉積陶瓷涂層的因素

陰極等離子體電沉積陶瓷涂層是一個電學(xué)、化學(xué)、熱力學(xué)等多效應(yīng)耦合的極端非平衡過程，這導(dǎo)致了研究的復(fù)雜性，其沉積機理至今尚不明確。陰極等離子體電沉積陶瓷涂層的影響因素主要有三方面：(1)電參數(shù)，如電源類型、脈沖頻率、工作電壓、電流密度、占空比、沉積時間等；(2)電解液參數(shù)，如主鹽濃度、添加劑、pH、溫度等；(3)實驗裝置。本文以目前研究較為集中的Al2O3陶瓷涂層為例，歸納各種因素對其陰極等離子體電沉積的影響。

3.1 電參數(shù)的影響

王佳佳、周汝垚等[33-34,37]分別在恒流和恒壓模式下研究了占空比、脈沖頻率和沉積時間對貧鈾合金表面沉積Al2O3陶瓷涂層的孔隙率和致密度的影響。結(jié)果表明：在較高頻率和較低占空比的條件下所獲得的膜層表面比較均勻和致密。這是由于占空比和頻率決定著單個脈沖電流的持續(xù)時間，占空比越大或頻率越小，單個脈沖電流的持續(xù)時間越長，等離子體微弧能量就越大，放電也越強烈。一方面由于等離子體微弧放電劇烈程度增加，每次噴射產(chǎn)生的熔融物在陶瓷涂層表面冷卻后形成的顆粒物增大；另一方面由于不同孔徑的微孔外圍熔融物凝固堆積量不同，增加了涂層陶瓷厚度方向上的不均勻性：因此隨著占空比的增加或頻率的降低，陶瓷涂層表面變得越來越粗糙。另外，隨著沉積時間的延長，涂層逐漸增厚，但表面粗糙度增大，形成的顆粒和顆粒上的孔洞都變大。這是因為涂層越厚，其電阻越大，擊穿所需的電壓就增大，反應(yīng)產(chǎn)生的等離子體微弧便更加劇烈，導(dǎo)致涂層表面沉積的涂層局部被等離子體微弧破壞。

Y.Wang等[38]在304不銹鋼表面沉積Al2O3陶瓷涂層時發(fā)現(xiàn)，改變脈沖的頻率對涂層結(jié)合力的影響較小，而提高脈沖頻率有利于涂層致密度和耐蝕性能的提高。其研究結(jié)果也與王佳佳、周汝垚等人[33-34,37]獲得的研究結(jié)果相似。

此外，楊凱等[35]在Ti6Al4V鈦表面制備Al2O3涂層時對工作電壓進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：過低的工作電壓會導(dǎo)致所沉積的涂層較薄，而過高的工作電壓會導(dǎo)致涂層表面致密度下降。因此選擇合適的工作電壓才能獲得優(yōu)異的涂層。

3.2 電解液參數(shù)的影響

隨著陰極等離子體電沉積陶瓷涂層的研究報道越來越多，人們對電參數(shù)影響陶瓷涂層的規(guī)律有了一定的系統(tǒng)性認(rèn)識，但是關(guān)于電解液參數(shù)對涂層影響的報道仍較少。

3.2.1 主鹽濃度

X.Wang等[31]和李新梅等[39]分別以NiTi和Ti為基材，研究了乙醇電解液中Al(NO3)3濃度對Al2O3陶瓷涂層形貌結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)Al2O3陶瓷涂層表面是由眾多大小不一的熔化凝固凸起顆粒和孔洞構(gòu)成，呈粗糙多孔形態(tài)。這些孔洞是局部氧化膜被擊穿、等離子體微弧放電所形成的通道。Al(NO3)3濃度小于0.2 mol/L時，涂層表面微孔多、晶粒尺寸小。隨Al(NO3)3濃度增大，相鄰?fù)蛊鹬饾u以搭橋形式熔融燒結(jié)在一起，微孔數(shù)大為減少，但孔洞直徑逐漸增大。

3.2.2 電解液的pH

Bahadori等[40]在IN738鎳基高溫合金上的MCrAlY粘結(jié)層表面制備了一層Al2O3熱障陶瓷涂層，研究了在硝酸鋁乙醇水溶液的pH(以KOH調(diào)節(jié))分別為2.7、7和11時所得Al2O3涂層的形貌，發(fā)現(xiàn)隨著電解液pH的升高，涂層表面顆粒凸起物變得越來越連續(xù)，涂層致密性得到改善。

3.2.3 添加劑

電解液中添加劑的種類多種多樣，有無機添加劑、有機添加劑、稀土添加劑、溶膠添加劑、納米顆粒添加劑等。不同添加劑對陰極等離子體電沉積的影響不盡相同。

王鵬等[41-42]通過在由0.8 mol/L Al(NO3)3和0.05 mol/L Zr(NO3)4組成的電解液中添加H2PtCl6·6H2O，實現(xiàn)了Pt顆粒與Al2O3涂層在TiAl合金上的共沉積。他們發(fā)現(xiàn)Pt顆?？梢詫﹃帢O等離子體電解擊穿放電產(chǎn)生影響，阻礙涂層中的電子雪崩擊穿過程，進(jìn)而降低了涂層被擊穿轟擊破壞的可能性。此外，隨涂層中Pt含量的增加，涂層的表面孔隙率呈下降趨勢，涂層的抗高溫氧化性能和抗開裂剝落性能得到提高。

Zeng等[43]在0.3 mol/L Al(NO3)3電解液中加入Cr(NO3)3，在316L不銹鋼表面制備了由γ-Al2O3、α-Al2O3和Cr2O3組成的陶瓷涂層。通過與電解液中不加Cr(NO3)3時所制備的Al2O3涂層對比后發(fā)現(xiàn)，Al2O3/Cr2O3涂層中α-Al2O3的含量較Al2O3涂層中明顯增多，表明Al2O3/Cr2O3涂層中存在的Cr可以促進(jìn)α-Al2O3的形核和生長以及γ-Al2O3相向α-Al2O3相的轉(zhuǎn)變。

王鵬等[44-45]研究了在含0.8 mol/L Al(NO3)3的電解液中添加非離子型表面活性劑聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)對IC10鎳基高溫合金上制備Al2O3陶瓷涂層的影響，發(fā)現(xiàn)PEG和PVP的添加增大了電解液的黏度，從而限制了陰極表面氣泡的逃逸，使得陰極表面獲得一層厚度均勻一致的氣膜，促進(jìn)陰極表面在各處均勻放電，所獲得的涂層均勻致密，孔隙率變小，抗高溫氧化性能得到提高。

陳海濤等[46]通過在Al(NO3)3電解液中加入SiC顆粒，在TC4鈦合金表面制備了Al2O3-SiC陶瓷涂層。結(jié)果表明：與不摻雜SiC顆粒的Al2O3陶瓷涂層相比，Al2O3-SiC陶瓷涂層均勻致密，幾乎沒有大的燒蝕孔洞。這是由于SiC顆粒在一定程度上增大了溶液的電阻，導(dǎo)致電解液的電導(dǎo)率下降，陰極表面等離子體放弧強度下降，使其表面微孔的直徑變小，部分抑制了較大弧斑的形成，而少量較大的燒蝕孔洞在 SiC不斷沉積過程中被很快填平。

以上諸多研究表明，電解液參數(shù)能夠顯著地影響陰極等離子體電沉積陶瓷涂層的性能。由于陰極等離子體電解過程復(fù)雜，電解液影響因素眾多，因此需要根據(jù)涂層的性能要求來配制不同的電解液。這就需要對陰極等離子體電沉積過程以及涂層的成分、結(jié)構(gòu)和性能的影響因素進(jìn)行更深入的研究，才能得到理想的電解液。

3.3 實驗裝置的影響

鄧舜杰等[47]對傳統(tǒng)陰極等離子體電沉積裝置(如圖2所示)進(jìn)行了改進(jìn)，提出如圖3所示的埋珠法陰極等離子體電沉積裝置。通過在陰極區(qū)施加微珠層，陰極表面的氣泡逃逸變得困難，在較低的電流密度下就能形成氣膜，同時微珠層的存在使得氣膜厚度及陰極周圍電場的分布變得更加均勻。因此，在較低的電流密度條件下，整個陰極表面便生成均勻穩(wěn)定的等離子體微弧，最終形成連續(xù)致密的陶瓷涂層，這樣便有利于在大面積復(fù)雜形狀試樣上實現(xiàn)陰極等離子體電沉積陶瓷涂層。

圖2 傳統(tǒng)陰極等離子體電沉積裝置Figure 2 Schematic diagram of conventional CPED device

圖3 埋珠法陰極等離子體電沉積裝置Figure 3 Schematic diagram of a novel CPED device with the addition of microbeads in cathode region

4 展望

目前，傳統(tǒng)陶瓷制備技術(shù)工藝成熟，制備的涂層性能可靠、重復(fù)性好，但是也存在一些缺點，如：氣相沉積技術(shù)在金屬基體上制備陶瓷涂層都需要真空設(shè)備，這就增加了工藝的難度和設(shè)備成本；常用的氣相沉積技術(shù)與等離子體噴涂技術(shù)都要求基體具有很高的溫度，基體內(nèi)部過高的溫度會對涂層結(jié)合造成一定的不利影響，并且在一定程度上限制了其在低熔點的輕金屬基體上的應(yīng)用；微弧氧化只能應(yīng)用于閥金屬及其合金，且涂層成分受到限制。而陰極等離子體電沉積技術(shù)與上述傳統(tǒng)涂層制備技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：(1)所制備的陶瓷涂層元素來自于電解液，可通過改變電解液配方來調(diào)節(jié)涂層成分；(2)基體材料不參與反應(yīng)，對基體的物理化學(xué)性質(zhì)及外形尺寸影響較??；(3)放弧機制為擊穿氣膜放弧，理論上可以實現(xiàn)在任意導(dǎo)電材料表面沉積陶瓷涂層；(4)沉積過程中陰極完全被電解液包圍，可實現(xiàn)在異形工件表面沉積陶瓷涂層；(5)基材的預(yù)處理只包括表面清潔和去油污，無需進(jìn)行表面蝕刻或活化；(6)沉積過程中基體的整體溫度與電解液溫度基本相同，避免了熱效應(yīng)對基體的不利因素。換言之，采用陰極等離子體電沉積技術(shù)不僅可以在鈦、鎂、鋁、鈾、鈹?shù)然顫娊饘偕现苽涑鎏沾蓪樱铱梢栽陔y熔金屬以及非金屬導(dǎo)電材料上制備出硬度高、耐磨、耐蝕、絕緣性能優(yōu)異的陶瓷涂層，因此陰極等離子體電沉積技術(shù)有望在航空、航天、機械、汽車、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[48-49]。

雖然采用陰極等離子體電沉積技術(shù)制備陶瓷耐蝕涂層具有一些獨特的優(yōu)勢，但對現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)后發(fā)現(xiàn)該技術(shù)本身及其應(yīng)用仍然存在一些問題：(1)有關(guān)陰極等離子體電沉積陶瓷涂層的理論尚不完善，關(guān)于涂層生長理論的深入研究很罕見，大多是關(guān)于工藝方面的研究，即使現(xiàn)有的理論也存在著爭議，無法建立完善的理論模型；(2)目前所制備的陶瓷涂層表面一般存在孔洞等缺陷，致密性較差，影響了涂層性能。

針對上述問題，未來陰極等離子體電沉積技術(shù)的發(fā)展將著重研究以下幾個方面：

(1) 探索陰極等離子體電沉積制備氧化物陶瓷涂層的機理以及涂層與基體之間的相互作用，研究沉積過程中的電流密度-電壓曲線，并對陰極等離子體電沉積陶瓷涂層的動力學(xué)過程進(jìn)行分析，探究不同階段陰極表面氣膜、電場強度的變化規(guī)律和氣膜的放弧機理。

(2) 系統(tǒng)地制備并研究具有不同導(dǎo)電性能的涂層，考察涂層的導(dǎo)電性能與涂層結(jié)構(gòu)(缺陷)的相關(guān)性，掌握陶瓷涂層導(dǎo)電性能等物理參數(shù)對涂層放電擊穿機制的影響。

(3) 優(yōu)化電解液成分，通過添加不同納米顆?；蛱砑觿﹣硖岣吣有阅?。

(4) 在鈦、鎂、鋁、鈾等活潑金屬，難熔金屬，以及非金屬導(dǎo)電材料上制備不同種類、不同功能的陶瓷涂層，為特種材料表面發(fā)展新型陶瓷涂層提供技術(shù)支持。

(5) 利用在溶液中沉積的技術(shù)特點，為復(fù)雜形狀材料表面制備新型陶瓷涂層提供新的技術(shù)途徑。

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