等离子体电解氧化陶瓷膜生长过程的电化学阻抗谱研究

doi:10.3724/SP.J.1077.2009.00111

无机材料学报

等离子体电解氧化陶瓷膜生长过程的电化学阻抗谱研究

张雪林¹，姜兆华¹，姚忠平¹，吴振东²

1. 哈尔滨工业大学化工学院, 哈尔滨 150001； 2. 白城师范学院化学系，白城 137000

收稿日期:2008-03-21 修回日期:2008-05-08 出版日期:2009-01-20 网络出版日期:2009-01-20

Electrochemical Impedance Spectroscopy during the Process ofPlasma Electrolytic Oxidation

ZHANG Xue-Lin¹, JIANG Zhao-Hua¹, YAO Zhong-Ping¹, WU Zhen-Dong²

1. School of Chemical Engineering and Technology, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China; 2. Department of Chemistry, Baicheng Normal College, Baicheng 137000, China

Received:2008-03-21 Revised:2008-05-08 Published:2009-01-20 Online:2009-01-20

摘要/Abstract

摘要： 在铝酸钠溶液中，利用直流等离子体电解氧化电源在钛合金表面制备了陶瓷膜，将所制备的膜层在原铝酸钠溶液里进行电化学阻抗谱测试，并利用扫描电镜(SEM)及其附带的能谱仪以及X射线衍射仪(XRD)对膜层的形貌以及组成进行了分析，从而探讨了膜层生长过程中的结构变化特点.结果表明，膜层主要由钛、铝以及氧元素组成.在火花阶段，膜层内未形成结晶相，电流密度对PEO陶瓷膜的生长过程影响较小；在微弧阶段，膜层内形成了Ti₂AlO₅结晶相，电流密度对PEO陶瓷膜的生长过程，特别是疏松层的生长过程影响显著，而对致密层生长过程的影响相对较小.微弧阶段长时间的击穿放电会对PEO陶瓷膜造成破坏，随电流密度的增大破坏程度增强.

关键词: 等离子体电解氧化, 电化学阻抗谱, 钛合金

Abstract: The growth process of plasma electrolytic oxidation (PEO) coating conducted for Ti6Al4V was studied by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The sample was treated to different voltage in sodium aluminate solution with DC power at current density of 2A/dm² and 8A/dm², and then it was transferred with the solution to the electrolytic cell to perform the EIS test. SEM, EDS and XRD were also adopted to characterize the porous structure, element and phase composition of the PEO coating, respectively. The results show that the PEO coating is composed of titanium, aluminum and oxygen. In the spark region, no crystalline phase is detected, and the growth process of PEO coating, especially the loose outer layer, is strongly affected by the treatment voltage, but nearly independent on the current density. In the micro-arc region, the coating consists of aluminum titanate phase, and the current density has strong effects on the growth process of the loose outer layer, but has little effects on the growth process of the dense inner layer.

Key words: plasma electrolytic oxidation, electrochemical impedance spectroscopy, titanium alloys

中图分类号:

TG174

张雪林,姜兆华,姚忠平,吴振东. 等离子体电解氧化陶瓷膜生长过程的电化学阻抗谱研究[J]. 无机材料学报, DOI: 10.3724/SP.J.1077.2009.00111.

ZHANG Xue-Lin,JIANG Zhao-Hua,YAO Zhong-Ping,WU Zhen-Dong. Electrochemical Impedance Spectroscopy during the Process ofPlasma Electrolytic Oxidation[J]. Journal of Inorganic Materials, DOI: 10.3724/SP.J.1077.2009.00111.

参考文献

［1］Yerokhin A L, Nie X, Leyland A, et al. Surf. Coat. Technol.，1999，122(2-3)：73-93.
［2］王德云，东青，陈传忠，等. 硅酸盐学报，2005，33 (9)：1133-1138.
［3］Xin Shi-Gang, Song Li-Xin, Zhao Rong-Gen, et al. Surf. Coat. Technol.，2005，199(2-3)：184- 188.
［4］Yerokhin A L, Shatrov A, Samsonov V, et al. Surf . Coat . Technol.，2004，182(1)：78-84.
［5］孙学通，姜兆华，李延平，等（SUN Xue-Tong, et al）. 无机材料学报（Journal of Inorganic Materials），2004，19(4)：881-886.
［6］黄平，徐可为，憨勇. 硅酸盐学报，2002，30(3)：316-320.
［7］Xue W B, Wang C, Chen R Y, et al. Mater. Lett.，2002，52(6)：435-441.
［8］王亚明，蒋百灵，雷廷权，等（WANG Ya-Ming, et al）. 无机材料学报（Journal of Inorganic Materials），2003，18（6）：1325-1330. 
［9］Mansfeld F, Kendig M W. Werkst. Korros.，1985，36(11)：473-483.
［10］Liu C, Bi Q, Leyland A, et al. Corrosion Science，2003，45(6)：1257-1273.
［11］Mansfeld F. Corrosion，1988，44(12)：856-868.
［12］Tsai C H, Mansfeld F. Corrosion Science，1993，49(9)：726-737.
［13］Scully J R, Hensley S T. Corrosion Science，1994，50(9)：705-716.
［14］Yao Zhongping, Jiang Zhaohua, Xin Shigang, et al. Electrochimica Acta，2005，50(16-17)：3273-3279.
［15］Yao Zhongping, Jiang Zhaohua, Wang Fuping. Electrochimica Acta，2007，52(13)：4539-4546.
［16］Duan Hongping, Du Keqin, Yan Chuanwei, et al. Electrochimica Acta，2007，52(11)：3785-3793.
［17］Duan Hongping, Yan Chuanwei, Wang Fuhui. Electrochimica Acta，2007，51(14)：2898-2908.
［18］Parfenov E V, Yerokhin A L, Matthews A. Thin Solid Films，2007，516(2)：428-432.
［19］辛世刚. 哈尔滨工业大学博士学位论文，2003.
［20］Ikonopisov S.Electrochimica Acta，1977，22(10)：1077-1082.
［21］汪剑波，吴汉华，金曾孙，等（WANG Jian-Bo, et al）. 无机材料学报（Journal of Inorganic Materials），2006，21（3）：731-735.
［22］Sergio Luiz de Assis, Stephan Wolynec, Isolda Costa. Electrochimica Acta，2006，51 (8-9)：1815-1819.
［23］曹楚南，张鉴清. 电化学阻抗谱导论，第一版. 北京：科学出版社，2002.
［24］史美伦. 交流阻抗谱原理与应用，第一版. 北京：国防工业出版社，2001.
［25］Mansfeld F, Kendig M W. J. Electrochem. Soc.，1988，135(4)：828-833.
［26］Chung S C, Cheng J R, Chiou S D. Corros. Sci.，2000，42(7)：1249-1268.

[1]	吴凌, 谭继, 钱仕, 葛乃建, 刘宣勇. 钽离子注入对镍钛合金表面生物学性能的影响[J]. 无机材料学报, 2022, 37(11): 1217-1224.
[2]	王雪, 张文强, 于波, 陈靖. 基于DRT和ADIS的SOFC/SOEC电堆电化学阻抗谱研究[J]. 无机材料学报, 2016, 31(12): 1279-1288.
[3]	张晓伟, 刘洪喜, 蒋业华, 范氏红娥. 激光铝热还原法制备Al₂O₃/Ti-Al基复合涂层[J]. 无机材料学报, 2013, 28(9): 1033-1039.
[4]	苏婧, 吴兴隆, 郭玉国. LiMn_0.8Fe_0.2PO₄/C纳米复合材料的制备与电化学性能研究[J]. 无机材料学报, 2013, 28(11): 1248-1254.
[5]	胡红杰, 刘宣勇, 丁传贤. 等离子体电解氧化制备生物活性多孔纳米TiO₂涂层[J]. 无机材料学报, 2011, 26(6): 585-590.
[6]	辛世刚，赵荣根，都徽，宋力昕. 铝合金表面氧化锆等离子体电解氧化涂层的制备及形成机理研究[J]. 无机材料学报, 2009, 24(1): 107-110.
[7]	关永军,夏原. 铝合金表面等离子体电解氧化陶瓷涂层在NaCl溶液中的电化学阻抗谱研究[J]. 无机材料学报, 2008, 23(4): 784-788.
[8]	吴振强,夏原,张春杰,李光. 钢基铝镀层转化为陶瓷层的演变规律研究[J]. 无机材料学报, 2007, 22(3): 534-538.
[9]	王贵领,张密林,赵辉,霍丽华,孙丽萍. La₉(SiO₄)_6-x(VO₄)_xO_1.5+0.5x的合成及其导电性能的研究[J]. 无机材料学报, 2006, 21(5): 1258-1262.
[10]	汪剑波,吴汉华,金曾孙,唐元广,常鸿. 钛合金微弧氧化膜微晶生长特性的研究[J]. 无机材料学报, 2006, 21(3): 731-735.
[11]	金云学,李庆芬. 钛合金中TiC晶体的配位多面体生长基元与生长习性[J]. 无机材料学报, 2004, 19(6): 1249-1254.
[12]	孙学通,姜兆华,李延平,辛世刚,姚忠平. 钛合金表面原位生长含α-Al₂O₃相高硬度陶瓷膜的研究[J]. 无机材料学报, 2004, 19(4): 881-886.
[13]	王亚明,蒋百灵,雷廷权,郭立新,曹跃平. 电参数对Ti6Al4V合金微弧氧化陶瓷膜结构特性的影响[J]. 无机材料学报, 2003, 18(6): 1325-1330.
[14]	薛文斌,王超,邓志威,林志. TC4钛合金表面交流微弧氧化膜研究[J]. 无机材料学报, 2002, 17(2): 326-331.
[15]	憨勇,徐可为. 微弧氧化生成含钙磷氧化钛生物薄膜的结构[J]. 无机材料学报, 2001, 16(5): 951-956.

等离子体电解氧化陶瓷膜生长过程的电化学阻抗谱研究

Electrochemical Impedance Spectroscopy during the Process ofPlasma Electrolytic Oxidation

PDF (PC)

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价