Utlenianie elektrolityczne w plazmie
Utlenianie elektrolityczne plazmowe ( PEO ), znane również jako utlenianie plazmowe elektrolityczne ( EPO ) lub utlenianie mikrołukiem ( MAO ), to proces elektrochemicznej obróbki powierzchni w celu wytworzenia powłok tlenkowych na metalach . Jest podobny do anodowania , ale wykorzystuje wyższe potencjały , dzięki czemu występują wyładowania i powstająca plazma modyfikuje strukturę warstwy tlenkowej. Proces ten można stosować do tworzenia grubych (dziesiątki lub setki mikrometrów), w dużej mierze krystalicznych , powłok tlenkowych na metalach takich jak aluminium , magnez i tytan . Ponieważ mogą wykazywać wysoką twardość i ciągłą barierę, powłoki te mogą zapewniać ochronę przed zużyciem , korozją lub ciepłem, a także izolację elektryczną .
Powłoka jest chemiczną konwersją metalu podłoża w jego tlenek i narasta zarówno do wewnątrz, jak i na zewnątrz od pierwotnej powierzchni metalu. Ponieważ wrasta do wnętrza podłoża, ma doskonałą przyczepność do metalu podłoża. Można powlekać szeroką gamę stopów podłoża, w tym wszystkie stopy aluminium do obróbki plastycznej i większość stopów odlewniczych, chociaż wysoki poziom krzemu może obniżyć jakość powłoki.
Proces
Metale takie jak aluminium w naturalny sposób tworzą pasywującą warstwę tlenku, która zapewnia umiarkowaną ochronę przed korozją. Warstwa mocno przylega do metalowej powierzchni i szybko odrasta w przypadku zdrapania. W konwencjonalnym anodowaniu ta warstwa tlenku narasta na powierzchni metalu poprzez przyłożenie potencjału elektrycznego , podczas gdy część jest zanurzana w kwaśnym elektrolicie .
W plazmowym utlenianiu elektrolitycznym stosowane są wyższe potencjały . Na przykład podczas plazmowego elektrolitycznego utleniania aluminium należy zastosować napięcie co najmniej 200 V. Lokalnie przekracza to potencjał przebicia dielektrycznego rosnącej warstwy tlenku i występują wyładowania . Wyładowania te powodują miejscowe reakcje plazmowe, w których panuje wysoka temperatura i ciśnienie, które modyfikują rosnący tlenek. Procesy obejmują topienie, płynięcie stopu, ponowne zestalanie, spiekanie i zagęszczenie rosnącego tlenku. Jednym z najbardziej znaczących efektów jest częściowe przekształcenie tlenku z amorficznego tlenku glinu w formy krystaliczne, takie jak korund (α-Al 2 O 3 ), który jest znacznie twardszy. W rezultacie poprawiają się właściwości mechaniczne, takie jak odporność na zużycie i wytrzymałość .
Użyte wyposażenie
Powlekaną część zanurza się w kąpieli elektrolitowej , która zwykle składa się z rozcieńczonego roztworu alkalicznego , takiego jak KOH. Jest ona połączona elektrycznie, tak aby stać się jedną z elektrod w ogniwie elektrochemicznym , przy czym druga „przeciwelektroda” jest zwykle wykonana z obojętnego materiału, takiego jak stal nierdzewna , i często składa się ze ścianki samej wanny.
Pomiędzy tymi dwiema elektrodami przykładane są potencjały powyżej 200 V. Może to być ciągły lub pulsacyjny prąd stały (DC) (w tym przypadku część jest po prostu anodą pracującą na prąd stały) lub impulsy zmienne ( prąd przemienny lub praca „impulsowa dwubiegunowa”), gdzie przeciwelektroda ze stali nierdzewnej może być po prostu uziemiony .
Właściwości powłoki
Jedną z niezwykłych cech powłok elektrolitowych plazmowych jest obecność mikroporów i pęknięć na powierzchni powłoki. Powłoki tlenków elektrolitycznych plazmowych są ogólnie uznawane za wysoką twardość, odporność na zużycie i odporność na korozję. Jednakże właściwości powłoki w dużym stopniu zależą od zastosowanego podłoża, a także od składu elektrolitu i zastosowanego reżimu elektrycznego (patrz sekcja „Zastosowany sprzęt” powyżej).
Nawet w przypadku aluminium właściwości powłoki mogą się znacznie różnić w zależności od dokładnego składu stopu . Przykładowo, najtwardsze powłoki można uzyskać na stopach aluminium serii 2XXX , gdzie tworzy się największa ilość korundu w fazie krystalicznej (α-Al 2 O 3 ), co daje twardość ~2000 HV , natomiast powłoki z serii 5XXX mają mniejszą tego ważnego składnika i dzięki temu są bardziej miękkie. Szeroko zakrojone prace prowadzi prof. TW Clyne na Uniwersytecie w Cambridge zbadać podstawowe procesy fizyczne i elektryczne związane z tym procesem, po wcześniejszym wyjaśnieniu niektórych właściwości mikromechanicznych (i architektury porów), mechanicznych i termicznych powłok PEO.