温度对钛合金的液相等离子体碳氮共渗的影响(2)
液相等离子体电解沉积[1]（plasma electrolysis deposition，PED)是在特定的液相电解液中，工件作为阴极，石墨或不锈钢作为阳极，两极之间施加一定大小的电压，当电压超过某一临界值时（击穿电压），工件电极与电解液界面发生电势突变产生的高强度电场可以击穿界面处的气体膜、钝化膜等电介质，工件表面会产生电弧放电现象，生成有别于气态、固态、液态的等离子态，进而发生等离子体电解反应，产生碳、氮、硼等活性离子，渗入工件表面，从而在表面生成具有特定性能的改性层或沉积层[2]。
液相等离子体电解沉积技术可分为阴极等离子体电解沉积和阳极等离子体电解沉积，目前主要的研究是以阴极等离子电解沉积为主，即工件作为阴极，在阴极上沉积出氧化膜或陶瓷层。该技术电解液选择简单，电解液配置方便，但是电解液毒性大，污染大，渗透慢。阳极等离子电解沉积虽然也有研究，但是只占少数[3-7]。很多对阳极等离子电解沉积方面的研究，只是研究某方面的性质，将其作为一种模型，得出其各参数之间对应关系，使其在阴极等离子电解沉积上有更好的理论支持和应用[6]。阳极等离子电解沉积具有电解液毒性小，污染小，渗透功能也比阴极渗透技术强大，但是该技术尚未成熟，而且由于电解液是无机盐，电导性强，工件的放热很快，不容易控制和冷却。
阴极的液相等离子体电解沉积可以实现渗碳、渗氮、渗硼[8]以及共渗，电解液的选择通常由有机物、易溶盐和水三者组成。常用的有机物有：甲酰胺HCONH2（渗氮）、尿素[CO(NH2)2]（渗碳）、乙醇胺H2N(CN2)2OH（碳氮共渗）。此外，也有些学者研究利用其他溶液如利用甘油进行渗碳、利用硼砂进行渗硼[9-10]等。由于有机化合物的导电性较差，因此常配备一些易溶盐的水溶液加入有机化合物中以此提高电解液体系的导电性，形成稳定的放电电弧。直接将有机盐加入到有机电解质溶液中是不会溶解的。一般控制加入的水溶液的体积占总体积的5%-10%可以显著提高导电性能。
液相等离子体电解沉积具有诸多优点，它可以在开放的大气下，特定的电解液中进行，反应时间短，渗透效益高，局限性较小，工件变形小，近年来受到国内外很多研究学者关注。然而即便如此，由于技术的制约，对于液相等离子电解沉积技术依然有诸多问题没有得到解决，如实现稳定而均匀的渗层，表面温度难于准确测量等。目前对液相等离子体电解碳氮共渗的研究主要集中在对钢铁材料[11-12]和轻金属上，而利用液相等离子电解沉积技术实现对钛合金进行表面性能改性，提高钛合金表面层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能善处于研究阶段。
1.1.2 液相等离子体电解沉积技术的发展及应用
传统的等离子体喷涂技术真空度要求高，设备昂贵，对于形状复杂的工件或只需要在特殊部分喷涂的工件面临着很大的限制。而液相等离子体电解沉积可以很好的解决这些问题。液相等离子体电解沉积其反应设备简单，反应温度较低，无需要很大的真空度就可以进行，材料应用广泛，此外所形成的陶瓷层结合牢固，不会给工件基体带来很大的内应力和热应力，工件不易变形，相比于传统的薄膜沉积技术或者碳氮渗透技术具有很大优势，有着很大的研究价值和应用前景。
国内外的研究者对液相等离子体电解沉积进行了很多研究。魏同波[13]和关永军[14]曾经发表过关于液相等离子体电解沉积方面的综述性文章，文中提出当前该技术的发展和应用，但是对等离子体的渗透技术和机理涉及较少；薛文斌等在甘油电解液体系下对纯钛进行等离子体电解渗碳处理[15]，测量了在该体系中的硬度及渗层情况；柳永康等人针对时间和电压这两个参数研究了钛合金等离子体电解碳氮共渗层的影响[16]，证明延长放电时间和提高工件电压均可使渗层的硬度、厚度和保持高硬度的范围变大；胡宗纯，谢发勤等也研究了TC4钛合金表面等离子体电解碳氮共渗层的特性与耐磨性[17]，对渗层微观形貌进行观察并得出了表面为2200HK0.025的多孔Ti（C,N)渗层。
下一篇：轻质莫来石纤维隔热板制备技术研究