锆合金等离子电解氧化膜的微观组织结构和性能研究

锆合金是主要用于原子能工业的重要材料，使用于极其苛刻的工作环境。等离子电解氧化技术（PEO）可以在锆合金表面生成以氧化锆为主要成分的陶瓷膜，该膜可以提高锆合金的耐腐蚀性能等一系列性能。本研究拟在多种电流制度和电解液体系中对锆合金进行PEO处理，采用电化学试验、SEM、TEM、XRD等试验手段，考查各种电解液体系、电参数等对锆合金PEO膜层结构性能的影响，探索氧化膜中四方氧化锆、单斜氧化锆各自的生成条件和机理。同时研究PEO过程的火花放电机理，查明不同类型的火花放电微区的温度场的特征以及和PEO膜层微观结构的联系，为锆合金上的PEO氧化膜的生长控制提供理论依据，进一步发展有关等离子电解氧化的理论，为锆合金表面性能的提高和扩展提供理论依据和手段，加速其在原子能工业和其他方面的应用。

锆合金是主要用于原子能工业的重要材料，使用于极其苛刻的工作环境。等离子电解氧化技术（PEO）可以在锆合金表面生成以氧化锆为主要成分的陶瓷膜，该膜可以提高锆合金的耐腐蚀性、耐磨性等一系列性能。本研究以锆合金为主要研究对象，对锆合金在不同电解液体系中的PEO行为进行了深入的研究。解释了硅酸盐中获得的PEO膜层的“花朵”状结构-特征凝固结构的形成机理，揭示了氧化锆的单斜相和四方相之间的相变对膜层的耐磨性的重要影响，此外，在铝酸盐电解液中得到了高度耐磨的氧化铝和氧化锆混合膜层，同时，揭示了不同火花放电对膜层微观结构和PEO膜层性能的影响。并且，我们将研究对象扩大到钛合金和铝合金，在铝合金的PEO研究中，首次发现了合金成分（Cu）对PEO膜层颜色的影响，该发现对于PEO膜层的着色有着重要意义，此外，发现了一种铝合金PEO膜层的双层结构（这种结构也在锆合金的膜层中发现），并提出适用于该结构的一个改进的火花放电模型。最后，通过对锆合金、铝合金和钛合金的PEO过程和膜层微观结构的比较，站在一个更高的角度对不同金属的PEO膜层的微观结构和金属氧化膜的本性的关系进行了思考和研究，提出了PEO膜层的微观结构和金属氧化膜的固态物理性能有关这一重要学术观点。