Plasma elektrolytisk oxidation
Plasmaelektrolytisk oxidation ( PEO ), även känd som elektrolytisk plasmaoxidation ( EPO ) eller mikrobågsoxidation ( MAO ) , är en elektrokemisk ytbehandlingsprocess för att generera oxidbeläggningar på metaller . Det liknar anodisering , men det använder högre potentialer , så att urladdningar sker och den resulterande plasman modifierar strukturen på oxidskiktet. Denna process kan användas för att växa tjocka (tiotals eller hundratals mikrometer), till stor del kristallina , oxidbeläggningar på metaller som aluminium , magnesium och titan . Eftersom de kan uppvisa hög hårdhet och en kontinuerlig barriär, kan dessa beläggningar erbjuda skydd mot slitage , korrosion eller värme samt elektrisk isolering .
Beläggningen är en kemisk omvandling av substratmetallen till dess oxid och växer både inåt och utåt från den ursprungliga metallytan. Eftersom den växer inåt i substratet har den utmärkt vidhäftning till substratmetallen. Ett brett utbud av substratlegeringar kan beläggas, inklusive alla bearbetade aluminiumlegeringar och de flesta gjutna legeringar, även om höga halter av kisel kan minska beläggningskvaliteten.
Bearbeta
Metaller som aluminium bildar naturligt ett passiverande oxidskikt som ger ett måttligt skydd mot korrosion. Skiktet är starkt vidhäftande på metallytan och kommer snabbt att växa ut igen om det skrapas bort. Vid konventionell anodisering odlas detta lager av oxid på metallens yta genom applicering av elektrisk potential , medan delen är nedsänkt i en sur elektrolyt .
Vid plasmaelektrolytisk oxidation appliceras högre potentialer . Till exempel, vid plasmaelektrolytisk oxidation av aluminium måste minst 200 V appliceras. Detta överskrider lokalt den dielektriska nedbrytningspotentialen för den växande oxidfilmen och urladdningar sker. Dessa urladdningar resulterar i lokala plasmareaktioner, med förhållanden med hög temperatur och tryck som modifierar den växande oxiden. Processer inkluderar smältning, smältflöde, återstelnande, sintring och förtätning av den växande oxiden. En av de mest betydande effekterna är att oxiden delvis omvandlas från amorf aluminiumoxid till kristallina former såsom korund (α-Al 2 O 3 ) som är mycket hårdare. Som ett resultat förbättras mekaniska egenskaper såsom slitstyrka och seghet .
Använd utrustning
Den del som ska beläggas nedsänks i ett elektrolytbad som vanligtvis består av en utspädd alkalisk lösning såsom KOH. Den är elektriskt ansluten så att den blir en av elektroderna i den elektrokemiska cellen , där den andra "motelektroden" vanligtvis är gjord av ett inert material såsom rostfritt stål , och består ofta av själva badets vägg.
Potentialer på över 200 V appliceras mellan dessa två elektroder. Dessa kan vara kontinuerlig eller pulsad likström (DC) (i vilket fall delen är helt enkelt en anod i DC-drift), eller växelpulser ( växelström eller "pulsad bi-polär" drift) där den rostfria motelektroden bara kan vara jordad .
Beläggningsegenskaper
En av de anmärkningsvärda egenskaperna hos plasmaelektrolytbeläggningar är närvaron av mikroporer och sprickor på beläggningsytan. Plasma elektrolytiska oxidbeläggningar är allmänt kända för hög hårdhet, slitstyrka och korrosionsbeständighet. Beläggningsegenskaperna är dock starkt beroende av det använda substratet, såväl som på elektrolytens sammansättning och den elektriska regim som används (se avsnittet "Använd utrustning" ovan).
Även på aluminium kan beläggningsegenskaperna variera kraftigt beroende på den exakta legeringssammansättningen . Till exempel kan de hårdaste beläggningarna uppnås på 2XXX-serien aluminiumlegeringar , där den högsta andelen korund i kristallin fas (α-Al 2 O 3 ) bildas, vilket resulterar i hårdheter på ~2000 HV , medan beläggningar på 5XXX-serien har mindre av denna viktiga beståndsdel och är därför mjukare. Omfattande arbete bedrivs av prof. TW Clyne vid University of Cambridge för att undersöka de grundläggande elektriska och plasmafysikaliska processerna som är involverade i denna process, efter att tidigare ha belyst några av de mikromekaniska (& porarkitektoniska), mekaniska och termiska egenskaperna hos PEO-beläggningar.