Plasma elektrolytisk oksidasjon - Plasma electrolytic oxidation
Plasma elektrolytisk oksydasjon ( PEO ), også kjent som elektrolytisk plasma oksidasjon ( EPO ) eller microarc oksidasjon ( MAO ), er en elektrokjemisk overflatebehandling prosess for generering av oksid belegg på metaller . Det ligner på anodisering , men det bruker høyere potensialer , slik at utslipp oppstår, og det resulterende plasmaet modifiserer strukturen til oksidlaget. Denne prosessen kan brukes til å bli tykk (titalls eller hundrevis av mikrometer), i stor grad krystallinske , oksydbelegg på metaller som aluminium , magnesium og titan . Fordi de kan presentere høy hardhet og en kontinuerlig barriere, kan disse beleggene gi beskyttelse mot slitasje , korrosjon eller varme samt elektrisk isolasjon .
Belegget er en kjemisk omdannelse av substratmetallet til oksidet , og vokser både innover og utover fra den opprinnelige metalloverflaten. Fordi det vokser innover i underlaget, har det utmerket vedheft til substratmetallet. Et bredt spekter av substratlegeringer kan belegges, inkludert alle aluminiumslegeringer og de fleste støpte legeringer, selv om høye nivåer av silisium kan redusere beleggkvaliteten.
Prosess
Metaller som aluminium danner naturlig et passiverende oksydlag som gir moderat beskyttelse mot korrosjon. Laget er sterkt vedheftende til metalloverflaten, og det vil raskt vokse igjen hvis det blir skrapt av. Ved konvensjonell anodisering dyrkes dette laget av oksid på overflaten av metallet ved anvendelse av elektrisk potensial , mens delen er nedsenket i en sur elektrolytt .
I plasma elektrolytisk oksidasjon blir høyere potensialer brukt. For eksempel i plasma elektrolytisk oksidasjon av aluminium, må minst 200 V påføres. Dette overskrider lokalt det dielektriske nedbrytingspotensialet til den voksende oksidfilmen, og utslipp oppstår. Disse utslippene resulterer i lokaliserte plasmareaksjoner, med forhold med høy temperatur og trykk som modifiserer det voksende oksidet. Prosesser inkluderer smelting, smeltestrøm, re-størkning, sintring og fortetting av det voksende oksydet. En av de mest betydelige virkninger, er at oksydet omdannes delvis fra amorft alumina til krystallinske former, så som korund (α-Al 2 O 3 ), som er mye hardere. Som et resultat forbedres mekaniske egenskaper som slitestyrke og seighet .
Utstyr brukt
Delen som skal belegges, nedsenkes i et bad med elektrolytt som vanligvis består av en fortynnet alkalisk løsning som KOH. Den er elektrisk koblet, slik at den blir en av elektrodene i den elektrokjemiske cellen , med den andre "motelektroden" vanligvis laget av et inert materiale som rustfritt stål , og ofte bestående av selve badets vegg.
Potensial på over 200 V tilføres mellom disse to elektrodene. Disse kan være kontinuerlig eller pulserende likestrøm (DC) (i hvilket tilfelle delen er rett og slett en anode i DC-drift), eller alternerende pulser ( vekselstrøm eller "pulsert bi-polar" operasjon), hvor den rustfrie stålmotelektroden kan bare bli jordet .
Beleggingsegenskaper
En av de bemerkelsesverdige egenskapene ved plasma-elektrolyttbelegg er tilstedeværelsen av mikroporer og sprekker på belegningsoverflaten. Plasma-elektrolytiske oksydbelegg er generelt anerkjent for høy hardhet, slitestyrke og korrosjonsbestandighet. Beleggingsegenskapene er imidlertid svært avhengige av underlaget som brukes, samt av sammensetningen av elektrolytten og det elektriske systemet som brukes (se avsnittet 'Utstyr brukt' ovenfor).
Selv på aluminium kan beleggingsegenskapene variere sterkt i henhold til den nøyaktige legeringssammensetningen . For eksempel kan de hardeste belegg oppnås på 2XXX serie aluminiumlegeringer , hvor den høyeste andel av krystallinsk fase korund (α-Al 2 O 3 ) er dannet, noe som resulterer i hardheter på ~ 2000 HV , mens beleggene på de 5XXX serien har mindre av denne viktige bestanddelen og er følgelig mykere. Det arbeides omfattende arbeid av professor TW Clyne ved University of Cambridge for å undersøke de grunnleggende elektriske og plasmafysiske prosessene som er involvert i denne prosessen, etter å ha belyst noen av de mikromekaniske (og porearkitektoniske), mekaniske og termiske egenskapene til PEO-belegg.