48 / 2020-09-12 16:58:35

纯铜在铝酸钠-磷酸盐电解液中的等离子体电解氧化研究

等离子体电解氧化；纯铜；铝酸钠-磷酸盐电解质；Mott-schottky

等离子电解氧化技术（PEO）通常用于铝、镁、钛等阀金属的表面处理，而对于非阀金属（如铁，铜）的报道较少。本文探究了纯铜在8 g l^-1 NaAlO₂ + 2 g l^-1 NaH₂PO₂∙H₂O中进行等离子体电解氧化及膜层性能。在初始阶段（< 300 V），纯铜表面生成一层绿色的沉积物，由电极四周逐渐向中心生长，最终全覆盖整个试样表面。随着电压快速增加至600V, 试样表面逐渐被浅灰色沉积物代替，随后在电压趋于高压稳定时生成黑色的氧化物膜层。在整个PEO处理过程中，电流波形由初始阶段的方形方波，转变成后期的不对称波形。通过XRD，XPS，EDS等检测发现，PEO处理的初始阶段纯铜表面的绿色沉积物主要由Cu(OH)₂、CuAl₂O₄及微量Cu₃(PO₄)₂组成。并且发现，铜元素在试样表面的氧化物占有的比例逐渐降低，而铝元素含量却有所升高，说明后期膜层中含有较多的Al₂O₃。试验采集了600 s 的发射光谱，通过玻尔兹曼作图法获得由Cu I谱线计算的等离子体电子温度为6872 K。摩擦试验表面，PEO处理显著提高了纯铜的耐磨性能。Mott-Schottky 曲线表明：PEO处理75 s的涂层在扫描电压为-0.3~0.4 V的范围内表现出p/n结的性质。扫描电压为-0.3 ~0.16 V（vs SCE）时MS曲线斜率为正，表现出n型半导体的性质；扫描电压大于0.16 V（vs SCE）时MS曲线斜率为负，涂层表现出p型半导体的性质。