長安大學、浙江大學Appl. Surf. Sci.|氧化石墨烯調控等離子體電解氧化反應實現超低孔隙率、高耐蝕陶瓷膜層方案

材料人編輯小單 1年前 (2022-05-09) 2303瀏覽

導讀：

等離子體電解氧化（PEO）膜層因高硬度，強耐蝕性，良好的絕緣性、優越的膜基結合性能，以及生產過程環境污染小等優勢，廣泛應用于工程領域。然而，PEO膜層本征的多孔結構易成為腐蝕粒子的滲入通道和磨損脆性薄弱區，限制其進一步應用。因此，需要制備低孔隙率的陶瓷膜層解決上述問題。近年來，很多學者通過在PEO膜層表面涂覆高分子材料或者在電解液中直接添加填充顆粒制備低孔隙率陶瓷膜層，但是由于涂覆膜層與陶瓷膜層性質上的差異及填充顆粒的團聚問題，導致涂覆層與膜層、填充顆粒與膜層間存在明顯界面，限制陶瓷膜層的應用。現階段迫切需要找到一種原位自封孔技術，在保證低孔隙的同時提高膜層的耐蝕性能。

成果掠影：

針對上述問題，來自長安大學陳永楠教授團隊與浙江大學占海飛教授團隊聯合設計并在鈦合金表面采用PEO技術制備了一種原位超低孔隙率的高耐蝕陶瓷膜層，利用氧化石墨烯的導電特性，調控PEO反應能量釋放過程及放電行為，達到超低孔隙率的同時，提升了膜層的耐蝕性能。

本研究在鈦合金表面通過PEO技術合成了具有超低孔隙率的GO/TiO₂高耐蝕復合陶瓷膜層。研究發現，通過氧化石墨烯調節反應過程得到的膜層具有超低的孔隙率（1.1%），其遠低于通過添加填充顆粒制備的陶瓷膜層，與兩步法封孔所制備膜層相同。同時，氧化石墨烯促進了膜層中連通孔向單一獨立孔的轉變，改善了孔形貌，有效地改善了膜層的耐蝕性能。本研究針對PEO膜層中的多孔問題，提出了一種工藝簡單，孔結構可控和耐蝕效果明顯的新技術。

本研究設計了一種原位制備超低孔隙率高耐蝕膜層的新方法。利用氧化石墨烯調控反應過程及放電行為，在鈦合金表面實現了孔隙率和孔形貌可控的高耐蝕膜層的制備。預計此原位PEO工藝可以應用于鋁、鎂合金等輕合金的表面強化處理并廣泛的在工程領域得到應用。

該成果以“One-step Plasma Electrolytic Oxidation with Graphene Oxide for Ultra-low Porosity Corrosion-resistant TiO₂?Coatings”為題發表在Applied Surface Science期刊上。第一作者為長安大學學生郭紫薇博士，通訊作者為長安大學陳永楠教授和趙秦陽博士及浙江大學占海飛教授，合作者還包括長安大學徐義庫教授、郝建民教授及西北有色金屬研究院的趙永慶教授等。

附文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153477

數據概況：