中文摘要：

本项目针对阴极等离子电解难以发生均匀的气膜微弧放电，无法在大面积上沉积出均匀、致密的金属涂层这一关键科学问题，研究大面积阴极等离子电解沉积金属涂层的机理及其涂层特性。通过在大面积构件上建立新型可移动的水平小面积阴极等离子电解池，采用新的电解液组成，采用高频脉冲电流大幅度降低每个微弧放电的时间和能量，实现涂层厚度、气膜厚度和微弧放电的均匀化，从而使在大面积构件上阴极等离子电解沉积出均匀的高质量的金属涂层成为可能，并提出相应的理论。本项目还着重研究在等离子电解沉积金属涂层过程中的等离子体的物理化学效应等离子体诱导活性金属共沉积的机理和等离子体改变金属涂层结构和特性的机理。在此基础上制备一系列新型的金属、合金及其复合涂层，并研究涂层结构与抗常温腐蚀、抗磨损和抗高温氧化特性的关系及机理。本研究可丰富等离子电解领域的科学内涵，为新型金属涂层的发展提供新的技术途径。

结论摘要：

阴极等离子体电解沉积是指在电解过程中阴极表面发生气膜微弧放电的特殊电解过程，是一种新型的用于材料表面改性以及涂层制备的先进技术。但是，目前该技术的发展主要受到两方面问题的制约一是是由于电解过程中阴极电流密度过大，导致难以进行大面积的涂层沉积；二是由于沉积过程中气膜微弧放电不均匀，导致难以获得均匀、致密的金属涂层。 针对以上问题，本课题以阴极等离子体电解沉积技术为主线，开展了以下工作 （1）研究了阴极等离子体电解沉积金属涂层的基础问题。首先，研究了沉积涂层的基本规律。研究发现，与常规电沉积相比，在阴极等离子体电解沉积金属涂层时，较低的主盐浓度和较高的酸浓度可以提高纳米涂层的均匀性，使其更加致密、光滑；而较高的主盐浓度和较低的酸浓度则会使涂层变得粗糙多孔，甚至形成枝晶或粉末。其次，研究了沉积涂层的动力学过程。通过对阴极等离子体电解沉积过程中的“电流密度-电压”关系的研究发现，等离子体放电发生的两个基本条件为阴极表面连续气膜的形成和电压达到临界值。在阴极区域施加玻璃微珠可以促进气膜的形成，有效地降低电流密度，有利于阴极等离子体电解沉积的进行。同时，沉积电压控制在起弧电压以上10-20V为宜。最终，我们提出了3D滴液式和机械研磨式阴极等离子体电解沉积装置，为大面积沉积金属、合金及复合涂层的开展提供了途径。 （2）基于对阴极等离子体电解沉积的机理和规律的研究，制备了新型的Ni、Co、三价Cr、Zn等金属涂层，可控含量的Ni-Cr、Co-Cr、Ni-Co-Cr、Ni-P等合金涂层以及Ni-Cr-纳米稀土及稀土氧化物复合涂层。制备的涂层不仅具有纳米结构，而且与基体冶金结合，且不受基体材料及形状的限制，涂层可以在铝合金、钛合金、碳钢、不锈钢、高温合金、难熔合金上直接进行沉积，具有较高的硬度、优异的耐腐蚀性能、耐磨损性能及抗高温氧化性能。 （3）基于对阴极等离子体电解沉积的基础问题及制备新型涂层的方法的研究，针对特定的材料进行防护，如对锅炉用钢T91的防护、铝合金的常温保护、大气等离子喷涂MCrAlY涂层的表面改性等。 作为一种绿色环保的工程技术，阴极等离子电解沉积将在未来有更广阔的应用前景。