플라즈마 전해질 산화

Plasma electrolytic oxidation

전해질 플라즈마 산화(PEO) 또는 마이크로아크 산화(MAO)라고도 알려진 플라스마 전해질 산화(PEO)는 금속의 산화 코팅 생성을 위한 전기화학 표면 처리 공정이다. 양극화와 유사하지만 더 높은 전위를 채용하기 때문에 배출이[1] 발생하고 결과적으로 플라즈마가 산화층의 구조를 수정한다. 이 공정은 알루미늄, 마그네슘[2], 티타늄과 같은 금속의 산화 코팅, 주로 결정체인 두꺼운(텐 또는 수백 마이크로미터) 재배에 사용될 수 있다. 이러한 코팅은[3] 높은 경도와 연속적인 장벽을 나타낼 수 있기 때문에 전기 절연뿐만 아니라 마모, 부식 또는 열에 대한 보호도 제공할 수 있다.

SEM에서 볼 수 있는 알루미늄 상의 일반적인 PEO 표면.
PEO가 진행 중인 요트 윈치 드럼통. 아래; 완성된 윈치 드럼통이 요트에 설치되어 있다.
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코팅은 기질 금속을 산화물로 화학적으로 변환한 것으로, 원래 금속 표면에서 안과 바깥으로 모두 자란다. 기질 내부로 자라기 때문에 기질 금속과의 접착력이 뛰어나다. 높은 수준의 실리콘이 코팅 품질을 떨어뜨릴 수 있지만 모든 연마 알루미늄 합금 및 대부분의 주조 합금을 포함하여 광범위한 기질 합금을 코팅할 수 있다.

과정

알루미늄과 같은 금속은 자연적으로 산화층을 형성하여 부식에 대한 적절한 보호를 제공한다. 이 층은 금속 표면에 강하게 밀착되어 있으며, 긁어내면 빠르게 재생된다. 기존의 양극화에서 이 산화층은 전위를 적용하여 금속 표면에 자라나는 반면, 부분은 산성 전해액에 담근다.

플라즈마 전해질 산화에는 더 높은 전위가 적용된다. 예를 들어 알루미늄의 플라즈마 전해질 산화에서는 최소 200V를 도포해야 한다. 이는 성장하는 산화막의 유전체 분해 가능성을 국소적으로 초과하며, 배출이 발생한다. 이러한 배출은 혈장 반응을 국소적으로 유발하며 고온과 압력으로 인해 증가하는 산화물을 변형시킨다. 프로세스에는 용해, 용해-흐름, 재응고, 소결 및 성장하는 산화물의 밀도가 포함된다. 가장 중요한 효과 중 하나는 산화물이 무형의 알루미나에서 코룬덤(α-AlO23)과 같은 결정체 형태로 부분적으로 변환되어 훨씬 더 단단하다는 것이다.[3] 그 결과 마모 저항성, 견고성 등의 기계적 특성이 강화된다.

사용된 장비

코팅할 부위는 보통 KOH와 같은 희석 알칼리성 용액으로 구성된 전해액 욕조에 담근다. 전기적으로 연결되어 전기화학 셀의 전극 중 하나가 되며, 다른 "반전극"은 일반적으로 스테인리스강과 같은 불활성 물질로 만들어지며, 종종 목욕탕 자체의 벽으로 구성된다.

이 두 전극 사이에 200V 이상의 전위가 적용된다. 이는 연속 또는 펄스 직류(DC) 또는 스테인리스강 카운터 전극이 접지되었을 수 있는 교류 펄스(교류 또는 "펄스 바이폴라" 작동)일 수 있다.

코팅 특성

플라즈마 전해질 코팅의 주목할 만한 특징 중 하나는 코팅 표면에 미세한 모공과 균열이 있다는 것이다.[2] 플라즈마 전해질 산화 코팅은 일반적으로 높은 경도, 마모 저항, 부식 저항성을 인정받는다. 단, 코팅 특성은 사용되는 기질뿐만 아니라 전해질 구성과 사용되는 전기적 체계에 크게 의존한다(위의 '사용되는 장비' 섹션 참조).

알루미늄에서도 코팅 특성은 정확한 합금 조성에 따라 크게 달라질 수 있다. 예를 들어, 가장 단단한 코팅은 2XXX 시리즈 알루미늄 합금에서 달성할 수 있는데, 여기서 결정상 코룬덤(α-AlO23)의 가장 높은 비율이 형성되어 ~2000 HV의 경도가 발생하는 반면, 5XX 시리즈 코팅은 이 중요한 구성 요소가 적고 따라서 더 부드럽다. 교수에 의해 광범위한 작업이 추진되고 있다. 케임브리지 대학의 T. W. 클라이네 박사는 이전에 PEO 코팅의 미세기계적[3](&공극 건축[4]), 기계적[3] 및 열적[5] 특성을 일부 설명했으므로 이 프로세스에 관련된 기본적인 전기적 및 플라스마 물리적 공정을 조사하였다.

참조

  1. ^ a b Dunleavy, C.S.; Golosnoy, I.O.; Curran, J.A.; Clyne, T.W. (2009). "Characterisation of discharge events during plasma electrolytic oxidation" (PDF). Surface and Coatings Technology. 203 (22): 3410. doi:10.1016/j.surfcoat.2009.05.004.
  2. ^ a b Ibrahim, H.; Esfahani, S. N.; Poorganji, B.; Dean, D.; Elahinia, M. (January 2017). "Resorbable bone fixation alloys, forming, and post-fabrication treatments". Materials Science and Engineering: C. 70 (1): 870–888. doi:10.1016/j.msec.2016.09.069. PMID 27770965.
  3. ^ a b c d Curran, J; Clyne, T (2005). "Thermo-physical properties of plasma electrolytic oxide coatings on aluminium". Surface and Coatings Technology. 199 (2–3): 168. doi:10.1016/j.surfcoat.2004.09.037.
  4. ^ Curran, J.A.; Clyne, T.W. (2006). "Porosity in plasma electrolytic oxide coatings". Acta Materialia. 54 (7): 1985. Bibcode:2006AcMat..54.1985C. doi:10.1016/j.actamat.2005.12.029.
  5. ^ Curran, J; Clyne, T (2005). "The thermal conductivity of plasma electrolytic oxide coatings on aluminium and magnesium". Surface and Coatings Technology. 199 (2–3): 177. doi:10.1016/j.surfcoat.2004.11.045.

외부 링크