脉冲占空比调控锆合金等离子体电解氧化过程中的电压瞬态分析及其对涂层厚度与孔隙率的精准控制

本文通过调控等离子体电解氧化（PEO）的脉冲占空比，系统研究了锆合金表面陶瓷涂层的生长机制。研究发现，脉冲占空比显著影响涂层孔隙特性（如孔径分布）和腐蚀性能，而涂层厚度主要由电压脉冲积分时间决定。创新性提出通过电压瞬态分析实现涂层厚度的间接测量，为核反应堆燃料包壳、医用植入体等领域的PEO工艺优化提供了新思路。

　　

Highlight

本研究揭示了脉冲占空比对等离子体电解氧化（PEO）涂层性能的调控机制：

关键发现

• 涂层厚度和相组成由电压脉冲积分时间主导，与单个脉冲时长无关

• 孔隙特性对脉冲占空比敏感——短脉冲可形成更致密的外层，提升耐腐蚀性

• 电压瞬态分析可作为实时监测涂层生长的"电化学指纹"

妙趣横生的科学机制

当短脉冲（低占空比）作用时，就像给锆合金表面安装了"纳米秒表"：频繁的间歇期让熔融氧化物有充分时间冷却，形成类似"千层蛋糕"的结构——致密的内层（防护盾）搭配少量缺陷的外层。而长脉冲（高占空比）则像"持续喷发的微型火山"，产生更大但更稀疏的放电孔洞。

Conclusion

这项研究为"量体裁衣"式设计PEO涂层提供了新范式：通过调节脉冲占空比这个"电控旋钮"，可像调节3D打印机参数般精准控制涂层孔隙率和厚度，特别适用于核反应堆燃料包壳的防腐"盔甲"和骨科植入物的"生物活性皮肤"制造。