1。1。1  铝合金介绍

铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，广泛应用在飞机、机械、化工、电力、仪表、建筑等各领域。伴随着工业经济的蓬勃发展，铝合金的焊接性研究愈发深入，需求的铝合金的焊接结构件也越来越多。

1。1。2 铝合金特点

铝合金主要具有以下特点：密度小，优良的塑性、高导电性、导热性、抗蚀性能、铸造性、切削加工成型，高的比强度和比刚度。采用热处理技术可以明显改善一些铝合金的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。

1。2  等离子体电解及其在表面技术中的应用

随着经济的发展与时代的进步，处理工艺技术也相应地进步。依靠等离子体电解过程中的物理化学反应而发展起来的种种表面技术，具有很多符合当今时代的清洁工艺的要求的特点，比如工艺较为简便，过程中不引入有毒物质而不会破坏环境，对自然友好等等。利用等离子体电解过程制备的膜层以及渗透层具有良好的物理化学性能，可以满足工业上许多领域的需求，开发价值高，前景被看好[1]。

微弧氧化[2]、高能脉冲电沉积、阴极微弧电沉积、等离子体电解渗透、等离子体电解沉积金属陶瓷以及等离子体电解阴极沉积陶瓷涂层[3,4,5]等是当下等离子体电解在表面工程技术上的应用和研究。传统的技术如电镀的方法、真空沉积等，其操作复杂，成本高，不够清洁。而这些技术相对传统技术来说操作容易，成本低，其试样的预处理不需要表面活化或者蚀刻，只用把表面清洗干净以及去油污即可。

等离子体电解技术可以提高许多金属的机械性能，以此技术制得的某些合金薄膜具有高硬度，摩擦系数低以及耐腐蚀性能好等特点，已经广泛应用于工程和航天航空。

1。3  液相等离子体电解渗透技术

离子渗碳、渗氮、碳氮共渗技术是离子热处理中应用较为普遍的工艺技术，其从20世纪60年代发展至今已经有40多年的时间了。虽然应用广泛但是缺点也很明显，比如处理时间过长，处理温度高工件容易变形等等，并且考虑到其反应条件，需要在低真空条件下的真空室内进行。为了解决这些问题，液相等离子体电解渗C、渗N以及渗C/N技术发展起来了，它处理时间短，只需要几分钟即可制得高硬度，耐磨性能好，耐腐蚀性能好的涂层和渗层；处理温度低，试样只需稍微受热，避免了工件的变形；工作电压低；不需要在真空条件下反应，只需要在特定的电解液中大气环境下就可以发生反应。

PES 技术的应用发生在工作电压超过工件表面形成的气泡和气膜击穿电压时[6,7]。该过程可以生成一层具有很好的机械性能和耐腐蚀性能等特点的扩散渗透层。以下是其产生的机理：电弧等离子体在击穿放电后会在气膜中产生，大量的碳、氮和硼 (取决于电解液) 等活性微粒会在形成的等离子体中产生，这些活性微粒在高电场和流体动力的作用下在试样的表面剧烈碰撞，随后形成复杂的化合物，这些化合物在局部高温度高压强和高浓度的作用下会向金属内部扩散最后形成渗层。等离子体电解渗透技术的分类有两种，分别是阴极等离子体电解渗透技术与阳极等离子体电解渗透技术，是依据电解液体系的类型来分类的。

1。3。1  阴极等离子体电解渗透技术电解液体系的选择

阴极等离子体电解渗透技术的电解液的组成可以分成三部分，分别是易溶盐、有机化合物和水。一般用的有机化合物有甲酰胺（HCONH2）、尿素[CO(NH2)2]以及乙醇胺[H2N(CH2)2OH]等等，以上三种有机物作为电解质时并且利用阴极等离子体电解渗透技术可以分别实现渗氮、渗碳以及碳氮共渗。有机化合物的导电能力很弱，为了产生稳定的放电电弧需要加入一些易溶盐的水溶液，比如氯化钾（KCl）和氯化钠（NaCl）的水溶液等。配制溶液的步骤是先将易溶盐的水溶液配好，再把这水溶液加入到有机溶液里面，形成的是一种双重电解质溶液。如果直接将易溶盐和有机电解液加到一起是不会溶解的。考虑到水溶液的含量会对电参数产生较大的影响，要对水溶液的含量造成的影响进行分析和控制其占比。查阅得知，当水溶液的含量在5%以下时[8]会使得临界击穿电压变大，当含量在10%以上时会使得电压-温度曲线的斜率突增。所以要把水溶液的体积占比控制在占总体积的5%~10%。通常的热分解反应很多，现以甲酰胺[9]和尿素[10]为例来分析。HCONH2在400~700°C [11]范围内，发生如下分解:论文网