阳极氧化与等离子体电解氧化（Plasma electrolytic oxidation,PEO）均为在阀金属（Al、Mg、Ti、Zr,etc.）表面生成阳极膜层的技术。其中,PEO技术是在阳极氧化基础上发展而来的、击穿氧化膜的高压阳极氧化技术,是普通阳极氧化技术的拓展和补充。阳极氧化技术改变了铝及其合金表面的耐磨性、耐蚀性、绝缘性和表面色泽,广泛应用在航空、航天、电子、建筑装饰以及日用制品上。近年来,阳极氧化技术在材料的功能化应用已经扩展到了磁学、光学、光电学、分离膜、以及印刷电路版等新技术领域。PEO技术由于其成膜效率高,电解液环保、可循环使用,并且其氧化膜具有更高的耐磨性、耐腐蚀性,因而在一些行业有着重要的应用,比如齿轮、船舶工业等。本文对阳极氧化技术在提高铝电解电容器中阳极箔的击穿电位以及利用PEO技术在铝锂合金上生成高耐磨、耐蚀的氧化铝涂层方面开展了一系列的研究。其主要工作内容介绍如下:（1）纯铝箔作为铝电解电容器的重要组成部分,其表面绝缘膜层的性能决定了铝电解电容器性能,为了提高铝电解电容器的耐击穿电压达到1500 V以上,通用的做法就是串联2到3个耐击穿电压为800 V铝电解电容器,从而增大了设备的体积,但其稳定性不好。论文第3章对提高纯铝箔表面多孔阳极氧化膜层的耐击穿电压进行了研究。具体研究过程为在电压为25 V、温度为293 K、浓度为0.3 M的硫酸电解液中反应不同时间形成厚度不同的多孔阳极氧化膜,然后,对多孔阳极氧化膜放入沸水中处理封孔。最后,对封孔后不同厚度的多孔层在钨酸钠电解液中进行耐击穿测试。实验结果表明封孔后的阳极氧化膜的耐击穿电压提高到了1500 V以上,该成果有望在铝电解电容器取得应用。射频辉光放电光谱分析（Glow Discharge Optical Emission Spectrometry,GDOES）测试结果表明封孔后的多孔阳极氧化膜层阻止了钨元素进入阻碍层参与膜层的生长。分析认为,高电阻的封孔多孔层通过抑制阴离子参与形成氧化膜能快速提高氧化膜层的耐击穿电压,能使耐击穿电压提高到1500 V以上。（2）由于铝锂合金在航天航空中重要的应用,其表面耐磨性与耐腐蚀性研究具有重要的研究意义。论文第4章系统研究了铝锂合金在铝酸盐电解液体系中的PEO行为。研究发现铝锂合金在浓度为5 g l^-1、24 g l^-1 NaAlO₂电解液中可以直接成膜。但是,当电解液浓度提高到32 g l^-1,合金表面不能生长正常的PEO膜层,氧化过程中样品表面仅存在传统的阳极氧化发光（Galvanoluminescence,GL）,没有出现PEO过程典型的等离子体火花。SEM观察发现表面仅存在一层纳米尺度的多孔薄膜。这是因为除了pH升高引起的电解液侵蚀性增强之外,PEO过程还存在场辅助溶解（Field-assisted dissolution）现象,两者的协同作用导致膜层生长的速度低于溶解的速度,使得高浓度电解液中不能成膜。分析认为,场辅助溶解仅在极薄的初始膜层中比较显著,如果铝合金表面存在一定厚度的氧化膜层,在高浓度电解液中应该也能生长PEO膜层。基于此,本论文提出了针对高浓度电解液PEO的两步法:首先在低浓度铝酸盐电解液中生成一层1μm左右的膜层,然后在高浓度电解液中继续处理。该方法成功解决了铝合金在高浓铝酸钠中不能直接进行PEO处理的问题。（3）成功开发了铝锂合金表面快速生长的高耐磨涂层。铝锂合金在恒流条件下,分别在浓度为5 g l^-1,32 g l^-1和56 g l^-1 NaAlO₂电解液中进行PEO处理。在5 g l^-1 NaAlO₂电解液中形成的是双层带有多孔结构的膜层,在32 g l^-1 NaAlO₂电解液中形成的膜层为致密的单层膜层。PEO膜层生长速度随着铝酸钠浓度的增加而升高,从5 g l^-1的1.5μm min^-1升高到56 g l^-1的11.3μm min^-1。在32 g l^-1NaAlO₂电解液中膜层的耐磨性能最好,其形成的膜层在载荷为100 N的力下用Cr钢球进行球块式摩擦实验,发现摩擦1800 s后膜层基本没有损耗。膜层耐磨的主要原因是膜层为致密的单层,几乎没有孔洞的存在,并且膜层含有比较多的α-Al₂O₃相。高浓度电解液下膜层快速的生长速率表明膜层的生长不仅仅是由法拉第电流效率决定的,还与等离子体辅助沉积现象有关,随着电解液浓度的加大,能耗也显著降低。（4）研究了PEO膜层微观结构的演化规律并提出了PEO膜层生长模型。研究发现,在低浓度铝酸盐电解液(如5 g l^-1 NaAlO₂)中形成的膜层,不论电流制度如何,均为双层结构,内外层之间分布有比较大的孔洞。在双脉冲机制下,在32 g l^-11 NaAlO₂电解液中形成的膜层为单层致密的氧化膜,但在单脉冲机制下,该电解液中形成的膜层仍然存在大孔。当浓度升高到56 g l^-11 NaAlO₂电解液时,无论是单脉冲还是双脉冲机制,膜层的结构均为单层致密的结构。分析认为,氧化膜中大孔形成的原因主要是伴随着贯穿型放电的氧化膜内部气体膨胀所致。高浓度电解液中之所以形成致密的单层结构,主要是因为此时阴离子沉积作为膜层的主要生长方式,抑制了贯穿型放电的发生。（5）研究了合金元素Mg对铝合金膜层相组成的影响。制备了Mg质量分数分别为1.5%、3.0%、6.0%的Al-Mg合金。在NaAlO₂电解液中进行PEO反应,检测结果表明Mg元素的存在使PEO膜层中α-Al₂O₃相含量急剧降低。而纯铝形成的PEO膜层含有大量的α-Al₂O₃相,因此,Mg元素的存在对铝合金PEO膜层中的α-Al₂O₃相有显著的抑制作用。