等离子体电解沉积是一类新颖而高效的表面处理技术,可在金属表面形成较厚的冶金结合强化层,因此,在金属表面强化与功能化改性方面具有广阔的应用前景。近些年来该技术得到了国内外材料研究领域的专家以及涉及金属产品表面强化与装饰的企业的广泛关注,发展很快。然而,在理论与工程技术等方面尚存许多问题需要研究解决。本文主要开展了以下几方面研究工作:1)铝表面等离子体电解氧化;2)铝表面等离子体电解氧化及其强化与刷镀;3)Q235钢表面间接等离子体电解氧化;4) Q235钢表面等离子体电解溶渗;5) W₉Mo₅Cr₄V₂高速钢ESD-PED复合表面改性。在铝表面等离子体电解氧化方面系统研究了等离子体氧化过程中电学参量、陶瓷层的厚度、表面形貌特征、相组成等随时间的变化规律和微观机理,以及陶瓷层的耐磨耐蚀性能等。研究表明:等离子体电解氧化过程中处理液的组分也参与到反应当中,并成为陶瓷层的一部分;陶瓷层厚度主要与电流密度和处理时间有关,不同电流密度下存在不同的最佳处理时间,电流密度越小,最佳处理时间越短;陶瓷层内残留的放电通道尺寸随时间延长而增大,数目减少,并依此建立物理模型推导出放电通道处温度升高速率与工艺参数及材料常数的关系式。在铝表面等离子体电解氧化及其强化与刷镀方面主要研究了几种添加剂,以及添加剂与超声波共同作用对陶瓷层的生长速度与性能的影响,提出并初步研究了刷镀等离子体电解氧化陶瓷层及其电绝缘特性。研究表明:电解液内添加重铬酸钾K₂Cr₂O₇后形成的陶瓷层很致密,有大理石质感,陶瓷层的成膜速率也有显著提高,而钨酸钠,氟化钾,硼砂和纳米氧化铝粉末等其它几种添加剂效果不明显,有的甚至产生负作用,如增大放电通道尺寸;超声波对等离子体电解氧化过程具有明显的促进作用,有效地提高了陶瓷层的生长速率、硬度、耐磨性与耐磨性;刷镀等离子体电解氧化具有不受电解槽的尺寸和电源功率限制,并且可以方便地对工件进行局部陶瓷化处理等优点;陶瓷层的击穿电压随陶瓷层厚度增加而升高,而击穿场强随厚度增加而下降。在Q235钢复合等离子体电解氧化研究中分别开展了有关热浸镀铝层和经感应重熔的电弧喷铝层作为中介层进行等离子体电解氧化的模拟、试验与理论研究。研究表明,这两种复合强化技术均可在钢表面获得冶金结合的复合涂层,明显提高了钢表面耐蚀性和耐磨性。在Q235钢等离子体电解溶渗研究中,系统研究了电解液、电压、处理时间、极间距等工艺规范的影响情况,研究表明:采用KCl-C₂H₅ONH₂电解液体系对Q255钢进行液相等离子体电解碳氮共渗处理,效果很显著,而采用KCl-HCONH₂ and KCl-CO（NH₂）2电解液体系未能获得明显有效的渗层或电解液发生快速分解失效。对采用KCl-C₂H₅ONH₂电解液体系进行液相等离子体电解碳氮共渗处理开展了系统研究工作,获得了一系列重要研究结果。在W₉Mo₅Cr₄V₂高速钢PED-ESD复合表面改性研究中,以W₉Mo₅Cr₄V₂高速钢为基体,YG8硬质合金为电极,开展了工艺与组织性能试验研究工作。研究表明,新方法的成膜速率明显高于ESD技术,形成的金属陶瓷涂层耐磨性也明显优于ESD技术。本文的主要创新点如下:在理论上,1)根据等离子体电解氧化陶瓷层表面形貌的进化过程建立物理模型,获得了放电通道温度升高速率公式,并据此计算了铝表面等离子体电解氧化放电通道瞬间温度;2)在现有感应重熔理论基础上,获得了对电弧喷涂层感应重熔过程具有指导意义的断面温度分布公式;3)在分析等离子体电解氧化机理基础上,提出击穿阻抗概念和诱发微缺陷促进等离子体电解氧化陶瓷层均匀化节能生长理论。在技术上,1)将热浸镀铝和热喷铝感应重熔作为预处理手段,成功地将等离子体电解氧化技术用于Q235钢表面陶瓷化处理;2)提出并研究极间相对运动等离子体电解氧化工艺,为大工件强化或局部强化提供条件;3)提出并采用超声波技术显著推动等离子体电解氧化过程;4)电解液中引入适量重铬酸钾显著提高了等离子体电解氧化陶瓷层的致密性和生长速度;5)提出并采用火花放电-等离子体电解复合技术在W₉Mo₅Cr₄V₂高速钢表面快速获得了高硬、耐磨金属陶瓷层。