等离子体电解氧化（Plasma electrolytic oxidation,PEO）又称为微弧氧化（Micro-arc Oxidation,MAO）是一种在阀金属如铝、镁、钛、锆等金属及其合金表面形成陶瓷保护膜的先进表面处理技术,而非阀金属如铁、铜、镍等金属及其合金表面进行PEO则难以实现。然而现今已有人在钢铁中尝试直接进行PEO处理,并得到一些有益的结果。分别在铝酸盐与硅酸盐体系中制备得到具有一定保护性的PEO膜层,但PEO过程中的成膜机理与等离子体放电击穿行为未能深入研究。本文主要以Q345碳钢在铝酸钠电解液体系和硅酸钠电解液体系中的PEO过程进行研究,深入了解非阀金属在PEO过程中的膜层形成过程及伴随的等离子体火花放电行为。Q345碳钢在铝酸盐体系中进行PEO处理时,通过改变不同的电解液成分,能够在8 g/l NaAlO₂+2 g/l NaH₂PO₄中成功制得PEO膜层,在8 g/l NaAlO₂中,电流密度的增加有助于Q345碳钢表面成膜,而在2 g/l NaH₂PO₄中,试样表面仅仅发生电化学溶解。Q345碳钢表面生成的一层磷酸铝混合物膜层,膜层成分可能为磷酸铝（AlPO₄）、磷铝石（AlPO₄·2H₂O）和氧化铝-磷酸铝（Al₂O₃·AlPO₄）。该膜层是Q345碳钢表面产生等离子体放电和PEO膜层形成的关键。在8 g/l NaAlO₂+2 g/l NaH₂PO₄中通过改变试样表面粗糙度、电解液状态和电源占空比等条件,试样表面粗糙度（抛光与未抛光）、电解液状态（静置与搅拌）一定程度上影响了等离子体放电行为,源于PEO初期形成的磷酸铝混合物膜层稳定性受到影响。占空比为5%时制备得到的PEO膜层较厚。磷酸铝绝缘膜的击穿诱发等离子体放电,阀金属的绝缘膜击穿理论相对于气膜击穿理论更适用于Q345碳钢。抛光碳钢在5%占空比中制备得到的PEO膜层腐蚀电流密度为1.474×10^-6 A?cm^-2,耐蚀性最好。Q345碳钢在硅酸盐体系中进行PEO处理时,在32 g/l Na₂SiO₃·9H₂O+2 g/l NaH₂PO₂·H₂O和32 g/l Na₂SiO₃·9H₂O中均能成功制备得到PEO膜层,Q345碳钢在32 g/l Na₂SiO₃·9H₂O+2 g/l NaH₂PO₂·H₂O中初始阶段形成的混合物,成分可能为磷酸硅(SiP₂O₇、Si₃（PO₄）₄和Si₅P₆O₂₅),是其接下来诱发等离子体放电的关键。Q345碳钢在32 g/l Na₂SiO₃·9H₂O中制备得到的膜层厚度随电流密度增加呈现出先增加后减少的趋势,但电流密度过大会导致膜层损坏。Q345碳钢在32 g/l Na₂SiO₃·9H₂O中由硅酸根离子放电分解及初始沉积的SiO₂是PEO膜层形成的关键。在两种不同溶液中改变电解液状态,电解液的搅动促进了电解液中粒子的传质过程。Q345碳钢在32 g/l Na₂SiO₃·9H₂O不同电流密度中制备得到的PEO膜层在中等电流密度下(0.772A?cm^-2)表现得更耐蚀,但在32 g/l Na₂SiO₃·9H₂O+2 g/l NaH₂PO₂·H₂O中制备得到的PEO膜层耐腐蚀性能相对更好。