Growth Characteristics of the Oxide Layer on Aluminium in the Process of Plasma Electrolytic Oxidation

During the formation of the oxide layer by plasma electrolytic oxidation (PEO), the electrochemical processes are accompanied by the plasma micro-discharges, occurring uniformly over the coated electrode. Application of an alternating current with strictly controlled electrical parameters can affect the character of the discharges, and consequently the properties of the obtained layers. When the cathodic current density exceeds anodic, at some point, a sudden change in the appearance of micro-discharges and a decrease in the intensity of the acoustic emission can be observed - in literature this effect is called “soft sparking”. In the present work, the evolution of the electrical properties of the layers at various stages of their formation has been characterized, using electrochemical impedance spectroscopy. The study showed a significant decrease in charge transfer resistance and increase in capacitance of the oxide layer after reaching the ”soft sparking”. This indicates a significant change in the structure of the oxide layer, in the barrier and main part, which is additionally confirmed by measuring the breakdown voltage.

Podczas formowania warstewki tlenkowej metodą plazmowego utleniania elektrolitycznego (PEO). procesom elektrochemicznym towarzyszą mikro-wyładowania plazmowe, występujące równomiernie na pokrywanej elektrodzie. Zastosowanie prądu zmiennego, o ściśle kontrolowanych parametrach, pozwala wpływać na charakter wyładowań i w konsekwencji na właściwości otrzymywanych warstw. W przypadku, kiedy gęstość prądu katodowego jest wyższa od anodowego, na pewnym jego etapie, można zaobserwować nagłą zmianę postaci wyładowań oraz spadek natężenia emisji akustycznej, co w literaturze nazywane jest tzw. “miękkim iskrzeniem”. W niniejszej pracy została scharakteryzowana ewolucja właściwości elektrycznych warstwy tlenkowej na poszczególnych etapach jej formowania, za pomocą elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej. Przeprowadzone badania pokazały znaczny spadek oporu przeniesienia ładunku oraz wyrost pojemności elektrycznej warstwy po osiągnięciu stanu „miękkiego iskrzenia”. Wskazuje to na duże zmiany zachodzące w strukturze warstwy tlenkowej, w jej części barierowej oraz właściwej, co dodatkowo potwierdzają pomiary napięcia przebicia.