等离子电解沉积强化层研究概念背景
“等离子体”(Plasma)一词是1929年Tomsan和Langmuir在研究气体放电中的振荡时，首先用来描述带电离子集合体的一个名词。众知，随着温度的上升，物质的存在状态一般会呈现出固态→液态→气态三种物态的转化过程，人们把这三种基本形态称为物质的三态。对于气态物质，温度升至几千度时，由于物质分子热运动加剧，相互间的碰撞就会使气体分子产生电离，这样物质就变成由自由运动并相互作用的正离子和电子组成的混合物。人们把物质的这种存在状态称为等离子体(plasma)，即物质的第四态。因为电离过程中正离子和电子总是成对出现，所以等离子体中正离子和电子的总数大致相等，总体来看为准电中性。
1835年，Faraday用低压放电管观察到气体的辉光放电现象，为了描述气体放电中产生的电离介质，1879年英国物理学家W。Crookes在当时对放电管中“电离气体”性质的描述之后，提出了“物质第四态”这个名词。物质第四态这个术语是根据下述观点提出的：固态加热时经相变成为新态，通常就是液体；如果加热液体则经相变成为气体；在气体中加入更多的能量，就可以使一些原子电离，若温度高于100000 K，则大部分物质将处于电离状态，物质的这种电离状态称为第四态。之所以把等离子体视为物质的又一种基本存在形态，是因为它与固、液、气三态相比无论在组成上还是在性质上均有本质区别，它们即使与高温气体之间也有着明显的差异。等离子体和普通气体性质不同，普通气体由分子构成，分子之间相互作用力是短程力，仅当分子碰撞时，分子之间的相互作用力才有明显效果，理论上用分子运动论描述。
在等离子体中，带电粒子之间的库仑力是长程力，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果，等离子体中的带电粒子运动时，能引起正电荷或负电荷局部集中，产生电场；电荷定向运动引起电流，产生磁场。电场和磁场要影响其他带电粒子的运动，并伴随着极强的热辐射和热传导；等离子体能被磁场约束作回旋运动等。等离子体的这些特性使它区别于普通气体被称为物质的第四态。
普通气体温度升高时，气体粒子的热运动加剧，使粒子之间发生强烈碰撞，大量原子或分子中的电子被撞掉，当温度高达百万K到1亿K，所有气体原子全部电离。电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等。这种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子体。由于等离子体含有离子、电子、激发态原子、分子、自由基等极活泼的化学反应物种，使它的性质与固、液、气三态有本质的区别，并表现出许多独特的特点。
从化学角度看，等离子体空间富集的离子、电子、激发态的原子、分子及自由基，都是极活泼的高活性种。这些高活性种在普通的热化学反应中不易得到，但在等离子体中可源源不断地产生。在等离子体中，各种粒子的温度几乎相等，约可达5×103～2×104 K。如此之高的温度既可作为热源进行高熔点金属的熔炼提纯，难熔金属、陶瓷的熔射喷涂，也可利用其中的活性物种进行各种温化学反应，如矿石、化合物的热分解还原、高熔点合金的制备、温耐热材料的合成等。通常物质在三态下进行数千度以上的高温反应是极其困难的，仅反应器的材质就很成问题。
等离子态则不同，这是因为等离子体与任何容器并非直接接触，二者之间会形成一个电中性被破坏了的薄层，即等离子体鞘，使高温不会直接传导给器壁，还可用电磁场来约束等离子体，加之冷却等手段的运用，即便是数万度的高温反应在技术上也易于实现，使得很多普通高温条件下难以发生的化学反应可以进行。等离子体主要用于以下3方面。①等离子体冶炼。用于冶炼用普通方法难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别获得Zr、Mo、Ta和Ti；用等离子体熔化快速固化法可开发硬的高熔点粉末，如碳化钨-钴、Mo-Co、Mo-Ti-Zr-C等粉末等离子体冶炼的优点是产品成分及微结构的一致性好，可免除容器材料的污染②等离子体喷涂。许多设备的部件应能耐磨耐腐蚀、抗高温，为此需要在其表面喷涂一层具有特殊性能的材料。用等离子体沉积快速固化法可将特种材料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体(部件)上，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可大大提高喷涂质量。③等离子体焊接。可用以焊接钢、合金钢；铝、铜、钛等及其合金。特点是焊缝平整、可以再加工、没有氧化物杂质、焊接速度快。用于切割钢、铝及其合金，切割厚度大。
伴随着气体放电、天体物理和空间物理、受控热核聚变以及低温等离子体技术应用(如磁流体发电、等离子体冶炼、等离子体化工、气体放电型的电子器件以及火箭推进剂等)的研究，作为它们的实验和理论基础的等离子体物理学迅速发展，逐渐成为一个独立的学科。由于等离子体种类繁多，现象复杂，应用广泛，等离子体物理学正从实验研究、理论研究、数值计算三个方面，互相结合地向深度和广度发展。等离子体化学技术随着当代高科技的发展也应运而生，作为一个学科交叉的前沿研究领域，在短短的发展历程中已经在化学合成、新材料研制、精细化学加工、表面处理等领域开拓出一系列新技术和新工艺。目前等离子体化学技术一方面主要集中在使用等离子体对传统材料的表面改性，另一方面侧重于等离子体诱发或增强化学反应。一般来说，利用低温等离子体处理气相物料的技术现在已经比较成熟，已经到达广泛的实际应用阶段。近些年来，发展起来了另外一种等离子体放电——液相等离子体放电，成为传统等离子体的一种有效补充。液相等离子体放电的研究起始于水溶液中的瞬间放电现象。人们认识到，瞬间放电能在水中形成等离子体通道，而放电通道内的等离子体具有很高的能量，可产生高温、冲击波和很强的紫外光辐射。
等离子体电解(Plasma electrolysis)即是液相等离子体放电的一种。等离子体电解是在液体中利用等离子体电化学处理方法对材料进行表面改性以及涂层保护的一类技术的通称。不同的等离子体电解技术尽管在可处理材料、处理工艺和处理效果上存在差异，但是它们具有下述的共同特征：一方面等离子体电解处理在溶液中进行，并在被处理材料和辅助电极之间施加适当的电压；另一方面，被处理材料表面或者附近会产生放电现象，即发生等离子体电解的电极过程。http://www.zhpct.com
