5005铝合金虽然在大气中可自然形成非晶态氧化膜,但这并不能弥补在恶劣环境下表面硬度低、耐蚀性和耐磨性差的缺点,使用过程中容易受到腐蚀、磨损、刮花等表面损伤。等离子体电解氧化（Plasma Electrolytic Oxidation,简称PEO）,也称微弧氧化（Microarc Oxidation,简称MAO）,是一种采用高电压、大电流在热化学、等离子体化学和电化学共同作用下直接把基体金属氧化烧结成具有一定厚度、致密性高和晶态氧化物结构的高性能陶瓷氧化层的表面改性技术。电解液中加入添加剂是改善PEO陶瓷层性能的有效途径。拜耳法赤泥是从铝土矿中提取氧化铝后剩余的强碱性固体废渣,因Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaTiO3和TiO2含量高,被证明是一种很有前景的陶瓷涂层材料。本工作首先采用差热-热重分析仪、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜、激光粒度分析仪、比表面积和孔隙分析仪研究了拜耳法赤泥在不同热处理温度下的矿物组成、形貌、粒径和孔隙的性质;然后分别以不同温度热处理后的赤泥为电解液添加剂、采用PEO技术在5005铝合金表面制备一层赤泥PEO陶瓷层;研究了PEO参数对陶瓷层的宏观形貌、生长机制、物相组成、微观结构以及性能的影响;为改善赤泥PEO陶瓷层的致密性,采用水热法在陶瓷层表面原位生长一层层状双氢氧化物（Layered Double Hydroxides,简称LDHs）,对陶瓷层进行封孔修复处理,并利用LDHs层板元素的可调变性以及层间阴离子的可交换性,有效地隔离和捕获Cl-并主动释放缓蚀剂,修复腐蚀区,达到双重防护的目的。采用显微硬度测试仪、涂层附着力自动划痕仪、磨粒磨损试验机、电化学工作站、材料试验系统对陶瓷层的硬度、结合力、磨损性能、耐腐蚀性能、蠕变性能进行表征。主要研究结果是:1.赤泥成分复杂,常温下主要由赤铁矿、水钙铝榴石、钙霞石、方解石、铁橄榄石、一水硬铝石、针铁矿、三水铝石和钙钛矿等组成。赤泥粒径小、属于介孔材料。经热处理后,赤泥的颜色、相组成、形貌、粒径、比表面积和孔体积发生了明显的变化。2.纯PEO陶瓷层由γ-Al2O3和α-Al2O3组成,而赤泥PEO陶瓷层由γ-Al2O3、α-Al2O3、CaTiO3、CaCO3、SiO2、Fe2O3以及高温下形成的复合物组成。PEO陶瓷层的存在明显改善了5005铝合金基体的表面性能。同时,与纯PEO陶瓷层相比,赤泥PEO陶瓷层的厚度较大、结构较致密、结合力较强、耐磨损性和耐腐蚀性较好。在相同的PEO参数条件下,通过选择不同的热处理温度,可以获得不同性能的赤泥PEO陶瓷层,其中经300℃热处理的赤泥制备的PEO陶瓷层综合性能较好。3.在赤泥PEO陶瓷层表面原位生长一层致密的LDHs纳米片,可有效地对陶瓷层进行封孔修复处理,提高其致密性和耐腐蚀性。溶液pH是合成LDHs最关键的因素。实验表明,合成温度为70℃左右的偏弱酸性溶液较有利于LDHs形核与长大。合成时间越长,LDHs形核与长大越充分,耐腐蚀性越好。单独插入阴离子缓蚀剂或阳离子缓蚀剂均可进一步改善LDHs的耐腐蚀性,尤其是同时插入阴阳离子缓蚀剂的LDHs耐腐蚀性最好。4.压痕蠕变实验结果表明,封孔处理后的赤泥PEO陶瓷层具有较高的硬度、弹性模量以及弹性恢复能力。根据不同应用环境的需求,可对陶瓷层的性能进行调整。通过对陶瓷层的制备工艺优化和后期封孔处理,不仅提高了陶瓷层的硬度、结合力、耐磨损性能和耐腐蚀性能,还改善了压痕蠕变性能。