可开发能源和矿产资源日益短缺的问题,迫使人们必须把提高材料和能源利用率放在研究的首要位置。等离子体电解氧化(PEO)技术为轻金属材料表面改性提供了新思路,利用该技术制得的膜层兼具阳极氧化膜及陶瓷膜的性能,拓宽了轻金属材料的使用领域。目前国内外对于PEO膜层性能做了大量的研究工作,而PEO技术的重要特征之一是其击穿放电现象,这是PEO的基础问题。鉴于此,本论文以AZ31镁合金为工作电极,围绕介质阻挡层特性对击穿放电的影响、电解液离子性质对等离子体场放电火花特性的影响、PEO膜层击穿放电机理和阴阳离子对PEO过程贡献等方面进行研究。(1)以第二三周期元素组成的含氧酸盐碱性电解液为对象：研究电解液中阴离子性质对介质阻挡层组分性质的影响；对介质阻挡层的致密性或绝缘性做了定性评价；通过放电前后的电流密度来验证介质阻挡层的质量好坏,研究生成的介质阻挡层的质量对击穿放电及后续膜层成膜能力的影响。(2)选取氟锆酸盐系列酸性电解液为研究对象,研究电解液阴离子的稳定性对放电特性及膜层性能的影响。研究表明：(1)阴离子通过自身形成氧化物成膜或者与基体离子结合形成化合物成膜而形成介质阻挡层。介质阻挡层组分性质越稳定、介质阻挡层越致密,则介质阻挡层质量越好,在稳定放电阶段平衡电流越小。(2)介质阻挡层的形成以及膜层击穿放电之后电解液中阴离子的后续成膜是PEO过程顺利进行的两个必要条件。(3)膜层组分溶度积<10-10时,生成的介质阻挡层较稳定且质量好,PEO过程放电特性较好,放电稳定,放电平衡电流密度约为15-40 mA／cm2。膜层组分溶度积>10-10时,生成的介质阻挡层质量较差,放电不稳定,放电平衡电流密度约为300-700 mA／cm2。膜层组分性质可溶时,不能放电。(4)添加剂可以改善氟锆酸盐系列电解液阴离子的稳定性,继而改善放电性能及膜层各方面性能,膜层耐腐蚀性能相比于基体而言提高了3-4个数量级。利用光发射光谱对上述电解液在PEO过程的不同阶段进行了研究：(1)分析在放电之前电极表面的能量状态及物种分布。研究放电之后等离子体场放电火花的特性(2)分析阴阳离子对等离子体成分及PEO过程的贡献。(3)对等离子体场内活性物种的来源、能级跃迁过程及归属进行分析。(4)探讨了PEO过程击穿放电、生长过程的理论模型及等离子体场内传热及物种传递的理论模型。(5)在特定Na2SiO3电解液中对PEO生长过程进行研究,验证PEO膜层生长模型及物质传递过程模型。研究表明：(1)光谱在PEO过程不同阶段呈现不同特性,阳极氧化阶段光谱为钝峰,由热致辐射引起发光；过渡阶段气体鞘层被离子化而发光,随后气体鞘层被击穿,接着发生介质阻挡层的击穿；在放电阶段,等离子体场内放电火花活性物种主要由阳离子和来自H20分解的气体及其元素组成。在放电阶段,电解液中离子的移动,主要是由于等离子体场作用产生的离子加速和由于气泡破裂所产生的离子气泡的吸附和迁移。(2)阴离子对等离子体场放电火花活性物种组成无影响,但可以形成氧化物而影响膜层组分；阳离子可为等离子体场提供高温能量环境。(3)活性物种被激发顺序只与等离子体场能量状态有关,与浓度无关。单个活性物种浓度在PEO过程随时间的变化与电极表面的能量状态有关。等离子体场内各活性物种经历了激发、解离和离子化的过程。等离子体场内电子温度可达103-104K。(4)在Na2SiO3电解液中的膜层生长特性较好地验证了PEO膜层生长过程模型及物质传递过程模型。