电解极间距是指阴、阳二电极工作面之间的垂直距离。在铝电解中，为便于测量，一般常取阳极底 掌至铝液镜面之间的垂直距离为极间距，一般在 40mm左右。极间距(space between the eleetrodes)电解槽中垂直且平行放置的相邻二同名电极的中心距离，又叫同极距。极间距是电解槽设计和电解作业中需予考虑和控制的技术参数。

微弧氧化技术又称等离子体氧化或阳极火花沉积，是在普通阳极氧化的基础上发展起来的一种表面处理技术。这种方法得到的膜层与基体结合力强，极大地改善了合金的耐磨、耐蚀、耐热冲击及绝缘性能。微弧氧化技术已经出现了很多年，许多研究者也研究了溶液成分、浓度和电流密度、时间、电压等参数对其生长过程的影响，并且开始逐渐认识其作用机理。已有学者对极间距等进行过研究，但是，非均匀场强下极间距对微弧氧化的诱发和生长规律的研究尚不多。通过研究非均匀场强下极间距对微弧氧化的影响，分析了极间距变化对微弧氧化膜层生长区域和膜层厚度的影响，进而可以控制微弧氧化过程的反应区域，从而实现大尺寸待处理工件的分割处理，实现其表面局部或由局部至整体的微弧氧化。

阳极直径为52mm，极间距离从2mm增大到50mm。分别使用52mm和6mm直径的圆形铝片作为阴极，构造出均匀和非均匀的电场环境。当极间距离为2mm、阴极直径为6mm时，中心区域的电场强度可达到边缘区域的677倍。电压变化反映了微弧氧化的一般规律：在微弧诱发阶段，电压随着时间的增长迅速增加，进入膜层生长阶段后，电压的增长速率逐渐减慢并趋于平稳。均匀场强下，随着极间距离的增大，放电回路增长，增加了阴极和阳极之间的宏观电阻，恒流模式下，维持反应的进行需要更高的电压。

随着极间距离的增大，电压先降低后升高。极间距离d=20mm 和30mm时，终止电压最低，很长时间维持在450V左右。由此可见，非均匀场强下的微弧诱发和进行与均匀场强下的微弧氧化过程有很大区别。相同极间距下，和均匀场强下的终止电压相比，非均匀场强下的终止电压较高，因为非均匀场强下，极间距较小时，电场对电流的束缚作用较大，电流主要从面积较小但场强很高的中心区域通过，电流的流通阻力较大。

恒流模式下，需要更高的电压来维持放电通道。非均匀场强下，终止电压先降低后增加的原因是，随着极间距的增大，电场辐射面积增大，并且趋于均匀，电流流通阻力开始减小，电压也出现了减小的趋势；继续增大极间距，电场环境会越来越接近均匀的电场环境，随着极间距离的继续增大，放电回路增长，增加阴极和阳极之间的宏观电阻，恒流模式下，为了维持反应的进行，电压开始升高。

极间距从2mm 增加到20mm，微弧诱发时间从10s增加到240s；极间距从30mm 增加到40mm，微弧诱发时间又从240 s 减小到90s。结合电压-时间曲线，极间距为20、30mm 时的电压也较低。首先分析微弧放电现象减弱的原因：起始阶段，2 mm处微弧放电的区域较小，并且中心区域的小面积微弧放电持续时间较长，直到210s，弧斑才开始向边缘区域扩散；极间距为10mm时，120s内，弧斑开始向外围扩散。因而，微弧诱发时间增长的原因是极间距的增大导致电场辐射强度的减弱。其次，极间距从30mm增大到40 mm时，微弧诱发时间减短的原因可以归纳为：距离增大到一定值后，电场几乎能均匀辐射到整个试样表面，距离的增加只会增加溶液的电阻，会引起输出电压的增大。膜层开始生长后，根据杨巍等研究发现：硅酸钠电解液中，初期厚度小于1μm 的膜层，其电化学阻抗高达28175Ω。

根据欧姆定律，在电解液和阳极构成的放电回路中，膜层的两端将分得较大的电压。恒流模式下，电压高，输入的能量越多，微弧诱发和反应速率也会得到提高。

均匀场强下的膜层中心区域和边缘区域的形貌差异不大，而且由于设定的输出电流较小，整个膜层比较均匀，分布着少量的孔洞。非均匀场强下，样品表面不同区域形成的表面形貌。中心区域的孔径尺寸不均匀，而且存在较多的孔洞（3μm左右）。

这是由于膜层较厚时，重复放电，放电通道部分聚集而形成较大的孔洞。相对而言，边缘区域较为均匀，只是分布着少量的3μm以内的孔洞。这主要是因为边缘区域微弧诱发较晚，膜层较薄，放电通道较小。

非均匀电场强度下，在极间距10mm 以内，膜层存在一个由中心向边缘减小的趋势，随着极间距的增大，电场的不均匀性减弱，反应面积扩大，厚度差开始减小；极间距为20mm 和3mm时，膜层极薄，与微弱的弧光放电现象一致，主要是表面场强趋于均匀，对电流的束缚作用减小，而且溶液电阻增加不多，反应电压较低；极间距从30mm 到50mm 时，电场开始能够均匀地辐射到样品表面，膜层厚度趋于均匀，稳定在4μm左右。

为了避免涡流法测厚带来的实验误差，由于黑色膜层的显色特性，颜色的变化结合厚度分析，能更准确地显示出膜层的反应区域和厚度分布。极间距为2mm 时，反应区域主要集中在中心，且颜色较深；极间距增加10mm时，试样表面完全覆盖一层陶瓷膜，但中心区域出现一个颜色较深的圆斑，说明中间位置反应较为剧烈，膜层较厚；极间距为30mm 时，试样表面基本上为基体的颜色，膜层极薄；极间距为50mm 时，膜层颜色较均匀，说明厚度差距不大。

非均匀场强下，微弧诱发和氧化过程中，电压-时间曲线、放电现象、表面形貌和膜层厚度出现了不同于均匀场强下的变化规律。中心区域放电弧斑的扩散原因是：表面电场辐射不均匀。微弧氧化的诱发和进行主要受表面的丝状电流和膜层阻值的影响。微弧氧化诱发和进行总是从电场强度较强、膜层阻值较低的地方通过。反应起始阶段，表面为铝基体，阻值相同，膜层总是从高场强的区域开始生长，形成中心高场强区域的优先反应，导致弧光的迅速出现和微区膜厚较高。随着反应的进行，中心区域的膜层开始增厚，膜层阻值增加，相同区域丝状电流的流通阻力增大，丝状电流开始流向边缘阻值较低的区域，弧斑也随之向边缘扩散，最终布满整个样品表面。这样就出现了弧斑变大、膜厚呈梯度分布等现象。微弧氧化电压随着极间距的增大出现先减小后增大的原因是：极间距较小时，极间距的增大会减小中心区域高场强对电流的束缚作用，受反应面积的增大和电场束缚作用的减小，终止电压开始降低。当极间增大到足以使样品表面均匀分布时，继续增大极间距只会增大回路中溶液的阻值，使电压升高，并增大能量消耗。

1.均匀场强下，从膜层厚度和形貌可以看出，各个微区反应较均匀。在恒定外部电流输入的情况下，极间距离的增大会增大溶液阻值，微弧诱发需要更高的电压输入，表面电场可以获得更高的分压，微弧诱发也越快，但会减小膜层的生长厚度。

2.非均匀电场强度会带来表面膜层厚度和表面形貌的差异，中心区域的厚度较厚，表面孔隙较大；表面膜层的生长受表面电场强度分布和膜层阻值的共同作用，反应区域会不断往电场强度减弱、膜层阻值降低的地方扩散。

3.非均匀场强下，中心区域的孔径较大，整个样品表面的厚度和孔径不均匀，导致膜层的整体性能不均匀，一定程度上影响了膜层的使用。极间距的增加会减小中心区域电场强度的不均匀性，增大反应面积，减小膜层的形貌差异，提高膜层的均匀性。