【摘 要】
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镁及其合金因具有良好的高比刚度、高比强度等优点,在航空航天、电子、汽车等领域具有极大的应用潜力。然而,在服役环境下,镁合金高化学活性引发的材料快速降解失效,将造成严重的安全事故,较差的耐蚀性能是限制镁合金广泛应用的瓶颈问题。因此,改善耐蚀性能是制备高综合性能镁合金的关键因素之一,开发提高镁合金耐蚀性能的表面涂层防护技术及研究相应防腐机制具有十分迫切的需求和重要的意义。通常在镁合金表面构建腐蚀保护涂
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镁及其合金因具有良好的高比刚度、高比强度等优点,在航空航天、电子、汽车等领域具有极大的应用潜力。然而,在服役环境下,镁合金高化学活性引发的材料快速降解失效,将造成严重的安全事故,较差的耐蚀性能是限制镁合金广泛应用的瓶颈问题。因此,改善耐蚀性能是制备高综合性能镁合金的关键因素之一,开发提高镁合金耐蚀性能的表面涂层防护技术及研究相应防腐机制具有十分迫切的需求和重要的意义。通常在镁合金表面构建腐蚀保护涂层和添加缓蚀剂在镁合金表面形成腐蚀屏障,是抑制镁合金快速降解的一种经济有效的方法。为了解决镁合金腐蚀速率过快的问题,本文一方面通过在AZ91D镁合金表面构建了层状双金属氢氧化物（LDH）/Mg（OH）2复合涂层,另一方面,基于结合菊苣叶提取物（CA）和不同阳离子,开发了一种新型有机/无机混合缓蚀剂,系统深入的研究了在NaCl腐蚀溶液中,镁合金的表面结构、腐蚀形貌、腐蚀性能以及防腐机制。主要研究内容如下:（1）研究了绿色CA提取物和不同阳离子（Ni2+、Fe3+、Fe2+、Ca2+）对镁合金腐蚀防护性能的协同作用。通过萃取获得的CA提取物主要由咖啡酸和菊苣酸等有机酸分子构成,在浸泡过程中可与金属阳离子之间通过配位键形成螯合物,螯合物与镁合金表面的Mg（OH）2和MgO腐蚀产物存在动态的交互作用,在浸泡时间至120h后,镁合金表面形成较厚且致密的保护层,形成的腐蚀屏障明显降低了镁合金腐蚀速率。有机/无机混合缓蚀剂形成的阻隔层在一定程度上抑制金属阳离子还原引起的电偶腐蚀。然而,CA-Ni2+只能对镁合金提供短时间的有效保护。CA-Ca2+缓蚀剂的保护作用在所有制备的CA、CA-Fe2+、CA-Fe3+和CA-Ni2+缓蚀剂中抑制效率最高,对应的icorr、Ecorr和η分别为0.09±0.04 μA·cm-2,-0.87±0.03V vs.SCE和92%。通过将低成本和绿色抑制剂与金属阳离子相结合,为金属的腐蚀防护提供一种新的有效的方法。（2）在不同粗糙度镁合金表面原位生长Mg（OH）2/Mg-Al LDH复合薄膜调控下的腐蚀防护性能及生物相容性研究。通过金相制备工艺,构建了具有不同表面粗糙度的镁合金试样,进而经水热法形成结构各异的Mg（OH）2/Mg-Al LDH复合涂层。镁合金表面粗糙度越小,复合膜层越致密,且LDH相尺寸越小。制备过程中α-Mg在碱性环境中溶解形成Mg（OH）2,而LDH相优先依附于Mg17Al12共晶相形核生长。其中PG镁合金上Mg（OH）2/Mg-Al LDH涂层的腐蚀电流密度icorr为（5.73±2.75）×10-8A·cm-2、腐蚀电位Ecorr为-1.35±0.01V vs.SCE。在14天和30天的腐蚀实验中,表面腐蚀形貌和XRD的分析表明,PG镁合金上的涂层在长期腐蚀过程中也表现出优异的耐腐蚀性,因而,较低粗糙度的表面形貌有利于构筑耐腐蚀性能优异的复合膜层。同时Mg（OH）2/Mg-Al LDH涂层在阳极极化支路中表现出明显的钝化平台,主要归因于更致密的膜层以及LDH本身的阴离子交换行为。另一方面,制备的复合涂层经过细胞毒性、细胞活性等实验,证明具有出色的生物相容性,表明它在镁基生物医学植入材料方面具有广阔的应用前景。
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