【摘 要】
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镁合金具有质量轻、比强度高、铸造性能好、生物相容性好等优点,在航空航天、汽车、军工、可降解生物材料等领域具有巨大的潜在应用价值。然而,镁合金化学性质过于活泼、极易发生腐蚀,这严重制约了其实际应用。为了有效解决腐蚀问题,研究者在镁合金表面设计了多种功能防护涂层。在金属腐蚀与防护领域,层状双氢氧化物（Layered Double Hydroxides,LDHs）成为近年来的研究热点。生长在金属表面的L
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镁合金具有质量轻、比强度高、铸造性能好、生物相容性好等优点,在航空航天、汽车、军工、可降解生物材料等领域具有巨大的潜在应用价值。然而,镁合金化学性质过于活泼、极易发生腐蚀,这严重制约了其实际应用。为了有效解决腐蚀问题,研究者在镁合金表面设计了多种功能防护涂层。在金属腐蚀与防护领域,层状双氢氧化物（Layered Double Hydroxides,LDHs）成为近年来的研究热点。生长在金属表面的LDHs涂层不仅可作为物理屏障,以阻碍腐蚀介质的侵入;更能通过离子交换反应捕捉腐蚀离子,进而为镁合金提供一种主动的防护。然而,由于LDHs具有特殊的表面结构,容易被腐蚀液浸润,导致LDHs层间阴离子缓蚀剂在接触腐蚀液后的快速损失。近年来,受到“荷叶效应”的启发,研究人员成功开发了超疏水处理技术。这是一种利用仿生学在材料表面构建一层“空气膜”以减少基材表面与外界接触面的表面处理技术。超疏水表面具有拒水行为,可赋予镁合金表面抗腐蚀、自清洁、抗菌等多种特殊功能,从而为镁合金提供一种被动防护。将LDHs的主动防护与超疏水表面的被动防护相结合,充分发挥两种防腐方式的协同作用,可有效提高镁合金的耐腐蚀性能,进而促进镁合金的广泛应用。本文结合了LDHs涂层与超疏水表面两种防腐蚀技术,探索了在刻蚀后的镁合金表面构建超疏水LDHs涂层的简易制备方法。采用水热法与表面改性相结合的方式,直接在镁合金表面制备超疏水LDHs涂层。研究了不同水热处理时间及温度对该涂层的形貌、浸润性、超疏水稳定性和耐腐蚀性的影响。为了阐明超疏水LDHs涂层的双重防腐机理,系统研究了镁合金表面不同涂层（超疏水涂层、LDHs涂层、超疏水LDHs涂层）的腐蚀行为。考虑到镁合金作为可降解生物材料的巨大潜力,本文还进一步研究了超疏水LDHs涂层覆盖的镁合金在模拟尿液中的腐蚀行为以及其对尿道平滑肌细胞的相容性。得出的主要结论如下:（1）成功在刻蚀后的镁合金基体上制备出了超疏水LDHs涂层,并且该涂层展现出了优异的耐腐蚀性能。在125℃下生长12h的超疏水LDHs涂层具有最大的静态接触角（163.0°±1.1°）,在150℃下生长12h的超疏水LDHs涂层具有最低的腐蚀电流密度(2.74×10-4μA·cm-2),以及最正的腐蚀电位（-0.241 V）。（2）研究了水热处理时间与温度对超疏水LDHs涂层耐腐蚀性能的影响。研究结果发现:在18h以内,水热处理时间每增加6h,超疏水LDHs涂层的腐蚀电流密度就降低1个数量级,表明腐蚀速率明显降低。在150℃以内,超疏水LDHs涂层的耐腐蚀性随温度的增加而提高。（3）探究了150℃下生长12h的超疏水LDHs涂层在3.5 w.t.%Na Cl溶液中的化学稳定性。研究发现:150℃下生长12h的超疏水LDHs涂层在48h内接触角维持在150°～160°之间,而且该涂层几乎没有发生腐蚀;浸泡6d之后,该涂层的静态接触角仍能维持在140°以上,并且该涂层表面只出现了少量的腐蚀产物。（4）对比分析了不同涂层（超疏水涂层、LDHs涂层、超疏水LDHs涂层）对镁基体的防护性能。研究发现超疏水涂层仅能为镁合金提供一定程度的防护(Ecorr=-1.267 V,icorr=5.27μA·cm-2),而LDHs涂层展现出更优的耐腐蚀性能(Ecorr=-0.585 V,icorr=3.24×10-3μA·cm-2);而超疏水LDHs涂层对镁合金的防护是三种涂层中最优的(Ecorr=-0.241 V,icorr=2.74×10-4μA·cm-2)。这说明了,超疏水LDHs膜结合了超疏水表面与LDHs涂层的优势,显著提高了镁合金的耐腐蚀能力。（5）探究了不同涂层（超疏水涂层、LDHs涂层、超疏水LDHs涂层）在人造尿液中的抗腐蚀性和细胞相容性。研究发现:超疏水LDHs涂层在尿液中的腐蚀电流密度比镁合金基体的低6个数量级,而腐蚀电位比镁合金基体高1个数量级。超疏水LDHs涂层对细胞活性的影响比镁合金基体的小8倍。结果表明超疏水LDHs涂层能够提高镁基体在尿液中耐腐蚀性,并展现出了良好的生物相容性。
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