医用镁合金微弧氧化涂层制备及降解行为研究进展

近年来，镁合金作为“可降解医用金属材料”越来越受到研究人员的青睐。然而，镁合金的腐蚀降解较快导致的力学衰减显著、材料与骨愈合的适配性减弱是当前限制其临床应用的瓶颈性问题。微弧氧化作为一种有效的减缓镁合金降解速率措施，具有工艺简单、成膜效率高、膜层整体综合性能优异等优点，实现了降解速度可调控与改善生物相容性双重功能。本文主要从微弧氧化（MAO）涂层形成机制及膜层降解机理出发，综述了生物医用镁合金微弧氧化涂层研究进展；详细阐述了微弧氧化涂层镁合金的膜层形成/破裂机制；系统地归纳了微弧氧化工艺参数和涂层降解性能、生物相容性的本质联系；揭示了自封孔型氧化膜的生长机制、封孔物质的沉积过程及其保留在微孔内的原因；概述了复合表面处理技术的膜层物相特征及仿生溶液环境下降解行为规律。最后，展望了医用镁合金微弧氧化涂层的未来发展方向。     

高温海洋环境下过渡金属基合金的腐蚀与防护研究进展

综述了高温海洋腐蚀环境的类型,以及各类合金在不同环境下的腐蚀失效机理。重点考察了Fe、Ti、Ni基合金内部的主要元素在高温下的扩散行为,及其与侵蚀性离子之间的交互作用。从盐雾腐蚀以及熔融热腐蚀2个角度,讨论了化学/电化学反应发生的可能性。基于氧化腐蚀过程中复合氧化膜的形成过程,总结了氧化膜与侵蚀性离子以及杂质气体的再作用机理,明确了保护性氧化膜和非保护性氧化膜的类型。从合金化的角度,揭示了Cr、Al等元素对防腐性能提升的关键作用,指出了材料计算在高温海洋环境的潜在应用价值。最后归纳了高温海洋环境下的涂层防护手段和材料体系,其中结构稳定性和界面反应问题是涂层材料研究的重点。在未来研究方向上,指出应该重点关注腐蚀过程中活性元素的交互作用以及钝化膜的形成机理,筛选有效防护元素。利用氧化、盐雾等多种腐蚀条件,依托构效关系进行涂层优化,形成系统的海洋高温涂层防护方案。高熵合金涂层作为新兴体系在高温防护上的应用具有研究价值。     

压铸镁合金腐蚀行为研究进展

讨论了压铸镁合金的腐蚀类型,介质环境对腐蚀行为的影响和各种合金元素在镁合金腐蚀过程中起到的作用。认为对镁合金腐蚀行为和机理的认识仍不完全清楚,对接触腐蚀和应力腐蚀等多种腐蚀形式协同作用下腐蚀研究不够全面,这些领域是当前镁合金腐蚀研究亟待解决的问题。提出采用向合金中加入稀土等微量元素的方法,降低有害杂质的含量,改善合金的微观结构,开发新型抗腐蚀镁合金,是镁合金腐蚀防护研究的重要发展方向。     

镁合金表面PEF膜与PEO膜腐蚀防护行为的对比研究

目的 对比研究镁合金表面新型等离子体电解氟化(PEF)膜与传统等离子体电解氧化(PEO)膜的腐蚀防护行为.方法 分别在中性和酸性腐蚀介质中,通过开路电位监测和动态电位极化曲线测试表征了膜层的电化学腐蚀行为,通过浸泡实验和盐雾实验表征了膜层的长效腐蚀行为.通过SEM、EDS和XRD等方法表征了膜层的原始微观结构和组成,分析了腐蚀形貌和腐蚀产物.结果 PEF膜与PEO膜均可以为镁合金基材提供有效的腐蚀防护作用.相较于PEO膜,PEF膜在浸泡实验和盐雾实验中,都具有更为优异的腐蚀防护性能,但在动态电位极化测试中,具有更正的自腐蚀电位和更大的自腐蚀电流密度,表明其腐蚀倾向更低,但腐蚀速率更高.结论 总体而言,PEF膜在中性和酸性环境中都具有更好的腐蚀防护性能.PEO膜在中性环境中的腐蚀防护失效机制主要是腐蚀介质的扩散,在酸性环境中的腐蚀防护失效机制主要是膜层化合物的溶解和消耗;PEF膜在中性和酸性环境中的腐蚀防护失效机制都是腐蚀介质的扩散.     

掺杂镍对镁合金表面冷喷涂锌基涂层性能的影响

目的研究镍添加对冷喷涂锌基涂层耐蚀性的影响,为镁合金提供有效的防护涂层。方法采用低压冷喷涂技术在镁合金基体表面分别制备锌基和锌/镍基复合涂层,通过微观观察、摩擦磨损实验、电化学极化法和电化学阻抗谱测试及全浸泡腐蚀试验,研究镁合金表面冷喷涂涂层的结构、摩擦磨损行为和耐蚀性。结果镁合金表面冷喷涂锌基涂层后,其硬度和耐磨性得到显著提高,掺镍后的锌/镍基涂层具有更高的硬度和耐磨性。锌基和锌/镍基涂层均能为镁合金提供腐蚀防护,锌/镍基涂层比锌基涂层具有更好的耐蚀性。相对镁合金来说,锌基涂层和锌/镍基涂层的自腐蚀电位分别正移了260 mV和560 mV;长期腐蚀后锌/镍基涂层形成了更致密的腐蚀产物膜,腐蚀电阻显著高于锌基涂层。结论冷喷涂锌基和锌/镍复合涂层均能对镁合金提供防护作用,掺杂镍后的锌/镍基复合涂层具有更高的硬度、耐磨性和耐蚀性。     

镁合金表面腐蚀防护技术研究进展

镁合金较差的耐腐蚀性能限制了其大规模应用。利用表面腐蚀防护技术可以有效改善镁合金的耐蚀性能,延长镁合金的服役寿命。因此,可靠的表面腐蚀防护技术是突破镁合金应用瓶颈的关键。从镁合金表面腐蚀防护技术的分类入手,阐述了各种防护技术的基本原理。在此基础上,综述了近年来镁合金腐蚀防护技术的研究进展,包括电化学方法、化学方法及其他表面腐蚀防护方法等,阐明了各种技术的优缺点及适用范围,并对镁合金表面防护技术的发展趋势进行了展望。经过多年的发展,镁合金表面防护技术的理论研究和应用日臻完善,现有的表面防护方法一定程度上都能为镁合金基体提供腐蚀防护作用。然而,随着镁合金应用范围的扩展,相关结构件常会面临恶劣的服役环境。因此,单一的表面腐蚀防护技术已经很难满足工业领域对镁合金材料的迫切需求,多种表面处理技术联合制备的复合涂层具有广阔的应用前景。镁合金表面防护技术当前正朝着功能化和智能化的复合涂层方向发展,同时对制备工艺的安全环保性也提出了更高要求。未来除了保证高耐蚀性外,开发多功能智能涂层对提升防护层的长效防护能力、拓宽镁合金的应用范围具有重大的现实和长远意义。     

镁合金自修复涂层研究进展

镁合金的耐蚀性较差,使用过程常需要防护涂层。然而,涂层在使用过程中不可避免地遭到破坏,亟需开发自修复涂层以防止涂层破坏处的局部腐蚀。结合国内外在自修复涂层尤其是镁合金自修复涂层领域的研究成果,总结了自修复涂层的类型,包括化学转化膜型、掺杂型、填充型、微容器型、层层组装型和超分子本质修复型等。其中化学转化膜型承载的修复剂有限;掺杂型工艺简单,但可能降低涂层的稳定性;填充型可以减少修复剂对涂层稳定性的影响,但是可能降低层间结合力;微容器型可以阻隔涂层基体和修复剂,但需要满足多种条件;层层组装型能承载更多修复剂且修复过程更加智能;超分子本质修复型可以实现多次修复,但是修复过程常需要外部能量输入。通过比较各类涂层的特点,为研究者设计自修复涂层提供参考,并指出自修复涂层的设计需要根据实际情况,综合各类涂层的特点,完成修复剂的成功封装与释放,在保证涂层屏蔽性的基础上,赋予涂层自修复能力。     

AZ91镁合金表面铈基稀土转化膜的制备及腐蚀电化学行为

考察了铈盐溶液中的AZ91镁合金电化学行为,包括开路电位,阴、阳极极化行为等,并据此开展了Ce(NO3)3为主盐的稀土盐转化膜研究,在AZ91镁合金表面形成无毒、无污染的铈盐化学转化膜,并研究成膜规律及其耐蚀行为.采用电化学阻抗谱技术优化了处理时间、温度、Ce(NO3)3液浓度和促进剂等因素对膜层结构和膜层耐蚀性能的影响,并获得了最好的成膜条件:处理温度为35℃,时间为30 min,主盐Ce(NO3)3的浓度为0.02 mol/L和促进剂H2O2浓度为4 mL/L.结果表明:采用优化后的工艺能够在AZ91镁合金表面获得宏观黄色致密、微观具有微小裂纹并分层的膜层,表层Ce含量较高.工艺优化制备的稀土化学转化膜能有效提高镁合金的耐蚀性能,有效抑制阴、阳极反应,自腐蚀电位提高250 mV,自腐蚀电流密度降低2个数量级.长期全浸实验结果表明,转化膜能有效提高镁合金的耐腐蚀性能,浸泡60 h后,保护性大大降低.     

基于专利文献的镁合金腐蚀与防护技术的最新进展(英文)

对镁合金腐蚀与防护的国内外相关专利文献进行分析,总结最新的表面防护技术,包括转化膜、电镀、表面涂层和多种复合处理技术,此外还介绍一些新的处理技术。发现转化膜技术在所有专利文献中占有极大的比例,说明在实际的工业应用中转化膜技术非常重要,且占主导地位。由于镁合金零部件形状和使用特性的多样性,单一的表面技术难以满足性能所需,越来越多的复合表面处理技术、环保型的新技术被发明用来进行镁合金的防护处理。此外,专利技术的投资成本、操作的难易程度、涂层的性能等因素极大地影响该专利技术的工业应用。     

镁合金的腐蚀特性及防护技术

镁合金作为最轻的金属结构材料,在汽车、3C、国防军工、航空航天等领域具有广阔的应用前景,但耐蚀性较差是其大规模应用的瓶颈。介绍了镁合金的腐蚀机理,包括全面腐蚀、局部腐蚀、电偶腐蚀等,以及影响镁合金耐腐蚀的因素,根据不同介质中的具体腐蚀情况,对影响镁合金腐蚀的三大因素作了重点介绍,从而总结出提高镁合金防腐性能的两个研究方向,一是改善镁合金的本征耐蚀性,即通过优化合金成分,改善镁合金的微观组织等方式提高材料的耐蚀性;二是采用表面防护处理技术,通过表面防护层对基体进行保护,隔离腐蚀介质与基体。然后详细综述了净化合金成分、开发新型耐蚀镁合金、改善镁合金的表层微观组织等提高镁合金本征耐蚀性的方法,以及有机/聚合物、金属/化合物镁合金耐蚀涂层的研究现状。最后指出了镁合金防腐技术研究过程中存在的问题和今后的发展方向。     

低共熔溶剂在镁合金腐蚀防护中的应用

介绍了低共熔溶剂的性质及特点,综述了低共熔溶剂的国内外最新研究成果,特别是氯化胆碱基低共熔溶剂在镁合金腐蚀防护的应用,分析了镁合金在低共熔溶剂中进行表面处理的可行性。概述了在含氯化胆碱的低共熔溶剂介质中,通过热场、声场、电场以及DES液膜法调控开展镁合金表面化学转化膜的制备、耐蚀机理及反应介质的作用研究,同时将低共熔溶剂与疏水性仿生膜结合,设计出镁合金表面自愈合超疏水涂层。利用低共熔溶剂制备的转化膜的耐蚀性均明显高于镁合金基体,其腐蚀电流密度明显下降。最后对镁合金腐蚀防护的研究现状和方向进行了展望,希望对解决镁合金腐蚀起到一定的指导意义。     

海洋工程用铝合金的腐蚀与防护研究进展

海洋工程用铝合金部件在服役环境下引发的点蚀、晶间腐蚀等已成为困扰机器装备使用寿命和稳定性的关键问题。目前,阴极保护、缓蚀剂、阳极氧化和保护涂层是针对海洋环境中铝合金腐蚀的常用防护措施。阐述了海洋工程装备常用的铝合金类型和使用场所,发现5系和6系铝合金是船舶制造和海洋平台搭建的首选材料,其中,具备优异力学性能、耐腐蚀性能的5系铝合金一般用来制作甲板、储存装置等大型主要承力构件。重点综述了铝合金在海洋大气区、浪花飞溅区、海水全浸区的腐蚀行为和腐蚀机制,经对比发现,与钢不同,铝合金在海水全浸区的腐蚀最严重,而在环境最恶劣的浪花飞溅区腐蚀损伤相对较轻;点蚀、晶间腐蚀是2种典型的铝合金腐蚀类型,同时应力腐蚀、微生物腐蚀也制约着铝合金在海洋工程领域的应用。最后分析了当前在海洋环境中对铝合金腐蚀防护采取的几种措施,指出工程实际中采用的防护方式为2种及2种以上措施的联合使用,并提出铝合金未来在失效行为分析、性能优化和涂层材料选择等方面的发展趋势,以期为研发在极端海洋环境下服役的铝合金及其防护材料提供参考。     

镁合金表面防腐蚀超疏水涂层制备研究进展

镁合金是一种有发展前途的绿色工程金属材料，但其较差的抗腐蚀性能限制了它的大规模应用。对镁合金表面进行超疏水处理，能够极大地提高镁合金的耐腐蚀性能。当超疏水试样浸泡在腐蚀溶液中时，该结构将在腐蚀介质中形成固-气-液界面层，减少镁合金表面与腐蚀介质之间的接触面积，从而降低腐蚀速度。超疏水表面需要满足微纳米结构和低表面能2个必要条件。可以采用二步法或一步法在镁合金表面制备超疏水表面，详细介绍了在镁合金表面构造微纳米结构的方法，包括激光处理、机加工、化学刻蚀、化学镀、电化学沉积、阳极氧化、微弧氧化、水热合成和喷涂等方法。超疏水表面一旦受到机械损伤，微纳米结构无法满足条件，超疏水表面的“气垫效应”消失，腐蚀介质就会直接与微纳米结构接触，因此需要保证构建的微纳米粗糙结构对镁基体具有良好的保护作用并具有自愈功能。通过制备复合涂层，提高下层微纳米结构的自愈合性能，上层涂层的超疏水性与下层涂层的良好物理屏障能力的协同效应可以改善涂层的长久耐腐蚀性能。综述了在镁合金上制备具有良好耐腐蚀性能的复合超疏水表面的方法，并对镁合金超疏水表面防护技术的研究方向进行了展望。     

镁合金材料表面处理技术研究新动态

对镁合金材料近年来在表面微弧氧化、表面超疏水膜层、激光表面改性以及溶胶-凝胶涂层四个方面的研究动态进行了简要综述。镁合金材料采用双极性和混合(单极和双极的组合)电流模式微弧氧化处理的膜层生长速率较快,膜层更致密且硬度更高,膜层的耐磨性和耐腐蚀性能更好。在高浓度苛性碱为主的强碱性溶液中添加适量的添加剂,经短时间(~3 min)微弧氧化处理,即可获得中性盐雾试验达200 h以上的致密耐腐蚀膜层。采用水热法、电化学刻蚀、微弧氧化和电沉积等方法,可在镁合金材料表面形成具有微纳米多级结构的粗糙表面,再用低表面能物质对粗糙表面进行修饰,可在镁合金表面获得超疏水膜层,从而提高镁合金的耐腐蚀性能。镁合金材料激光表面改性处理可改善其表面成分,细化晶粒,使组成相分布更均匀以及提高表层的固溶度极限,从而提高镁合金材料的耐腐性能、摩擦磨损抗力和疲劳强度。溶胶-凝胶有机/无机杂化涂层与镁合金基材良好的附着力,不仅可提高镁合金的耐腐蚀性能,还可以使镁合金具有抗氧化、耐磨损、防水性以及其他性能。     

镁合金表面冷喷涂层防护研究进展

镁合金作为最轻质的金属结构材料,由于其密度低和比强度高等优良的物理和力学性能,在航空、航天、汽车以及电子等领域引起广泛关注。然而,镁合金化学性质活泼、耐腐蚀和耐磨损性差等缺点严重制约其进一步应用。近些年发展起来的冷喷涂技术,在固态下制备涂层,涂层致密且与基体结合良好,因此可为镁合金表面防护提供一种新的有效方法。主要综述了镁合金表面冷喷涂耐腐蚀涂层(纯铝、铝合金和复合材料涂层)和耐磨损涂层(合金和复合材料涂层),论述了影响冷喷涂层耐腐蚀、耐磨损以及其他力学性能(硬度和涂层/基体结合强度)的主要因素,包括杂质元素含量、合金种类以及复合材料涂层中陶瓷颗粒含量、尺寸和形貌等。对比了几种常用表面处理技术制备的纯铝涂层的耐腐蚀性能,并阐述了冷喷涂技术在镁合金表面防护方面的优势。此外,还分析了热处理对冷喷涂纯铝和复合材料涂层耐蚀性的影响。最后提出了目前冷喷涂技术在镁合金防护方面的局限性以及发展难题,对未来研究趋势进行了展望。     

海洋大气环境下镁合金腐蚀行为研究进展

本文综合研究了海洋大气环境下镁合金腐蚀行为的研究进展,比较分析了各种因素对腐蚀行为的影响,对当前研究进展进行总结并对未来研究方向进行展望。在海洋大气环境下,表面薄电解质溶液膜的包覆是镁合金发生电化学腐蚀的主要原因,且多发生局部腐蚀。相比于内陆大气环境,海洋大气中含有较多无机盐气溶胶颗粒,导致点蚀成为主要的局部腐蚀形式。相对湿度的升高会导致薄电解质膜厚度增加,进而加速整体腐蚀速率。随气温上升,镁合金的大气腐蚀速率线性增加,而空气中的CO₂可以抑制NaCl对镁合金的侵蚀。该领域未来需更多关注具体使役环境下合金的腐蚀机理,以及各种环境因素对腐蚀行为的协同作用机制,以指导海洋用镁合金材料的设计和制备。     

SiC对Ni-W合金耐蚀耐磨性能的强化作用

为提高严苛海洋环境下金属机件的服役性能,本文通过电沉积方法制备了Ni-W和Ni-W/SiC复合镀层。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）和X射线衍射（XRD）等技术研究了SiC对Ni-W合金微观结构和性能的影响,采用电化学方法研究了复合镀层在3.5% NaCl溶液中的耐蚀性能,以探讨其海水综合防护性能。研究表明,经表面处理的SiC可诱导形核促进晶体生长,使Ni-W合金晶粒变细,镀层完整致密。SiC纳米颗粒均匀分布在Ni-W/SiC中,可有效提高镀层硬度及耐磨性,同时Ni-W/SiC也具有比Ni-W合金更好的耐蚀性能,在多因素交互作用的海洋环境中将具有更长的防护寿命,具有良好的应用前景     

镁合金微弧氧化复合膜研究进展

微弧氧化（MAO）表面处理技术常用于改善镁合金的特定性能,但MAO膜容易产生微孔和微裂纹从而降低镁合金的耐蚀性。为了提高镁合金微弧氧化膜的使用寿命,主要综述了国内外MAO工艺过程调节措施和MAO膜后处理技术的最新研究进展,重点介绍了近年来国内外镁合金MAO复合膜的研究热点。着重介绍了通过工艺过程调节提高镁合金MAO膜长期保护性能的几项措施：通过电参数和电源类型调节协同电解液成分调整提高MAO膜耐蚀性;通过加入电解液添加剂提高MAO电解液稳定性和电导率;利用具有自封孔作用的添加剂可以参与成膜的特点提高MAO膜致密性;通过复合工艺在MAO膜传统封孔后进一步封闭孔隙。此外,详细介绍了包括疏水涂层、化学镀、类金刚石涂层、生物膜涂层等复合膜工艺的研究进展,强调了复合膜不仅耐蚀性高而且具有功能化应用前景：超疏水复合膜对镁基底具有主动的腐蚀保护作用,超疏水膜协同MAO膜可以提高表面的疏水性;镀镍层致密无微孔且与MAO膜交错咬合能够改善镁MAO膜的导电性和耐蚀性;MAO涂层代替金属缓冲层能够提高类金刚石涂层和基体界面结合强度;生物复合涂层不仅耐蚀性高还具有促进细胞增殖和分化生物活性的作用。最后,基于镁...