鎂合金雙重自修復腐蝕防護涂層研究取得新進展

鎂合金是最輕的金屬結構材料，密度（約1.8 g/mm3）僅為鋁合金的2/3、鋼的1/4，在輕量化方面具有廣闊應用前景。但鎂合金耐腐蝕性差，這極大限制了其在各領域的廣泛應用。通過微弧氧化（Microarc Oxidation - MAO）技術在鎂合金表面原位生成的氧化物陶瓷膜層，在提高其耐腐蝕性方面具有突出優勢。但MAO膜層多孔結構特性影響其長效腐蝕防護性能。經過聚合物涂層封孔后處理形成復合涂層，能夠顯著提升鎂合金MAO膜層的腐蝕防護性能。然而，涂層在實際應用中會發生機械損傷，而使其失去對金屬基體的防護作用。為解決涂層機械損傷導致的腐蝕防護作用失效難題，構筑具有自修復功能的涂層是重要途徑之一。

圖1 MP-i, MP-0和P-i樣品劃痕處及修復后的SECM圖

中國科學院蘭州化學物理研究所梁軍研究員團隊基于負載緩蝕劑的MAO膜層和二硫鍵改性聚氨酯，在鎂合金表面構筑了具有雙重自修復功能的復合涂層。研究人員以MAO膜層中的微孔為容器負載緩蝕劑，在此基礎上，噴涂二硫鍵改性的聚氨酯形成了復合涂層（MP-i）。研究表明，與未負載緩蝕劑的復合涂層（MP-0）以及負載緩蝕劑的改性聚氨酯單一涂層（P-i）相比，該復合涂層發生損傷后表現出優異的自修復能力及腐蝕防護效果，有望滿足在外部損傷情況下長效腐蝕防護的應用需求。

圖2 復合涂層雙重自修復示意圖

復合涂層發生損傷后的自修復功能主要通過以下兩個過程的共同作用實現。在熱作用下，通過改性聚氨酯的動態二硫鍵交聯反應和形狀記憶效應使損傷實現修復。涂層損傷處多孔MAO膜層中緩蝕劑釋放到鎂合金基體表面形成屏障，遏制基體腐蝕的發生與發展，從而為改性聚氨酯的有效自修復贏得“時間差”。此外，即使復合涂層損傷后并發生腐蝕，作為中間層MAO膜也可起到隔離腐蝕產物與聚氨酯涂層的作用，從而有助于聚氨酯鏈段自由移動和涂層縫隙閉合，為二硫鍵動態交聯反應提供了有利條件，因此提高了聚合物涂層的自修復能力。

相關研究成果發表在ChemicalEngineering Journal(2021, 424, 130551)上，碩士生劉思勤為第一作者，梁軍研究員為通訊作者。

以上工作得到了國家自然科學基金和企業合作項目的支持。