西安交通大学材料学院单智伟教授

shanliang

Nat.Commun.：在受激CO2中将被自然氧化或腐蚀的镁合金表面转化为耐蚀防护层

镁基合金凭借其轻量化、高能效和环境友好的特点，有望在交通工具、3C产品和航空航天业乃至生物医用材料领域得到广泛应用。然而，与金属铝或钛表面形成的钝化薄膜不同，暴露在空气中的Mg表面形成的薄膜主要成分是可渗透且无防护性的MgO和Mg(OH)2。因此，镁基合金的应用由于其对腐蚀的高度敏感而受到限制。

尽管镁基合金作为一种轻量化结构材料具有节能的优点，但其耐蚀性却很差。一个主要原因就是镁表面的原生氧化层不致密，在空气中、特别是在潮湿的环境下，无法阻止基底被侵蚀。

近日，西安交通大学的单智伟教授课题组与中国石油大学的张立强教授、美国约翰霍普金斯大学的马恩教授合作，在Nature Communications上发表了题为“Turning a native or corroded Mg alloy surface into an anti-corrosion coating in excited CO2”的文章。该工作中，作者发明了一种在简单、绿色环保的方法，即在室温下通过受激CO2与金属镁及其合金样品表面原生氧化层反应生长致密的碳酸镁防护薄膜，来提高镁合金的耐蚀性。此外，对于表面已经被明显腐蚀的样品，腐蚀产物也可以被直接转化，产生新的保护性表面。力学测试显示:与未经处理的样品比较，保护层可以明显提高微纳尺度金属镁的屈服强度，抑制不稳定塑性变形，提高均匀变形能力。这种环境友好的表面处理方法可以有效保护镁合金，包括表面已被腐蚀的镁基合金材料。

该工作提出了一种将氧化/氢化物薄膜或镁合金表面的腐蚀产物碳化为致密的MgCO3保护层的方法：可通过高能电子束或室温下辉光放电激活二氧化碳参与的反应。无需额外的加热或预处理，使得此方法有望对小尺寸或复杂形状的镁合金工件进行防护，还可以拯救已被腐蚀但仍未失效的部分。使用原位环境透射电镜(E-TEM)技术，完整的表面处理过程得以被记录下来。后续的水浸测试证明了MgCO3对基底金属较强的保护性。原位力学测试表明薄的MgCO3膜与其脆性块体陶瓷不同，它既有足够的形变能力，还有着优异的基质附着力，在提高微纳尺度金属镁耐蚀性的同时，也优化了其力学性能。


文献链接：Turning a native or corroded Mg alloy surface into an anti-corrosion coating in excited CO2（Nat.Commun，2018，DOI：10.1038/s41467-018-06433-5）