鎂合金密度小，強(qiáng)度高，彈性模量大，承受沖擊載荷能力強(qiáng)，在航空、航天、運(yùn)輸、化工、火箭等工業(yè)領(lǐng)域已得到一定應(yīng)用。但是，鎂合金的耐磨性和耐蝕性較差，經(jīng)常需要通過(guò)表面處理進(jìn)行強(qiáng)化。等離子電解氧化（PEO）是制備鎂合金保護(hù)性涂層的主要方法之一，隨著工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)有涂層的性能限制了鎂合金的進(jìn)一步應(yīng)用。

來(lái)自俄羅斯科學(xué)研究院和俄羅斯遠(yuǎn)東聯(lián)邦大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行的一項(xiàng)最新研究表明，將TiN納米顆粒摻入到PEO涂層中可顯著改善鎂合金表面的機(jī)械性能。含有TiN納米顆粒的PEO涂層耐磨性是基礎(chǔ)PEO涂層的2.2倍。該項(xiàng)研究將擴(kuò)展鎂合金在航空，汽車，高科技產(chǎn)品和設(shè)備的開(kāi)發(fā)等行業(yè)中的應(yīng)用。相關(guān)論文以題為“Hard wearproof PEO-coatings formed on Mg alloy using TiN nanoparticles”于2月15日發(fā)表在Applied Surface Science。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.144062

等離子電解氧化（PEO）可以在不進(jìn)行徹底表面處理的情況下，在金屬和合金上獲得具有高附著力的防腐，耐磨的保護(hù)性PEO涂層。作者應(yīng)用該方法并在電解質(zhì)中加入TiN納米顆粒，最終在MA8鎂合金板上制備出含有納米顆粒的PEO涂層。討論了不同納米顆粒濃度對(duì)涂層性能的影響。

研究發(fā)現(xiàn)TiN納米顆粒的高導(dǎo)電率導(dǎo)致初始工藝階段的陽(yáng)極電壓下降，陰極電流增加。制備過(guò)程中一部分TiN顆粒會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在涂層上層發(fā)生氧化并生成TiOxNy和TiO2，另一部分仍以TiN形式均勻分布于涂層下層和孔中。涂層中的元素分布取決于粒子結(jié)合到涂層的兩個(gè)階段，第一階段為TiN因陽(yáng)極的電泳作用被吸收；第二階段為發(fā)生等離子火花和電弧放電觸發(fā)的化學(xué)反應(yīng)，所以生成的氧化物主要存在于涂層的上層。

圖1 含3 g/l TiN納米粒子的電解質(zhì)中形成的PEO涂層的XPS光譜

圖2 PEO涂層的形成過(guò)程示意圖

對(duì)比發(fā)現(xiàn)不同TiN的含量會(huì)引起涂層表面的形貌差異。納米顆粒濃度的增加導(dǎo)致涂層平均孔徑減小，當(dāng)TiN濃度在2 g/l以上時(shí)，涂層的表面粗糙度明顯增加，這是由于納米顆粒進(jìn)入涂層的孔中引起的。通過(guò)對(duì)涂層的性能測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，含納米顆粒的涂層維氏硬度值高達(dá)4.5Gpa，遠(yuǎn)高于無(wú)納米顆粒涂層的硬度（2.1±0.3 GPa）。當(dāng)納米顆粒濃度為3 g/l時(shí)，涂層耐磨性最高，4 g/l時(shí)耐磨性出現(xiàn)下降。該涂層也具有較高的防腐性能，在最低頻率下測(cè)得的阻抗模量值比沒(méi)有涂層的MA8鎂合金的數(shù)值高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖3在不同的電解質(zhì)中獲得的涂層的3D表面形貌

多項(xiàng)研究表明在含有其他納米顆粒的電解質(zhì)中制備PEO涂層，也會(huì)發(fā)生本研究類似的形成過(guò)程，但基礎(chǔ)電解質(zhì)組成和顆粒特性（尺寸，熔點(diǎn)和化學(xué)穩(wěn)定性）的差異，納米顆粒摻入涂層的機(jī)理可能會(huì)完全不同。

綜上所述，TiN納米顆粒已成功地?fù)饺朐贛A8鎂合金上形成的PEO層中，含納米顆粒的涂層硬度和耐磨性達(dá)到無(wú)納米顆粒涂層的2倍并具有較高的抗腐蝕性能。這項(xiàng)研究為以后含納米顆粒PEO涂層的研究提供了導(dǎo)向，擴(kuò)展了鎂合金的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其應(yīng)用在需要防止機(jī)械損傷和抗腐蝕的行業(yè)時(shí)。