導(dǎo)讀：鎂及其合金因具有良好的高比剛度、高比強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、電子、汽車等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。然而，在實(shí)際服役環(huán)境下，鎂合金高化學(xué)活性引發(fā)的材料快速降解失效，將造成嚴(yán)重的安全事故，較差的耐蝕性能是限制鎂合金廣泛應(yīng)用的瓶頸之一。在本項(xiàng)工作中，通過(guò)改變制備工藝，構(gòu)建了具有不同表面粗糙度的AZ91D鎂合金試樣，進(jìn)而采用水熱法原位構(gòu)筑氫氧化鎂（Mg(OH)2）/鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物(Mg-Al LDH)復(fù)合涂層，深入研究了膜層生長(zhǎng)過(guò)程、腐蝕防護(hù)性能及其生物相容性性能。復(fù)合膜形核過(guò)程中，α-Mg在堿性環(huán)境下溶解先形成Mg(OH)2，LDH相依附于Mg17Al12共晶相形核生長(zhǎng)。基于鎂合金表面粗糙度的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)Mg(OH)2/Mg-Al LDH復(fù)合膜形貌及其結(jié)構(gòu)調(diào)控下的耐腐蝕性能和生物相容性。表面粗糙度越小，復(fù)合膜層越致密，且LDH的尺寸越小，有利于構(gòu)筑耐腐蝕性能優(yōu)異的復(fù)合膜層。其中，最小粗糙度（0.12 ?m）的鎂合金表面生長(zhǎng)的Mg(OH)2/Mg-Al LDH復(fù)合膜層的腐蝕電流密度icorr為(5.73 ± 2.75)×10-8 A·cm-2、腐蝕電位Ecorr為-1.35 ± 0.01V vs·SCE。14 d和30 d的浸泡腐蝕形貌和結(jié)構(gòu)分析表明，較小粗糙度調(diào)控的原位復(fù)合涂層在長(zhǎng)期腐蝕過(guò)程中也表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性。制備的復(fù)合涂層經(jīng)過(guò)細(xì)胞毒性、細(xì)胞活性等實(shí)驗(yàn)，證明具有出色的生物相容性，表明表面處理后的膜層在鎂基生物植入材料方面具有廣闊的應(yīng)用前景。我們的研究結(jié)果有望為可控降解的鎂合金表面膜層原位生長(zhǎng)設(shè)計(jì)提供啟發(fā)。

鎂及其鎂合金的楊氏模量與人體骨骼相似，表現(xiàn)出比其他金屬生物材料更好的生物相容性和生物降解性，而且鎂合金的可降解性也消除了移除植入物材料所需要的二次手術(shù)，最大限度地減少了對(duì)患者的二次創(chuàng)傷并降低醫(yī)療成本。因此，鎂合金具有運(yùn)用于生物植入材料的巨大潛力。現(xiàn)有研究表明，鎂合金降解釋放出的鎂離子對(duì)神經(jīng)細(xì)胞有積極作用。然而，由于鎂合金較低的腐蝕電位導(dǎo)致高的電化學(xué)活性，使鎂合金在生物體植入環(huán)境中迅速降解而惡化力學(xué)性能，尤其是，快速降解產(chǎn)生過(guò)量的鎂離子濃度會(huì)增加體液的滲透壓并降低細(xì)胞活力，同時(shí)也可能導(dǎo)致嚴(yán)重的溶血。因此，控制鎂合金的降解速率對(duì)其臨床應(yīng)用具有重要意義。

鎂是所有工程材料中最活躍的，耐腐蝕性差限制了鎂在工業(yè)和制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，特別是對(duì)于那些在水溶液或腐蝕性環(huán)境(如海水)服役的零部件。因此通過(guò)有效的方法提高鎂合金耐腐蝕性以減少由于腐蝕引起的經(jīng)濟(jì)損失是有必要的，

提高鎂合金耐腐蝕性的方法主要包括：(1) 生產(chǎn)高純鎂合金；(2) 開發(fā)新型耐蝕鎂合金；(3) 表面涂層技術(shù)；(4) 腐蝕介質(zhì)中添加緩蝕劑。其中，制備致密的保護(hù)涂層作為物理屏障可有效抑制鎂合金腐蝕速率。常用的鎂合金表面涂層制備方法主要有化學(xué)轉(zhuǎn)化涂層、陽(yáng)極氧化、LDH涂層等。LDH稱為類水滑石化合物，其通式可表示為[(M2+)1- x (M3+)x (OH)2]x+[(Am - )x/m)(H2O)n]x-，其中M2+和M3+是二價(jià)和三價(jià)金屬離子，中間層為Am - 陰離子和水分子。LDH憑借其獨(dú)特的陰離子容量、陰離子交換能力、結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)和阻隔性等特性，呈現(xiàn)出優(yōu)異的耐蝕性能。

LDH生長(zhǎng)過(guò)程中，過(guò)高的pH會(huì)導(dǎo)致LDH涂層產(chǎn)生裂紋，以及陰離子交換過(guò)程中對(duì)溫度的控制以及陰離子的選擇，也是影響腐蝕性能的重要因素，制備的LDH涂層在作為植入材料時(shí)降解速率過(guò)快，引發(fā)人體炎癥等問(wèn)題。

近期，寧夏大學(xué)材料與新能源學(xué)院李普博副教授、吳斌濤副教授等人的研究團(tuán)隊(duì)，提出改變粗糙度輔助原位構(gòu)筑Mg(OH)2/Mg-Al LDH復(fù)合涂層，提高AZ91D鎂合金的耐腐蝕性及生物相容性，最新研究成果以題“Enhancing the anti-corrosion performance and biocompatibility of AZ91D Mg alloy by applying roughness pretreatment and coating with in-situ Mg(OH)2/Mg-Al LDH”，發(fā)表在鎂合金材料頂刊《Journal of Magnesium and Alloys》上，影響因子為11.8。材料學(xué)院研究生邵澤西為第一作者，寧夏大學(xué)為第一署名單位，寧夏大學(xué)李普博副教授和中南大學(xué)張超為共同通訊作者。該團(tuán)隊(duì)在金屬材料防腐和金屬結(jié)構(gòu)材料先進(jìn)成形方面取得系列成果。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213956722002663

圖 1.不同的粗糙度鎂合金表面膜層X(jué)RD圖譜。

圖2.（a） FT-IR 光譜，（b） XPS 光譜，以及 （c） F100、F1500、F3000、F5000 和 FPG 樣品的拉曼光譜。相應(yīng)的Mg 1 s （d）和Al 2p （e）的高分辨率XPS光譜。

圖 3. （a） AZ91D 合金、F100、F1500、F3000、F5000 和 FPG 樣品浸入 3.5 wt.% NaCl 溶液后的奈奎斯特和 （b） 波特圖。通過(guò)擬合 （c） AZ91D 和 （d）相應(yīng)的等效電路。

圖4. 細(xì)胞毒性和溶血測(cè)定。（a）細(xì)胞活力，（b）乳酸脫氫酶活性的百分比，（c）RFU，（d）EdU陽(yáng)性細(xì)胞的百分比，以及（e，f）溶血測(cè)定。*表示組間顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p<0.05），ns表示組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p>0.05）。

圖 5. EdU細(xì)胞增殖測(cè)定，細(xì)胞核被Hoechst染成藍(lán)色，復(fù)制的DNA被EdU染成綠色。

圖6. (a) 表面處理示意圖，(b) 表面復(fù)合膜層原位生長(zhǎng)示意圖，(c) 腐蝕機(jī)理示意圖.

綜上所述，基于鎂合金表面粗糙度的改變，在隨后水熱反應(yīng)過(guò)程中調(diào)控了Mg(OH)2/LDH復(fù)合膜的形貌和結(jié)構(gòu)。粗糙度最小的FPG樣品表現(xiàn)出了最好的耐腐蝕性和良好的生物相容性，并且沒(méi)有觀察到明顯的細(xì)胞毒性，細(xì)胞損傷和溶血現(xiàn)象。本研究為制備具有優(yōu)異耐腐蝕性和生物相容性的鎂合金表面涂層提供了一種有效的方法。