【引言】

鎂基合金憑借其輕量化、高能效和環(huán)境友好的特點，有望在交通工具、3C產(chǎn)品和航空航天業(yè)乃至生物醫(yī)用材料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，與金屬鋁或鈦表面形成的鈍化薄膜不同，暴露在空氣中的Mg表面形成的薄膜主要成分是可滲透且無防護性的MgO和Mg（OH）2。因此，鎂基合金的應(yīng)用由于其對腐蝕的高度敏感而受到限制。

【成果簡介】

盡管鎂基合金作為一種輕量化結(jié)構(gòu)材料具有節(jié)能的優(yōu)點，但其耐蝕性卻很差。一個主要原因就是鎂表面的原生氧化層不致密，在空氣中、特別是在潮濕的環(huán)境下，無法阻止基底被侵蝕。

近日，西安交通大學(xué)的單智偉教授課題組與中國石油大學(xué)的張立強教授、美國約翰霍普金斯大學(xué)的馬恩教授合作，在Nature Communications上發(fā)表了題為“Turning a native or corroded Mg alloy surface into an anti-corrosion coating in excited CO2”的文章。該工作中，作者發(fā)明了一種在簡單、綠色環(huán)保的方法，即在室溫下通過受激CO2與金屬鎂及其合金樣品表面原生氧化層反應(yīng)生長致密的碳酸鎂防護薄膜，來提高鎂合金的耐蝕性。此外，對于表面已經(jīng)被明顯腐蝕的樣品，腐蝕產(chǎn)物也可以被直接轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生新的保護性表面。力學(xué)測試顯示：與未經(jīng)處理的樣品比較，保護層可以明顯提高微納尺度金屬鎂的屈服強度，抑制不穩(wěn)定塑性變形，提高均勻變形能力。這種環(huán)境友好的表面處理方法可以有效保護鎂合金，包括表面已被腐蝕的鎂基合金材料。

【圖文簡介】

圖1：表示原始表面轉(zhuǎn)化為MgCO3保護層的示意圖。

圖2：室溫下被電子束活化的CO2與MgO發(fā)生反應(yīng)。

圖3：將鎂及其合金表面的原生氧化層轉(zhuǎn)化為致密保護層。

圖4：將已被腐蝕的鎂合金表面轉(zhuǎn)化為防護性涂層。

圖5：處理后的表面層對樣品力學(xué)性能的影響。

【小結(jié)】

該工作提出了一種將氧化/氫化物薄膜或鎂合金表面的腐蝕產(chǎn)物碳化為致密的MgCO3保護層的方法：可通過高能電子束或室溫下輝光放電激活二氧化碳參與的反應(yīng)。無需額外的加熱或預(yù)處理，使得此方法有望對小尺寸或復(fù)雜形狀的鎂合金工件進行防護，還可以拯救已被腐蝕但仍未失效的部分。使用原位環(huán)境透射電鏡（E-TEM）技術(shù)，完整的表面處理過程得以被記錄下來。后續(xù)的水浸測試證明了MgCO3對基底金屬較強的保護性。原位力學(xué)測試表明薄的MgCO3膜與其脆性塊體陶瓷不同，它既有足夠的形變能力，還有著優(yōu)異的基質(zhì)附著力，在提高微納尺度金屬鎂耐蝕性的同時，也優(yōu)化了其力學(xué)性能。

文獻鏈接：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）

【團隊介紹】

該工作是單智偉教授領(lǐng)銜的團隊——微納尺度材料行為研究中心（CAMPNANO）主要完成的。中心是以材料科學(xué)與工程一級國家重點學(xué)科和西安交大金屬材料強度國家重點實驗室為依托，以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的核心研究領(lǐng)域-微納尺度材料的結(jié)構(gòu)與性能為主要研究方向，以國際領(lǐng)先的原位、定量、動態(tài)測試技術(shù)為主要工具，輔助以現(xiàn)代化的計算機模擬和理論計算，努力打造出世界一流的研究平臺。目標是和本領(lǐng)域的世界同行們一起系統(tǒng)定量地構(gòu)筑起微納尺度材料的知識理論體系，為其規(guī)模化的工業(yè)化應(yīng)用奠定堅實的理論根基和方法論的指導(dǎo)；同時面向國家重大需求，培養(yǎng)出一大批基礎(chǔ)扎實，素質(zhì)全面，具備獨立科研與創(chuàng)新能力的國際通用人才，發(fā)明和發(fā)展一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專利和技術(shù)。

2015年，在單智偉教授的帶領(lǐng)下，中心依托陜西省榆林市豐富的鎂資源和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，開展了一系列基礎(chǔ)研究和技術(shù)革新，助力陜西省金屬鎂產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，成立了陜西省鎂基新材料工程研究中心。