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(jié)構(gòu)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(lǐng)域的廣泛應用。通過微弧氧化（Microarc Oxidation - MAO）技術(shù)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(yōu)勢。但MAO膜層多孔結(jié)構(gòu)特性影響其長效腐蝕防護性能。經(jīng)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(fā)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(gòu)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(gòu)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(chǔ)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(fā)生損傷后表現(xiàn)出優(yōu)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(fā)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(xiàn)。在熱作用下，通過改性聚氨酯的動態(tài)二硫鍵交聯(lián)反應和形狀記憶效應使損傷實現(xiàn)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(fā)生與發(fā)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(fā)生腐蝕，作為中間層MAO膜也可起到隔離腐蝕產(chǎn)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(tài)交聯(lián)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(guān)研究成果發(fā)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(yè)合作項目的支持。