新型Al-5Si/Al2O3冷喷涂涂层具有优异的耐腐蚀性能，显著提升了AZ31镁合金的耐用性

《Surface and Coatings Technology》：Unveiling advanced corrosion resistance of novel Al-5Si/Al 2O 3 cold spray coatings for enhanced durability of AZ31 magnesium alloy

超音速冷喷涂制备的Al-5Si/Al?O?复合涂层显著提升AZ31镁合金耐腐蚀性，盐雾测试显示涂层腐蚀深度仅为未涂层样品的1/4，电化学分析表明腐蚀速率降低95%。

　　这项研究探讨了一种创新的耐腐蚀性Al-5Si/Al?O?复合涂层在AZ31镁合金上的应用。通过超音速冷喷涂技术，该涂层被有效地沉积在AZ31基材表面，从而显著提升了其在恶劣氯化物环境下的抗腐蚀能力。研究团队对涂覆与未涂覆的AZ31样品进行了系统的评估，采用了5%氯化钠溶液的1000小时盐雾测试以及电化学方法，以全面了解其腐蚀性能的变化。实验结果显示，未涂覆的AZ31合金在盐雾测试中表现出严重的腐蚀退化，其表面出现了深坑、微裂纹以及约4倍于涂覆样品的腐蚀层厚度。这种现象主要归因于在氯化物环境中形成的非保护性MgO/Mg(OH)?层以及Mg?Zn?等次生相的存在，这些因素降低了材料的耐腐蚀性。

相比之下，Al-5Si/Al?O?复合涂层在盐雾测试中表现出卓越的抗腐蚀能力。其表面仅出现轻微的退化，腐蚀深度显著减少，约为未涂覆样品的三分之一。电化学测量进一步验证了这一结果，显示腐蚀速率从未涂覆样品的82.51 μm/year大幅下降至涂覆样品的4.17 μm/year。这种显著的性能提升得益于该复合涂层的独特结构，它不仅能够形成稳定的Al?O?保护层，还能在喷涂过程中原位生成SiO?等被动膜。这些被动膜的存在有效阻隔了腐蚀性物质的渗透，从而提供了长期的抗腐蚀保护。

在工业应用中，镁合金因其轻质、高强度和良好的铸造性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造和生物医学工程等领域。然而，镁合金在潮湿环境或含有氯化物的溶液中极易发生腐蚀，这成为其广泛应用的一大障碍。腐蚀不仅影响材料的使用寿命，还可能导致结构失效，对设备安全和经济效益造成严重威胁。因此，研究如何通过表面处理技术提高镁合金的抗腐蚀性能，成为当前材料科学和工程领域的重要课题。

冷喷涂技术作为一种新兴的表面处理方法，因其独特的优点而受到广泛关注。该技术通过高速喷射粉末颗粒，在不发生熔融的情况下实现涂层的沉积。其形成的涂层具有高密度、厚实且无孔的特性，表现出优异的硬度、耐磨性和抗腐蚀能力。冷喷涂技术特别适用于那些反应性较强的材料，如镁合金及其复合材料。与传统的热喷涂方法相比，冷喷涂能够在不破坏基材性能的前提下，提供更加稳定的表面保护层。

研究团队指出，冷喷涂涂层的性能主要取决于最终的微观结构、相组成以及喷涂参数。因此，为了进一步优化涂层的抗腐蚀能力，需要深入研究这些因素之间的相互作用。例如，Al?O?的加入可以显著改善涂层的密度和结构完整性，从而提升其抗腐蚀性能。同时，Al?O?的形态对涂层性能也有重要影响。实验发现，不规则形状的Al?O?颗粒在涂层中表现出更好的保留性，这使得涂层的硬度和摩擦学性能优于球形颗粒。因此，Al?O?的形态优化成为提高冷喷涂复合涂层性能的关键因素之一。

此外，研究还指出，Al-Si合金在冷喷涂过程中表现出良好的抗磨损和抗腐蚀能力，这使其成为一种理想的涂层材料。通过将球形氧化铝颗粒与金属粉末混合进行共喷涂，可以进一步提高涂层的致密性，因为氧化铝颗粒在喷涂过程中起到了压实作用。然而，尽管Al和Al-Si涂层已被广泛研究，Al?O?作为Si含量较高的冷喷涂涂层的增强相，其在长期抗腐蚀方面的具体作用尚未得到充分探讨。因此，本研究旨在填补这一空白，通过评估Al-5Si粉末与球形Al?O?颗粒的组合，开发一种具有优异抗腐蚀性能的复合涂层，以提高AZ31镁合金在腐蚀环境中的服役寿命。

在实验方法方面，研究团队采用了多种分析手段，包括扫描电子显微镜（SEM）结合能谱分析（EDS）、白光干涉仪（WLI）、X射线衍射（XRD）以及高分辨率X射线光电子能谱（HR-XPS）。这些技术能够全面表征涂层的微观结构、化学组成以及表面形貌，从而为评估其抗腐蚀性能提供可靠的数据支持。SEM图像显示，未涂覆的AZ31合金在盐雾测试后表面出现了明显的腐蚀坑和微裂纹，而涂覆样品的表面则保持相对完整，腐蚀现象显著减少。EDS分析进一步揭示了涂层中元素的分布情况，表明Al-5Si/Al?O?复合涂层能够有效阻挡腐蚀性物质的渗透。

XRD和HR-XPS分析则用于研究涂层的相组成和表面化学状态。结果表明，Al-5Si/Al?O?复合涂层中形成了稳定的Al?O?和SiO?被动膜，这些膜的存在是其优异抗腐蚀性能的关键因素。同时，未涂覆样品中形成的MgO/Mg(OH)?层则表现出较差的稳定性，容易溶解并形成可溶性的镁盐，如MgCl?，从而加速材料的腐蚀过程。此外，AZ31合金中含有的次生相，如Mg?Zn?，也可能导致电化学腐蚀，进一步削弱了材料的耐腐蚀性。

综上所述，这项研究通过开发一种新型的Al-5Si/Al?O?复合涂层，成功提升了AZ31镁合金在恶劣氯化物环境下的抗腐蚀性能。实验结果表明，该复合涂层不仅能够显著降低腐蚀速率，还能有效抑制腐蚀坑的形成，从而延长材料的使用寿命。此外，该研究还强调了Al?O?在冷喷涂涂层中的关键作用，指出其形态和分布对涂层性能有重要影响。这些发现为镁合金的表面处理技术提供了新的思路，也为未来在腐蚀防护领域的发展奠定了基础。

从实际应用角度来看，这种新型复合涂层具有广阔的前景。在航空航天、汽车制造和生物医学工程等领域，镁合金因其轻质和高强度而备受青睐。然而，由于其在潮湿和氯化物环境中的高反应性，镁合金的应用受到一定限制。通过引入Al-5Si/Al?O?复合涂层，可以有效解决这一问题，使镁合金在更广泛的环境下保持稳定性和功能性。此外，该涂层的制备过程相对简单，适用于大规模生产和应用，这使其在工业领域具有较高的可行性。

研究团队还提到，冷喷涂技术的使用需要考虑多种因素，包括喷涂参数、粉末颗粒的特性以及涂层的微观结构。因此，在实际应用中，需要对这些因素进行系统优化，以确保涂层的性能达到最佳状态。例如，喷涂参数的调整可以影响涂层的致密性和均匀性，从而影响其抗腐蚀能力。此外，粉末颗粒的尺寸和形状对涂层的形成也有重要影响，不规则形状的Al?O?颗粒能够更好地嵌入涂层中，提高其结构稳定性。

在当前的研究基础上，未来的工作可以进一步探索不同类型的Al?O?颗粒对涂层性能的影响，以及如何通过调整喷涂参数来优化涂层的形成过程。此外，研究团队还建议，可以结合其他表面处理技术，如微弧氧化（MAO）和等离子喷涂，以进一步提高涂层的抗腐蚀性能。同时，对于不同环境下的腐蚀行为，如高湿度、高盐度或极端温度，也需要进行更深入的研究，以评估该复合涂层的适应性和稳定性。

从更广泛的视角来看，这种新型复合涂层的开发不仅有助于提升镁合金的抗腐蚀性能，还可能为其他金属材料的表面处理提供借鉴。例如，类似的复合涂层可以用于铝合金、不锈钢等材料，以提高其在恶劣环境下的服役寿命。此外，该研究还强调了材料科学与工程在推动技术创新方面的重要作用，指出通过合理的材料设计和表面处理技术，可以有效解决材料在实际应用中的性能问题。

总之，这项研究通过开发一种新型的Al-5Si/Al?O?复合涂层，成功提升了AZ31镁合金在氯化物环境中的抗腐蚀能力。实验结果表明，该涂层不仅能够显著降低腐蚀速率，还能有效抑制腐蚀坑的形成，从而延长材料的使用寿命。此外，该研究还强调了Al?O?在冷喷涂涂层中的关键作用，指出其形态和分布对涂层性能有重要影响。这些发现为镁合金的表面处理技术提供了新的思路，也为未来在腐蚀防护领域的发展奠定了基础。