镁掺杂氧化锆薄膜对AZ31镁合金的湿腐蚀防护机制研究：从相变稳定到电化学行为解析

本研究通过电子束物理气相沉积(EB-PVD)在AZ31镁合金表面制备不同Mg掺杂浓度(3%-10%)的ZrO2薄膜，发现Mg掺杂可诱导氧化锆从单斜相(m-ZrO2)向四方相(t-ZrO2)转变。电化学测试显示5% Mg:ZrO2涂层使腐蚀速率从0.54 mmpy降至0.05 mmpy，腐蚀电流密度仅2.38 μA/cm2，为镁合金表面防护提供新策略。

　　

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【X射线衍射分析】

图1展示了600°C煅烧5小时的纯ZrO₂及3%-10% Mg掺杂ZrO₂粉末的XRD图谱。通过与标准卡片对比发现：未掺杂样品呈现单斜相(m-ZrO₂，P121/c1空间群)，而Mg掺杂样品全部转变为四方相(t-ZrO₂，P42/nmc空间群)。特别值得注意的是，5%掺杂样品在30.2°出现的(101)晶面衍射峰强度最高，表明该浓度下结晶度最优。

【结论】

通过化学共沉淀法合成的Mg:ZrO₂薄膜成功保护AZ31镁合金抵抗3.5 wt.% NaCl溶液腐蚀。拉曼和XRD证实Mg掺杂诱导了从单斜相到四方相的转变，这种相变使薄膜致密度提高。电化学测试表明5% Mg掺杂样品表现最佳，其电荷转移电阻(R_ct)达1.5×10⁵ Ω·cm²，比未涂层基材高两个数量级。XPS腐蚀后分析发现涂层表面形成Mg(OH)₂/ZrO₂复合钝化层，有效阻隔Cl^-渗透。