微弧氧化与密封处理协同增强冷喷涂修复2024铝合金异质界面的腐蚀-磨损双重防护机制

本文系统研究了碳纳米管(CNTs)掺杂微弧氧化(MAO)与聚合物密封(S-MAO)对冷喷涂(CS)修复的2024铝合金(2024Al-T3/2024Al-CS)异质界面的协同保护作用。通过XRD、SEM、电化学测试等手段证实，CNTs改性MAO涂层使腐蚀电流密度降低至3.50×10?7 A/cm2，密封处理后进一步降至4.88×108 A/cm2；磨损率从基体的4.977×105 μm3/(N·m)降至S-MAO的3.521×103 μm3/(N·m)，为航空航天铝合金修复件提供创新表面工程方案。

　　

Highlight

本研究在化学均质但微观结构异质的2024Al-T3/2024Al-CS结合材料表面，成功制备了碳纳米管(CNTs)增强的微弧氧化(MAO)陶瓷复合涂层，并通过刷涂聚合物密封剂(S-MAO)实现协同强化。

MAO涂层形成过程

图12展示了含CNTs硅酸盐电解液中MAO过程的电压-时间曲线。在恒定电流模式下，初始阶段（低于A点击穿电压）电压急剧上升，归因于基体表面形成氧化铝薄膜导致电阻骤增。当电压超过击穿阈值时，等离子体放电引发局部高温(2000-3000K)，促使Al₂O₃相变和CNTs的嵌入，最终形成含α/γ-Al₂O₃及莫来石的复合涂层。

结论

1. 1.

   通过CNTs改性硅酸盐电解液，在异质界面上获得了硬度、厚度、孔隙率均匀的完整MAO涂层；

2. 2.

   未密封样品(U-MAO)腐蚀电流密度(3.50×10^?7 A/cm²)较基体降低1个数量级，密封处理(S-MAO)进一步降至4.88×10^?8 A/cm²；

3. 3.

   S-MAO展现出最优耐磨性，磨损率(3.521×10³ μm³/(N·m))仅为基体的0.7%，摩擦系数低至0.19。

CRediT作者贡献声明

黄跃宇：初稿撰写/可视化/实验；刘锋：文稿修订；钟源：数据分析；刘建武：资源支持；查利梅：数据整理；王群：课题设计/基金获取。

利益冲突声明

作者声明无影响本研究的财务或个人利益冲突。

致谢

本研究获湖南省自然科学基金(2023JJ30153)和广东省汕头市科技局(STKJ2024081)资助。