通过添加锶和铬的PEO表面膜，在不同电流密度下显著提高了AZ31B镁合金的电化学稳定性

《Surface and Coatings Technology》：Improved electrochemical stability of AZ31B magnesium alloy via PEO surface films with strontium and chromium additives at different current densities

镁合金AZ31B表面通过等离子电解氧化（PEO）技术引入锶硝酸盐和铬硝酸盐添加剂，探究电流密度（6和12A·dm?2）对涂层结构及腐蚀性能的影响。研究发现，锶改性涂层致密性更优，在12A·dm?2条件下极化电阻达1480kΩ·cm?2，铬纳米颗粒的协同作用显著提升涂层耐蚀性。

　　在当今材料科学与工程领域，金属材料的表面处理技术已成为提升其性能、延长使用寿命的关键手段。特别是对于镁合金而言，其独特的轻质与高强度特性使其在航空航天、交通运输以及可再生能源等多个领域具有广泛的应用前景。然而，镁合金的化学活性较高，容易在潮湿或腐蚀性环境中发生快速氧化和腐蚀，这严重限制了其实际应用的可行性。因此，研究如何通过有效的表面处理技术增强镁合金的耐腐蚀性能，成为材料科学家和工程师关注的重点。

本文研究了在等离子体电解氧化（PEO）处理过程中，通过向电解液中添加0.5 g/L的硝酸锶和硝酸铬，对AZ31B镁合金表面形成的涂层性能的影响。研究采用了两种不同的电流密度条件，分别为6 A/dm2和12 A/dm2。通过系统的实验设计，对涂层的微观结构、相组成、表面润湿性和耐腐蚀性能进行了深入分析。研究结果表明，添加硝酸锶能够有效提升涂层的致密性和疏水性，从而增强其耐腐蚀能力。而硝酸铬的添加则有助于改善涂层的结构稳定性，减少孔隙率，提升其防护性能。值得注意的是，在12 A/dm2条件下形成的锶改性涂层表现出最佳的耐腐蚀性能，其极化电阻达到1480 kΩ·cm2，显示出显著的提升效果。

AZ31B镁合金因其低密度、高比强度、良好的可加工性和成型性，被认为是21世纪最具前景的绿色工程材料之一。其在运输和航空航天行业中的应用，主要得益于其轻质特性，有助于降低能耗、减少碳排放，实现可持续发展目标。然而，由于镁合金的化学性质活泼，其在实际应用中面临的主要挑战之一是耐腐蚀性不足。特别是在潮湿、酸性或盐雾等腐蚀性环境中，镁合金容易发生氧化反应，导致表面腐蚀，影响其结构完整性和使用寿命。因此，提升镁合金的耐腐蚀性能，是实现其广泛应用的重要前提。

为了解决这一问题，研究人员探索了多种表面处理方法，包括合金化、热处理、表面涂层、表面改性以及使用腐蚀抑制剂等。其中，PEO作为一种新型的表面处理技术，因其能够在镁合金表面形成陶瓷基涂层，从而提升其耐腐蚀性能而受到广泛关注。PEO技术通过电化学放电过程，使金属表面发生氧化反应，形成一层致密、稳定的氧化物层。这种氧化层不仅能够有效阻挡腐蚀介质的侵入，还能提高材料的表面硬度和耐磨性。此外，PEO技术的灵活性使其能够通过调整电解液成分和引入特定的离子物种，进一步优化涂层的性能。

在PEO处理过程中，电解液的组成对涂层的形成具有重要影响。通过引入特定的添加剂，如硝酸锶和硝酸铬，可以改变涂层的微观结构和相组成，从而提升其耐腐蚀性能。研究表明，硝酸锶的添加有助于提高涂层的致密性和疏水性，减少腐蚀介质与金属基体的接触面积，从而延缓腐蚀过程。而硝酸铬的添加则能够改善涂层的结构稳定性，减少孔隙率，提高其屏障性能。这两种添加剂的协同作用，使得涂层在面对腐蚀性环境时表现出更优异的防护能力。

在实验过程中，研究人员采用了一系列先进的表征技术，包括扫描电子显微镜（SEM）用于分析涂层的表面形貌和厚度，以及掠入射X射线衍射（GXRD）用于确定涂层中的晶相组成。此外，通过接触角测量和表面轮廓分析，对涂层的表面润湿性和粗糙度进行了评估。这些表征手段为研究涂层的性能提供了全面的数据支持。同时，采用电化学技术，如阻抗谱分析和极化分析，对涂层的耐腐蚀性能进行了深入研究。这些实验方法能够有效评估涂层在腐蚀环境中的电化学响应，从而揭示其耐腐蚀机制。

研究结果表明，在12 A/dm2的电流密度条件下，形成的涂层表现出最佳的耐腐蚀性能。这可能与较高的电流密度促进了更多的氧化反应，从而形成更厚、更致密的氧化层有关。此外，涂层的致密性和结构稳定性可能与添加的硝酸锶和硝酸铬有关。硝酸锶的添加提高了涂层的致密性，使其能够更有效地阻挡腐蚀介质的侵入。而硝酸铬的添加则改善了涂层的结构稳定性，减少了孔隙率，提高了其屏障性能。这两种添加剂的协同作用，使得涂层在面对腐蚀性环境时表现出更优异的防护性能。

值得注意的是，研究还发现，添加硝酸锶和硝酸铬不仅能够提升涂层的耐腐蚀性能，还能够改善其生物活性。在医学和生物工程领域，镁合金因其良好的生物相容性而被广泛应用于植入材料。研究表明，添加锶元素能够促进体外细胞生长和骨生成活性，同时抑制骨降解过程。这表明，锶改性涂层不仅具有良好的机械性能，还具有良好的生物相容性，可能在骨科植入材料中具有广阔的应用前景。此外，硝酸铬的添加也有助于改善涂层的生物性能，使其更适用于生物医学应用。

在当前的研究中，虽然已经对锶和铬在涂层中的作用进行了初步探讨，但对这两种元素在镁合金表面处理中的协同效应研究仍较为有限。因此，本文通过系统的实验设计，探讨了在PEO处理过程中，锶和铬的添加对涂层性能的影响。研究发现，这两种元素的添加不仅能够改善涂层的微观结构和相组成，还能够提升其表面润湿性和耐腐蚀性能。此外，研究还发现，不同电流密度条件下形成的涂层具有不同的性能特征，其中较高的电流密度条件下的涂层表现出更优异的性能。

在实验过程中，研究人员对AZ31B镁合金进行了详细的预处理，包括使用砂纸打磨、超声波清洗和去离子水冲洗等步骤。这些预处理措施确保了基体表面的清洁度和均匀性，为后续的PEO处理提供了良好的基础。随后，研究人员在不同的电流密度条件下对基体进行了PEO处理，并对形成的涂层进行了系统的表征和分析。通过扫描电子显微镜（SEM）观察到，涂层的表面形貌和厚度受到电流密度的显著影响，其中较高的电流密度条件下的涂层表现出更厚的结构和更致密的表面。

在电化学性能分析中，研究人员发现，添加硝酸锶和硝酸铬的涂层表现出更高的极化电阻，表明其具有更好的耐腐蚀性能。这可能与涂层的致密性和结构稳定性有关。较高的极化电阻意味着涂层能够更有效地阻止电流的通过，从而减少腐蚀反应的发生。此外，研究人员还发现，涂层的表面润湿性受到添加剂的影响，其中锶改性涂层表现出更高的疏水性，这有助于减少腐蚀介质与金属基体的接触面积，从而延缓腐蚀过程。

综上所述，本文的研究结果表明，通过在PEO处理过程中添加硝酸锶和硝酸铬，能够有效提升AZ31B镁合金表面涂层的耐腐蚀性能。同时，这些添加剂的协同作用还能够改善涂层的微观结构和表面特性，使其在多种应用场景中表现出更优异的性能。这一研究为镁合金表面处理技术的发展提供了新的思路和方法，也为实现镁合金在腐蚀性环境中的广泛应用奠定了基础。未来的研究可以进一步探讨不同添加剂的组合对涂层性能的影响，以及如何优化PEO处理参数以获得最佳的涂层性能。此外，还可以探索这些涂层在生物医学领域的应用潜力，为开发新型的镁合金植入材料提供理论支持和技术指导。