综述：镁合金导电且耐腐蚀涂层的最新进展：综述

《Surfaces and Interfaces》：Recent advances in electrically conductive and corrosion resistant coatings for Mg alloys: A review

镁合金表面导电耐蚀涂层技术综述：系统比较电镀、化学转化、微弧氧化及有机涂层在微观结构、防护机制与导电性能上的优劣，分析导电与耐蚀的协同与权衡，提出多尺度复合结构及低温工艺优化等未来研究方向。

　　

徐琦|周鹏|张涛|王福辉

中国东北大学数字钢铁国家重点实验室，沈阳，110819

摘要

由于镁合金具有轻质特性，因此被广泛应用于各种行业。然而，其固有的较差耐腐蚀性仍然是一个关键挑战。此外，在电子等领域，需要功能性涂层来同时提供导电性和耐腐蚀性。本文系统回顾了表面处理技术，包括化学镀层、化学转化涂层、微弧氧化和有机导电涂层，并重点比较和总结了各种涂层的微观结构、保护机制和导电性能。特别强调了导电性与耐腐蚀性之间的权衡与协同作用。最后，提出了未来在镁合金上开发导电和耐腐蚀涂层的研究方向，以支持该领域的进一步研究和实际应用。

引言

镁（Mg）合金是当今最轻的结构工程材料，具有高阻尼能力、良好的铸造性能、高导热性和有效的电磁干扰屏蔽等优良特性[[1], [2], [3]]。这些优势使镁合金成为传统铁合金和铝合金的理想轻量化替代品，尤其是在汽车、电子和航空航天等行业，这些行业非常重视减重和提高能效。镁合金的生物相容性也使其适用于生物医学应用，例如作为可降解植入物[[4], [5], [6], [7], [8]]。

然而，镁合金在工业中的广泛应用仍受到显著限制。主要原因是其固有的高电化学活性（相对于标准氢电极（SHE）为-2.37 V），这使其在潮湿或含氯环境中容易迅速降解[[9], [10], [11], [12], [13], [14], [15]]。通过固溶强化、杂质减少或形成更耐腐蚀的表面膜，添加铝、锌和稀土元素等合金元素可以在一定程度上提高其机械性能和耐腐蚀性[16]。

提高耐腐蚀性的一个有效策略是应用保护涂层。在许多应用中，如电子外壳或汽车零部件，这些涂层不仅需要提供可靠的耐腐蚀性，还需要具备足够的导电性[17]。有效的涂层应均匀、附着力强、无孔隙，并且理想情况下具有自修复能力。此外，它们必须在整个使用寿命期间保持导电性，以确保功能的可靠性。因此，开发导电和耐腐蚀涂层是扩大镁合金应用范围的关键研究方向[18]。

章节片段

镁合金的导电性及其测试方法

在金属材料导电性研究中，银、铜、金和铝因其优异的导电性而占据重要地位。然而，作为一种轻质金属材料，镁合金的导电性明显低于这些传统导体。这种差异可归因于镁的3s2价电子构型，导致电子密度较低，以及3s和3p电子能级的重叠较少

镁合金的导电和耐腐蚀涂层

为了实现材料的多功能性，导电性和耐腐蚀性的协同优化是推进镁合金表面涂层技术的关键方向。如图4所示，对镁合金和传统导电金属的比较分析表明，镁合金的体积电阻率始终超过9 μΩ·cm（数据来源[[61], [62], [63], [64], [65], [66], [67], [68], [69], [70], [71], [72]]），远高于

化学镀层的沉积和导电机制

化学镀层是一种自催化沉积过程，通过溶液中的氧化还原反应还原金属离子[122,126]。与电镀不同，该技术不需要外部电流（图7），特别适用于形状复杂的镁合金基底[127,128]。该过程生成的金属涂层具有出色的均匀性和最小的孔隙率。化学镀层的导电机制是涂层中的金属原子形成

镁合金上原位生长导电涂层

尽管在PEO层上沉积化学镀层可以同时提高导电性和耐腐蚀性，但这种方法对于高通量工业应用来说仍然繁琐且成本较高[100]。镁合金上的化学转化涂层在工艺简单性和成本效益方面具有明显优势[249]。然而，常用的磷酸盐和锡酸盐转化膜在导电性方面表现不佳

导电PEO涂层

如上所述，镁合金PEO涂层在实际应用中具有许多显著优势，包括优异的耐腐蚀性和耐磨性。然而，陶瓷膜本身的绝缘性质限制了其在导电应用中的使用[275]。目前赋予PEO涂层导电性的方法主要包括电镀、化学镀层或磁控溅射[276]。目前的研究工作正致力于开发新的方法

有机导电涂层

近年来，有机导电涂层（OCCs）因其独特的多功能性和集成特性而成为研究热点[[290], [291], [292]]。通过导电材料的复合结构设计，这些涂层可以同时实现导电性和腐蚀介质屏蔽的双重功能。其制备过程适用于复杂形状的基底，并且加工温度较低，有效避免了高

挑战与未来机遇

如前所述，高导电性和有效的电磁干扰屏蔽是镁合金在电子、汽车和航空航天应用中保护涂层的关键要求。尽管最近的研究表明同时实现低界面接触电阻和强耐腐蚀性是可行的，但在工业条件下开发出性能最佳的涂层仍面临诸多挑战。

1.

镁

结论

镁合金的导电和耐腐蚀涂层已在工业中得到广泛应用，涂层设计的基本目标是同时实现高导电性和优异的耐腐蚀性。目前工业上常用的提供导电性和耐腐蚀性的涂层主要包括三类：化学镀层、化学转化涂层和有机导电涂层。

作者贡献

徐琦：数据整理、形式分析、研究、方法论、可视化、验证、撰写——初稿。 周鹏：资源获取、监督、验证、撰写——审阅与编辑。 张涛：项目管理、概念构思、监督、资金筹集、撰写——审阅与编辑。 王福辉：项目管理、概念构思、监督、资金筹集。

CRediT作者贡献声明

徐琦：撰写——初稿、可视化、验证、方法论、研究、形式分析、数据整理。 周鹏：撰写——审阅与编辑、验证、监督、资源获取。 张涛：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、资金筹集、概念构思。 王福辉：监督、项目管理、资金筹集、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢国家自然科学基金（编号：52201066和U21A2045）的财政支持。