镁合金具有低密度、高比强度和比刚度、优良的阻尼能力、良好的生物相容性等特点,是21世纪*具潜力的绿色工程材料之一,在3C产品、高铁、汽车、航空航天、建筑装饰、医疗康复设备等领域极具应用潜力。然而,大多数商业及新型高性能镁合金的耐腐蚀性能较差,这主要是由于镁较低的标准电极电位(-2.37 V vs.标准氢电极),及其较高的化学与电化学活性。在潮湿环境和溶液介质中,镁合金与水快速反应,其表面形成疏松、多孔且防护性差的Mg(OH)2产物层。此外,镁合金的腐蚀速率还随着腐蚀介质pH值的降低而增大。上述因素严重限制了镁合金在潮湿、盐、酸性和氧化环境中的应用。因此,提高镁合金的耐腐蚀性能对于延长镁合金的使用寿命及扩大其应用范围至关重要。
由于镁合金的腐蚀反应通常开始于表面,因此表面处理技术是镁合金防腐蚀*有效的手段之一。镁合金防腐蚀涂层可基本分为两类:物理屏障涂层和自修复涂层。其中,自修复涂层具有可持续工作能力、使用寿命长、成本效益高等特点,是提高镁合金长期耐腐蚀性能的有效途径。近日,吉林大学王慧远教授课题组杨亚杰博士等人从形状修复涂层和功能修复涂层两方面对镁合金自修复涂层进行了总结,阐述了形状修复涂层到功能修复涂层的发展过程,重点介绍了功能修复涂层中不同载体的优势和应用前景,并对多孔固体,特别是共价有机骨架(COF)的设计和应用提出了展望。
镁合金表面自修复涂层能够及时修复材料受损区域,从而提供长期保护效果。涂层的自我修复可从形状修复或功能修复两方面实现:形状修复涂层能够通过聚合物的可逆反应、化学键重组和形状记忆效应的调节来修复涂层的形貌和结构;而功能修复涂层则通过负载缓蚀剂来恢复涂层的防护能力。一般而言,缓蚀剂可分为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂和聚合物缓蚀剂。表1列出了常见的缓蚀剂及其主要防腐蚀机理。形状修复涂层主要为线性合成聚合物;功能修复涂层又分为三大类:化学转化涂层(金属氧化物、金属氢氧化物、有机酸)、直接负载缓蚀剂的涂层(环氧树脂、微弧氧化)、纳米容器封装缓蚀剂(层状双氢氧化物、纳米管、生物容器和多孔材料),如图1所示。表2列出了常见自修复涂层的自修复机制与特点。根据腐蚀电位(Ecorr)和腐蚀电流密度(Icorr),将各种自修复涂层的耐腐蚀性能在表3中进行了汇总。