镁粉冶金制品的耐腐蚀性能提升策略：涂层技术与合金化设计

镁粉冶金制品因密度低、比强度高而被广泛应用，但镁的活泼化学性质使其在潮湿、盐雾等环境中易发生电化学腐蚀，限制了其在复杂工况下的应用。提升耐腐蚀性能的核心策略可归结为表面涂层技术与合金化设计两类，二者分别从 “物理阻隔” 和 “化学改性” 角度阻断腐蚀路径。

一、表面涂层技术：构建物理防护屏障

涂层技术通过在制品表面形成连续致密的保护膜，隔离腐蚀介质与镁基体的直接接触，常见方法包括：

金属镀层

锌 / 镍镀层：通过电镀或化学镀在镁表面沉积锌、镍等耐蚀金属，利用镀层的电位差形成牺牲阳极保护。例如，镍磷镀层可使腐蚀速率降低至未处理镁的 1/10 以下。

复合镀层：在金属基质中嵌入纳米陶瓷颗粒(如 Al₂O₃、SiC)，提升涂层硬度与耐磨性，同时通过 “迷宫效应” 延缓腐蚀介质渗透。

陶瓷涂层

微弧氧化(MAO)：在高压电场作用下使镁表面原位生成多孔陶瓷层(主要成分为 MgO、MgAl₂O₄)，孔隙可进一步封孔处理(如硅酸钠溶液)，形成致密屏障。该涂层与基体结合强度高，耐盐雾腐蚀可达 1000 小时以上。

气相沉积(CVD/PVD)：通过化学气相沉积或物理气相沉积制备 Al₂O₃、TiO₂等氧化物涂层，厚度可控(纳米至微米级)，适用于复杂几何形状制品。

有机涂层

环氧树脂 / 聚氨酯涂层：通过喷涂或浸涂形成高分子保护膜，需配合铬酸盐转化膜或无铬预处理层以增强附着力。例如，硅烷偶联剂预处理后涂覆环氧树脂，可使涂层附着力提升 30%。

二、合金化设计：调控基体化学性质

通过向镁基体中引入合金元素(如 Al、Zn、Mn、稀土元素等)，改变腐蚀电化学反应路径，提升本征耐蚀性：

主合金元素

Al-Zn 系(AZ31、AZ91)：铝形成细小 Mg₁₇Al₁₂强化相，但铝含量过高易导致晶间腐蚀;锌可提高固溶强化效果，但需控制在 3% 以下以避免偏析。

Mg-Mn 系(M1)：锰通过净化熔体(形成 Mn-Al 金属间化合物吸附 Fe、Ni 等杂质)降低阴极相活性，耐蚀性优于纯镁，但强度较低。

稀土元素(RE)

引入 Ce、Y、Nd 等稀土元素可形成高热稳定性金属间化合物(如 Mg₉Nd、Mg₂₄Y₅)，抑制晶粒长大并细化组织;同时稀土氧化物(如 CeO₂)可填充腐蚀微坑，阻碍腐蚀扩展。例如，Mg-3Al-1Zn-0.5Ce 合金的腐蚀电流密度较 AZ31 降低 50%。

微合金化

添加微量 Zr(0.3%-0.6%)可通过异质形核细化晶粒，减少晶界腐蚀通道;添加 Sr(0.1%-0.3%)可改善 Mg₁₇Al₁₂相的分布形态，从连续网状变为离散颗粒状，降低电化学腐蚀驱动力。

三、协同策略与发展趋势

单一技术的防护效果有限，涂层 + 合金化协同设计成为主流方向。例如：

对 Mg-Al-Zn-Ce 合金制品先进行微弧氧化形成陶瓷底层，再涂覆石墨烯 - 环氧树脂复合涂层，可在海洋大气环境中实现 5 年以上无腐蚀失效。

未来趋势聚焦于无铬化、低温化、数字化：开发环保型硅烷 / 钛酸盐钝化剂替代传统铬酸盐，探索低温等离子体涂层技术以兼容热敏性镁合金，利用机器学习优化合金成分与涂层工艺参数匹配性。

通过上述策略的综合应用，镁粉冶金制品的耐腐蚀性能可提升 1-2 个数量级，为其在航空航天、海洋工程等高腐蚀场景的规模化应用奠定基础。