铝镁合金粉冶金材料的耐腐蚀性能研究：Cl⁻环境下的失效机制与防护涂层设计

铝镁合金粉冶金材料因轻量化与高比强度特性，在航空航天、海洋工程等领域应用广泛，但其在含 Cl⁻环境(如盐雾、海水)中易发生腐蚀失效。研究 Cl⁻诱导的腐蚀机制并开发高效防护涂层，是拓展其工程应用的关键。

一、Cl⁻环境下的腐蚀失效机制

Cl⁻对铝镁合金的腐蚀破坏主要通过电化学腐蚀与点蚀扩展实现：

电化学腐蚀驱动

铝镁合金中存在多相组织(如 Mg₁₇Al₁₂强化相、Al-Mn 固溶体)，Cl⁻破坏表面氧化膜(Al₂O₃/MgO)后，形成 “微电池” 效应：

Mg 作为阳极(电极电位 - 1.66 V)优先溶解，Al 相(-0.76 V)成为阴极，加速镁基体腐蚀。

晶界处 Mg₁₇Al₁₂相的析出导致晶粒 - 晶界电位差(约 0.3 V)，引发晶间腐蚀，形成沿晶裂纹。

点蚀坑萌生与扩展

Cl⁻的强穿透性使其吸附于氧化膜薄弱点(如粉末烧结界面、第二相颗粒边缘)，形成局部酸性微环境(pH<3)，导致氧化膜溶解生成点蚀坑。

点蚀坑内 Cl⁻浓度可达外部溶液的 10 倍以上，形成 “闭塞电池” 效应，坑底金属自催化溶解，深度可达 100-300 μm / 年。

环境协同作用

潮湿环境中，Cl⁻与水合离子(如 Mg²⁺、Al³⁺)形成络合物(如 MgCl₂・6H₂O)，阻碍腐蚀产物(Mg (OH)₂、Al (OH)₃)的致密堆积，使腐蚀持续进行。

二、防护涂层设计策略与性能优化

针对 Cl⁻腐蚀机制，防护涂层需兼具物理阻隔与化学抑制功能，常见技术路径包括：

陶瓷转化膜技术

微弧氧化(MAO)：在铝镁合金表面原位生成多孔陶瓷层(主要成分为 MgAl₂O₄、α-Al₂O₃)，厚度 5-20 μm，孔隙率 8%-15%。通过后续封孔处理(如硅酸钠溶液)，可使腐蚀电流密度从 10⁻⁴ A/cm² 降至 10⁻⁶ A/cm² 以下。

阳极氧化：在硫酸或铬酸溶液中形成 Al₂O₃膜，配合稀土盐(如 Ce (NO₃)₃)封孔，可在 Cl⁻浓度 3.5% 的 NaCl 溶液中使腐蚀速率降低 90% 以上。

金属复合镀层

化学镀镍磷(Ni-P)：通过无电沉积形成非晶态 Ni-P 镀层(厚度 10-20 μm)，P 含量 10%-12% 时耐蚀性最佳，在盐雾试验中 1000 小时无红锈。镀层中的 P 元素可抑制 Cl⁻吸附，同时通过 “迷宫效应” 延缓腐蚀介质渗透。

锌铝复合镀层：采用热浸镀或电镀工艺沉积 Zn-Al 合金层(如 Zn-11Al)，利用 Zn 的牺牲阳极作用保护基体，Al 元素形成致密 Al₂O₃屏障，耐盐雾寿命可达 2000 小时以上。

有机 - 无机复合涂层

石墨烯改性环氧树脂：在涂层中添加 1%-3% 石墨烯纳米片，形成 “片层阻隔网络”，使 Cl⁻扩散路径延长 3-5 倍。配合硅烷偶联剂(如 KH-560)预处理界面，附着力提升至 5 MPa 以上，耐盐雾性能较纯环氧树脂提升 3 倍。

聚多巴胺(PDA)仿生涂层：利用多巴胺在碱性条件下的自聚特性，在合金表面形成 2-5 μm 厚的多酚层，其含有的邻苯二酚基团可螯合金属离子并吸附缓蚀剂(如苯并三氮唑)，实现腐蚀抑制的 “双重锁止”。