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如何在鎂合金表面制備出兼顧腐蝕防護(hù)、高強(qiáng)韌性的牢固的保護(hù)膜層，是困擾鎂合金行業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。近日，西安交通大學(xué)微納米尺度材料行為研究中心和陜西省鎂基新材料工程研究中心成功地在微納尺度鎂合金表面制備出致密、強(qiáng)韌和牢固的納米級(jí)保護(hù)層，為研制新型高強(qiáng)韌耐蝕鎂合金提供了全新的技術(shù)思路。最新一期的《自然·通訊》雜志刊登了這一突破性成果。

“腐蝕防護(hù)是鎂合金行業(yè)的核心課題之一。盡管現(xiàn)有技術(shù)可以制備出抗蝕性良好的防護(hù)膜層，但這類膜層往往比較脆，容易在服役過(guò)程中破碎和脫落。”研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人單智偉教授說(shuō)，“這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)就是從化學(xué)反應(yīng)的基本原理出發(fā)，研發(fā)可在鎂合金表面長(zhǎng)出致密、強(qiáng)韌和牢固的防腐層的新技術(shù)。”

在鎂合金表面制備納米級(jí)碳酸鎂防護(hù)層的基本原理

三年前，研究團(tuán)隊(duì)去榆林市考察鎂的生產(chǎn)工藝時(shí)，了解到用來(lái)生產(chǎn)金屬鎂的原材料礦石——碳酸鎂本身就是一種高強(qiáng)度、耐腐蝕的物質(zhì)。在返程的飛機(jī)上，單智偉教授提出了在鎂合金表面制備納米級(jí)碳酸鎂膜來(lái)實(shí)現(xiàn)腐蝕防護(hù)的想法。碳酸鎂可以由二氧化碳和氧化鎂反應(yīng)生成，但該反應(yīng)的發(fā)生至少需要400℃，而多數(shù)鎂合金很難承受這么高的溫度?！皢?wèn)題的關(guān)鍵是找到活化二氧化碳的辦法，使其更容易與氧化鎂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?！眻F(tuán)隊(duì)成員王悅存博士說(shuō)。

在單智偉教授的指導(dǎo)下，王悅存博士利用電子束輻照技術(shù)，成功地讓二氧化碳在室溫下與鎂合金表面的原生氧化層或腐蝕產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成一層致密、牢固的納米級(jí)碳酸鎂層。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，這種納米膜可使測(cè)試樣品的腐蝕電流降低約三個(gè)數(shù)量級(jí)，自腐蝕電位降低約一倍。與此同時(shí)，長(zhǎng)有這種納米膜的微納尺度樣品的屈服強(qiáng)度提升了近兩倍，連續(xù)變形能力提升了五倍，抗氧化溫度提升了200℃。這種方法簡(jiǎn)單易行、綠色環(huán)保，為新型耐腐蝕鎂合金的研制提供了全新的技術(shù)思路。

西安交通大學(xué)材料學(xué)院王悅存博士為本論文的第一作者，單智偉教授、中國(guó)石油大學(xué)張利強(qiáng)副教授和美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)馬恩教授為本論文的通訊作者。參與該項(xiàng)工作的還有西安交通大學(xué)的劉博宇博士、匡文軍教授、博士生楊楠和苗育聰、碩士生趙心愛(ài)和楊博，以及美國(guó)麻省理工學(xué)院李巨教授。

該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自科學(xué)基金和陜西省重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈等項(xiàng)目的共同資助。

陜西省鎂基新材料工程研究中心成立于2015年，在單智偉教授的帶領(lǐng)下，中心依托榆林市豐富的鎂資源和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展了一系列基礎(chǔ)研究和技術(shù)革新，助力陜西省金屬鎂產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。