如何在镁合金表面制备出兼顾腐蚀防护、高强韧性的牢固的保护膜层，是困扰镁合金行业的关键技术瓶颈。近日，西安交通大学微纳米尺度材料行为研究中心和陕西省镁基新材料工程研究中心成功地在微纳尺度镁合金表面制备出致密、强韧和牢固的纳米级保护层，为研制新型高强韧耐蚀镁合金提供了全新的技术思路。最新一期的《自然·通讯》杂志刊登了这一突破性成果。
“腐蚀防护是镁合金行业的核心课题之一。尽管现有技术可以制备出抗蚀性良好的防护膜层，但这类膜层往往比较脆，容易在服役过程中破碎和脱落。”研究团队负责人单智伟教授说，“这个项目的目标就是从化学反应的基本原理出发，研发可在镁合金表面长出致密、强韧和牢固的防腐层的新技术。”
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| 在镁合金表面制备纳米级碳酸镁防护层的基本原理 |
三年前，研究团队去榆林市考察镁的生产工艺时，了解到用来生产金属镁的原材料矿石——碳酸镁本身就是一种高强度、耐腐蚀的物质。在返程的飞机上，单智伟教授提出了在镁合金表面制备纳米级碳酸镁膜来实现腐蚀防护的想法。碳酸镁可以由二氧化碳和氧化镁反应生成，但该反应的发生至少需要400℃，而多数镁合金很难承受这么高的温度。“问题的关键是找到活化二氧化碳的办法，使其更容易与氧化镁发生化学反应。”团队成员王悦存博士说。
在单智伟教授的指导下，王悦存博士利用电子束辐照技术，成功地让二氧化碳在室温下与镁合金表面的原生氧化层或腐蚀产物发生反应，生成一层致密、牢固的纳米级碳酸镁层。实验测试表明，这种纳米膜可使测试样品的腐蚀电流降低约三个数量级，自腐蚀电位降低约一倍。与此同时，长有这种纳米膜的微纳尺度样品的屈服强度提升了近两倍，连续变形能力提升了五倍，抗氧化温度提升了200℃。这种方法简单易行、绿色环保，为新型耐腐蚀镁合金的研制提供了全新的技术思路。
西安交通大学材料学院王悦存博士为本论文的第一作者，单智伟教授、中国石油大学张利强副教授和美国约翰霍普金斯大学马恩教授为本论文的通讯作者。参与该项工作的还有西安交通大学的刘博宇博士、匡文军教授、博士生杨楠和苗育聪、硕士生赵心爱和杨博，以及美国麻省理工学院李巨教授。
该研究得到了国家重点研发项目、国家自科学基金和陕西省重点产业创新链等项目的共同资助。
陕西省镁基新材料工程研究中心成立于2015年，在单智伟教授的带领下，中心依托榆林市丰富的镁资源和产业优势，开展了一系列基础研究和技术革新，助力陕西省金属镁产业的转型升级。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-06433-5
