镁合金因具备重量轻、比强度高和易于循环利用等优点，可广泛应用于汽车、航空航天以及军事装备等领域。但镁合金化学活性高，极易在水溶液中遭受腐蚀。因此，如何提高镁合金的耐蚀性一直是国内外学者研究的重点。通过功能化表面改性可显著改善镁合金的耐蚀性，提高其使用寿命，进一步扩大镁合金应用范围。其中，超疏水涂层能够减小水溶液和涂层之间的接触面积，阻止腐蚀介质侵入镁基体，显著延长了镁合金的服役周期。然而，超疏水表面通常由低表面能物质修饰具有一定粗糙度的表面来构建，兼具粗糙微观结构和低表面能的特点，稳定性较差，削弱了镁合金的腐蚀防护能力。

最近，山东科技大学曾荣昌教授课题组采用一步浸涂法在微弧氧化（MAO）预处理AZ31镁合金表面制备了一体化的超疏水聚丙烯（PP）涂层。研究结果表明，MAO/PP涂层的接触角高达167.2 ± 0.8º，自腐蚀电流密度下降了约四个数量级，显示出优异的超疏水性和耐腐蚀性。此外，该涂层还具有良好的坚固性和耐久性，这为扩大镁合金在工业领域的应用提供了可能性。

系统研究了所制备MAO/PP涂层的微观结构和形貌。MAO/PP涂层的制备过程如图1所示，将MAO预处理的AZ31镁合金首先置于PP溶液中，再取出烘干即可获得一体化的PP超疏水涂层。AZ31镁合金表面MAO以及MAO/PP涂层的微观形貌如图1a-f所示，由于MAO涂层在电解液中快速冷却时形成了高压火花放电通道，在涂层表面可明显观察到典型的多孔结构（图1a-c），EDS数据表明涂层主要由Mg和O构成，说明MgO是涂层的主要组成成分（图1g）；MAO/PP涂层呈现出微米级颗粒结构，EDS结果表明该颗粒状物质主要由C元素（> 95.00 at.%）组成，上述结果证实了MAO/PP涂层已成功在AZ31镁合金表面制备。

图1 MAO/PP涂层的制备示意图与SEM/EDS分析

重点探究了MAO/PP复合涂层的超疏水性、坚固性和耐久性。样品的接触角如图2a所示，AZ31镁合金基体的接触角为98.5±1.5º，修饰了MAO涂层后，样品的接触角降低至45.6±2.7º，这可能归因于MAO涂层的多孔结构及其表面亲水性的MgO物质。由于一体化的PP涂层兼具粗糙的微观结构和低的表面能，因而MAO/PP涂层显示出较高的接触角和较低的滚动角，分别为167.2 ± 0.8º和2.7 ± 0.5º，表现出出色的超疏水性（图2b）。坚固性和耐久性是影响超疏水涂层性能的重要参数。MAO/PP涂层与不同pH值溶液的接触角保持在158-167°范围内，显示出优异的化学稳定性（图2c）；涂层在NaCl溶液中浸泡5 d后，仍具有良好的超疏水性能（图2d）；图2e模拟了MAO/PP涂层在户外遭受雨水冲击的情景，水流持续在涂层表面反弹，涂层表面未润湿。上述结果表明MAO/PP超疏水涂层具有良好的坚固性和耐久性。

图2 MAO/PP涂层的润湿性、坚固性和耐久性评价

本研究还通过电化学测试评估了MAO/PP涂层的耐腐蚀性能，结果如图3所示。与其他试样相比，MAO/PP涂层具有最大的容抗弧半径和阻抗模值（0.01 Hz），拟合电路参数也显示出其具有最大的R_ct，表明该涂层具有优异的耐腐蚀性能。

图3 AZ31镁合金及其MAO和MAO/PP涂层的电化学测试

综上所述，本文通过一步浸涂法在MAO预处理AZ31镁合金表面成功制备了一体化的PP超疏水涂层。研究表明，该涂层具有微米颗粒状结构，显示出优异的超疏水特性，具有较好的坚固性和耐久性，显著提高了镁合金的耐蚀性，能够为镁合金提供长效的腐蚀防护，这为进一步扩大镁合金的应用具有重要意义。

该文章发表在《Journal of Magnesium and Alloys》2021年第9卷第4期：

  Corrosion resistance and super-hydrophobicity of one-step polypropylene coating on anodized AZ31 Mg alloy. Journal of Magnesium and Alloys, 2021, 9(4):1443-1457.

中文摘要