摘要：采用原子层沉积（ALD）技术在AZ31合金的微弧氧化（MAO）涂层上制备了Al₂O₃纳米膜。结果表明，经过1000次循环沉积的Al₂O₃完全密封了MAO涂层的孔隙。与MAO涂层相比，ALD MAO/Al₂O₃复合涂层的腐蚀电流密度降低了三个数量级。提出了复合涂层的形成及耐腐蚀机理。

    镁（Mg）合金重量轻、比强度高，但也易于腐蚀。除了合金化和变形加工等，通常采用表面涂层及技术来提高其耐蚀性能。这些方法包括化学转化、微弧氧化（MAO）或等离子体电解氧化（PEO）、层状双氢氧化物（LDH）、有机涂层及其复合涂层。其中，MAO是最受欢迎的方法之一，具有高硬度、良好的耐磨性和可接受的早期耐腐蚀性。然而，由于MAO涂层中固有的微孔和微裂纹，MAO涂层无法防止长期腐蚀。这是由于涂层化学腐蚀及其与基体之间的电偶腐蚀，通孔形成随后导致MAO涂层加速失效。因此，为了提高MAO涂层的长期耐腐蚀性，有效封孔是必要的措施。

    封孔方法有碱处理、沸水处理和纳米材料如HA（羟基磷灰石）、Al₂O₃ 和TiO₂一步法。 碱处理、沸水处理的确增加封孔效果，这是因为MgO转变为氢氧化镁。但这类处理后的涂层效果不会太理想，因为一旦环境改变，氢氧化镁可转变成MgO。MAO-纳米HA和氧化物复合涂层外层由纳米粒子覆盖，但里层没有覆盖，且外层与孔隙为机械或物理结合。覆盖是随机的，厚度增加有限，耐蚀效果也不是非常令人满意。

    原子层沉积（ALD）类似于化学气相沉积，是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器，在沉积基体上产生化学吸附反应而形成沉积膜的一种方法。或者说，是基于大气环境中连续和自饱和的表面化学反应，可以在高纵横比结构上形成可控和保形的连续致密膜层。

    ALD可用于提高大块材料（即钢、铜和镁合金）的耐腐蚀性。利用ALD技术可显著地提高MAO涂层的耐蚀性能。前人的工作和我们课题组前期研究工作都表面，ALD的确能够提供镁合金MAO的耐蚀性能。课题组采用ALD技术在MAO涂层上沉积的Ta₂O₅纳米薄膜实现了均匀分布和对MAO涂层中的微孔和微裂纹的有效密封；纳米薄膜中的Ta₂O₅主要以非晶态的形式存在。但Ta₂O₅的PB比达2.47，远远大于1.0，涂层存在较大的内应力，出现点蚀。Al₂O₃的PB比为1.31，如果通过ALD来制备MAO/Al₂O₃复合涂层，其耐蚀效果令人期待。

    研究表明，超薄Al₂O₃（约160nm厚）很好地密封了MAO涂层的微孔和裂纹。Al₂O₃纳米膜分布均匀，完全覆盖了MAO表面。与AZ31合金相比，Al₂O₃/MAO涂层的腐蚀电流密度降低了5个数量级。经过长期浸泡试验，Al₂O₃表面涂层保持完整和稳定。ALD-Al₂O₃薄膜有望成为镁合金表面微弧氧化涂层的一种新涂层。

论文“Corrosion resistance enhanced by an atomic layer deposited Al2O3 /micro-arc oxidation coating on magnesium alloy AZ31”（AZ31镁合金表面原子层沉积Al₂O₃/微弧氧化涂层增强耐蚀性）在线发表在国际期刊《Ceramics International》（https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.11.309）上，第一、二作者为山东科技大学硕士研究生焦佐军和于池，通讯作者为中国科学院子所(嘉兴)张柏诚研究员和山东科技大学曾荣昌教授。

图1 （a，b，c）MAO和（d，e，f）MAO/Al₂O₃涂层的SEM和EDS图像；以及MAO/Al₂O₃涂层的Mg、Al、O、P、Na和C元素的EDS图谱图像（e）

图2（a，b）1次循环和（c）4次和1000次循环的原子层沉积MAO/Al₂O₃复合涂层的示意图