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镁合金腐蚀研究进展(44)-镁合金表面原子层沉积Ta2O5/MAO复合涂层耐蚀性能

已有 3341 次阅读 2020-1-12 14:41 |个人分类:科研进展|系统分类:科研笔记|关键词:学者| 镁合金, 原子层沉积, 涂层, 微弧氧化膜

镁合金腐蚀研究进展(44)-镁合金表面原子层沉积Ta2O5/MAO复合涂层耐蚀性能

 镁合金微弧氧化(MAO)表面具有许多微孔和微裂纹。腐蚀性离子通过通孔侵入MAO/基体界面,导致电偶腐蚀。因此,通常需要构建顶层进行密封处理来进一步提供保护。

    与水合反应,碱处理,无机和有机填充材料等方法相比,具有自限性和自饱和特性的原子层沉积(ALD)技术可以实现单原子层数量级的膜厚。并且在具有大纵横比的三维结构上实现了完全均匀的保形膜覆盖。因此,可以利用ALD技术密封MAO涂层的表面微孔。据报道,钽(Ta)比目前使用的不锈钢和钛合金更具抗腐蚀性和生物相容性,尤其是多孔Ta金属或具有高孔隙率,合适的孔径和三维结构特征。Ta金属的良好的耐腐蚀性和生物相容性与外层致密的氧化物密切相关。

    在这项研究中,通过ALD技术在MAO涂覆的镁合金AZ31上制备了致密的Ta2O5纳米薄膜,以密封微孔并提高耐蚀性和生物相容性。

    结果表明,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;复合涂层的自腐蚀电流密度与MAO涂层相比,降低了三个数量级。

    该项工作“In vitro corrosion resistance of a Ta2O5 nanofilm on MAO coated magnesium alloy AZ31 by atomic layer deposition”发表在《Bioactive Materials》(5(1), 2020: 34-43)(https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2019.12.001)。第一作者为山东科技大学硕士研究生李长阳和于池,通讯作者为山东科技大学曾荣昌教授和中科院微电子所(嘉兴)张柏诚研究员。

Fig. 5.jpg

Fig. 1 Schematic illustration of MAO/Ta2O5 coating through ALD for (a) 1 and (b) 500 cycles and (c) the reaction equation of Ta2O5.

Fig. 2 SEM images of (a) MAO and (b, c) MAO/Ta2O5 coatings; elemental mapping images of (d) Mg, (e) O, (f) Ta, (g) P, (h) Na, and (i) C for MAO/Ta2O5 coating

Fig. 3 XPS survey scan of (a) MAO/Ta2O5 coating and high resolutions of the (b) Ta 4d, (c) Ta 4f and O 2s, (d) O 1s, (e) N 1s and (f) C 1s peaks.

Fig. 4 PDP curves of (a) substrate, (b) MAO coating and (c) MAO/Ta2O5 coating in Hank’s solution.

Fig. 5(a) HER curves and (b) partial enlargement HER images of substrate, MAO coating and MAO/Ta2O5 coating immersed in Hank’s solution for 294 h.




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1 郑永军

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