镁合金作为一种轻质金属结构材料，不仅密度小（约1.7 g/cm3），比强度和比刚度高，而且拥有较好的切削性能，对航空、航天、汽车及电子等领域的轻量化设计与制造具有重要意义[1-3]。然而，镁合金化学性质非常活泼，其标准电位为-2.37 V，比铁、铝、锌及铜等金属的电位都低，在空气中即可氧化并形成稀疏多孔的氧化膜[4-5]，导致基体的耐腐蚀性较差。由于硬度较低，表面耐磨损性能也较低，因而镁合金表面防护成为其进一步推广应用面临的重要课题[6]。

为提升表面耐蚀耐磨等性能，镁合金应用研究发展了两个方向：一方面是材料制备，可通过合金本身纯净化，改善镁合金微观结构，从而增强耐蚀性[7]；另一方面是合金表面处理，通过合金表面制备涂层，隔绝基体与外部环境，从而提升镁合金表面防腐耐磨等性能[8]。

(2)综合异常Z2为Q值≥1参与的异常，本次工作中每个采样点只有富集系数≥1的分析元素测试值才要参与异常指数计算，<1的不参与计算。

金属表面防护的常见方法有：化学转化膜、阳极氧化、激光表面处理、微弧氧化、气相沉积和热喷涂等[8]。传统的化学转化膜法是通过金属表层原子与电解液中的粒子发生原子反应，形成具有保护功能的薄膜[9]。阳极氧化方法则是将金属作为阳极，在酸性或碱性溶液中通过电解使金属表面发生氧化[10]。这两种方法所制备的保护层厚度偏薄、脆性大、硬度较低[11]，对金属的防护能力有限，而且由于采用含铬、氟、磷等元素的电解液，对环境造成严重污染[12]。微弧氧化技术是在电解液脉冲电场环境作用下微弧放电，以冶金结合方式在基体表面生成氧化物陶瓷层。该技术对环境无污染，但能耗高（电流密度大于1500 A/m2）且处理效率低下，例如在电源系统输出电流为l00～300 A的条件下，一次性处理面积仅为0.05～0.2 m2[13-14]。气相沉积技术是在真空条件下通过物理或化学方法，将固态镀料转化为原子、分子或离子态的气相物质后，再沉积于基体表面形成固体薄膜[15]。该方法的优点是可以大幅减少沉积层中的杂质元素含量，膜与基体结合良好，但同样面临效率低的问题，而且制备的膜层薄，容易发生微孔腐蚀[16]。

表面喷涂是工业应用最广泛的表面防护方法，最显著的特点是实施简单且效率高。热喷涂技术可快速大面积实现镁合金表面涂层保护[17]。然而，热喷涂采用高温热源，涂层材料易发生熔化，对热敏感的基体材料而言，基体组织与力学性能将发生显著变化，而且由于热喷涂层内存在较高的残余拉应力，限制了涂层防护性能的提升[18]。此外，随着近年来激光应用技术的快速发展，激光表面处理技术在材料表面的处理中也引起了较多关注。利用激光束快速、局部地加热工件，可实现局部急热或急冷调控基体表面性能，但相比喷涂技术，其保护涂层厚度和效率尚有较大差距[19]。

等何东何西何北赶到医院，ICU门口果然站着一堆人，除了权筝的父母，还有何东的父母，再就是三叔四叔。三叔四叔一直在追问何守一，何东为什么没登记？这事怎么就弄成这样了？何守一不知道，没登记还是权筝妈妈打电话来说的呢，这脸可丢大发了，满腔的怒气就等着何东来发作呢。

冷喷涂是建立在合理利用空气动力学原理基础上的一种新型喷涂技术[20-23]。该技术以高压气体（He、N2、Ar、空气或它们的混合气体）为载体，通过缩放喷嘴加速，使喷涂颗粒速度达到300～1200 m/s，在固态下高速撞击基体表面，主要依靠大的塑性变形而形成涂层[24-25]。喷涂材料的粉末粒子在热的非氧化性气流束中加速，气流温度较低，对基体的热影响小，涂层基本无氧化现象且孔隙率低[26-27]。由于粒子撞击基体时速度高，会产生较大的塑性变形，在涂层内部主要受压应力[28]作用，因此涂层内部以及涂层与基体之间结合紧密，不易开裂[29-30]。

基于冷喷涂技术以上优点，该技术为镁合金表面防护提供了一种新的可行方法。近年来，相关研究者采用冷喷涂技术在镁合金表面进行涂层制备，并对涂层的耐腐蚀性以及耐磨损性开展了相关探讨。本文就冷喷涂层对镁合金基体的防护研究现状进行了综述，并对冷喷涂防护研究趋势进行了展望。

1 镁合金表面冷喷涂防腐涂层

铝和铝合金密度低、硬度适中、塑性较好，是冷喷涂采用最多的原材料之一，由于在自然环境中氧化形成的氧化膜A12O3坚硬致密，可有效保护基体，因而被广泛应用于金属表面防腐[31]。大量的研究表明，纯铝或铝合金涂层能够在各种金属基体表面实现保护，并且喷涂沉积工艺参数可在较大范围内调整[32]。对暴露在大气以及海洋环境中的镁合金结构件进行冷喷涂铝金属涂层防护处理，可大幅降低大气腐蚀和海水中电化学腐蚀速率，减少镁合金结构件的损耗。目前，在镁及镁合金基体上冷喷涂铝金属或金属基复合涂层的方法主要分为三种：纯铝涂层、铝合金涂层、陶瓷颗粒增强铝基复合涂层。

1.1 纯铝涂层

Spencer等人[51]在AZ91E镁合金基体上制备了不同 Al2O3陶瓷含量的 Al-Al2O3以及 AA6061-Al2O3复合涂层。从图7可以看出，AA6061合金粉末冷喷涂层内部含有少量的微孔，当喷涂粉末中添加了Al2O3时，陶瓷颗粒对冷喷涂粒子沉积具有较好的夯实效应，使涂层的孔隙含量明显减少，并且随着Al2O3颗粒含量的增加，涂层组织的致密度增加。类似夯实效应已被广泛报道。Wang等人[54]与Kumar等人[55]在冷喷涂制备AA5056-SiC和Al-SiC复合涂层中进行了深入分析。Spencer等人[51]研究陶瓷颗粒含量对复合涂层耐蚀性、摩擦磨损性能以及硬度的影响，发现含有Al2O3颗粒的复合涂层，其耐蚀性优于AZ91E合金，但Al2O3含量对其耐蚀性的影响不大（见图8）。此外，添加Al2O3颗粒使涂层的硬度以及耐磨损性都有所提高。随着添加Al2O3陶瓷粉末含量的增加，涂层的硬度升高，磨损速率迅速降低（见图9）。

Tao等人[36]在AZ91D镁合金基体上制备了纯Al涂层，如图1所示，涂层无明显裂纹等缺陷，与基体结合良好，但在局部粒子界面处存在少量的微孔和微裂纹。对比纯Al涂层与纯Al块的耐蚀性，结果表明纯Al涂层的Er-Ecorr值与Epit-Ecorr值均大于纯Al块。图2结果表明，纯Al涂层抵抗点蚀的水平高于纯Al块，且更容易出现再钝化现象。

2.3 并发症与复发情况对比 改良组的并发症发生率（2.4%）低于传统组（11.9%）；传统组的复发率为16.7%，改良组的复发率为4.8%，改良组低于传统组；各组差异均显著（P＜0.05）。见表3。

图1 纯Al涂层横截面扫描电镜图[36] Fig.1 SEM micrographs of cross-section of pure Al coating:(a) boundary between coating and substrate; (b) boundary between Al particles[36]

为了对冷喷涂纯铝涂层的耐蚀性进行综合评价，表1列出了通过不同技术制备的纯Al涂层的电化学测试结果。表1的试验结果均为涂层在3.5%NaCl溶液中的电化学测试结果，尽管部分基体材料并非镁合金，但不影响涂层本身腐蚀性能的对比。从表1可以看出，冷喷涂、磁控溅射、电弧喷涂以及多弧离子镀得到的纯Al涂层的腐蚀电位较高，均高于-1 V，其中冷喷涂纯Al涂层的最高腐蚀电位可达-0.68 V，接近纯铝块的腐蚀电位（-0.63 V）。不难发现，与其他涂层技术相比，冷喷涂层的抗腐蚀性能具有更大优势，这可能与冷喷涂层致密度高且为压应力状态有关[37]，二者共同作用减少了腐蚀通道的形成[38]。

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Diab等人[35]对冷喷涂铝涂层进行盐雾腐蚀研究，图3为AZ31B基体与冷喷涂试样在5%NaCl盐雾腐蚀试验后的结果对比：相比于无Al涂层保护的试样，冷喷涂纯铝涂层的试样的腐蚀速率大幅降低，而且在33 d试验期内，Al涂层可较好地保护镁合金基体。图 4为在腐蚀试验中的镁合金基体与冷喷涂试样的腐蚀速率与平均质量损失情况：40 d前，冷喷涂试样的质量损失低于1.5%，且腐蚀90 d后的质量损失仅为9%，远低于镁合金基体的质量损失。

图2 3.5wt.%NaCl溶液中纯Al涂层和纯Al块的开路电位以及循环极化曲线[36] Fig.2 Open circuit potential and cyclic polarization curves for Al coating and pure Al block in 3.5 wt.% NaCl solution: (a)open circuit potential after immersion for 1 hour to 10 days;(b) cyclic polarization curve after immersion for 1 hour[36]

图3 经5%NaCl盐雾腐蚀试验后的腐蚀情况[35] Fig.3 Corrosion condition after 5%NaCl salt spray corrosion test: (a) AZ31B substrate; (b) pure Al coated sample[35]

图4 腐蚀速率与质量损失随时间变化情况[35] Fig.4 Corrosion rate and weight loss-time response curve: (a) AZ31B samples; (b) sprayed AZ31B samples[35]

表1 不同方法制备的纯Al涂层在3.5%NaCl溶液中的电化学测试参数 Tab.1 Ecorr, Jcorr and Epit of pure Al coatings prepared by different methods after electrochemical test in 3.5wt.% NaCl solution

[33,36]冷喷涂 AZ91D镁合金 -0.92 0.46 -0.75[39]冷喷涂 AZ91D镁合金 -0.68 12.81 -0.45[40]冷喷涂 钢 -0.85 13.50[41]热喷涂 钢 -0.89 4.86[42]热喷涂 S355钢 -0.15[39]微弧氧化 AZ91D镁合金 -1.32 18.70 -1.20[43]微弧氧化 LY12铝合金 -0.80[44]物理气相沉积 Mg-Zn-Ce-La合金 -1.43 2.09[45]物理气相沉积 Mg-Ca-Bi合金 -1.38 2.87[46]磁控溅射 NdFeB -0.75 2.43 -0.63[47]磁控溅射 AZ91D镁合金 -1.59 7.74[48]电镀 碳钢 -1.14 0.50 -0.72[49]激光表面处理 AZ31B镁合金 -1.24 -1.05[50]多弧离子镀膜 NdFeB -0.88 0.34 -0.69

1.2 铝合金涂层

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对比镁合金，铝合金也同样具有较好的耐腐蚀性，但目前为止，针对镁合金防腐的冷喷涂铝合金涂层研究不多。Brian等人[34]利用冷喷涂技术在镁合金表面制备了AA5356、AA4047和Al-5wt.%Mg合金涂层，并对比了三种涂层的硬度、涂层与基体的结合强度和在0.6 mol/L NaCl溶液中的电偶腐蚀特性。结果发现，采用氦气冷喷涂的Al-5wt.%Mg合金涂层与基体的结合强度最高，达到 60 MPa，涂层硬度达到124HV100，与AA4047和AA5056铝合金冷喷涂层的硬度接近（图 5）。图 6为试样在不同涂层条件下的电偶腐蚀速率。Al-5wt.%Mg合金涂层-Mg合金基体的电偶腐蚀速率为 0.155 mA/cm2，虽然略高于高纯Al涂层-Mg合金基体以及Mg合金涂层-Mg合金基体的电偶腐蚀速率，但明显低于商用Al涂层-Mg合金基体以及Al合金涂层-Mg合金基体的电偶腐蚀速率。

图5 不同冷喷涂层与基体的结合强度以及涂层硬度（HP Al纯度为99.95wt.%，CP Al纯度为99.5wt.%）[34] Fig.5 Adhesion strength and hardness different cold sprayed coatings to substrate(purity of HP Al is 99.95wt.% and purity of CP Al is 99.5wt.%): (a) adhesion strength, (b) hardness[34]

图6 不同涂层与Mg基体的电偶腐蚀电流密度（HP Al纯度为99.95wt.%，CP Al纯度为99.5wt.%）[34] Fig.6 Galvanic corrosion current density between different coatings and Mg substrate (purity of HP Al is 99.95 wt.% and purity of CP Al is 99.5wt.%) [34]

1.3 铝基复合材料涂层

众所周知，在颗粒增强金属基复合涂层的制备中，增强相颗粒的尺寸、含量、形貌等均对涂层组织与性能具有重要影响。Wang等人[54]研究了5种尺寸（2.3、4.7、15.6、29.6、72.8 μm）的 SiC颗粒对冷喷涂AA5056-SiC复合涂层孔隙率（见图11）和耐蚀性的影响（见图12）。其中D1代表AA5056与SiC-2.3 μm混合粉末，D2代表AA5056与SiC-4.7 μm混合粉末，D3代表AA5056与SiC-15.6 μm混合粉末，D4代表 AA5056与 SiC-29.6 μm 混合粉末，D5代表AA5056与SiC-72.8 μm混合粉末。随着SiC颗粒尺寸的增加，SiC对涂层的夯实效应越明显，且涂层孔隙率不断降低，提高了涂层的耐蚀性。当SiC尺寸大于15.6 μm时，随着尺寸进一步增加，涂层孔隙率下降不明显。因为SiC尺寸过大时，颗粒碰撞反弹脱落较多，有效沉积的陶瓷颗粒数量不断减少，且AA5056与SiC的接触面积增加，SiC/AA5056粒子界面成为弱结合区，两者界面处存在微孔易发生腐蚀。因此对增强颗粒的尺寸必须进行合理优化，才能获得力学和抗腐蚀性能俱佳的涂层。

已有学者对 AZ91D[33]、ZE41A-T5[34]、AZ31B[35]等镁合金表面开展了冷喷涂纯铝涂层防腐蚀研究。其中纯铝在冷喷涂沉积过程中可采用氮气、氦气或者压缩空气作为载气，工作气体的温度可以从室温至350 ℃，工作气体的压力可以从小于1 MPa到接近5 MPa。

Wang等人[56]在纯Al上制备了AA5056-SiC复合涂层，虽然基体材料不是镁合金，但对镁合金表面冷喷复合涂层防腐具有一定的指导意义。如图10所示，涂层内部无明显孔洞及裂纹，且与基体结合紧密。由于SiC对涂层的夯实作用，AA5056-SiC复合涂层的孔隙率明显下降，从AA5056涂层孔隙率2.25%下降到0.61%。微观组织分析发现，涂层内部分SiC颗粒具有明显裂纹，推测原因是硬脆SiC颗粒在喷涂高速撞击条件下易形成裂纹或发生断裂。由于SiC粒子沉积时无法发生塑性变形，因此硬质粒子发生碰撞破碎，这也间接反映了颗粒对塑性金属涂层具有强烈的撞击夯实作用。

此外，有研究表明，冷喷涂所用铝粉的纯度对试样的耐蚀性能存在显著影响。Brian等人[34]以AZ41A-T5合金为基体，对比了商用纯Al（99.5wt.%）粉末以及高纯Al（99.95wt.%）粉末的冷喷涂层性能，结果发现高纯Al粉末制备的涂层腐蚀速率远低于普通商用Al涂层，且腐蚀过程中的高纯Al涂层的电流密度仅为0.05 mA/cm2。由于杂质的存在，商用纯Al涂层的电流密度与其他铝合金涂层的腐蚀电流密度相当，大约为2.35 mA/cm2。因此，纯Al的纯度越高，涂层的耐蚀性越好。

表 2对比了 AA5056和三种不同 SiC含量的AA5056-SiC复合涂层在0.1 mol/L Na2SO4溶液中的电化学测试数据。从表 2可以看出，添加体积分数15%SiC明显提升了AA5056涂层的耐蚀性，这与微观组织的致密化具有重要关系。对比还可以发现，当增加涂层中 SiC含量时，复合涂层的耐蚀性变化不大。这是因为三种复合涂层的孔隙率差别较小（0.93%、0.61%、0.85%），且均低于 AA5056涂层的孔隙率（2.25%），较小的孔隙率差异对耐蚀性无明显影响。

图7 AZ91基体上AA6061涂层和不同Al2O3含量复合涂层的光镜图[51] Fig.7 Optical micrograph of AA6061 coating on substarte and composite coating with different content of Al2O3[51]

图8 涂层电化学腐蚀行为[51] Fig.8 Electrochemical corrosion behavior of coatings[51]

近年来，铝基复合材料因其低密度、高比强度、高比模量以及良好的耐磨损性等优异的综合性能，被誉为未来最具有竞争力的绿色工程材料之一[51]。在制备冷喷涂防腐铝涂层时，引入适量陶瓷颗粒或采取合金化措施制备铝基复合材料涂层，不仅可以保持铝涂层优良的耐腐蚀性，同时还可使涂层具有较高的硬度、强度和耐磨损能力[51-53]。

图9 Al2O3含量对热处理条件下Al-Al2O3以及AA6061-Al2O3复合涂层硬度以及耐磨性的影响[51] Fig.9 Effects of Al2O3 content on hardness and wear resistance of Al-Al2O3 and AA6061-Al2O3 coatings under thermal treatment: (a) Coating hardness, (b) Wear resistance[51]

图10 AA5056-60vol.%SiC复合涂层扫描电镜图[56] Fig.10 SEM images of AA5056-60vol.% SiC composite coating[56]

表2 AA5056-SiC复合涂层在0.1 mol/L Na2SO4溶液中浸泡后的电化学测试结果[56] Tab.2 Electrochemical test results of AA5056-SiC composite coatings after immersion in 0.1 mol/L Na2SO4 solution[56]

涂层OCP Ecorr Eoverp电位(vs.Hg/Hg2SO4)/mV Joverp/(×10-4 A⋅cm-2)AA5056 -1.27 -1.28 -0.68 1.97 AA5056-15vol.%SiC -1.24 -1.25 -0.65 1.6 AA5056-30vol.%SiC -1.23 -1.25 -0.65 1.6 AA5056-60vol.%SiC -1.23 -1.25 -0.65 1.6

图11 SiC颗粒平均尺寸对AA5056-SiC复合涂层孔隙率的影响[54] Fig.11 Effects of SiC particle size on porosity of AA5056-SiC composite coatings[54]

图12 纯Al块、AA5056涂层以及不同SiC尺寸的AA5056-30vol.%SiC复合涂层在0.1 mol/L的Na2SO4溶液中浸泡24 h后的开路电位以及极化曲线[54] Fig.12 Open circuit potential and polarization curve of pure Al block, AA5056 coating and AA5056-30vol.%SiC composite coating with different SiC for immersion in 0.1 mol/L Na2SO4 solution (a) OCP (b) Polarization curve[54]

Bu等人[57]将Mg17Al12粉末与纯Al粉末混合，在AZ91D镁合金基体表面通过冷喷涂技术制备了Al-Mg17Al12复合涂层（图13）。借助Mg17Al12颗粒在冷喷涂层沉积过程中的夯实效应，铝基复合涂层的孔隙率低于 0.4%，复合涂层/基体的结合强度比纯 Al涂层/基体的结合强度提升了2～3倍。从图14可以看出，复合涂层的腐蚀电位比AZ91D基体提高了约0.6 V，腐蚀电流密度为3.4×10-6 A/cm2，降低一个数量级。

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图13 AZ91镁合金基体上Al-Mg17Al12复合涂层横截面 光镜图[57] Fig.13 OM image of cross-section of Al-Mg17Al12 composite coating on AZ91D magnesium alloy substrate[57]

图14 Al-Mg17Al12复合涂层、AZ91D基体以及纯Al块体的电化学极化曲线[57] Fig.14 Electrochemical polarization curve of Al-Mg17Al12 composite coatings, AZ91D substrate and pure Al block[57]

2 镁合金表面冷喷涂耐磨涂层

在镁合金表面涂层的研究中，耐磨涂层是重要的研究方向之一。在航空、航天以及车辆行动系统的镁合金结构件表面采用冷喷涂防护技术，可大幅度提高结构件的耐磨性，并且与传统的螺栓紧固或镶铸钢质构件方法相比，冷喷涂防护涂层的质轻且涂层不易脱落。目前，研究人员研究了不少合金体系的冷喷涂层，用来提高镁合金表面的耐磨性，如铝基复合涂层[58]、锌铝合金涂层[59]、不锈钢涂层[60]、碳化钨钴涂层[61]及其他合金复合涂层（如铜-钨复合涂层[62]等）。

Shockley等人[58]发现 Al-Al2O3复合涂层中陶瓷颗粒形貌与含量对涂层的耐磨损性有重要影响。研究的四种涂层分别为含有体积分数10%多边形Al2O3颗粒的涂层（ANG10）、含有 22%多边形 Al2O3颗粒的涂层（ANG22）、含有 3%球形 Al2O3颗粒的涂层（SPH3）以及含有 11%球形 Al2O3颗粒的涂层（SPH11）。四种涂层内部致密，除断裂的陶瓷颗粒内部存在微裂纹外，涂层内部无明显孔隙（见图15）。研究四种涂层的耐磨性发现，含有22%多边形Al2O3颗粒的复合涂层，其磨损速率最低，且随着磨损时间的增加，磨损速率基本保持不变（图16—17）。

图15 四种Al-Al2O3复合涂层的横截面图[58] Fig.15 Cross-sections of four Al- Al2O3 composite coatings[58]

图16 Al-Al2O3复合涂层以及纯Al涂层的磨损速率随磨损周期的变化情况(CS0: 未添加Al2O3的纯Al涂层) [58] Fig.16 Wear rate versus cycle number of Al-Al2O3 composite coatin and pure Al coating: (a) 50 cycles,(b) 500 cycles, (c) 2000 cycles[58]

图17 经50、500和2000转摩擦磨损试验后的四种涂层表面形貌[58] Fig.17 Morphology of four coatings after wear tracks for 50, 500, and 2000 sliding cycles: (a) 50 cycles,(b) 500 cycles, (c) 2000 cycles[58]

赵慧等人[59]在 AK63镁合金表面制备锌铝合金（ZA20）涂层，涂层与基体结合良好，界面处无裂纹、孔洞和分层等缺陷。研究结果显示，在相同的干摩擦条件下，锌铝合金冷喷涂层的质量损失为镁合金的48%，冷喷涂层的腐蚀电位（-0.26 V）远高于基体镁合金的腐蚀电位（-1.62 V），腐蚀电流比镁合金低2～3个数量级。戴宇等人[60]发现在 AZ80镁合金表面制备的 420不锈钢涂层具有较好的耐磨性，磨损率为1.641×10-6 mm3/(N⋅m)，比 AZ80镁合金的磨损率（1.321×10-3 mm3/(N⋅m)）降低了 3 个数量级（图 18）。陈杰等 [61]采用冷喷涂和超音速火焰喷涂两种方法，在AZ80镁合金表面制备了纳米WC-17Co涂层（图19）。结果表明，冷喷涂层的磨损率为 9.1×10-7 mm3/(N⋅m)，比 HVOF 涂层（2.3×10-6 mm3/(N⋅m)）低一个数量级，较镁合金基材（5.5×10-4 mm3/(N⋅m)）降低了 3个数量级。同时，由于冷喷涂层的孔隙率更低，因此涂层的耐蚀性更优，其开路电位（-0.38 V）高于超音速喷涂层（-0.54 V）[63]。贾平平等人[62]采用冷喷涂与化学气相沉积相结合的方法，在镁合金表面制备了 Cu/W 复合涂层，磨损后的质量损失从0.032%降到0.020%，腐蚀电位比基体正移了1.3 V（见图20）。

图18 不同喷枪移动速度下的420不锈钢耐磨涂层与38CrSi钢的磨损率[60] Fig.18 Wear rates of 420 stainless steel coatings and 38CrSi steel at different spray gun speed[60]

图19 冷喷涂纳米WC-17Co涂层形貌以及几种试样的摩擦系数对比[61] Fig.19 Morphology (a) and friction coefficient (b) of cold sprayed nano-WC-17Co coating[61]

图20 Cu/W复合涂层形貌以及涂层与镁合金基体的极化曲线[62] Fig.20 Morphology (a) of Cu/W composite coating and polarization curves (b) of coating and magnesium alloy substrate[62]

3 热处理对冷喷涂涂层的影响

热处理作为调控涂层综合性能的一种手段，可使涂层内部原子扩散、内应力降低、微观结构改变等，同时可提高涂层的力学性能，如拉伸强度、延伸率、粘结强度等[64]。大量研究表明，热处理可改善涂层的微观结构，降低孔隙率，从而提高涂层的耐腐蚀能力[65]。因此，冷喷涂层的后续热处理受到研究学者的广泛关注。

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Spencer等人[66]在 AZ91E镁合金上制备了纯 Al涂层，并将涂层在400 ℃下热处理20 h，发现在涂层/基体界面处的组织明显分层，生成 Mg17Al12以及Al3Mg2两种金属间化合物（见图 21a），硬度分别为250HV0.2和 275HV0.2，均远高于镁合金基体的硬度（60HV0.2）。研究表明，Mg17Al12和Al3Mg2的耐蚀性优于AZ91E（图21b）。因为 Mg17Al12和Al3Mg2具有比镁合金更优异的耐腐蚀能力，所以在较高的氯离子浓度中和较宽的pH值范围内，其均可作为Mg基体的阳极保护层，阻止Mg的腐蚀[66]。

Spencer等人[51]对Al-Al2O3复合涂层同样进行了400 ℃热处理，热处理时间为2 h（图22）。涂层/基体界面处主要为Mg17Al12及少量的 Al3Mg2。对比热处理后纯 Al涂层、Al-25%Al2O3、Al-50%Al2O3和Al-75%Al2O3复合涂层的极化曲线，发现热处理对涂层电化学行为的影响不大（见图23），但在盐雾环境下，热处理后复合涂层的耐蚀性能明显提高（见图24）。

图21 纯Al涂层经400 ℃热处理20 h后的形貌、硬度以及电化学行为[66] Fig.21 Morphology, hardness (a) and electrochemical behavior (b) of pure Al coating after thermal treatment 20 h at 400 ℃[66]

图22 AZ91E合金基体上冷喷涂Al-50vol.% Al2O3涂层400 ℃热处理2 h后的扫描电镜图[51] Fig.22 SEM photograph of cold sprayed Al-50 vol.%Al2O3 coating on AZ91E alloy substrate after 2-hour thermal treatment at 400 ℃[51]

图23 经400 ℃热处理2 h后的纯Al以及Al-Al2O3复合涂层的极化曲线[51] Fig.23 Polarization curve of pure Al and Al-Al2O3 composite coatings after 2-hour thermal treatment at 400 ℃[51]

图24 纯Al涂层及复合涂层、AZ91E镁合金基体经过10 d盐雾腐蚀后的形貌[51] Fig.24 Morphology of pure Al coating, composite coating and AZ91E magnesium alloy after 10-day salt spray corrosion test [51]

4 结论与展望

表面腐蚀与磨损是镁合金工程应用必须攻克的关键难题。冷喷涂技术作为一种新兴技术，在镁合金表面防护中已展现出了巨大的潜力。一方面，针对冷喷纯铝、铝合金和铝基复合涂层等涂层的工艺开发、耐腐蚀性均有大量报道；另一方面，针对镁合金表面耐磨涂层制备，冷喷涂也展现了良好的技术可行性，尤其是冷喷涂铝基复合涂层、热处理技术等，可使镁合金表面的耐蚀和耐磨损等性能同时提高，为镁合金提供了重要的防护手段。然而，目前镁合金防护冷喷涂层种类仍较少，涂层脆性、微裂纹和残余应力等关键基础问题仍面临重要挑战。未来构建涂层材料研发与加工成形一体化理念，提出冷喷涂防护技术新思路，将对镁合金表面实现高效高性能防护具有重要意义。

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