研究背景

镁合金因其轻质、抗震性好、导热导电优良及易加工等特性，在航空航天、电子器材、汽车零件等领域应用广泛，但其耐腐蚀性较差，严重限制了工程服役寿命。为解决这一问题，涂层技术因经济性优势成为主要防护方案，其中冷喷涂技术以热输入低、涂层致密、材料不易氧化等特点，在温度敏感材料防护中极具前景。Zn-Al复合涂层兼具Zn的阴极保护效应与Al的自修复钝化膜特性，二者协同作用可显著提升耐腐蚀性，被广泛用于工程防腐。然而，冷喷涂虽有诸多优点，但粒子之间的不完整结合仍然是涂层固有的缺陷，需通过后处理优化性能。现有研究虽涉及冷喷涂涂层的退火处理，但针对镁合金基体上Zn-Al涂层的退火温度调控规律、组织演化与耐蚀机理的系统性研究仍有待完善，因此亟须明确退火温度对冷喷涂 Zn-Al 涂层结构与性能的影响，本工作以AZ31B镁合金作为基体，采用冷喷涂技术将Zn-Al 合金粉末沉积在基体上，并将其在不同温度下（200、250、300 ℃）进行退火处理，研究退火前后冷喷涂Zn-Al涂层的组织和性能，揭示退火温度对涂层组织和耐腐蚀性的影响规律。

主要创新点

1、系统性探究 200、250、300 ℃三种退火温度对冷喷涂Zn-Al涂层的组织与性能调控效应，精准定位最优退火参数。

2、深入分析退火后涂层的腐蚀产物组成与防护机制，研究了Zn_₆Al_₂(OH)_₁₆CO_₃・4H_₂O与Zn_₅(OH)_₈Cl_₂・H_₂O的协同防护作用，揭示了退火促进元素扩散与致密腐蚀层形成的内在机理。

3、结合XRD、SEM、电化学测试及盐雾实验等多手段，全面表征退火前后涂层的物相、微观形貌、硬度及耐腐蚀性，建立了热处理与涂层性能的规律。

主要研究结果结论

1、物相与组织演化：XRD分析表明，退火处理后涂层未发生氧化与相变，仍保留Zn与Al的单相结构，这得益于低温退火与良好的防护措施。SEM观察显示，退火后涂层与基体结合良好，200 ℃和250 ℃退火使Zn-Al双相分布更均匀致密，而300 ℃因粒子结合不紧密区域球化聚合导致孔隙率上升；孔隙率测试证实250 ℃退火时涂层孔隙率最低，仅为0.3998%，致密化效果最优。

2、力学性能变化：随着退火温度升高，涂层呈现明显退火硬化现象，300 ℃退火后硬度达80.2HV_₀.₃，主要归因于Zn、Al元素扩散引发的固溶强化效应，退火使Al颗粒扩散至Zn晶格中，提升了涂层抵抗塑性变形的能力。

3、耐腐蚀性优化：电化学测试显示，250 ℃退火涂层的自腐蚀电位最高（-1.262 V），腐蚀电流密度最小（1.9898×10⁻⁵ A/cm²），交流阻抗谱中容抗弧半径最大，表明其对腐蚀介质的阻隔能力最强。盐雾实验表明，250 ℃退火涂层的腐蚀产物为致密的Zn_₅(OH)_₈Cl_₂・H_₂O与 Zn_₆Al_₂(OH)_₁₆CO_₃・4H_₂O，二者微溶于水，可堵塞涂层孔隙，阻碍Cl⁻渗透，显著提升防护效果；而300 ℃退火涂层因生成多孔ZnO，导致耐腐蚀性下降。

核心结论：冷喷涂Zn-Al涂层经250 ℃退火处理后综合性能最优，既实现组织致密化（孔隙率0.3998%），又通过元素扩散与致密腐蚀产物形成，获得最佳耐腐蚀性；退火过程未引发涂层氧化与相变，其耐蚀性能提升源于固溶强化与腐蚀产物的协同防护作用。该研究为镁合金基体上冷喷涂Zn-Al涂层的后处理工艺优化提供了理论依据与技术支撑。

团队成员介绍