文章摘要：

光滑的液体注入多孔表面具有超排斥水的特性，具有很大的腐蚀管理潜力，但其与底层材料的附着力差和润滑剂的耐久性仍然是一个挑战。在Mg-Li合金LA81上，结合微弧氧化（MAO）的机械钉钉效应和微弧氧化（SSC）的超强拒水性能，制备了一种基于微弧氧化（MAO）的类固相滑溜复合涂层（SSC），最大限度地提高了涂层的附着强度、拒水性能和持续防腐性能。在环氧树脂的固化作用下，SSC涂层呈现液固转变。通过SSC液相的高流动性，实现了MAO层的高效密封。固化后的SSC可以进一步加强与MAO层的界面结合，显著减少润滑剂的损失。

研究背景：

镁锂合金（Mg-Li）因其极低的密度（1.35–1.65 g/cm³）和优异的比强度，在航空航天、国防军工及电子产品等轻量化领域备受关注。然而，其高化学活性导致耐腐蚀性和耐磨性极差，严重限制了实际应用。传统表面改性技术（如微弧氧化（MAO））虽能通过原位生成陶瓷氧化物层提高硬度和附着力，但MAO涂层的微孔和裂纹为腐蚀介质（如Cl⁻、H₂O）提供了渗透通道，长期防护效果有限。此外，传统滑润液浸渍多孔表面（SLIPS）虽能通过润滑液层形成“液-液界面”阻挡腐蚀，但润滑液易流失、机械耐久性差。因此，开发一种兼具微孔密封能力、长效耐腐蚀性及机械稳定性的复合涂层成为研究重点。

本文提出了一种基于MAO的“类固体滑润复合涂层（SSC）”，结合MAO的机械锚定效应与SSC的超疏水特性，通过真空固化技术实现微孔高效密封，同时利用环氧树脂增强界面结合，最终形成兼具耐腐蚀、抗冰、耐磨及高附着力的新型涂层。

研究内容：

1.涂层设计与制备

1) MAO预处理：在Mg-Li合金LA81表面进行微弧氧化，形成多孔陶瓷层（厚度约17 μm），微孔（0.6–4.0 μm）和裂纹提供机械锚定位点。

2) SSC涂层构建：将亲水性二氧化硅纳米颗粒（20 nm）与聚二甲基硅氧烷（PDMS）、硅烷偶联剂（KH550）、环氧树脂（E44）混合，制备高流动性滑润溶液。通过真空浸渍和固化（60°C，6 h），使液态SSC转化为固态，填充MAO微孔并形成致密保护层。

2.表征与性能测试

1) 微观结构：SEM和同步辐射X射线断层扫描显示，SSC完全填充MAO微孔（图4），表面粗糙度（Rq）从2 μm降至0.6 μm（图3b）。XPS和FT-IR证实SSC含Si-O、C-Si键及PDMS疏水基团，形成低表面能保护层。

2) 耐腐蚀性：电化学测试：MAO-SSC的阻抗模量（|Z|_{0.01Hz} = 1.6×10⁸ Ω·cm²）显著高于MAO（1.7×10⁵ Ω·cm²）和基体（7.4×10² Ω·cm²），电荷转移电阻（Rct = 1.0×10⁸ Ω·cm²）提升3个数量级（表1）。盐雾试验：MAO-SSC在5 wt% NaCl盐雾中浸泡24小时无腐蚀产物，而基体和MAO分别出现严重腐蚀和局部点蚀（图5g-i）。

3) 机械性能：耐磨性：往复摩擦测试（钢棉，100次循环）后，MAO-SSC无基体暴露，而MAO涂层磨损严重（图7b-c）。附着力：划格法（ASTM D3359）和拉拔测试（ASTM D4541）显示涂层附着力达2.0 MPa，评级为0B（无剥落）。

4) 抗冰性能：SSC的超疏水性（接触角107°）使冰晶附着力降至18 kPa（图8c），显著延缓结冰过程。

3.机理分析

1) 协同防护：MAO的微孔结构通过机械锚定增强SSC附着力，SSC的疏水层（含PDMS和SiO₂）阻挡Cl⁻和H₂O渗透，同时环氧树脂固化增强界面结合（图9）。

2) 失效抑制：SSC的“固-气界面”减少腐蚀反应接触面积，而传统MAO的“固-液界面”易引发点蚀（图10）。

结论：

1. 创新涂层设计：MAO-SSC通过真空固化实现液态向固态转变，结合MAO的机械锚定与SSC的疏水密封，显著提升涂层的综合性能。

2. 性能优势：

1) 耐腐蚀性：|Z|_{0.01Hz}达1.6×10⁸ Ω·cm²，盐雾试验中无腐蚀迹象，优于传统SLIPS和单一MAO涂层。

2) 机械耐久性：耐磨性提升（100次摩擦循环无损伤），附着力达2.0 MPa，且抗划伤、抗酸碱侵蚀（pH 1–14下接触角>92°）。

3) 抗冰能力：冰晶附着力降低85%，延缓结冰速率。

3. 应用潜力：该涂层制备工艺简单，适用于大面积镁锂合金部件，在海洋工程、低温环境及高盐雾场景中具有广阔应用前景。

致谢：

这项工作得到了中国国家自然科学基金 [52371005 和 51927801] 和中央高校基本科研业务费业务费的支持。例如，感谢小米基金会的支持。X.C. 感谢澳大利亚研究委员会通过发现计划 （DP240101430） 提供的财政支持。非常感谢使用上海同步辐射设施和光束线 BL13HB 的技术支持。

图文速览：

图1. 在Mg-Li合金LA81上制备MAO-SSC复合涂层示意图

图2. (a) 二氧化硅纳米颗粒的SEM形貌及元素分布（Si、O）；(b) MAO涂层表面微孔与裂纹的SEM图像；(c) SSC溶液固化前后的状态对比；(d) MAO-SSC涂层表面形貌及元素分布（Si、C、O）；(e) 裸露的Mg合金LA81、MAO和MAO- SSC样品与MAO- SSC涂层滑动角的静态接触角

图3. (a)去除顶部SSC层后MAO-SSC涂层的SEM形貌和元素分布。(b)去除上层SSC层后MAO和MAO-SSC涂层的AFM图像。(c) MAO-SSC涂层的结合机理。(d) MAO-SSC涂层的SEM横截面形貌及相应的元素分布，(e) MAO-SSC涂层的孔位

图4. (a)同步加速器x射线计算机断层扫描示意图，以及显示MAO-SSC复合涂层形貌的3D图像。(b)重建MAO和MAO- SSC涂层的三维图像

图5. (a) LA81, (b) MAO, (c) MAO- SSC的Nyquist图和等效电路。（d, e） LA81、MAO和MAO- ssc在3.5 wt% NaCl溶液中的Bode图。(f)不同样本的0.01Hz值。(g) LA81, (h) MAO和(i) MAO- SSC样品中性盐雾测试后的照片，SEM显微照片和EDS元素图。(j)盐雾处理后6 h和24 h样品的定量元素分布

图6. (a) MAO涂层和(b) MAO- SSC涂层自然蒸发后腐蚀溶液（3.5 wt% NaCl）的SEM显微图和EDS图。(c) MAO和(d) MAO- SSC样品的液滴腐蚀过程机理示意图

图7. (a)往复摩擦实验装置及工作过程照片。(b) MAO和(c) MAO- SSC不同往复循环的照片。(d)机械损伤MAO-SSC涂层的水接触角和附着力。(e)机械损伤后MAO和MAO- SSC试样的水粘附能力和(f)抗水流冲击性能。(g)不同pH和(h)不同胶带粘附周期下MAO-SSC涂层的水接触角和滑动角

图8. (a) MAO和MAO- SSC表面液滴冻结过程照片。(b)裸LA81、MAO和MAO- SSC涂层冻结和拔出状态的光学图像。(c)裸LA81、MAO和MAO- SSC涂层冰附着强度的定量比较。(d)裸LA81、MAO和MAO- SSC涂层防冰机理示意图

图9. SSC涂层的制备及界面键合示意图。(a) SSC涂层形成机理示意图。(b) MAO-SSC复合涂层界面结合机理示意图

图10. (a) MAO-SSC涂层与具有代表性的耐腐蚀材料的抗腐蚀能力、耐久性、疏水性和界面粘附性能的比较。(b) MAO和MAO- SSC样品在3.5 wt% NaCl溶液中的防腐机理示意图。(c)盐雾试验中MAO样品的防腐机理示意图。(d)盐雾试验中MAO-SSC试样的防腐机理示意图

【引用】：Bingzhi Li, Yibo Ouyang, Enyu Guo*, Zhihao Zhou, Xinran Hou, Huijun Kang, Zongning Chen, Xiao-Bo Chen, Tongmin Wang*. MAO-based Solid-like Slippery Composite Coating with Superior Corrosion Resistance and Robust Machinery Performance upon Magnesium-Lithium Alloy LA81. Chemical Engineering Journal, 2024, 497: 154801.