鎂合金密度小，強度高，彈性模量大，承受沖擊載荷能力強，在航空、航天、運輸、化工、火箭等工業領域已得到一定應用。但是，鎂合金的耐磨性和耐蝕性較差，經常需要通過表面處理進行強化。等離子電解氧化（PEO）是制備鎂合金保護性涂層的主要方法之一，隨著工業的發展現有涂層的性能限制了鎂合金的進一步應用。

來自俄羅斯科學研究院和俄羅斯遠東聯邦大學聯合進行的一項最新研究表明，將TiN納米顆粒摻入到PEO涂層中可顯著改善鎂合金表面的機械性能。含有TiN納米顆粒的PEO涂層耐磨性是基礎PEO涂層的2.2倍。該項研究將擴展鎂合金在航空，汽車，高科技產品和設備的開發等行業中的應用。相關論文以題為“Hard wearproof PEO-coatings formed on Mg alloy using TiN nanoparticles”于2月15日發表在Applied Surface Science。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.144062

等離子電解氧化（PEO）可以在不進行徹底表面處理的情況下，在金屬和合金上獲得具有高附著力的防腐，耐磨的保護性PEO涂層。作者應用該方法并在電解質中加入TiN納米顆粒，最終在MA8鎂合金板上制備出含有納米顆粒的PEO涂層。討論了不同納米顆粒濃度對涂層性能的影響。

研究發現TiN納米顆粒的高導電率導致初始工藝階段的陽極電壓下降，陰極電流增加。制備過程中一部分TiN顆粒會發生化學反應，在涂層上層發生氧化并生成TiOxNy和TiO2，另一部分仍以TiN形式均勻分布于涂層下層和孔中。涂層中的元素分布取決于粒子結合到涂層的兩個階段，第一階段為TiN因陽極的電泳作用被吸收；第二階段為發生等離子火花和電弧放電觸發的化學反應，所以生成的氧化物主要存在于涂層的上層。

圖1 含3 g/l TiN納米粒子的電解質中形成的PEO涂層的XPS光譜

圖2 PEO涂層的形成過程示意圖

對比發現不同TiN的含量會引起涂層表面的形貌差異。納米顆粒濃度的增加導致涂層平均孔徑減小，當TiN濃度在2 g/l以上時，涂層的表面粗糙度明顯增加，這是由于納米顆粒進入涂層的孔中引起的。通過對涂層的性能測試可以發現，含納米顆粒的涂層維氏硬度值高達4.5Gpa，遠高于無納米顆粒涂層的硬度（2.1±0.3 GPa）。當納米顆粒濃度為3 g/l時，涂層耐磨性最高，4 g/l時耐磨性出現下降。該涂層也具有較高的防腐性能，在最低頻率下測得的阻抗模量值比沒有涂層的MA8鎂合金的數值高兩個數量級。

圖3在不同的電解質中獲得的涂層的3D表面形貌

多項研究表明在含有其他納米顆粒的電解質中制備PEO涂層，也會發生本研究類似的形成過程，但基礎電解質組成和顆粒特性（尺寸，熔點和化學穩定性）的差異，納米顆粒摻入涂層的機理可能會完全不同。

綜上所述，TiN納米顆粒已成功地摻入在MA8鎂合金上形成的PEO層中，含納米顆粒的涂層硬度和耐磨性達到無納米顆粒涂層的2倍并具有較高的抗腐蝕性能。這項研究為以后含納米顆粒PEO涂層的研究提供了導向，擴展了鎂合金的應用領域，尤其應用在需要防止機械損傷和抗腐蝕的行業時。