導讀：鎂及其合金因具有良好的高比剛度、高比強度等優點，在航空航天、電子、汽車等領域具有極大的應用潛力。然而，在實際服役環境下，鎂合金高化學活性引發的材料快速降解失效，將造成嚴重的安全事故，較差的耐蝕性能是限制鎂合金廣泛應用的瓶頸之一。在本項工作中，通過改變制備工藝，構建了具有不同表面粗糙度的AZ91D鎂合金試樣，進而采用水熱法原位構筑氫氧化鎂（Mg(OH)2）/鎂鋁層狀雙金屬氫氧化物(Mg-Al LDH)復合涂層，深入研究了膜層生長過程、腐蝕防護性能及其生物相容性性能。復合膜形核過程中，α-Mg在堿性環境下溶解先形成Mg(OH)2，LDH相依附于Mg17Al12共晶相形核生長。基于鎂合金表面粗糙度的設計，可實現Mg(OH)2/Mg-Al LDH復合膜形貌及其結構調控下的耐腐蝕性能和生物相容性。表面粗糙度越小，復合膜層越致密，且LDH的尺寸越小，有利于構筑耐腐蝕性能優異的復合膜層。其中，最小粗糙度（0.12 ?m）的鎂合金表面生長的Mg(OH)2/Mg-Al LDH復合膜層的腐蝕電流密度icorr為(5.73 ± 2.75)×10-8 A·cm-2、腐蝕電位Ecorr為-1.35 ± 0.01V vs·SCE。14 d和30 d的浸泡腐蝕形貌和結構分析表明，較小粗糙度調控的原位復合涂層在長期腐蝕過程中也表現出優異的耐腐蝕性。制備的復合涂層經過細胞毒性、細胞活性等實驗，證明具有出色的生物相容性，表明表面處理后的膜層在鎂基生物植入材料方面具有廣闊的應用前景。我們的研究結果有望為可控降解的鎂合金表面膜層原位生長設計提供啟發。

鎂及其鎂合金的楊氏模量與人體骨骼相似，表現出比其他金屬生物材料更好的生物相容性和生物降解性，而且鎂合金的可降解性也消除了移除植入物材料所需要的二次手術，最大限度地減少了對患者的二次創傷并降低醫療成本。因此，鎂合金具有運用于生物植入材料的巨大潛力。現有研究表明，鎂合金降解釋放出的鎂離子對神經細胞有積極作用。然而，由于鎂合金較低的腐蝕電位導致高的電化學活性，使鎂合金在生物體植入環境中迅速降解而惡化力學性能，尤其是，快速降解產生過量的鎂離子濃度會增加體液的滲透壓并降低細胞活力，同時也可能導致嚴重的溶血。因此，控制鎂合金的降解速率對其臨床應用具有重要意義。

鎂是所有工程材料中最活躍的，耐腐蝕性差限制了鎂在工業和制造業中的廣泛應用，特別是對于那些在水溶液或腐蝕性環境(如海水)服役的零部件。因此通過有效的方法提高鎂合金耐腐蝕性以減少由于腐蝕引起的經濟損失是有必要的，

提高鎂合金耐腐蝕性的方法主要包括：(1) 生產高純鎂合金；(2) 開發新型耐蝕鎂合金；(3) 表面涂層技術；(4) 腐蝕介質中添加緩蝕劑。其中，制備致密的保護涂層作為物理屏障可有效抑制鎂合金腐蝕速率。常用的鎂合金表面涂層制備方法主要有化學轉化涂層、陽極氧化、LDH涂層等。LDH稱為類水滑石化合物，其通式可表示為[(M2+)1- x (M3+)x (OH)2]x+[(Am - )x/m)(H2O)n]x-，其中M2+和M3+是二價和三價金屬離子，中間層為Am - 陰離子和水分子。LDH憑借其獨特的陰離子容量、陰離子交換能力、結構記憶效應和阻隔性等特性，呈現出優異的耐蝕性能。

LDH生長過程中，過高的pH會導致LDH涂層產生裂紋，以及陰離子交換過程中對溫度的控制以及陰離子的選擇，也是影響腐蝕性能的重要因素，制備的LDH涂層在作為植入材料時降解速率過快，引發人體炎癥等問題。

近期，寧夏大學材料與新能源學院李普博副教授、吳斌濤副教授等人的研究團隊，提出改變粗糙度輔助原位構筑Mg(OH)2/Mg-Al LDH復合涂層，提高AZ91D鎂合金的耐腐蝕性及生物相容性，最新研究成果以題“Enhancing the anti-corrosion performance and biocompatibility of AZ91D Mg alloy by applying roughness pretreatment and coating with in-situ Mg(OH)2/Mg-Al LDH”，發表在鎂合金材料頂刊《Journal of Magnesium and Alloys》上，影響因子為11.8。材料學院研究生邵澤西為第一作者，寧夏大學為第一署名單位，寧夏大學李普博副教授和中南大學張超為共同通訊作者。該團隊在金屬材料防腐和金屬結構材料先進成形方面取得系列成果。

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213956722002663

圖 1.不同的粗糙度鎂合金表面膜層XRD圖譜。

圖2.（a） FT-IR 光譜，（b） XPS 光譜，以及 （c） F100、F1500、F3000、F5000 和 FPG 樣品的拉曼光譜。相應的Mg 1 s （d）和Al 2p （e）的高分辨率XPS光譜。

圖 3. （a） AZ91D 合金、F100、F1500、F3000、F5000 和 FPG 樣品浸入 3.5 wt.% NaCl 溶液后的奈奎斯特和 （b） 波特圖。通過擬合 （c） AZ91D 和 （d）相應的等效電路。

圖4. 細胞毒性和溶血測定。（a）細胞活力，（b）乳酸脫氫酶活性的百分比，（c）RFU，（d）EdU陽性細胞的百分比，以及（e，f）溶血測定。*表示組間顯著的統計學差異（p<0.05），ns表示組間無統計學差異（p>0.05）。

圖 5. EdU細胞增殖測定，細胞核被Hoechst染成藍色，復制的DNA被EdU染成綠色。

圖6. (a) 表面處理示意圖，(b) 表面復合膜層原位生長示意圖，(c) 腐蝕機理示意圖.

綜上所述，基于鎂合金表面粗糙度的改變，在隨后水熱反應過程中調控了Mg(OH)2/LDH復合膜的形貌和結構。粗糙度最小的FPG樣品表現出了最好的耐腐蝕性和良好的生物相容性，并且沒有觀察到明顯的細胞毒性，細胞損傷和溶血現象。本研究為制備具有優異耐腐蝕性和生物相容性的鎂合金表面涂層提供了一種有效的方法。