镁合金堪比不锈钢？非晶腐蚀膜受损后快速完全修复，镁合金突破耐蚀瓶颈！

2026-04-03 16:19:48 作者：本网发布来源：材料强化与防护分享至：

镁作为最轻的金属结构材料，密度仅为铝的2/3，在航空航天、交通运输等领域对减重节能有巨大作用。然而，传统镁合金的耐腐蚀性普遍较差，潮湿环境下的腐蚀失效会显著缩短其服役寿命，增加维护成本和安全风险，严重限制了其广泛应用。其腐蚀性差的根源在于镁的高化学活性、严重的电偶腐蚀，以及其表面自然形成的腐蚀产物膜通常多孔、不致密，无法有效保护基体。虽然已有研究尝试通过优化表面膜成分或细化晶粒来改善耐蚀性，但对于如何主动设计并稳定具有长效保护作用的表面膜，其核心机制仍不明确。受非晶态Al₂O₃膜可显著提升铝合金耐蚀性的启发，在镁合金表面构建稳定的非晶保护膜，被认为是一条极具潜力的技术路径，但长期以来缺乏有效的实现策略。

近日，材料领域期刊《Materials Today》(IF: 22)上在线发表了一篇题为“Stainless magnesium alloy based on self-healing amorphous surface”的研究论文。在该论文中，团队通过巧妙的合金化设计，成功开发出一种新型Mg-2Sc-0.5Al（wt.%）镁合金，该合金在3.5 wt.% NaCl溶液中的腐蚀速率低至0.027mm/year，在目前已报道镁合金中是最低水平，且对高达200ppm的铁杂质不敏感，其表面形成的非晶腐蚀膜在受损后数小时内即可完全自修复，实现了优异的长期防护性能，这项工作为解决镁合金的腐蚀瓶颈、充分发挥其轻量化优势提供了全新的设计策略。通讯作者为澳大利亚皇家墨尔本理工大学邱冬教授、上海交通大学应韬研究员、王静雅副教授和曾小勤‌教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.11.015

【核心内容】

该项研究的核心是开发了一种能够快速形成并稳定致密非晶表面膜的镁合金，研究团队通过热力学计算与实验验证相结合，筛选出铝（Al）和钪（Sc）作为关键合金化元素，降低了氢氧化物从非晶态向晶态转变的热力学驱动力，并提高了其转变的动力学能垒，从而使得Mg-2Sc-0.5Al合金在腐蚀初期便能快速沉淀出非晶态的Mg(OH)₂，并能长期保持其非晶结构，这种致密、均匀的非晶表面膜能有效阻隔腐蚀介质，赋予合金“类不锈钢”的优异耐蚀性，此外，该表面膜还具备快速自修复能力，即使被机械划伤，也能在腐蚀环境中迅速愈合，恢复其保护功能。

图形摘要

【研究成果】

① 基于非经典成核理论的设计策略

团队基于非经典成核理论，提出了设计非晶表面膜合金的热力学判据，合金成分选择的关键指标是选择能同时提高非晶氢氧化物成核驱动力（|ΔG1|）并降低其向晶态转变驱动力（|ΔG2|）的合金元素。理论计算表明，Al和Sc的共掺杂能使|ΔG2|值最小，并提高非晶向晶态转变的活化能垒（Ea），从而最有利于形成并稳定非晶表面膜。

促进非晶表面膜形成与稳定的合金化设计策略

② 卓越的耐腐蚀性能与杂质不敏感性

该Mg-2Sc-0.5Al合金展现出前所未有的低腐蚀速率（0.027mm/year），比超高纯镁（0.25mm/year）提升了一个数量级。更为重要的是，其耐蚀性对铁（Fe）杂质含量极不敏感。在传统镁合金中，微量Fe杂质会急剧加速腐蚀，而本合金即使Fe含量高达200ppm，仍能保持优异的耐蚀性，这对工业化生产中的杂质控制极为有利。

Mg-2Sc-0.5Al合金卓越的耐腐蚀性能与对铁杂质的不敏感性

③ 非晶表面膜的表征与形成

Mg-2Sc-0.5Al合金在腐蚀初期（1.5min内）即可快速形成非晶表面膜，并在长达7天的浸泡后仍保持非晶结构。纳米束电子衍射（NBED）也显示了大面积的晕环衍射花样，是表面膜为非晶结构的直接证据。

表面非晶膜的微观结构表征与形成过程

④ 优异的电化学性能与长效防护

Mg-2Sc-0.5Al合金的阻抗模量> 6000Ω·cm²并且腐蚀电流密度仅为~4.9×10^-7 A/cm²，与不锈钢处于同一数量级，与Mg-0.5Al合金阻抗随时间快速下降不同，Mg-2Sc-0.5Al合金的阻抗模量和膜电阻（R_f）随时间延长而增加并趋于稳定，证明了其表面保护膜的稳定性和增强的长期防护能力。