镁合金密度小，强度高，弹性模量大，承受冲击载荷能力强，在航空、航天、运输、化工、火箭等工业领域已得到一定应用。但是，镁合金的耐磨性和耐蚀性较差，经常需要通过表面处理进行强化。等离子电解氧化（PEO）是制备镁合金保护性涂层的主要方法之一，随着工业的发展现有涂层的性能限制了镁合金的进一步应用。
来自俄罗斯科学研究院和俄罗斯远东联邦大学联合进行的一项最新研究表明，将TiN纳米颗粒掺入到PEO涂层中可显着改善镁合金表面的机械性能。含有TiN纳米颗粒的PEO涂层耐磨性是基础PEO涂层的2.2倍。该项研究将扩展镁合金在航空，汽车，高科技产品和设备的开发等行业中的应用。相关论文以题为“Hard wearproof PEO-coatings formed on Mg alloy using TiN nanoparticles”于2月15日发表在Applied Surface Science。
论文链接：
/10.1016/j.apsusc..144062
等离子电解氧化（PEO）可以在不进行彻底表面处理的情况下，在金属和合金上获得具有高附着力的防腐，耐磨的保护性PEO涂层。作者应用该方法并在电解质中加入TiN纳米颗粒，最终在MA8镁合金板上制备出含有纳米颗粒的PEO涂层。讨论了不同纳米颗粒浓度对涂层性能的影响。
研究发现TiN纳米颗粒的高导电率导致初始工艺阶段的阳极电压下降，阴极电流增加。制备过程中一部分TiN颗粒会发生化学反应，在涂层上层发生氧化并生成TiOxNy和TiO2，另一部分仍以TiN形式均匀分布于涂层下层和孔中。涂层中的元素分布取决于粒子结合到涂层的两个阶段，第一阶段为TiN因阳极的电泳作用被吸收；第二阶段为发生等离子火花和电弧放电触发的化学反应，所以生成的氧化物主要存在于涂层的上层。
图1 含3 g/l TiN纳米粒子的电解质中形成的PEO涂层的XPS光谱
图2 PEO涂层的形成过程示意图
对比发现不同TiN的含量会引起涂层表面的形貌差异。纳米颗粒浓度的增加导致涂层平均孔径减小，当TiN浓度在2 g/l以上时，涂层的表面粗糙度明显增加，这是由于纳米颗粒进入涂层的孔中引起的。通过对涂层的性能测试可以发现，含纳米颗粒的涂层维氏硬度值高达4.5Gpa，远高于无纳米颗粒涂层的硬度（2.1±0.3 GPa）。当纳米颗粒浓度为3 g/l时，涂层耐磨性最高，4 g/l时耐磨性出现下降。该涂层也具有较高的防腐性能，在最低频率下测得的阻抗模量值比没有涂层的MA8镁合金的数值高两个数量级。
图3在不同的电解质中获得的涂层的3D表面形貌
多项研究表明在含有其他纳米颗粒的电解质中制备PEO涂层，也会发生本研究类似的形成过程，但基础电解质组成和颗粒特性（尺寸，熔点和化学稳定性）的差异，纳米颗粒掺入涂层的机理可能会完全不同。
综上所述，TiN纳米颗粒已成功地掺入在MA8镁合金上形成的PEO层中，含纳米颗粒的涂层硬度和耐磨性达到无纳米颗粒涂层的2倍并具有较高的抗腐蚀性能。这项研究为以后含纳米颗粒PEO涂层的研究提供了导向，扩展了镁合金的应用领域，尤其应用在需要防止机械损伤和抗腐蚀的行业时。（文：破风）
