导读：镁及其合金因具有良好的高比刚度、高比强度等优点，在航空航天、电子、汽车等领域具有极大的应用潜力。然而，在实际服役环境下，镁合金高化学活性引发的材料快速降解失效，将造成严重的安全事故，较差的耐蚀性能是限制镁合金广泛应用的瓶颈之一。在本项工作中，通过改变制备工艺，构建了具有不同表面粗糙度的AZ91D镁合金试样，进而采用水热法原位构筑氢氧化镁（Mg(OH)2）/镁铝层状双金属氢氧化物(Mg-Al LDH)复合涂层，深入研究了膜层生长过程、腐蚀防护性能及其生物相容性性能。复合膜形核过程中，α-Mg在碱性环境下溶解先形成Mg(OH)2，LDH相依附于Mg17Al12共晶相形核生长。基于镁合金表面粗糙度的设计，可实现Mg(OH)2/Mg-Al LDH复合膜形貌及其结构调控下的耐腐蚀性能和生物相容性。表面粗糙度越小，复合膜层越致密，且LDH的尺寸越小，有利于构筑耐腐蚀性能优异的复合膜层。其中，最小粗糙度（0.12 ?m）的镁合金表面生长的Mg(OH)2/Mg-Al LDH复合膜层的腐蚀电流密度icorr为(5.73 ± 2.75)×10-8 A·cm-2、腐蚀电位Ecorr为-1.35 ± 0.01V vs·SCE。14 d和30 d的浸泡腐蚀形貌和结构分析表明，较小粗糙度调控的原位复合涂层在长期腐蚀过程中也表现出优异的耐腐蚀性。制备的复合涂层经过细胞毒性、细胞活性等实验，证明具有出色的生物相容性，表明表面处理后的膜层在镁基生物植入材料方面具有广阔的应用前景。我们的研究结果有望为可控降解的镁合金表面膜层原位生长设计提供启发。

镁及其镁合金的杨氏模量与人体骨骼相似，表现出比其他金属生物材料更好的生物相容性和生物降解性，而且镁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术，最大限度地减少了对患者的二次创伤并降低医疗成本。因此，镁合金具有运用于生物植入材料的巨大潜力。现有研究表明，镁合金降解释放出的镁离子对神经细胞有积极作用。然而，由于镁合金较低的腐蚀电位导致高的电化学活性，使镁合金在生物体植入环境中迅速降解而恶化力学性能，尤其是，快速降解产生过量的镁离子浓度会增加体液的渗透压并降低细胞活力，同时也可能导致严重的溶血。因此，控制镁合金的降解速率对其临床应用具有重要意义。

镁是所有工程材料中最活跃的，耐腐蚀性差限制了镁在工业和制造业中的广泛应用，特别是对于那些在水溶液或腐蚀性环境(如海水)服役的零部件。因此通过有效的方法提高镁合金耐腐蚀性以减少由于腐蚀引起的经济损失是有必要的，

提高镁合金耐腐蚀性的方法主要包括：(1) 生产高纯镁合金；(2) 开发新型耐蚀镁合金；(3) 表面涂层技术；(4) 腐蚀介质中添加缓蚀剂。其中，制备致密的保护涂层作为物理屏障可有效抑制镁合金腐蚀速率。常用的镁合金表面涂层制备方法主要有化学转化涂层、阳极氧化、LDH涂层等。LDH称为类水滑石化合物，其通式可表示为[(M2+)1- x (M3+)x (OH)2]x+[(Am - )x/m)(H2O)n]x-，其中M2+和M3+是二价和三价金属离子，中间层为Am - 阴离子和水分子。LDH凭借其独特的阴离子容量、阴离子交换能力、结构记忆效应和阻隔性等特性，呈现出优异的耐蚀性能。

LDH生长过程中，过高的pH会导致LDH涂层产生裂纹，以及阴离子交换过程中对温度的控制以及阴离子的选择，也是影响腐蚀性能的重要因素，制备的LDH涂层在作为植入材料时降解速率过快，引发人体炎症等问题。

近期，宁夏大学材料与新能源学院李普博副教授、吴斌涛副教授等人的研究团队，提出改变粗糙度辅助原位构筑Mg(OH)2/Mg-Al LDH复合涂层，提高AZ91D镁合金的耐腐蚀性及生物相容性，最新研究成果以题“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”，发表在镁合金材料顶刊《Journal of Magnesium and Alloys》上，影响因子为11.8。材料学院研究生邵泽西为第一作者，宁夏大学为第一署名单位，宁夏大学李普博副教授和中南大学张超为共同通讯作者。该团队在金属材料防腐和金属结构材料先进成形方面取得系列成果。

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

图 1.不同的粗糙度镁合金表面膜层XRD图谱。

图2.（a） FT-IR 光谱，（b） XPS 光谱，以及 （c） F100、F1500、F3000、F5000 和 FPG 样品的拉曼光谱。相应的Mg 1 s （d）和Al 2p （e）的高分辨率XPS光谱。

图 3. （a） AZ91D 合金、F100、F1500、F3000、F5000 和 FPG 样品浸入 3.5 wt.% NaCl 溶液后的奈奎斯特和 （b） 波特图。通过拟合 （c） AZ91D 和 （d）相应的等效电路。

图4. 细胞毒性和溶血测定。（a）细胞活力，（b）乳酸脱氢酶活性的百分比，（c）RFU，（d）EdU阳性细胞的百分比，以及（e，f）溶血测定。*表示组间显著的统计学差异（p<0.05），ns表示组间无统计学差异（p>0.05）。

图 5. EdU细胞增殖测定，细胞核被Hoechst染成蓝色，复制的DNA被EdU染成绿色。

图6. (a) 表面处理示意图，(b) 表面复合膜层原位生长示意图，(c) 腐蚀机理示意图.

综上所述，基于镁合金表面粗糙度的改变，在随后水热反应过程中调控了Mg(OH)2/LDH复合膜的形貌和结构。粗糙度最小的FPG样品表现出了最好的耐腐蚀性和良好的生物相容性，并且没有观察到明显的细胞毒性，细胞损伤和溶血现象。本研究为制备具有优异耐腐蚀性和生物相容性的镁合金表面涂层提供了一种有效的方法。