鎂合金具有高比強度和比剛度，在汽車、航空航天和電子等領域的應用正逐漸增加。同時，其良好的生物相容性在生物可降解材料領域得到越來越多的關注。然而，鎂合金較差的耐腐蝕性限制了其廣泛應用。

最近，廈門大學宋光鈴教授和曹福勇特聘副研究員等利用磁控濺射技術制備了一系列Mg-Zn合金，利用濺射的高冷卻速度使Zn元素完全固溶于鎂合金基體中，從而避免了含Zn二次相的析出。研究結果表明，Mg₆₄Zn₃₆合金具有非晶結構且含有部分納米級晶粒，其在3.5% NaCl溶液中的腐蝕速度僅為0.05±0.01 mm/y，遠低于純鎂的腐蝕速度。同時，Mg₆₄Zn₃₆合金在腐蝕和陽極溶解過程一直沒有氫氣產生。這異常的析氫行為此前從未報道過，因此它對于理解鎂腐蝕行為機理和開發耐蝕鎂合金提供了新的思路。相關研究成果已發表在Journal of Magnesium and Alloys上。

研究人員系統研究了磁控濺射樣品的微觀組織結構，結果如圖1所示。純Mg樣品主要由蠕蟲狀晶粒和一些晶粒團聚組成。Mg₈₂Zn₁₈的顯微組織呈多邊形狀，圖1(b)中的灰色斑點為幾個晶粒的連接點并非缺陷，如圖1(c)所示。Mg₆₄Zn₃₆樣品具有光滑致密的表面，結構與Mg₈₂Zn₁₈類似。相比之下，純Zn樣品具有粗糙的表面和較多的晶粒團聚，其顯微組織與純Mg、Mg₈₂Zn₁₈和Mg₆₄Zn₃₆完全不同。經過XRD表征，發現純Mg和Mg₈₂Zn₁₈只檢測到ɑ-Mg相并具有完整的晶體結構。而Mg₆₄Zn₃₆樣品則是非晶結構，且存在一些小尺度晶粒。純Zn樣品也完全結晶，主要含有Zn相。

圖1 濺射沉積樣品的SEM顯微照片：(a) Mg，(b)(c) Mg₈₂Zn₁₈，(d)(e) Mg₆₄Zn₃₆，(f) Zn

同時，圖3展示了各樣品在電化學測試期間，使用光學顯微鏡觀察到的樣品表面原位變化情況。圖3(a₁)-(d₁)顯示，在陰極極化電位下，Mg、Mg₈₂Zn₁₈和Mg₆₄Zn₃₆樣品表面吸附了一些氫氣泡，但Zn表面沒有氣泡。當電位增加到OCP時，Mg和Mg₈₂Zn₁₈產生的氫氣速率減少，而Mg₆₄Zn₃₆樣品表面則沒有氫氣析出。但電位繼續正移后，Mg和Mg₈₂Zn₁₈樣品表面的析氫速率越來越大，并由離散氣泡變為連續氫氣流。然而，對于Mg₆₄Zn₃₆和Zn來說，它們表面一直沒有析出氫氣，即使在較大的極化電位E_corr +280 mV下，它們表面也沒有產生氫氣。Mg₆₄Zn₃₆和Zn樣品在極化測試后表面變白，這是由于腐蝕產物的形成。對于鎂合金來說，Mg₆₄Zn₃₆在OCP和陽極極化條件下所表現出的析氫行為與所有已經報道的鎂合金析氫行為均不相同。

研究還探索了Mg₆₄Zn₃₆合金具有上述特殊行為的機理，如圖4所示。首先，由于Zn在Mg₆₄Zn₃₆基體中分布均勻沒有析出，所以該合金在溶液中沒有發生微觀電偶腐蝕。同時，高鋅含量和表面腐蝕產物使合金的開路電位（OCP）變得較正，無法使溶液中的氫離子還原。另外，也不能排除從Mg-Zn表面選擇性溶出Mg的可能性：僅幾層Mg原子的溶解就足以在這種無定形合金上形成富鋅表面，使其具有類似鋅的腐蝕和陽極極化行為，并且像鋅那樣不會產生氫氣。因此，Mg₆₄Zn₃₆在進行陽極極化時，所有樣品基體溶解產生的電子都流向了電化學工作站。

圖4（a）在25°C下，鋅-水和鎂-水體系的電位-pH平衡圖，(b) Mg₆₄Zn₃₆合金在3.5wt.% NaCl溶液中OCP條件下的腐蝕行為示意圖, (c) Mg₆₄Zn₃₆在陽極極化條件下的溶解示意圖