本研究面向TC4钛合金的腐蚀与磨损防护需求，开发了一种多功能耐腐蚀复合涂层体系。该体系将工艺参数优化的微弧氧化(MAO)陶瓷层、Al2O3掺杂的水热生长Co-Fe层状双氢氧化物(LDH)封孔层及硬脂酸表面疏水改性相结合。研究人员通过L16(44)正交试验优化MAO电参数，确定正向电压是实现涂层致密化的主导因素。最优工艺条件下制备的MAO涂层硬度达480 HV，孔隙率为10.82%。引入Al2O3后，涂层中检测到α-Al2O3相，其中含3 g/L Al2O3的样品致密度最高、电化学耐蚀性最优，比磨损率降至12.5 × 104μm2/(N·m)，磨损体积降至2900 μm3，较TC4基体分别降低40.5%和30.1%。采用水热法制备的CoFe-LDHs封孔层有效封闭残余缺陷，其阻抗响应及盐雾耐久性均优于单一MAO涂层。经硬脂酸改性后，涂层表面表现出优异的疏水与自清洁性能。机理分析表明，Al2O3在电场作用下向MAO放电通道迁移，并与LDH协同封孔，显著提升了膜层致密度、耐蚀性及服役寿命。该研究为钛合金高性能耐腐蚀MAO复合防护涂层的设计提供了可行途径。
TC4钛合金因其高比强度、低密度、优良的耐腐蚀性和生物相容性，被广泛应用于航空航天、海洋工程及高端装备制造等领域。然而，在高载荷滑动工况下，其表面钝化膜易破裂剥落，暴露的基体在腐蚀介质与机械磨损的协同作用下，发生磨粒磨损、粘着转移及电化学溶解，导致材料加速失效。现有防护技术，如有机涂层、金属镀层、化学气相沉积(CVD)及阳极氧化等，均存在硬度不足、环境污染、高温限制或耐磨性差等缺陷。微弧氧化(MAO)作为一种原位生长陶瓷膜的表面改性技术，虽具备结合强度高、无剥落风险、环保等优势，但其制备过程中不可避免产生贯穿微孔与微裂纹，成为腐蚀介质渗透通道，限制了其在严苛环境下的长期防护性能。因此，针对TC4合金的腐蚀与磨损双重挑战，构建兼具高致密性、优异耐蚀耐磨性及长期稳定性的复合防护体系具有重要科学意义与工程价值。
研究人员提出了一种四层协同防护策略：首先通过正交试验优化MAO工艺参数，抑制初始缺陷；其次在电解液中引入Al2 O3 颗粒，利用电场作用实现放电通道的原位填充；随后采用水热法生长CoFe层状双氢氧化物(LDH)封孔层，愈合残余孔隙与微裂纹；最后通过硬脂酸表面改性赋予涂层疏水与自清洁功能。该研究揭示了Al2 O3 颗粒在MAO放电通道内的迁移行为及其物理填充与烧结致密化机制，突破了传统研究中将颗粒视为惰性掺杂剂的局限，并建立了颗粒结构调控与摩擦磨损、耐蚀性提升的关联。在此基础上，成功开发了Al2 O3 改性MAO层表面原位生长LDHs的复合涂层，实现了被动结构增强与主动防护的协同效应。
关键技术方法包括：采用L16(44 )正交试验优化MAO电参数（正向电压、占空比、频率）；在硅酸盐基电解液中添加不同浓度Al2 O3 颗粒进行掺杂改性；通过水热法在MAO涂层表面构建CoFe-LDHs封孔层；利用硬脂酸对复合涂层进行表面疏水改性。所有样品均为TC4钛合金（长江钛业有限公司），尺寸20 mm × 20 mm × 2 mm。
结果与讨论
MAO电参数优化
脉冲电压、占空比与频率存在显著耦合效应。提高电压可线性增加膜厚，但会增大孔径与粗糙度；适当提高占空比有助于提升膜厚与硬度，但过高会引发裂纹与烧蚀缺陷；频率过低会导致放电不均。正交试验确定正向电压是影响涂层致密化的首要因素。
Al2 O3 掺杂效应
XRD分析证实涂层中生成α-Al2 O3 相。当电解液中Al2 O3 浓度为3 g/L时，涂层致密度最高，电化学阻抗谱显示其耐蚀性最优。摩擦磨损测试表明，该样品比磨损率降至12.5 × 104 μm2 /(N·m)，磨损体积降至2900 μm3 ，较基体分别降低40.5%和30.1%。
CoFe-LDHs封孔层性能
水热生长的LDHs层有效封闭MAO涂层残余微孔与微裂纹。电化学测试显示，LDHs封孔涂层的阻抗模值显著高于未封孔MAO涂层，盐雾试验证明其耐久性更优。
疏水改性效果
硬脂酸改性使涂层表面接触角显著提升，表现出优异的疏水性与自清洁功能，减少了腐蚀介质在表面的滞留时间。
结论
该复合涂层的卓越性能源于四层协同防护机制：优化MAO工艺抑制初始缺陷；Al2 O3 在电场与压力作用下原位填充放电通道；CoFe-LDHs水热封孔愈合残余缺陷；表面疏水改性阻断介质渗透。这种“被动增强-主动防护”协同策略为钛合金长效防护涂层的设计提供了新范式。此项研究成果已发表于《Surface and Coatings Technology》。
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