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近年来,随着服役条件的日益严苛,镁表面单一的防护膜已不能满足使用要求,故科技工作者们纷纷开始在镁表面制备复合膜来进一步提高其耐蚀性。在目前公开报道的文献中,与微弧氧化（Micro-arc Oxidation,MAO）相结合的复合防护技术各有特色,制备得到的复合膜能够在一定程度上提高镁表面的耐蚀性,但缺点也比较明显,其中电镀、化学镀等的处理液对环境污染较大,有机涂层方法制备的防护膜其结合力较差,磁控溅射、激光表面熔覆等硬件设备投入成本较高等。而且很多复合膜层内存在物理性的分层状态,致使复合膜层的结合力受到影响。另外,迄今为止,关于将等离子电解渗（Plasma Electrolytic Saturation,PES）和微弧氧化两者结合起来在镁表面制备复合膜的研究报道鲜少。相较传统的扩渗技术,等离子电解渗（PES）效率高、能耗小、绿色环保,扩渗的同时可直接淬火,渗层与基体之间是冶金结合,结合强度很高。该技术目前主要应用于黑色金属表面,对有色金属而言,只有少数科技工作者关注了纯钛及钛合金表面的PES研究。微弧氧化（MAO）擅长在镁、铝、钛等轻金属表面原位生成陶瓷质膜,所制备膜层其结合强度高,且工艺绿色环保、简便易行、综合成本低。本研究选择三个典型的扩渗元素B、C、N为代表,充分利用等离子电解渗和微弧氧化在金属表面改性领域的优势,探索将二者同时应用于镁表面以达性能提高、改善的可能性、效果及其机理,得到一种新型的复合膜制备方法。本研究的这两种工艺,即等离子电解渗和微弧氧化,均可在同一台设备上完成,控制方便、操作简单,且工艺处理均在液相环境中进行,对复杂工件友好,易于实现工业应用。首先在不同硼砂（Na2B4O7·10H2O）浓度的电解液中对纯镁进行等离子电解渗硼（Plasma Electrolytic Boronizing,PEB）处理制备表面改性层,研究硼砂浓度对PEB表面改性层微观结构及耐蚀性的影响,然后结合MAO制备复合膜。结果表明,结合PEB和MAO成功在纯镁表面制备得到了新型PEB+MAO复合膜。单一的PEB表面改性层和单一的MAO膜层的腐蚀电位(Ecorr（vs SCE）)分别为-1.66和-1.64 V,腐蚀电流密度(Jcorr)分别为7.16×10-5和2.63×10-6A·cm-2,与单一的PEB表面改性层和单一的MAO膜层相比,PEB+MAO复合膜的Ecorr分别正移了40和20 m V,Jcorr分别减小了约2个和1个数量级;容抗弧半径和阻抗膜值均增大,说明PEB+MAO复合膜的耐蚀性整体优于单一的PEB表面改性层和单一的MAO膜层。其次在不同丙三醇（C3H8O3）浓度的电解液中对纯镁进行等离子电解渗碳（Plasma Electrolytic Carburizing,PEC）处理制备表面改性层,研究丙三醇浓度对PEC表面改性层微观结构及耐蚀性的影响,接着结合MAO制备复合膜。结果表明,结合PEC和MAO成功在纯镁表面制备得到了新型PEC+MAO复合膜。单一的PEC表面改性层和单一的MAO膜层的Ecorr分别为-1.67和-1.66 V,Jcorr分别为2.54×10-5和1.77×10-6A·cm-2,相比单一的PEC表面改性层和单一的MAO膜层,PEC+MAO复合膜的Ecorr分别正移了70和60 m V,Jcorr分别减小了约2个和1个数量级;容抗弧半径和阻抗膜值均增大,表明与单一的PEC改性层和单一的MAO膜层相比,PEC+MAO复合膜的抗腐蚀能力相对更强。最后在不同甲酰胺（HCONH2）浓度的电解液中对AZ91D镁合金进行等离子电解氮碳共渗（Plasma Electrolytic Nitrocarburizing,PEN/C）处理制备表面改性层,研究甲酰胺浓度对PEN/C表面改性层微观结构及耐蚀性的影响,接着结合MAO制备复合膜。结果表明,结合PEN/C和MAO成功在AZ91D镁合金表面制备得到了新型PEN/C+MAO复合膜。单一的PEN/C表面改性层和单一的MAO膜层的Ecorr分别为-1.48和-1.44 V,Jcorr分别为4.85×10-6和2.27×10-7A·cm-2,PEN/C+MAO复合膜的Ecorr较单一的PEN/C表面改性层和单一的MAO膜层分别正移了120和80 m V,Jcorr分别减小了约2个和1个数量级;容抗弧半径和阻抗膜值均增大,说明PEN/C+MAO复合膜的耐蚀性比单一的PEN/C改性层和单一的MAO膜层相对更好。特别是,PEN/C+MAO复合膜可以给镁合金基体提供相对较长时间的耐蚀性保护并抑制基体发生点蚀。PEB属无机物渗透,该过程经历了电离、置换、吸附和扩散4个阶段;而PEC及PEN/C都属有机物渗透,这两者均可划分为热分解、吸附和扩散3个阶段。与PEB和PEC这两者相比,PEN/C改性层能给基体提供相对更好的耐蚀性保护。PEB+MAO、PEC+MAO及PEN/C+MAO三种复合膜都有特殊的微观结构,即“局部少、无孔区”和成膜物质烧结封孔区。由耐蚀性的测试结果可知,这三种复合膜的腐蚀电流密度分别为3.42×10-7、2.07×10-7和1.92×10-8A·cm-2;三者分别浸泡60、68和72 h后,对应的Nyquist图中均未出现低频感抗弧;这表明PEN/C+MAO复合膜的耐蚀性比前两者相对更好。PES预处理既可以提供良好的微观组织结构,增大PES+MAO复合膜的厚度,提高PES+MAO复合膜的致密性;又可以提供预先设计化学成分的预处理表面,以在PES+MAO复合膜中获得性能优异的Si B6、Si C和Si3N4新物相。此外,在PES+MAO复合膜的形成过程中,存在膜层厚度方向重叠的现象,而不是一层一层的简单堆积。这些都使得复合膜的结合力比单一微弧氧化膜的要好。等离子电解渗时渗入原子的离子注入特性使预制表面改性层与基体依然保持一体的状态和后续微弧氧化的原位生长特性带来的高结合强度的优势,避免了通常复合膜中因分层而导致结合力下降的问题。