太原科技大学：具有优异防腐和防/除冰性能的超疏水涂层

2026-09-03 16:15:13 作者：涂料驿站来源：涂料驿站分享至：

铝在海事和离岸工程中越来越受青睐，尤其是在轻质关键部件。这些应用包括船舶的上层建筑、直升机甲板、海水管道、泵/阀外壳以及热交换系统等。随着近岸和深海服役环境日趋恶劣，这些部件常常面临高氯离子浓度、溶解氧波动、温度和盐度周期变化、紫外线辐射以及酸碱交替侵蚀等问题。传统的防护策略，如阳极氧化、化学镀、牺牲阳极和缓蚀剂，均存在明显局限性，例如长期性能不足、极端酸碱耐受性差，以及对微动腐蚀耦合条件抵抗力不足。这些保护屏障容易发生局部失效，引发点蚀、缝隙腐蚀和剥落腐蚀，直接危及设备的结构完整性和运行可靠性。因此，在强酸、强碱和高盐的协同环境中，开发具有化学惰性和自修复性能的铝基超疏水复合涂层已成为一项战略性研究方向。通过协同利用微纳分级粗糙结构的气垫效应，这些涂层可在基材表面形成致密、连续且可动态重构的保护屏障。该屏障能有效阻止氯离子和酸性或碱性介质等腐蚀性物质的渗透，从而大幅减少电偶腐蚀和缝隙腐蚀。因此，该技术方案能够提高铝部件的耐久性，并降低维护成本。

受天然超疏水界面的启发，一种将仿生微纳分层结构与低表面能涂层相结合的复合方法，在海洋防腐领域取得了快速进展。即使在极端的海洋腐蚀环境中，这些涂层也能为不锈钢、铜合金、镁合金和钛合金等常用海洋工程金属提供优异的保护性能。它们通过阻隔氯离子、氧气以及酸性或碱性介质的进入，有效抑制了电偶腐蚀和缝隙腐蚀的发生和扩展。以往的研究已建立了多种制备超疏水防腐表面的方法，如微弧氧化、喷涂、激光熔覆、电化学沉积以及溶胶-凝胶相分离。

近期，太原科技大学裴文乐团队在铝基材表面成功制备了一种具有优异防腐、防/除冰和自清洁性能的新型超疏水涂层。

首先通过化学溶液沉积法在铝基材上直接生长出Mg(OH)2纳米花状阵列，然后进行氟硅烷改性，最后获得SHB/Al涂层。

所制得的涂层具有优异的超疏水性，水接触角为155.2°。该涂层的腐蚀电流密度（Icorr）为2.75×10-7A·cm-2，电荷转移电阻（Rct）为3.04×105 Ω·cm2，防腐效率达到98.30%，表现出优异的耐腐蚀性能。与未处理的裸铝相比，Icorr降低了两个数量级，而Rct增加了三个数量级。分子动力学（MD）模拟表明，该涂层显著降低了相关离子（钠离子和氯离子）的扩散系数，同时该系统的自由体积分数（FFV）从14.37%大幅降低至6.22%。此外，该涂层还具有优异的自清洁性能、长期稳定性和防/除冰性能。

本研究为海洋工程应用中铝合金的防腐和防冰提供了一种全新的解决方案。

制备工艺示意图

(a)SHB/Al表面制备工艺示意图；(b–b2)Al、(c–c2)Mg(OH)2/Al和(d–d2)SHB/Al样品的表面形貌；(e)SHB/Al表面的EDS元素分布图；(f)相应的元素含量；(g)Al、Mg(OH)2/Al和SHB/Al样品的XRD图谱。

示意图和光学显微图像

SHB/Al在不同液体环境中的示意图和光学显微图像：(a)浸入水、可乐、牛奶、茶、奶茶和果汁中；(b)不同液体中SHB/A的接触角测量；(c)0–4分钟内连续水射流对SHB/Al表面的影响；(d)Al与SHB/Al表面液滴扩散情况的比较；(e)在模拟固体颗粒污染下Al和SHB/Al的自清洁性能；(f)SHB/Al的自清洁机制。

防腐机制

SHB/Al的防腐机制示意图。

数据来源与出处

相关研究成果以“Superhydrophobic coatings with Mg(OH)2 nanoflower for enhanced anti-corrosion and anti-/deicing performances”为标题发表在《Sustainable Materials and Technologies》上。

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