劉俊麟 章玫婷 陳淑婷 霍健林 楊富國

關(guān)鍵詞：金屬;防腐;緩蝕劑

在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中，應(yīng)用金屬材料發(fā)揮著重要的作用，但是，在實(shí)際應(yīng)用金屬材料時(shí)，材料本身時(shí)常有腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)，這樣使得金屬制品的各種力學(xué)性能受到嚴(yán)重影響。根據(jù)有關(guān)研究報(bào)告，每年全球能源的20%和國民生產(chǎn)總值的4.2%因材料表面腐蝕的原因而損失。由于金屬材料表面的腐蝕，一方面會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，另一方面威脅到人們的生命安全，所以研究金屬材料表面的腐蝕有實(shí)際意義。本文參考國內(nèi)外文獻(xiàn)，綜述了金屬材料表面防腐技術(shù)中三種類型：自愈合涂層、緩蝕劑以及石墨烯涂料技術(shù)，指出了還沒有解決的技術(shù)難題，并對(duì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

1金屬腐蝕的原理

金屬腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩類，金屬腐蝕的過程如果按化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行稱之為化學(xué)腐蝕，如果按電化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行稱之為電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是由于金屬表面與介質(zhì)中氧化性成分直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起，由于金屬在介質(zhì)中形成了局部電池而引起的腐蝕為電化學(xué)腐蝕。

2金屬表面防腐材料的研究現(xiàn)狀

2.1自愈合涂層

近年來，發(fā)展十分迅猛的自愈合涂層的種類越來越多，高分子材料為主要成分仍然是大多數(shù)的自愈合涂料的選擇。目前自愈合涂層體系還沒有健全，根據(jù)觸發(fā)原理來劃分自愈合涂層，可分為自發(fā)性與非自發(fā)性兩種類型。非自發(fā)性自愈合涂層需要在外界條件的影響下才能具備受損后自愈合的功能。修復(fù)劑在非自發(fā)性自愈合涂層與自發(fā)性自愈合涂層中都含有，但自發(fā)性自愈合涂層中修復(fù)劑發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng)不需要外界環(huán)境刺激。

由于環(huán)氧樹脂具有各種優(yōu)良的特性，在金屬材料表面防腐中使用廣泛。Chen等在環(huán)氧樹脂體系中添加炭黑粉末作為光敏填料，制備了一種光敏性涂料，紅外光誘導(dǎo)自愈合。

Syed等使用旋轉(zhuǎn)覆膜法，在316不銹鋼板表面成功覆蓋PANI（聚苯胺）、PAA（聚丙烯酸）和PEI（聚乙烯亞胺），制備了多層自愈合涂層PANI-PAA/PEI。在3.5%NaCl溶液中浸泡經(jīng)過劃痕處理的涂層，涂層能很好地實(shí)現(xiàn)自愈合。

Kim等以FEP（聚全氟乙丙烯）為毛細(xì)管壁，愈合劑采用二苯基甲烷二異氰酸酯，第一次制備了自愈合涂層為內(nèi)嵌入毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)，能完全修復(fù)受損區(qū)域。

2.2緩蝕劑

在環(huán)境（介質(zhì)）中以適當(dāng)?shù)男问胶蜐舛却嬖?，使金屬腐蝕受到抑制的化學(xué)物質(zhì)稱為緩蝕劑。質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%～1%之間為緩蝕劑的用量，效果顯著但含量小。緩蝕劑受緩蝕劑濃度、外部環(huán)境溫度及溶液的pH值等多種因素的影響。按化學(xué)成分分類，緩蝕劑可分為無機(jī)、有機(jī)以及聚合物類緩蝕劑。

在酸性環(huán)境中，防止金屬材料腐蝕的有效方法是使用緩蝕劑。目前不同類型的有機(jī)和無機(jī)化合物作為緩蝕劑已合成，例如雜環(huán)化合物（由氮、氧和硫原子組成）。防腐蝕化學(xué)品的廣泛使用，為降低對(duì)環(huán)境和人類造成的危害，在使用緩蝕劑過程中，開發(fā)綠色環(huán)保且緩蝕效率高的新品種成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

對(duì)金屬表面進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理采用環(huán)保型硅烷基涂料，可以增加金屬表面與有機(jī)涂料的黏結(jié)強(qiáng)度，金屬基材的抗腐蝕性能也增強(qiáng)。近年來，通過開展幾種類型的硅烷組合，以及添加無機(jī)與有機(jī)緩蝕劑或阻擋納米顆粒來增加硅烷基涂層防腐蝕效果方面的研究工作。

2.3石墨烯涂料

石墨烯研究和應(yīng)用快速發(fā)展的主要原因是石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等性能以及低價(jià)格原料。石墨烯的應(yīng)用常通過制成石墨烯納米復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)，可使高分子涂料的孔洞和缺陷中填充粒徑較小的石墨烯，形成致密隔絕層以層層疊加方式，防水作用效果顯現(xiàn)。此外，在聚合物涂層中，力學(xué)性能優(yōu)良的石墨烯，可以提高抗磨性能。

Yu等在三層聚乙烯醇縮丁醛之間夾著用化學(xué)氣相沉淀法生長的兩單層石墨烯薄膜，制備聚合物.石墨烯復(fù)合防腐涂層，在鋁合金表面涂有該復(fù)合涂層，浸泡120天在模擬海水中，發(fā)現(xiàn)該涂層仍有良好的防腐作用。

2015年李娟娟研究了在金屬防腐中使用石墨烯，填料采用氧化石墨烯，制備復(fù)合涂料水性醇酸樹脂/氧化石墨烯，當(dāng)片層大小為120um（氧化石墨烯），氧化程度為2.61（sp-2/sp-3）時(shí)，水性醇酸樹脂/氧化石墨烯復(fù)合的防腐效率為98.14%。

2018年朱科對(duì)丙烯酸酯一環(huán)氧樹脂核殼乳液及石墨烯復(fù)合涂料的制備與防腐性能進(jìn)行了研究，將丙烯酸酯一環(huán)氧樹脂核殼乳液與功能化石墨烯聯(lián)合使用，制備出一種新型的復(fù)合防腐材料，研究結(jié)果：在優(yōu)化條件下，當(dāng)乙烯基三異丙氧基硅烷的重量w=3%，不飽和環(huán)氧樹脂中間體的重量w=30%時(shí)，膠膜性能和防腐性能表現(xiàn)最佳，具有最低的腐蝕電流密度（6.12x10-7A/emz）、腐蝕電壓為（-0.3797V），阻抗最高;在長期浸泡后，具有長效防腐性，降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)（低頻阻抗）。添加了磺酸化石墨烯與氧化石墨烯后，涂層具有最低的腐蝕電流密度（1.04x10SA/cm2）、腐蝕電壓（-0.115V），阻抗最高。

3結(jié)語

金屬表面防腐材料的制備與性能研究，有很多研究成果已在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行應(yīng)用。制備了各種自愈合防腐涂料、新型緩蝕劑、石墨烯復(fù)合涂料，這些材料提高了金屬的耐腐蝕性，金屬材料表面能夠長期穩(wěn)定不被腐蝕。在將來的研究中，研究重心在開發(fā)現(xiàn)有材料的同時(shí)，還應(yīng)該思考原料成本、環(huán)境影響、工藝條件等問題，使得金屬表面防腐材料的開發(fā)向著更加節(jié)約成本、綠色、實(shí)用的方向發(fā)展。