Na2 MoO4 含量对CF/BN/EPN换热器涂层性能的影响：高导热、耐腐蚀与自修复多功能涂层的设计与优化

为解决碳钢换热器在重油开采中因腐蚀导致的传热效率下降问题，研究人员系统探究了Na2 MoO4 掺杂对碳纤维(CF)/氮化硼(BN)/环氧酚醛树脂(EPN)涂层性能的影响。结果表明，1.0 wt% Na2 MoO4 涂层兼具最优导热性(1.4 W/(m·K))和腐蚀阻抗(5.6×109 Ω·cm2 )，其溶解生成的FeMoO4 钝化膜可修复涂层损伤，为多功能换热器涂层设计提供新思路。

　　

在能源需求持续增长的背景下，重油因其储量占全球原油70%而成为关键开发目标，但其高粘度特性需通过换热器加热降粘。然而，碳钢换热器在强腐蚀环境中易失效，传统防腐涂层又因低热导率(<0.5 W/(m·K))导致10%的传热损失。如何兼顾涂层的导热、防腐与长效保护能力，成为制约重油开采效率的核心难题。

针对这一挑战，中国的研究团队在《Materials Chemistry and Physics》发表研究，通过向已优化的OCF_1.5-15
涂层（氧化碳纤维/氮化硼/环氧酚醛树脂）中掺入不同含量Na₂
MoO₄
，制备出系列Mo涂层。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等技术，系统评估了涂层的热导率(TC)、电化学阻抗及自修复机制。

关键实验方法
研究通过机械搅拌将功能化氮化硼(A-BNNS₃
)、氧化碳纤维(OCF_1.5
)与Na₂
MoO₄
分散于EPN树脂中固化成型。利用有效介质理论(EMT)模型分析填料分布对热导率的影响，通过电化学阻抗谱(EIS)和X射线光电子能谱(XPS)表征腐蚀防护机制。

研究结果

1. Na₂
   MoO₄
   的表征
   XRD证实所用Na₂
   MoO₄
   纯度达100%，SEM显示其呈块状固体随机分布于涂层基体。

2. 热导率调控机制
   当Na₂
   MoO₄
   含量为1.0 wt%时，涂层TC达1.4 W/(m·K)。EMT模型表明填料接触网络的形成是导热提升的关键。

3. 腐蚀防护与自修复性能
   EIS显示1.0 wt%涂层的阻抗模量|Z|_0.1Hz
   达5.6×10⁹
   Ω·cm²
   。XPS证实Na₂
   MoO₄
   溶解后释放的MoO₄
   ^2-
   与Fe²⁺
   反应生成FeMoO₄
   钝化膜，覆盖金属损伤区域实现自修复。

4. 换热器应用验证
   该涂层使原油换热器总传热系数提升约3%，显著优于传统低TC涂层。

结论与意义
本研究创新性地将Na₂
MoO₄
引入CF/BN/EPN涂层体系，首次在换热器涂层中实现导热（1.4 W/(m·K)）、防腐（10⁹
Ω·cm²
级阻抗）与自修复三重功能的协同优化。其核心价值在于：

1. 通过FeMoO₄
   钝化膜的原位生成机制，解决了传统涂层破损后加速金属腐蚀的"大阴极-小阳极"电偶效应难题；
2. 为"双碳"目标下的能源装备节能防腐提供了新材料设计范式，有望延长换热器寿命并降低重油开采能耗。

该工作由Kexi Liao团队完成，获国家自然科学基金（52174062）支持，相关技术已显示出明确的工程应用前景。