Ti6Al4V钛合金表面双层级TiO2 /PDMS超疏水复合涂层的构建及其耐蚀性与机械稳定性研究

针对钛合金在腐蚀环境中易失效的问题，研究人员通过微弧氧化(MAO)原位构建微凸起结构并结合聚二甲基硅氧烷(PDMS)气相沉积，开发出具有166.2°接触角的超疏水双涂层。该涂层使腐蚀电流密度降低三个数量级（抑制效率达99.88%），并通过多尺度粗糙度与低表面能PDMS层协同阻隔电解液渗透，兼具优异机械稳定性和自清洁性能，为苛刻环境应用提供新策略。

　　

钛合金因其优异的比强度、低密度和生物相容性，在海洋、航空航天和生物医学领域应用广泛。然而，长期暴露于腐蚀介质和摩擦磨损环境会导致表面失效，传统表面处理技术如电镀、等离子喷涂等存在孔隙和裂纹缺陷，微弧氧化(MAO)虽能改善耐蚀性，但高温高压工艺仍会形成渗透通道。受荷叶微纳结构与低表面能启发，超疏水涂层成为解决这一难题的新思路，但现有研究鲜少结合MAO与气相沉积技术。

温州大学与香港城市大学联合团队在《Surface and Coatings Technology》发表研究，通过MAO在Si-P电解质中于Ti6Al4V表面原位构建微凸起结构，再经高温气相沉积PDMS形成双层级复合涂层。关键技术包括：1）调控电压（400-500V）优化MAO微纳结构；2）PDMS气相沉积构建低表面能层；3）电化学测试评估3.5wt% NaCl溶液中的耐蚀性；4）摩擦磨损和胶带剥离实验验证机械稳定性。

表面形貌与润湿性
MAO在450V时形成显著微凸起结构，500V时产生分层微纳粗糙度（Ra=3.2μm）。PDMS沉积后接触角达166.2°，滚动角仅3.8°，呈现超疏水性。

耐腐蚀性能
电化学测试显示，复合涂层的腐蚀电流密度(1.02×10^-8
A/cm²
)较纯MAO涂层降低三个数量级，电荷转移电阻提升两个数量级，腐蚀抑制效率达99.88%。

机械稳定性
经100次胶带剥离后接触角仍>150°；摩擦测试中PDMS层有效缓冲磨损，磨损率较MAO单独涂层降低82%。

结论与意义
该研究创新性地将MAO与PDMS气相沉积结合，通过多尺度粗糙度与低表面能协同作用，实现超疏水、高耐蚀和机械稳定的三重防护。其自清洁特性与耐久性为海洋装备、植入器械等苛刻环境应用提供解决方案。研究还发现PDMS层能修复MAO微裂纹，为涂层设计提供新思路。香港城市大学Paul K. Chu团队指出，该方法避免了复杂激光刻蚀，具有工艺简便、成本低的产业化优势。国家自然科学基金（52375391）和温州市基础科研项目（G2023065）支持了该研究。