微弧氧化与自组装单分子膜协同构建低碳钢多功能防护涂层的创新研究

针对低碳钢在海洋环境中易腐蚀、磨损的技术难题，研究人员通过微弧氧化(MAO)与十六烷基三乙氧基硅烷(HDTES)自组装单分子膜(SAM)技术协同构建复合涂层，实现接触角159.6°、腐蚀速率低至0.00015 mm/y的超疏水防护体系，为恶劣环境下金属长效防护提供新方案。

　　

在船舶制造和海洋平台等工业领域，低碳钢因成本低廉、加工性能优异被广泛应用，但其在潮湿含盐环境中极易锈蚀失效。传统防护技术如化学气相沉积(CVD)设备复杂，溶胶-凝胶法易产生微裂纹，喷涂法则耐磨性不足。更棘手的是，微弧氧化(MAO)技术虽能在阀金属表面生成致密陶瓷层，但对低碳钢这类非阀金属却因铁氧化物导电性强导致放电不稳定，形成多孔易损涂层。

针对这一系列挑战，国内某研究机构团队在《Surface and Coatings Technology》发表创新成果。研究人员突破性采用一步法MAO工艺，直接在低碳钢表面构建稳定氧化层，再通过HDTES自组装形成纳米级防护网。关键技术包括：优化硅酸盐电解液参数实现稳定微弧放电，利用扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析涂层形貌与化学键合机制，通过电化学工作站评估腐蚀电流密度低至1.30×10^?8 A/cm²。

研究结果揭示：

1. 润湿性与自清洁性能：HDTES修饰后的涂层静态接触角达159.62°，滚动角仅7.46°，经50次摩擦后仍保持142°，远超传统喷涂涂层20次循环即失效的表现。
2. 机械耐久性：摩擦系数降低至0.15，磨损率较裸钢下降两个数量级，归因于MAO层提供的Al₂O₃硬质支撑与SAM分子链的弹性缓冲协同作用。
3. 腐蚀防护机制：XPS证实Si-O-Fe化学键的形成为关键，该键能有效阻隔Cl^?渗透，使阻抗模值提升3个数量级。

这项研究的重要意义在于：首次实现非阀金属表面MAO-SAM技术的原位集成，突破传统工艺需铝过渡层的限制。所获复合涂层兼具超疏水、耐磨与防腐三重功能，为海洋装备的长效防护提供工业化解决方案。特别是HDTES在室温下环保成膜的特性，使其在大型构件现场施工中具有显著优势。未来可通过调控MAO电解液中纳米颗粒掺杂，进一步优化涂层的抗冲击性能。