金属资料拥有高塑性、高延展性和抗侵蚀等特点，在现代工业和生物医学领域均表演着不成或缺的角色[1?3]，推动了科技的进取和人类生涯质量的提升。在现代工业领域，金属资料被用于制作结构件、机械零件、电线、电缆、电子器件等，支持了现代电子行业的发展，同时，由于其能接受极端温度和压力，在航空航天、汽车发起机等领域拥有重要利用。在生物医学领域，金属资料被用于制作医疗器械、生物资料、诊断设备，如手术工具、人为关节、支架、种植牙、X 射线机、核磁共振仪、药物植入物等[4]。然而，在现实利用过程中，由于复杂环境成分的影响，金属资料的性质会产生扭转，存在肯定的安全隐患，我国每年因侵蚀造成的经济损失约占 5%，全球每年侵蚀引起的经济损失超过 4万亿美元。侵蚀还会导致严重的环境传染和各类苦难。因而，改善金属资料的抗侵蚀机能至关重要。

目前，常见的金属防侵蚀步骤蕴含：：扭转成分(抗侵蚀合金)、电化学；；(就义阳极)、涂层；；ぁ⒏纳魄质椿肪(增长缓蚀剂)等。其中，涂层；；ひ蚬ひ盏ヒ，成本低，易于与其他方式复合而成为最常用的防侵蚀步骤。

超疏水理论除了拥有优良的耐蚀性之外，还拥有自清洁、油水分离、减阻、防结冰、防紫外线等职能[5?7]。近年来，针对超疏水理论的钻研越来越多，钻研发现，超疏水理论能显著改善金属的抗侵蚀机能，是一种合用于金属资料的防护涂层。因而，本文介绍了超疏水理论的基础理论，重点综述超疏水涂层在分歧金属基底上的钻研进展。为开发新型职能资料，推动有关技术进取，推进多领域的交叉利用提供参考和领导。

1、 超疏水理论防侵蚀的根基道理

超疏水理论是指当液滴与固相的接触角度超过 150°、滚转角度小于 10°的一类特殊理论层[8]。

而液体在固体理论上的接触角与固-液界面润湿性有很大关系。润湿性是指液滴在固体资料理论铺展的能力，用接触角来怀抱，其巨细能够直观反映资料的润湿情况。托马斯杨提出了杨氏方程[9]，用于推算液体在固体理论的接触角，其如果液滴在滑润物质理论上的接触角恒定，巨细与理论能有关，理论能越低接触角越大。但是现实存在的物质并没有绝对滑润的理论，其理论都有肯定的粗糙度，这会影响到润湿性。WENZEL[10]以为液滴会充斥粗糙理论的沟槽，使得真实的接触面积大于可观面积，其在杨氏方程的基础上引入粗糙度系数，提出了Wenzel 模型，但是理论过于粗糙时 Wenzel 模型不成立；；诖，科学家们提出了 Cassie 模型[11]，其以为当资料理论达到肯定粗糙度时，液滴并非充斥沟槽，而是悬吊在粗糙理论，组成固?液?气三相的复合接触界面。通过增大资料理论的粗糙度，能够增大气液接触面，降低固液接触面所占比例，从而增大固液接触角。超疏水理论拥有微纳粗糙结构和较低的理论能[12]，能够有效地断绝侵蚀性介质和金属基体。同时，在不扭转理论粗糙度的情况下，利用低理论能物质能够有效增长液?气界面的理论张力，进而改善超疏水理论的疏水机能。

2、 超疏水涂层在金属防腐领域的钻研进展

超疏水涂层能有效削减金属理论与侵蚀介质的接触面积，故障侵蚀颗粒进入，从而预防金属锈蚀，耽搁部件使用寿命。迄今为止，国内外学者针对镁合金、铝合金、碳钢、钛合金等资料理论超疏水涂层制备技术发展了大量钻研。

2.1 镁合金理论超疏水涂层

中国占有丰硕的镁矿资源，约占全球总储量的70%，且品质极佳[13?14]。然而，镁作为活跃元素，电化学活性较高，尺度电极电势较低，与其他金属接触时，镁易作为阳极产生侵蚀，因而提高其抗侵蚀机能拥有重要现实意思[15?16]。目前，制备镁合金理论超疏水涂层的技术重要有电化学沉积法、阳极氧化法、刻蚀法、水热法、浸泡法等[17?21]。

ZHENG 等[22]以 AZ31 镁合金为基底，硝酸镁和硬脂酸乙醇溶液为电解质，选取一步电沉积法成功在镁合金理论制备出超疏水涂层，如图 1 所示。

当硬脂酸与硝酸镁物质的量比为 10∶1 时，涂层的侵蚀电流密度远低于镁合金基体的侵蚀电流密度，接触角可达 161.1°，拥有优异的抗侵蚀机能。LI 等[23]选取水热合成法在 AZ31 镁合金理论制备超疏水涂层。图 2 所示为未处置 AZ31 镁合金理论和超疏水理论接触角和液滴 pH 值的关系，未处置镁合金理论的润湿性与超疏水理论有很大差距。未处置AZ31 镁合金理论的接触角小于 70°，且随酸碱前提的分歧而变动。超疏水理论可倾轧静水接触角为156.7°，拥有化学不变性和持久不变性，与未处置镁合金理论相比，超疏水理论在低温环境下拥有抗冰机能和更低的侵蚀电流密度。

固然超疏水涂层在镁合金中已经得到了宽泛利用，但是其构筑过程中往往忽视了镁合金自身的理化个性，如部门水(酸)液/膜组分对镁合金拥有较强的化学侵蚀作用。此外，超疏水涂层在使用时会出现物理粉碎，导致防侵蚀能力降落。因而，若何使超疏水涂层拥有自修复职能，从而维持其抗侵蚀机能，是当前的钻研热点[24]。DING 等[25]以镁合金为钻研对象，在其理论构建一种拥有自动响应性的主?客双效响应涂层。将“客机”机械二氧化硅纳米微粒作为载体，在主体自组装微粒阻隔层中增长智能化的纳米微粒，在特定前提下，物理樊篱涂层会在受到碱/Mg2+双重刺激时展示自我修复的个性。

ZHAO 等[26]将高密度自修复环氧树脂(self-healingepoxy resin, SHEP)与多孔超双疏涂层复合，研制出一种自愈合超双疏涂层，实现了对镁合金的高效防腐防护。图 4 所示为 SHEP 涂层、全氟癸基聚硅氧烷 改 性 二 氧 化 硅 (perfluorodecyl polysiloxanemodified silica, PF-POS@silica)涂层和 SHEP/PF-POS@silica 涂层的自愈和防腐机理示意图。由于双层结构的协同效应，SHEP/PF- POS@silica 涂层显示出良好的超双疏机能，拥有高接触角、低滑动角、较好的冲击和弹跳机能、优异的抗侵蚀性和自愈合机能，并可在遭逢严重物理粉碎或屡次刮擦后仍维持优良的自愈性。

2.2 铝合金理论超疏水涂层

作为地壳中含量最高的一种金属元素[27]，铝及其合金是重要的工程原料。铝合金在大气中通；；崽焐刍，以预防其被侵蚀，但钝化膜容易败坏且不易修复[28]，从而导致金属部件过早败坏，造成经济损失，环境传染，甚至人员伤亡。目前，常用的铝合金防侵蚀技术重要有理论铬化处置[29]、稀土转化[30]、电沉积等，但这些技术都存在传染环境、抗侵蚀机能欠安等问题。而通过化学刻蚀法在亲水性铝合金理论制备超疏水涂层，无需使用复杂的仪器设备，操作轻便，成本便宜，适合进行大规模工业出产[31]。

LI 等[32]选取机械研磨、盐酸蚀刻、高锰酸钾钝化和氟烷基硅烷改性工艺，在 6061 铝合金上制备超疏水理论，其超疏水性优于传统两步工艺制备的超疏水涂层，通过调整蚀刻功夫和钝化功夫，可精密地节制铝合金理论微纳米级阶梯状分层结构、纳米级珊瑚状和网状凸起结构的超疏水状态。蚀刻 6min 后钝化 180 min 的样品(E6P180)超疏水理论接触角为 155.7°，对 4 L 液滴的黏附力极度小，其理论缓蚀效能比只蚀刻 6 min 的样品(E6)提高了75.87%。HUANG 等[33]选取碱性 NaOH 溶液化学刻蚀法制备超疏水铝合金基底，而后用乙醇硬脂酸(stearic acid, SA)溶液进行钝化，如图 6 所示。钻研发现，经 SA 钝化处置后，在 NaOH 蚀刻铝合金基底上产生了片状硬脂酸铝(AlSA)微纳米结构，铝合金基体上的超疏水片状 AlSA 作为一种物理樊篱可延缓电解质的渗入，有效提高资料的抗侵蚀机能，并且在 SA 钝化 1 min 后，水接触角大于 150°。

选取化学刻蚀法能够获得机能优异的超疏水涂层，但必要选取低理论能改性资料，这些资料不只会：：θ死嘟】，并且在物理摩擦过程中很容易败坏，导致涂层机械不变性较差和抗侵蚀机能欠安。因而，开发一种轻便、高效、安全的超疏水理论制备步骤拥有重要的理论和现实利用价值。职能化的碳纳米管可用于制备超疏水理论[34]。LAU 等[35]在镀有 Ni 基催化剂的 Si 片理论上选取等离子体推进化学汽相沉积法制备了一种垂直取向的碳纳米管阵列，获得的碳纳米管阵列理论初始接触角约为160°。HUANG 等[36]以 C2H2 作为碳源，利用气相沉积法，在包覆 Fe-N 复合伙料的薄层板上制备碳纳米管阵列，并在碳纳米管阵列理论沉积了一层接触角为 159°的 ZnO 薄膜，使得资料的超疏水机能大幅度提高，并且在持久工作过程中，资料理论的接触角险些不会扭转，拥有不变的超疏水机能。

2.3 碳钢理论超疏水涂层

碳钢拥有很高的理论能，因而，水滴极易在其理论扩散，造成侵蚀，尤其是长功夫在海洋环境下，碳钢理论的氧化膜；；げ慊岜缓Ｋ械穆壤胱臃鬯，从而产生部门侵蚀，大大缩短了碳钢的使用寿命[37]。

JENA 等[38]选取电共沉积法，在碳钢理论制备镍?还原氧化石墨烯?肉豆酱酸超疏水涂层。钻研发现，使用与硅烷或氟化聚合物相比成本低、理论能低的肉豆酱酸进行沉积后改性，水滴在超疏水理论拥有优越的弹跳机能；；使用正磷酸对碳钢试样进行预处置和涂层理论氧化石墨烯的存在，使涂层的附着力更强。超疏水涂层理论与未覆盖超疏水涂层的理论相比，拥有优良的抗侵蚀机能，阻抗增长了 3个数量级，侵蚀电流密度降落了 2 个数量级。当电解液温度为 45 ℃，电流密度为 60 mA/cm² 时，接触角达到最大值，为(174±1.5)°，在 NaCl 溶液中浸泡 96 h 后，超疏水涂层的阻抗值比碳钢基底的高，注明超疏水涂层拥有优良的耐久性，并且拥有优良的自清洁能力和机械不变性。JO?O 等[39]使用硝酸铈铵和氯化铈包办樊篱涂层中有害的铬酸盐作为金属盐先驱体，用溶胶-凝胶法在碳钢基体上开发陶瓷氧化铈涂层，了局批注，以硝酸铈铵或氯化铈为先驱体，200 ℃煅烧的溶胶?凝胶铈基涂层的总阻抗比裸钢提高了一个数量级，这批注涂层能提供较好的抗侵蚀；；。此外，在温度为 200 ℃、加热速度为 5 ℃/min 前提下，使用硝酸铈铵作为先驱体，获得的涂层抗侵蚀机能最佳，与碳钢相比，其侵蚀极化曲线上的阴极极化曲线电流密度降低了 2 个数量级，侵蚀电位提高了 380 mV，可作为碳钢和其他金属理论的樊篱防护资料。

传统的聚氨酯、环氧树脂等防腐涂层大多是亲水性的，侵蚀性离子极易渗入涂层/金属界面，大大缩短了金属的使用期限[40]。且随着传统设备的升级换代及对绿色化学的追求不休提高，发展环保型有机阻锈剂是当前化工领域的一个重要钻研方向[41]。

利用天然植物萃取液在盐酸中对低碳钢进行有效；；，受到了宽泛的器重。MEHDIPOUR 等[42]发现芦荟提取物在 1 mol/L 硫酸溶液中作为一种绿色缓蚀剂，能有效减缓钢材的侵蚀过程。芦荟素、芦荟树脂和芦荟大黄素(即芦荟活性成分)重要含有 O—H、C=O、C—O 和 O—杂环官能团，这些官能土髋赡氧原子使得芦荟提取物对钢材拥有优异的防腐机能。LI 等[43]以竹子为原料，钻研了竹叶提取物对冷轧钢在 1.0～5.0 mol/L HCl 和 0.5～5.0 mol/LH2SO4 溶液中的缓蚀作用。了局批注，在 HCl 和H₂SO₄ 溶液中参与竹叶提取物，可在冷轧钢理论形成一层；；つ，有效预防钢材受到侵蚀。

2.4 钛合金理论超疏水涂层

钛及其合金为代表的医用金属资料已被宽泛用于临床硬组织的手术植入和人体软组织修复。但在低温前提下，出格是在高湿度环境中，钛合金理论易结霜，从而加快理论的锈蚀和微生物的天生，以及增长零部件质量，导致其工作效能和正确性大幅降低。为相识决上述问题，通常对资料进行理论修饰，使其拥有特定的职能[44?48]。

QIU 等[49]在钛合金理论制备了一种结构单一、成本便宜的聚四氟乙烯 (polytetrafluoroethylene,PTFE)超疏水涂层，以提升其防冰机能。先利用光纤激光技术在钛合金理论制备纳微米级织构，再将聚四氟乙烯涂层的纳米结构叠加在纳微米级织构上，在资料理论形成复合纳米结构，此时钛合金理论均匀接触角最大(见图 5)，钛合金超疏水机能最好。由于 PTFE 超疏水涂层的黏附性较低，只管钛合金的斜面很平缓，超疏水涂层依然能在常温下有效地阻止液体滞留于钛合金理论。液滴在未改性的钛合金理论冻结所需功夫为 103 s，而在 PTFE 超疏水涂层上的冻结功夫则耽搁至 760 s。这批注 PTFE超疏水涂层能显著延缓钛合金理论结冰，并且能在持续冻融前提下维持不变，不会由于无意结冰而失去作用，液滴在 PTFE 超疏水涂层上的冻结情况如图 6 所示。HU 等[50]利用纳秒激光技术在钛合金理论制备微纳级分层结构，通过有机聚硅氮烷涂层包办昂贵、对环境有害的氟碳改性基材，并对有机聚硅氮烷涂层进行职能化，获得一种新型仿生超疏水理论，其中有机聚硅氮烷涂层中掺杂了 ZnO 纳米粒子，赋予了钛合金基体超疏水、抗侵蚀和抗菌机能。

当激光扫描速度为 20 mm/s 时，超疏水理论的接触角约为 164.1°，接触滑角约为 1.5°，侵蚀电流密度为 1.016×10?9 A/cm²，钛合金的整体机能显著提高。这种轻便、低成本的步骤能够推动低黏附剂超疏水理论在钛合金生物医学和防污领域的新利用[51]。LI等[52]同样选取纳秒激光技术对钛合金理论进行加工处置，获得了拥有超疏水机能的增透微观结构，并将其与未经处置的试样作比力。钻研发现，经过激光处置的工件理论，整体反射率小于 6%，而未加工理论的反射率约为 50%，且加工速度越低，微观结构的光捕获效应越显著。该工艺成本低，效能高，合用于工业出产。随着激光科技的不休进取，其在科学钻研及工业出产中的利用将会越来越宽泛[53]。

3、 总结与瞻望

超疏水理论因其怪异的疏水机能，在金属防护领域展示出巨大的利用潜力。本文从超疏水理论道理启程，别离介绍了镁合金、铝合金、碳钢、钛合金理论超疏水涂层的发展情况。经超疏水理论处置后，金属资料的侵蚀速度显著降低。超疏水涂层能充任金属基材与侵蚀介质之间的樊篱，；；そ鹗糇柿，削减或预防其侵蚀。目前，金属资料理论超疏水涂层已从单一追求优异的疏水性发展为追求优良的耐磨性和机械不变性等多重机能。将来的钻研应重点关注价值便宜且环保的涂层资料的开发利用，同时，优化涂层制备工艺，加强涂层与基材的结合力，耽搁涂层使用寿命，从而进一步提高金属资料的机能和可持续性，推动金属资料领域的发展。

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