镁及其合金因其低密度、高比强度以及优异的导热性和导电性，在航空航天、汽车制造和生物材料等各个工程领域备受关注。然而，镁具有化学活性，标准电极电位为-2.37 V，低于铁的-0.44 V和铝的-1.66 V，其表面形成的氧化膜保护作用有限，导致镁合金极易受到腐蚀。腐蚀不仅对材料结构造成永久性破坏，而且对经济发展和环境保护构成重大风险，存在重大隐患。表面防护技术被认为是提高镁合金耐腐蚀性最经济有效的方法之一。在不影响合金其他性能的前提下，它可以有效地阻止镁合金与环境介质（如溶解氧、腐蚀性离子和水）的直接接触，从而显著提高耐腐蚀性，并降低腐蚀速率。目前常用的表面防护技术有热喷涂、阳极氧化、微弧氧化（MAO）和化学镀。然而，热喷涂制备的涂层往往附着力弱，孔隙多，限制了其大规模应用。虽然阳极氧化和微弧氧化使涂层与基材具有很强的附着力，但外层往往多孔且松散，降低其耐腐蚀性。另一方面，化学镀由于含有铬、磷酸盐和其他有害物质，引发环境问题，不利于可持续发展。
此外，镁合金表面硬度低，耐磨性不足，在涉及摩擦和接触的条件下经常导致严重的材料损耗。因此，提高镁合金表面涂层的耐磨性已成为重要的研究方向。评估涂层的摩擦学性能变得至关重要。
近年来，有机涂料在金属防腐领域受到了广泛的关注，特别是环氧树脂基涂料。环氧树脂涂层对金属和非金属基材表现出优异的附着力，同时也具有出色的耐热性、抗渗性、耐酸碱性和机械性能，适用于多种基材。因此，它们已成为当前镁合金防腐研究的热点。尽管环氧树脂在许多领域得到广泛应用，但它在固化后存在固有微孔、脆性高、内应力大、摩擦磨损性能差等问题。这些缺点增加了在使用过程中从基材上剥离的风险，促进了裂纹的形成，并为腐蚀性离子渗透基材与涂层之间的界面提供了途径，从而限制了环氧树脂基有机涂层的更广泛应用。为了应对这些挑战，各种纳米填料被用于增强环氧树脂基体的机械、防腐和摩擦学性能。常见的纳米填料包括石墨烯、氧化石墨烯、α-氧化铝、纳米二氧化硅、碳纳米管、层状双氢氧化物和金属有机框架（MOFs）。
MOFs材料因其种类多样、形态可调、高比表面积、低密度、无毒等特点，已广泛应用于电池、催化剂、药物递送、传感器、防腐等领域。MOF材料通常作为防腐纳米颗粒引入环氧树脂中，以增强涂层的各种性能。此外，UIO-66（锆，对苯二甲酸）、MIL-53（铬，铝，铁，对苯二甲酸）和MIL-101（铬，1,4-苯二甲酸）也被用作环氧树脂中潜在的防腐纳米颗粒填料。因此，向环氧树脂中添加纳米填料是提高其性能的有效策略。然而，由于环氧基的存在，环氧防腐涂层表现出一定程度的亲水性。虽然使用MOFs作为填料来提高耐腐蚀性已经显示出一定的有效性，但当对表面性能有更高的要求时，例如极端条件下要求高疏水性和耐磨性时，这种方法存在局限性。
利用环氧树脂的粘附性能，可以在其表面构建由MOFs组成的粗糙结构。同时，MOFs的高比表面积和多孔结构可以吸附疏水剂，形成超疏水涂层。这种超疏水涂层能有效阻止水分子和腐蚀介质的侵入，显著提高材料的耐腐蚀性。目前大多数基于MOF的超疏水复合涂层的研究主要集中在沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIFs）上，涉及其他有机框架的超疏水复合涂层的报道相对较少。
近期，哈尔滨工程大学王桂香团队联合清华大学在镁合金基材上开发了一种具有耐腐蚀、优异摩檫学性能的新型双金属MOFs超疏水复合涂层。
首先，以Mo6+和Ni2+作为金属离子，4,4′-联吡啶作为有机配体，合成具有纳米片状结构的新型双金属MOFs（MN-MOFs）；然后用硬脂酸（SA）、全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTOS）和十八烷基膦酸（OPA）三种低表面能物质对MN-MOFs进行疏水改性，最后将其喷涂到环氧树脂（EP）表面，制得复合涂层。
该复合涂层具有优异的超疏水性、耐腐蚀性和摩擦学性能。即使在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡30天后，该复合涂层仍保持优异的耐腐蚀性，其腐蚀电流比纯环氧树脂降低了两个数量级。经过疏水改性后，PFDTOS改性涂层的水接触角最高，为154.9°。该复合涂层表现出显著的减摩性能，与纯环氧树脂相比，最小摩擦系数（MN-MOFs@PFDTOS涂层）可达0.15。因此，本研究制备方法简单、成本低，可广泛应用于多种金属基材（如镁合金、低碳钢等），在金属防腐领域具有广阔的应用前景。
涂层制备工艺
EP涂层、MN-MOFs@SA涂层、MN-MOFs@PFDTOS涂层、MN-MOFs@OPA涂层的制备工艺。
防腐机理示意图
数据来源与出处
相关研究成果以“Constructing a superhydrophobic coating of dual-metal (Mo, Ni) MOF on magnesium alloy surface with excellent corrosion resistance and tribological performance”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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