金属材料因其强度高、导电性好、导热率优异等优点，在建筑业、航空航天、海洋工程、交通运输、能源开采和医疗器械等领域具有广泛的应用。然而，金属材料的腐蚀不仅会导致金属部件过早失效损坏，还会造成巨大的经济损失，对环境和人类安全构成潜在威胁。受自然界“荷叶效应”启发，将超疏水涂层应用于金属表面，表现出优异的防腐蚀性能。今天就和涂涂一起来学习一下超疏水涂层在金属防腐领域的应用吧~~
金属腐蚀分类
金属材料受周围介质的作用而损坏，称为金属腐蚀(Metallic Corrosion)。
1. 按腐蚀机理分类
化学腐蚀：金属表面与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。
电化学腐蚀：金属材料（合金或不纯的金属）与电解质溶液接触, 通过电极反应产生的腐蚀。
物理腐蚀：金属由于单纯的物理溶解作用所引起的破坏。
2. 按照腐蚀形态分类
全面腐蚀
全面腐蚀又称均匀腐蚀，是指在与环境接触的整个金属表面上几乎以相同速度进行的腐蚀。
局部腐蚀
2.1 点蚀
点蚀又称坑蚀或小孔腐蚀，是指金属表面出现点状小孔，会向深处发展，常发生在表面有钝化膜或保护膜的金属上。
2.2 缝隙腐蚀
在电解液中，金属与金属或金属与非金属表面之间的狭窄缝隙内，因物质移动受阻形成浓差电池，从而产生局部腐蚀。
2.3 磨损腐蚀
由磨损和腐蚀联合作用而产生的材料破坏过程叫磨损腐蚀。
2.4 电偶腐蚀
电偶腐蚀又称接触腐蚀，是指两种以上具有不同电位的金属接触时造成的腐蚀。
2.5 选择性腐蚀
金属腐蚀过程中某一金属元素优先地从固体合金中脱除而产生的腐蚀。
2.6 晶间腐蚀
金属材料在特定的腐蚀介质中，沿着材料的晶粒边界发生腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏现象。
2.7 应力腐蚀
材料在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力下，出现低于强度极限的脆性开裂现象。
2.8 腐蚀疲劳
在腐蚀介质与循环应力的联合作用下产生，由腐蚀介质引起的抗腐蚀疲劳性能的降低称为腐蚀疲劳。金属在很低的应力条件下就发生破断。
2.9 氢脆（HE）
氢脆又称氢辅助开裂或氢致开裂(HIC)，是指由于吸收氢而导致的金属延展性降低的现象。
3. 按腐蚀环境分类
金属腐蚀根据腐蚀环境，主要分为自然腐蚀、工业腐蚀两大类。
4. 按腐蚀性介质分类
金属腐蚀根据腐蚀性介质，主要分为大气腐蚀、水腐蚀（淡水腐蚀、海水腐蚀）、土壤腐蚀、化学介质腐蚀（酸腐蚀、碱腐蚀、盐腐蚀）等。
防腐蚀机制
超疏水涂层在金属表面的防腐蚀机制主要包括：Lotus效应、阻碍电化学腐蚀、提高界面结合力和气垫效应。
1. Lotus效应
Lotus效应又称荷叶效应，指通过基体表面微纳米结构和低附着力，有效带走表面污物和腐蚀介质，从而保持长期的腐蚀防护效果。Lotus效应的关键在于超疏水涂层的微纳米结构以及对金属表面的改性处理。
2. 阻碍电化学腐蚀
超疏水涂层的高接触角和微纳米结构的空腔，减少了水滴与金属表面的实际接触面积，从而降低了腐蚀微电池的形成，阻断电化学腐蚀过程的发生，提高金属表面的耐腐蚀性。该机制对材料的性质以及含量有严格要求。
3. 提高界面结合力
金属表面经常会因为摩擦、冲击、振动等而导致腐蚀，在特定情况下，超疏水涂层与基体之间具有很强的结合力，能够抵抗机械磨损，降低由物理损伤导致的腐蚀问题。然而，由物理因素引起金属腐蚀的可能性很小，因此，该机制的适用范围受到特定条件的限制。
4. 气垫效应
当水滴或液滴接触到超疏水涂层表面时，水珠无法完全附着在表面上，形成半悬浮状态。这时液滴会与涂层表面形成气体薄膜，产生类似气垫的现象。通过气垫效应，减少了腐蚀元素直接接触金属表面，从而起到金属腐蚀防护的作用。该机制中气垫效应的稳定性是影响金属腐蚀程度的关键因素。
耐蚀特性
在实际应用中，金属表面超疏水涂层的耐腐蚀性能直接影响金属制品的使用寿命及性能的稳定性。根据涂层材料，主要可以分为防蚀性超疏水聚合物涂层、耐蚀性纳米超疏水涂层、耐蚀性超疏水陶瓷涂层三大类。
1. 防蚀性超疏水聚合物涂层
防蚀性超疏水聚合物涂层主要由聚合物构成，通过改变表面能使液体形成球状，迅速滚落而不黏附，以此为金属基材提供耐腐蚀保护。
防蚀性超疏水聚合物涂层的制备关键在于是否含有功能性物质，如防腐蚀剂、添加剂和纳米颗粒等，涂层耐腐蚀性能的优异取决于涂层结构的设计以及相关成分的含量及配比。通过调整其配比和表面粗糙度可以获得优异的耐蚀性。
防蚀性超疏水聚合物涂层在应用中面临一些挑战：
（1）长期使用后耐久性减弱，耐腐蚀性能下降；
（2）在外界力作用下涂层会脱落，无法有效保护金属基材。
2. 耐蚀性纳米超疏水涂层
耐蚀性纳米超疏水涂层利用纳米材料与其他材料的结合形成微纳米级结构表面，不仅能抵御化学腐蚀，还能让水滴形成球状以自清洁表面，减少污染物附着，增强金属的防腐蚀能力，延长材料的使用寿命。
相比于防蚀性超疏水聚合物涂层，耐蚀性纳米超疏水涂层在耐蚀性上表现更出色，而且更环保，使用的试剂也更为友好。但在实际应用中也面临一些挑战：
（1）制备成本较高，限制其在工业中的广泛应用；
（2）涂层的稳定性需进一步加强。
3. 耐蚀性超疏水陶瓷涂层
耐蚀性超疏水陶瓷涂层结合了特殊的微纳米结构和表面改性技术，使基体表面具有强大的抗腐蚀性和防污染能力，能够更有效地保护金属材料免遭腐蚀和污染。
陶瓷材料具有优异的耐腐蚀性和硬度，与超疏水技术结合，提供了更可靠和持久的防腐蚀保护。相较于前两种涂层，耐蚀性超疏水陶瓷涂层具有更佳的防腐蚀性能。
制备方法
超疏水涂层的制备方法请阅读《一文读懂超疏水涂层制备方法及优缺点》文章，进行详细了解。
应用领域
近几年，超疏水涂层已被广泛应用于铜、铝及其合金、镁合金、钢铁及其合金等金属材料的腐蚀防护。
铜是被用作电线导体，家用和工业用水管道的导体以及热传导和交换器的导体。铜作为一种活性金属，易受腐蚀，尤其是在氯等腐蚀性离子存在的情况下。近年来，铜基表面超疏水涂层大多使用电沉积制备。
铝是地球最丰富的金属元素之一，以良好的导热性、导电性、高比强度、低重量比和弱阻隔性而被广泛应用。近年来，在铝及其合金表面制备超疏水涂层大多应用于船用材料领域，防止离子和微生物等接触金属表面。
镁是最有前途的绿色工程材料之一，是所有金属中最轻的一种，用作建筑合金的基础材料。超疏水涂层的制备是降低镁及其合金表面腐蚀的有效手段，扩大了其在室外的应用范围。
钢铁及其合金是使用率较高的金属材料，是最重要和最有益的工程材料之一，在日常生活和工业应用中发挥着重要的作用。但是钢的腐蚀是使其结构失效的主要原因。超疏水涂层的发展对提高钢铁的耐蚀性以及扩展其应用范围具有重要的意义。
发展方向
（1）提高超疏水涂层的稳定性和防腐蚀性能，尤其在强酸、强碱或高湿度环境中。
（2）研发经济、易于批量化制备应用、环保、耐磨的高效防腐涂层。
（3）在光滑金属表面，涂层与基底表面的黏附强度、机械稳定性将是后续重点关注方向。
（4）开发面向复杂环境的多功能超疏水防腐涂层是未来发展的重要趋势。
写在最后
超疏水涂层凭借其优异的疏水特性，在金属防腐蚀领域具备非常好的应用前景。但在成本控制、规模化应用、耐磨性提高、环境适应性等方面仍存在问题需要解决，开发经济、环保、高效、易于批量化制备应用的多功能耐腐蚀超疏水涂层，是推进超疏水表面工业化应用的未来发展方向。
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