金属腐蚀造成巨大的经济损失,严重影响生命安全、造成环境污染等。金属表面的化学转化膜和涂覆的有机涂层是金属材料腐蚀防护最有效和最经济的手段。当前,常用的金属基材中,碳钢表面的磷化处理面临污染大,耗时长,耗能高等问题,铝合金表面的钛锆化学转化膜存在耐腐蚀性能弱的缺陷。此外,金属基材表面的水性防腐涂料受制于成膜机制,在成膜过程中形成微孔、缩孔等缺陷,使其耐腐蚀性能下降,达不到设计的防腐要求。针对上述问题,选取低碳钢和铝合金两种具有代表性的金属基材,构建基材表面化学转化膜及有机防腐涂膜,考察其防腐性能,并借助密度泛函理论计算（DFT）探讨化学转化促进机理。主要的研究内容如下:（1）引入纳米材料磷酸锆（α-ZrP）作为低碳钢表面磷化促进剂,构建纳米磷酸盐复合转化膜,考察纳米α-ZrP对磷化膜形貌、化学组成及耐腐蚀性能的影响;同时,对纳米α-ZrP在磷化过程中的促进机理进行探讨。通过观察金属基材表面磷酸盐晶体的生长变化过程及磷化膜表面形貌的演变情况发现,引入α-ZrP得到的磷化膜层具有更小的孔隙率,磷酸盐晶体颗粒尺寸被细化,且纳米α-ZrP有助于在金属表面生成数量更多的磷酸盐晶体,进而形成更密实的磷化膜层。这主要归因于磷化液中引入的纳米α-ZrP具有大的比表面积、优异的吸附能力及离子交换能力促进了磷化反应的进行。梯度实验结果表明磷化液中纳米α-ZrP的最佳添加浓度为0.8 g/L。动电位极化曲线及电化学阻抗谱（EIS）测试结果表明优化条件下的基材表面磷化膜腐蚀速率比空白样品降低了一个数量级。（2）将褪黑素（MEL）引入低碳钢表面磷化工艺中,构建磷酸盐转化膜,考察MEL对磷化膜形貌、化学组成及耐腐蚀性能的影响;采用DFT对MEL在磷化过程中的促进机理进行分析。扫描电镜（SEM）以及三维形貌测试结果表明,磷化膜中MEL的引入有效地抑制了磷酸盐晶体向上生长的取向,在金属表面形成致密的磷化膜层。与空白样品相比,引入MEL的磷化膜层粗糙度从21.1μm降至10.8μm,孔隙率从77.5%降低至0.6%,显著改善了磷化成膜的效果。动电位极化曲线与EIS测试结果表明,引入MEL得到的磷化膜层的腐蚀速率从空白样品的5.64 mpy降至0.04 mpy,表现出优异的耐腐蚀性能。干摩擦实验结果表明MEL作为磷化促进剂得到磷化膜的摩擦系数从0.6降至0.3,可有效防止磷化膜被破坏。理论计算得到MEL分子的能量差为5.0136 e V,具有较好的反应活性;结合福井函数及电负性分析表明MEL分子对金属具有很好的吸附能力,从而对金属磷化具有很好的促进作用。（3）引入绿色植物罗勒叶提取物（BLE）构建铝合金6061（AA6061）基材表面新型钛锆转化膜,考察BLE的引入对钛锆转化膜的形成及性能影响。AA6061浸泡在含BLE的3.5 wt%Na Cl溶液中105 h,表面仍然保持原有的金属光泽,表明BLE的引入有效地抑制了铝合金基材表面腐蚀反应的发生。最佳钛锆转化膜的成膜条件为:时间1 min,转化液的p H在3.5-4.0之间。SEM观察膜层表面形貌,发现BLE有助于形成更加完整的钛锆转化膜层,并极大地减少了膜层裂纹。与空白钛锆转化膜相比,引入BLE后膜层的腐蚀速率从0.043 mpy降至0.007 mpy。对BLE中几种主要活性物质包括甲基丁香酚、香芹酚、芳樟醇、迷迭香酸以及丁香油酚等的反应活性以及反应位点进行理论计算与分析,结果表明BLE中的迷迭香酸具有最大的电负性和最好的反应活性,有助于钛锆转化膜的形成及性能提升。（4）基于钛锆转化膜的铝合金基材,研究可与化学转化膜配套使用的水性环氧（WEP）涂层的耐腐蚀性能。采用二甲基十八烷基[3-（三甲氧基硅基）丙基]氯化铵（TPOAC）对氧化石墨烯（GO）进行化学接枝改性,将改性GO（TGO）引入水性环氧防腐涂料中,考察其耐腐蚀性能。红外、拉曼、X-射线衍射、紫外光谱及X射线光电子能谱等对GO及TGO的表征结果表明,TPOAC主要与GO表面的含氧官能团发生反应成功接枝到GO表面。SEM发现改性WEP涂层表面平整光滑,表明TGO的引入极大地减少了WEP涂层内部的缺陷。腐蚀测试结果表明TGO显著增强了WEP涂层的耐腐蚀性能。TGO对涂层防腐性能的增强机制主要归因于:TPOAC改性GO在聚合物涂层中均匀分散,具有良好的屏蔽效应;同时,TPOAC又起到潜固化剂作用,促进了环氧树脂与水性环氧固化剂之间的相容性,减少WEP涂层成膜过程的缺陷,进而极大地提升了WEP涂层的耐腐蚀性能。