在自然环境中,材料会由于环境的影响发生化学作用或者电化学作用,而发生腐蚀失效,失去其原有的力学性能和结构作用,造成潜在的安全隐患和经济损失。在大气环境、土壤环境和海洋环境中的腐蚀,又以海洋腐蚀最为突出和急需研究攻克。在海洋腐蚀防护方面,涂料防护占有很高的比例,这让涂层在海水环境下的研究成为了热点。本文主要通过对涂层本身和涂层附着基体的改性,达到提高涂层使用寿命和提高涂层防护质量的效果。制备涂覆于Q235不锈钢基体上带有缺陷的清漆涂层试样,并将带有缺陷涂层试样在3.5wt%Na Cl溶液中做浸泡失效实验,利用三维共聚焦光学测试、电化学交流阻抗测试(EIS)和扫描开尔文探针测试(SKP)等表征方法对涂层失效过程进行表征和分析。1.基体表面的等离子体处理相比传统的改性技术,等离子体处理有环保无污染、不破坏机体表面整体性质、适用范围广、安全等特点。在基体表面改性方面,我们对基体采用了空气等离子体处理。经过空气等离子体处理,基体表面增加一些起到连接性的官能团,比如羟基(-OH)、羰基(-CO)等官能团。这些官能团可以与醇酸树脂中的不饱和双键(-C=C-)、羧基(R-OOH)、羟基R-OH、脂基(R-OOR)等官能团发生反应形成化学键,提高涂层与基体之间的结合力。另外,等离子体处理也可以增加表面的粗糙度,从物理方面增加结合力。电化学交流阻抗(EIS)和扫描开尔文探针测试(SKP)结果都证明了等离子体处理可以增强涂层防护性能和延缓涂层的失效。2.清漆中加入碳纳米管为了提高涂层自身的防渗水和耐腐蚀性能,本文将纳米级的多壁碳纳米管加入清漆中充当颜填料。碳纳米管的加入增加成膜涂层致密性,填充水分子渗透的通道,显著延长了水从涂层表面渗透到基体表面所用的时间,延缓了涂层失效,增加了涂层的使用寿命。利用电化学交流阻抗(EIS)和扫描开尔文探针测试(SKP)的表征技术,证明了碳纳米管的加入增强涂层防护性能和延缓涂层的失效。3.碳纳米管对涂层渗水的影响研究了碳纳米管的加入对水在涂层中渗水速率的影响。通过制作模型,利用红外动力学测试,表征对水在涂层中的渗透进行检测。根据红外吸收峰在波数为3300cm-1和1650 cm-1的变化,计算出水的渗水率。结果证明,加入碳纳米管涂层的渗水率小于未加碳纳米管涂层的渗水率。碳纳米管的加入可以延缓水在涂层中的渗透过程,延长涂层的使用寿命。4.分子模拟涂层失效与金属界面的作用关系以第一性原理为基本理论基础,使用Materials Studio 7.0通过建立模型、优化结构、动力学模拟和数据分析等过程,从分子力学的角度上进行分析。通过模拟在铁基体表面的等离子体处理,比较醇酸树脂在未处理铁基体和经等离子体处理铁基体表面吸附能的变化。结果证明,铁基体表面的等离子体处理可以对醇酸树脂在基体表面的吸附起到促进作用。建立不同聚合度的醇酸树脂晶胞,通过水分子在不同聚合度醇酸树脂晶胞中的均方差位移曲线(MSD),得到水分子在不同聚合度的醇酸树脂晶胞中的扩散系数。建立不同尺寸的单壁碳纳米管(CNT),将不同尺寸的CNT加入相同聚合度的醇酸树脂晶胞中,通过各自的MSD,得到水在不同尺寸CNT晶胞中的扩散系数。结果证明,随着醇酸树脂聚合度的增加,由于醇酸树脂尺寸增加,分子间的间隙也增加,水在醇酸树脂晶胞中的扩散系数逐渐增加;加入不同尺寸的单壁CNT,随着CNT尺寸的增加,水在晶胞中的扩散系数先减小后增加。通过等离子体表面处理和碳纳米管填料对清漆涂层失效影响的分析,得出涂层-金属体系的功能改性,可以提高涂层防护效果和增加涂层寿命。