Page 183 - 2025年7月防腐蚀专辑
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万 昊等：超疏液涂层在防腐阻垢防 领域研究进展
协会的数据，油气生产行业每年的腐蚀总成本约为 后（<10°），赋予涂层防腐、阻垢和防 等功能，同时
13. 72 美元 。金属材料与含有结垢组分（Ca 、 通过增强结构耐久性和化学稳定性拓展了在能源、
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Mg 、Sr 、SO 、CO 、HCO 等）的液体接触，一旦温 环保及生物医学等领域的应用。对于超疏油涂层，
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度、压力等热力学条件发生改变，结垢组分的溶解度 还需通过分子设计使表面能低于油相的铺展临界
就会降低进而析出结晶沉淀[CaCO 、SrCO 、BaCO 、 值 ，通常需要引入含氟链段构筑更致密的分子
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CaMg（CO）等]。这类物质附着沉积在金属材料表面 屏障 。
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会逐渐形成水垢。垢层的形成会导致管道 量降
低、膜孔堵塞、换热器能耗增加等 。同时，在石油开 2 涂层在 阻
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采和运输过程中，随着温度和压力降低，溶解在原油
中的 会结晶沉淀形成 层，吸附、沉积在油管、套 2. 1
管等设备的内壁中。内壁积 会使有效流通面积减 超 涂层在防腐 研究进展
油气管道腐蚀是制约行业安全发展的关键难
小或堵塞，从而增加流动阻力和 负荷，影响抽油杆
题，其成因具有多维复杂性。内部腐蚀源于硫化氢、
等设备的使用寿命 。这不仅会降低工作效率，而且
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二氧化碳、水、微生物等组分，高温高压下诱发电化
还会损坏运行设备，造成巨大的经济损失。
学腐蚀 。外部环境侵蚀呈现土 -杂散电流-微生
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为了应对金属腐蚀、结垢、结 问题，研究者广
物多因子耦合特征 。特殊部位如长输管道 缝易
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泛采用物理去除、化学抑制和表面处理等方法。然
形成腐蚀薄弱区，海底管道更面临海水侵蚀、生物附
而，由于物理去除会造成停产和化学药剂带来污染
着与冲刷腐蚀的复合腐蚀 [16-17] 。超疏涂层技术通过
的固有缺陷，已无法满足严 工况、环境和连续生产
构建微纳结构形成气 屏障，有效阻隔腐蚀介质与
的要求 。受自然界一些特殊现象的启发，开发超疏
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金属基体接触，在抑制电化学腐蚀、微生物附着及液
防腐、阻垢、防 界面材料，似乎是克服这些问题的
体渗透方面展现出显著优势，为管道全生命周期防
理想策略。
护提供了解决方案 。
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在管道内壁涂 一种或多种超疏涂层，可以抑
Zhao等 研究表明 Ni-P 涂层能承受 CO 、高盐度
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制和消除腐蚀、结垢、结 的影响 [6-8] 。特别是超疏涂 2
介质等的腐蚀，同时可防止电解液渗透，有助于防止
层不仅制备简单、应用广泛，而且可以保持长期高
结垢。尽管单一涂层能够减缓金属表面的腐蚀速
效、稳定的效果，具有广阔的应用前景 。本文首先
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率，但效果 佳，而二维纳米材料具有大的径厚比和
简要概述了超疏涂层的构建及作用机制，系统地介
优异的物理阻隔性能，能够有效改善涂层长期防腐
绍了近年来超疏涂层在防腐、阻垢、防 方面的研究
性能。刘刚等 在炔基化氧化石墨烯（AGO）表面接
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进展。最后，提出了超疏界面材料面临的挑战和发
枝共价键，并引入到环氧树脂（EP）中，制备了超疏水
展前景，为未来新型超疏涂层的设计提供新思路。
FAGO/EP 涂层，其电流密度（8. 872×10 A/cm）相较
-9
2
1 涂层的 建 用原理 于碳钢降低约 3 个数量级。Pei 等 将两亲性二维片
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状二氧化硅（JNS）填料引入到水性环氧树脂（WEP）
超疏涂层的构建主要基于表面微观结构设计与 中，制备了新型多重协同长效超疏水JNS/WEP防腐涂
化学修饰的协同作用 [10-11] 。在微观结构层面，通过仿 层，经过130 d 3. 5%NaCl溶液浸泡，NS/WEP涂层的低
J
生学原理构建微纳米复合粗 表面，这种多级结构 频阻抗模值（ ）仍保持在10 ·cm 以上，比WEP
10
2
0. 01 Hz
可有效截留空气层，形成气-液界面屏障。化学修饰 涂层高 2 个数量级。二维材料提高了涂层的长期耐
方面，采用低表面能物质如氟硅烷、全氟聚醚等对粗 腐蚀性，却未能很好地解决涂层稳定性问题。研究
表面进行改性，通过化学键合降低表面自由能，使 人员发现纳米颗粒能够增加涂层的机械强度，从而
液体接触时呈现高接触角特性。其作用原理 循 提高涂层的稳定性。Zhang 等 以纳米氧化铝、有机
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Cassie-Baxter 润湿理论 ，当涂层表面的粗 结构尺 硅烷（POS）和 EP 为原料在 Q235 碳钢表面喷涂制备
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度小于液体 细长度时，液体无法完全浸润表面 POS@Al O @EP 超双疏防腐涂层。电化学测试表明
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，形成固-液-气三相复合接触状态。这种复合显 腐蚀电位正移 590 mV，腐蚀电流密度降低 4 个数量
著增大了表观接触角（通常>150°），同时降低接触角 级，低频阻抗模值提高7个数量级，电荷转移电阻增加
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