智能涂料:原理.技术.防腐蚀应用

第1章腐蚀控制涂层的电化学观点/001

1.1简介/001

1.2腐蚀/001

1.2.1腐蚀热力学/001

1.2.2动力学/002

1.3涂层/004

1.3.1屏蔽涂层/004

1.3.2防腐蚀涂层/006

1.3.3阴极保护涂层/006

1.3.4涂层体系/008

1.4结论/009

参考文献/009



第2章腐蚀的重要性及使用智能防腐蚀涂层的必要性/010

2.1简介/010

2.2低温智能涂层/011

2.3自愈合涂层的封装/012

2.4阴极保护/017

2.4.1牺牲阳极/017

2.4.2ICCP系统/017

2.5高温智能涂层/018

2.6热腐蚀/019

2.6.1热腐蚀类型/020

2.6.2热腐蚀机理/020

2.6.3高温合金热腐蚀/021

2.6.4DMS-4的氧化特征/023

2.7表面涂层技术/024

2.7.1扩散涂层/024

2.7.2包覆涂层/024

2.7.3表面工程技术/025

2.8主要微量元素的影响/027

2.9智能涂层的概念/027

2.9.1准备和选择合适的表面工程技术/028

2.9.2智能涂层评估技术/029

2.9.3已开发的智能涂层的性能/030

2.10结论和展望/032

参考文献/032



第3章抑制金属/合金腐蚀的智能无机和有机预处理涂层/035

3.1简介/035

3.1.1腐蚀的定义/035

3.1.2金属腐蚀/预防的成本/036

3.1.3国民经济的腐蚀成本/037

3.2设计防腐蚀智能涂层/037

3.3预处理涂层/038

3.3.1选择合适的金属合金/038

3.3.2表面改性/038

3.4无机非金属预处理涂层/039

3.4.1铬酸盐转化涂层/039

3.4.2磷酸盐转化涂层/040

3.4.3镧基转化涂层/040

3.4.4混杂型转化涂层/041

3.5有机预处理涂层/042

3.5.1混合溶胶-凝胶涂层/042

3.5.2导电聚合物涂层/043

3.5.3自组装预处理涂层/044

3.5.4聚电解质多层膜/045

3.5.5负载缓蚀剂的纳米容器控释涂层/046

3.5.6生物膜作为预处理涂层/046

3.6结论/046

致谢/046

参考文献/046



第4章源于金属有机前驱体的低温涂料：一种经济环保的优良方法/057

4.1简介/057

4.2化学气相沉积：MOCVD新技术/058

4.2.1激光诱导化学气相沉积/059

4.2.2紫外诱导化学气相沉积/060

4.2.3等离子增强化学气相沉积（PECVD）/060

4.2.4电子束化学气相沉积/061

4.2.5流化床化学气相沉积/061

4.2.6原子层沉积（ALD）/061

4.2.7聚焦离子辅助化学气相沉积（IACVD）/062

4.3有机金属前驱体：经济性的大面积合成/063

4.3.1有机金属前驱体：氧化物陶瓷/063

4.3.2有机金属前驱体：非氧化物陶瓷/067

4.4液体输送体系：溶剂的作用/074

4.5有机金属前驱体化学/074

4.6成核和生长机制/075

4.7涂层破坏机制/075

4.8结论和展望/077

参考文献/078



第5章钢表面铈掺杂硅烷杂化自愈涂料的合成与表征/083

5.1简介/083

5.2实验过程/084

5.2.1样品制备/084

5.2.2分析方法/085

5.3结果与讨论/085

5.3.1铈离子和双酚A对304L不锈钢基体上SHC显微组织和防腐蚀性能的影响/085

5.3.2用于304L不锈钢且经硝酸铈和氧化铈纳米粒子改性的SHC涂层自愈性的电化学评估/093

5.3.3铈浓度对HDG基体上铈掺杂SHC涂层的微观结构和防腐蚀性能的影响/099

5.3.4铈盐活化纳米粒子填充硅烷涂层对HDG基体缓蚀作用的评估/106

5.4结论和展望/115

致谢/116

参考文献/116



第6章杂化富锌涂层：纳米缓蚀剂和导电粒子掺杂的影响/118

6.1简介/118

6.2实验过程/120

6.2.1材料和制备方法/120

6.2.2研究方法/121

6.3结果/124

6.3.1纳米粒子的研究/124

6.3.2涂层和钢基材的研究/130

6.4讨论/146

6.5结论/148

致谢/148

参考文献/148



第7章新型发光搪瓷涂层/154

7.1简介/154

7.2搪瓷*重要的性能/155

7.3发光特性/156

7.4发光瓷釉涂层/156

7.5实验材料和过程/157

7.6结果和讨论/159

7.6.1涂层的形貌特征/159

7.6.2涂层的防护性能/160

7.6.3发光性能的趋势/168

7.7结论/173

参考文献/173



第8章破损触发的微纳米容器自修复防腐蚀涂料/175

8.1简介/175

8.1.1成为全球经济问题的腐蚀现状/175

8.1.2防止腐蚀的方法/175

8.2保护性有机涂层的微米容器和纳米容器制备方法：自愈合涂层vs自防护涂层/177

8.3容器类型及其制备方法/179

8.3.1LDHs型纳米容器或微米容器/179

8.3.2陶瓷芯和聚电解质/聚合物壳的容器/180

8.3.3含有陶瓷芯和毛孔末端刺激响应塞的容器/183

8.3.4直接乳液法或反相乳液法容器/185

8.3.5基于界面物理现象的容器/186

8.3.6乳液液滴中的界面或本体化学反应制备的容器/191

8.4容器中活性剂的释放/195

8.5容器在新型保护涂料基质中的分布/197

8.6掺有容器的有机自保护涂层的防护性能/198

8.7结论/200

参考文献/200



第9章现代涂料中试生产的重要方面/206

9.1简介/206

9.2定义/206

9.3分散过程/207

9.4涂料的一般工艺/208

9.5中试/209

9.5.1逐步放大/209

9.5.2中试布局——主要问题/210

9.5.3生产装置及其配套装置/210

9.5.4水性和溶剂型聚合物基料的中试生产类型/211

9.6涂料工业主要设备/213

9.6.1搅拌器/213

9.6.2研磨机/215

9.6.3过滤器/217

9.7涂料的检查要点/217

9.8涂料工业的一般安全注意事项/217

9.9用于涂料的丙烯酸胶乳中试和扩大生产的典型实例/218

9.9.1装料的一般过程/219

9.9.2中试车间设置/219

9.10结论/220

参考文献/220



第10章用于金属防护的智能绿色转化涂层的溶胶-凝胶法/221

10.1简介/221

10.2智能化学的发展/222

10.3表征方法/224

10.3.1光谱分析/224

10.3.2热分析/228

10.3.3纳米压痕分析/229

10.3.4表面形态/231

10.4涂层评估/232

10.4.1实验室试验/232

10.4.2户外试验/240

10.5结论/248

致谢/248

参考文献/248



第11章超疏水导电聚合物防腐蚀涂层/251

11.1简介/251

11.2腐蚀防护/251

11.2.1转化涂层/251

11.2.2有机涂层/252

11.3导电聚合物防腐蚀涂层/252

11.3.1涂覆工艺/252

11.3.2腐蚀防护机理/253

11.3.3导电聚合物实例/254

11.4超疏水防腐蚀涂层/256

11.4.1理论背景/256

11.4.2制备方法/257

11.5超疏水导电聚合物防腐蚀涂层/259

11.6结论/260

致谢/260

参考文献/260



第12章聚合物-缓蚀剂掺杂涂层的智能防护/264

12.1简介/264

12.2钢筋混凝土中的应用/266

12.3电纺丝智能涂层/269

12.4溶胶-凝胶涂层的腐蚀控制/272

12.5结论/276

致谢/276

参考文献/276



第13章热致变色二氧化钒智能涂层的性能及应用/281

13.1VO2的简介和性质/281

13.1.1VO2的合成方法/282

13.1.2VO2相变开关时间/283

13.1.3原子氧辐照对VO2性质的影响/284

13.1.4掺杂对VO2相变的影响/284

13.2应用/286

13.2.1全光开关/287

13.2.2电开关/287

13.2.3VO2基杂化超材料器件/288

13.2.4VO2等离子体器件/289

13.2.5VO2基射频微波开关/293

13.2.6智能窗口/293

13.3结论/294

参考文献/294



第14章单组分自修复防腐蚀涂层：设计方案与实例/300

14.1简介/300

14.2单组分自修复防腐蚀涂层的设计方案/301

14.2.1传统自修复材料的制备/301

14.2.2单组分自修复防腐蚀涂层的设计/305

14.3单组分自修复防腐蚀涂层举例/306

14.3.1二异氰酸酯基单组分自修复防腐蚀涂层/306

14.3.2有机硅烷基单组分自修复防腐蚀涂层/314

14.4结束语和观点/320

参考文献/321



第15章基于锡酸盐的镁合金智能自修复涂层/325

15.1简介/325

15.2镁合金类型/325

15.3镁腐蚀的常见形式/326

15.3.1全面腐蚀/326

15.3.2点蚀/326

15.3.3缝隙（沉积物）腐蚀/327

15.3.4丝状腐蚀/328

15.3.5电偶腐蚀/328

15.3.6应力腐蚀开裂/328

15.3.7晶间腐蚀/329

15.3.8腐蚀疲劳/329

15.4锡酸盐转化涂层减缓镁腐蚀/329

15.4.1锡酸盐转化涂层的合成与测试/329

15.4.2锡酸盐涂层的性能/330

15.4.3锡酸盐涂层的自修复功能/332

15.5结论和展望/333

致谢/333

参考文献/333



第16章电活性聚合物防腐蚀涂层/335

16.1简介/335

16.2腐蚀/335

16.3防腐蚀措施/336

16.3.1缓蚀剂/336

16.3.2阴极保护/336

16.3.3阳极保护/336

16.3.4涂层/336

16.4聚合物涂层/338

16.4.1EAP基涂层/338

16.4.2EAP基纳米复合涂层/341

16.5结论/351

参考文献/351



第17章用作生物医学植入体的Ti及Ti合金防腐蚀涂层/354

17.1简介/354

17.2表面改性方法/355

17.3溶胶-凝胶法/355

17.3.1浸涂/355

17.3.2旋涂/356

17.4激光氧化/357

17.5阳极氧化/357

17.6等离子体电解氧化/357

17.7电解沉积法/357

17.8复合法/358

17.9保护膜/358

17.9.1氧化物涂层/358

17.9.2羟基磷灰石涂层/359

17.9.3复合涂层/359

17.9.4杂化涂层/360

17.9.5陶瓷涂层/360

17.10腐蚀研究/360

17.11结论/362

参考文献/362



第18章腐蚀监测光学传感器/366

18.1简介/366

18.2光纤传感器的工作原理/367

18.2.1光纤布拉格光栅/367

18.2.2干涉型光纤传感器/367

18.2.3分布式传感器/368

18.2.4光强调制器/368

18.2.5表面等离子体共振传感器/369

18.3腐蚀检测/369

18.3.1腐蚀直接测量/370

18.3.2利用金属牺牲层直接进行腐蚀测量/372

18.3.3腐蚀产物和前驱体的测定/375

18.3.4腐蚀控制的相对湿度监测/379

18.3.5腐蚀控制的pH光纤传感器/380

18.4结论和未来趋势/384

致谢/384

参考文献/384



第19章用于重大文化工程的高性能防腐蚀涂层的表征/391

19.1简介/391

19.1.1物质文化遗产保护涂层/391

19.1.2智能定义：化学智能和物理智能/392

19.1.3文化遗产保护常用涂层/392

19.1.4文物保护涂层的耐候性研究/392

19.1.5开发物质文化遗产用智能涂层的方法/394

19.1.6涂层系统的预期挑战/395

19.1.7电化学阻抗谱表征保护膜的阻隔性能/395

19.2实验细节/396

19.2.1涂层基体实验细节/396

19.2.2涂覆板老化研究实验细节/396

19.2.3基体表征实验细节/396

19.3化学智能涂层的测试和表征/396

19.3.1户外金属化学智能涂层的耐候性研究/396

19.3.2EIS对耐候涂层基材的表征/397

19.3.3耐候涂层基体的FTIR表征/397

19.4物理智能涂层的表征/399

19.4.1在水性纳米复合材料涂层中使用合成纳米黏土/399

19.4.2改性纳米黏土以提高与涂层的相容性/400

19.4.3纳米黏土改性实验/401

19.4.4FTIR表征改性皂石/401

19.4.5X射线表征改性皂石/401

19.4.6SAXS 数据拟合/403

19.4.7AFM表征改性皂石/404

19.4.8改性皂石涂层/405

19.5物理智能涂层性能测试/405

19.5.1EIS研究水性PVDF-黏土纳米复合材料的屏障性能：退火的影响 /405

19.5.2电解质溶胀膜中水的电容和体积分数计算/406

19.5.3智能涂层性能评价/407

19.6结论与未来方向/407

致谢/408

参考文献/408



第20章振动光谱技术腐蚀监测/410

20.1简介/410

20.2原理/410

20.2.1拉曼光谱/410

20.2.2红外（IR）光谱/411

20.3方法和仪器设备/412

20.3.1拉曼光谱/412

20.3.2红外光谱/413

20.4原位拉曼光谱在腐蚀科学中的应用/414

20.4.1溶液腐蚀/414

20.4.2大气腐蚀/415

20.4.3缓蚀剂/416

20.4.4涂层/417

20.5原位FTIR在腐蚀科学中的应用/420

20.5.1溶液腐蚀/420

20.5.2大气腐蚀/420

20.5.3缓蚀剂/421

20.5.4涂层/421

20.6结论/422

致谢/422

参考文献/422