铝镁合金有了智能防腐涂层采用“纳米胶囊”结构，缓蚀剂“对症下药”

　　铝合金和镁合金等轻质金属材料在交通运输、航空航天等关键领域广泛应用，但其性能发挥和安全服役常因腐蚀失效而受限。在装备轻量化浪潮中，铝镁合金材料既要“身轻如燕”又要“百毒不侵”，对防腐技术提出了近乎苛刻的要求。这类材料的传统保护涂层仅能被动防护，一旦受损，不仅失效，还可能引发更严重的局部腐蚀。如何让涂层更智能、主动地应对腐蚀已成为行业关注的重要课题。

　　近日获得中国腐蚀与防护学会科学技术奖(自然科学类)一等奖的“铝镁轻合金智能长效防腐涂层耐蚀机理及构建”成果，通过对缓蚀剂有效性、纳米容器响应性、涂层功能性3个维度的优化设计，开发了一系列具有多重修复机制及协同作用的自修复防腐涂层，建立了“高效缓蚀剂—主客体纳米容器—涂层结构”的多层级涂层构建方法。利用该技术开发出的具有主动防护和自修复能力的智能防腐系列涂层受到广泛认可。

　　感应腐蚀介质　主动开启防护

　　“传统涂层只有物理阻挡作用，可以理解为一层普通的膜，而智能防腐涂层则类似于人的皮肤，其中添加了一种特殊的‘纳米胶囊’，能够敏锐感知腐蚀介质的存在，主动发挥防护作用，在涂层受损后还能使其‘自愈’。”该成果主要完成人、北京石油化工学院新材料与化工学院副教授张优介绍道。

　　据了解，张优与其科研团队针对新一代装备长寿命、轻量化制造的新挑战，围绕铝镁轻合金防腐涂层的共性科学问题，开展了智能缓蚀剂设计、制备和机理研究，自修复耐蚀涂层体系设计，多功能涂层构建及应用等工作，建立了铝镁轻合金的防腐涂层设计理论与新方法。

　　对于该成果的耐蚀机理及构建方法，张优表示，为实现涂层智能、长效防腐，团队从缓蚀剂、纳米容器、涂层构建3个维度开展理论研究工作。他们开发的智能防腐涂层不仅提供被动防护，还具备主动防护和自主修复能力，从而达到延长使用寿命、适应复杂多变环境的目的。

　　如何实现主动防护和自主修复?张优将核心材料生动地比作“纳米胶囊”，其工作原理类似于人体皮肤的自我修复机制，它的外壳是纳米容器，内部装载的是可以延缓金属腐蚀的缓蚀剂。纳米容器能够智能感应外界腐蚀信号的存在，进而精准触发缓蚀剂的释放；缓蚀剂会在金属表面快速形成致密的保护膜，有效隔绝腐蚀介质与金属的接触，类似于人体伤口凝血结痂的过程。该技术具有两大创新功能：一是主动防御，在腐蚀初期就及时响应；二是自我修复，当局部保护膜受损时，邻近的纳米胶囊会释放缓蚀剂形成新防护层。

　　缓蚀剂按需释放　让修复更高效

　　该成果采用的“纳米胶囊”结构，以及“对症下药”的缓蚀剂，都指向同一个目标：把缓蚀剂用在“刀刃上”，让涂层修复有效且高效。

　　“纳米胶囊”结构让缓蚀剂物尽其用。张优指出，“纳米胶囊”结构可防止缓蚀剂泄漏。如果直接在涂层中添加缓释剂，缓释剂可能早早就泄漏出去了，加入纳米容器中，可以实现缓蚀剂按需释放，即感应到外界腐蚀介质后才会释放，像是一种‘会思考’的防腐涂层技术。”她说。

　　针对不同服役场景，团队筛选出高匹配缓蚀剂，做到“对症下药”。张优表示：“航母和舰船处于海洋腐蚀介质环境中，面临高氯离子浓度的盐雾腐蚀风险，其内部的镁铝等轻合金零部件更容易发生腐蚀。在涂层中加入针对海洋环境的缓蚀剂，可以有效防止或减缓材料的腐蚀。在日常交通运输领域，该涂层的应用场景也非常广泛。随着新能源汽车对整车轻量化的要求不断提高，越来越多的生产商开始采用铝镁合金等轻质材料制造零部件。同时，飞机的蒙皮也常采用铝合金材料，这些领域都需要高效的防腐涂层。”

　　攻克多项难题　成果广受认可

　　在研发过程中，研究团队面临诸多学术难题。张优表示，首先，缓蚀剂与金属表面的缓蚀机理十分复杂，传统研究研发周期长、成本高，目前尚无统一的理论指导；其次，业界尚缺少纳米容器负载缓蚀剂的相关理论，纳米容器负载容量不足、响应释放功能单一、制备工艺复杂等关键问题有待解决；最后，传统底涂用转化膜生长存在缺陷、功能简单、耐蚀性不足等限制因素，增强基体耐蚀性和提高基体与表面涂漆的结合力，已成为多领域轻合金长寿命防腐的重要课题。

　　面对上述难题，团队一一攻克。首先，结合高通量腐蚀电化学测试与理论计算，从微区电化学角度和热力学角度揭示了缓蚀剂的微观作用与调控机制，为不同轻合金体系建立了高效缓蚀剂设计原则。其次，创新纳米容器构建方法及材料库，结合缓蚀剂理论和结构设计，获得了一系列新型层状双金属氢氧化物、金属有机骨架材料等主客体纳米容器的构建方法，成功应用于构建轻合金智能自修复防腐涂层。最后，揭示纳米容器成膜理论，开发替代传统底涂方法的自修复转化膜新技术，解决了镁合金基材与膜层结合力差与耐蚀性不足的关键科学问题，同时实现了在温和条件下快速成膜，丰富了该类智能防腐涂层材料工程化应用的理论基础。

　　经中国腐蚀与防护学会组织的科技成果评价，该项目成果整体达到国际先进水平，其中在铝镁轻合金智能长效防腐涂层缓蚀剂微观构建研究方面达到国际领先水平。

　　目前，该技术已在国内外知名学术期刊发表SCI论文50余篇，获授权发明专利9件。随着“双碳”战略推进，这种兼具精准性与经济性的智能防护方案将走向大规模工业应用，有望在新能源装备、绿色交通等领域催生庞大的市场空间。