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辽宁省纳米材料制备与应用重点实验室、辽宁科技大学表面工程研究所开展了涂层保护技术——金属材料表面超疏水-自清洁涂层制备技术及海洋腐蚀与防护机制的攻关研究，为超疏水-自清洁涂层在海洋工程、结构材料局部腐蚀防护领域的应用奠定研究基础。

疏水涂层可有效改善材料表面浸润性和附着性，进而提高其防污损及耐蚀性能。目前，低表面能及一定粗糙度微纳米结构涂层是实现疏水性能的主要手段。然而，疏水表面易受环境和机械作用破坏而失效成为亟待解决的问题之一。构造微纳米结构及低表面能物质修饰惰性涂层，有望解决上述问题。但微纳米织构/低表面能疏水基团协同作用机制和涂层腐蚀失效机制尚不明确，相关研究报道较少。

因此，本项目分别对等离子增强磁控溅射、大气等离子喷涂、化学气相沉积等表面改性技术及工艺进行研发。在铝合金、海洋工程用钢等金属材料表面设计制备出具有微纳米织构的金属基、陶瓷基及含疏水基团的类金刚石碳基涂层。（1）开发了利用等离子增强磁控溅射技术，对铝合金进行离子渗氮及复合Cr（Ti）N涂层的新工艺，并研究了复合涂层的耐蚀性能。对于渗氮后沉积Cr（Ti）N的涂层，涂层分布均匀致密，能有效地阻挡腐蚀性介质与基体直接接触，同时，在Cr（Ti）N涂层的表面会生成均匀致密的钝化膜，起到了很好的耐蚀作用（2）利用大气等离子喷涂技术在AH32海洋工程用钢表面制备三种不同成分的涂层，研究不同涂层的耐蚀及疏水性能。结果表明，等离子喷涂涂层显著改善了AH32钢的疏水性能。相比而言，等离子喷涂Co基涂层及等离子喷涂Ni基涂层与水的静态接触角达到了130°以上，均具有较好的疏水效果。三种涂层均明显改善了AH32钢的耐海水冲刷腐蚀能力，其中AH32钢基体腐蚀30天后的失重为 1.68×10^-2g/cm²，等离子喷涂Ni基涂层的腐蚀失重最小，约为4.2×10^-3g/cm²。（2）利用等离子体化学气相沉积技术在海洋用钢表面制备不同掺Si量的类金刚石（DLC）涂层，对涂层的疏水及耐蚀性能进行了评价。不同掺Si量DLC膜的表面粗糙度存在明显差异。DLC膜与水的接触角也随着掺Si量的增加而提高。Si含量对DLC膜的微观结构和耐蚀性能有显著影响。添加Si元素会减少膜中sp²键的含量，从而降低自由电子传输速率而降低腐蚀速率。但随Si元素添加量的增加，薄膜孔隙率增加，导致耐蚀性能下降。

金属材料在海洋环境下长期服役过程中，主要由于电化学腐蚀而发生失效，电化学腐蚀过程主要受电解质溶液影响。腐蚀过程中电解质溶液中的离子会在金属表面吸附和迁移，因此控制腐蚀介质的吸附过程可有效的降低金属的腐蚀速率。超疏水表面可有效改善材料的表面浸润性，降低电化学腐蚀过程中离子的吸附、扩散和电迁移过程，进而提高材料的防污损及耐腐蚀能力。

因此，本项目旨在利用离子增强磁控溅射、大气等离子喷涂、化学气相沉积等表面改性技术，对海洋结构、工程用金属材料进行表面改性处理，在其表面制备具有疏水-自清洁性能的耐蚀防污涂层，为材料在海洋环境中的腐蚀防护提供理论支撑。通过SEM、AFM、XRD、XPS等表面微观分析；动电位极化曲线、阻抗、噪声等原位电化学测试；成膜过程物理模型建立、E-pH图腐蚀热力学计算。阐明微纳米织构涂层生长调控机制，澄清涂层成分、结构、形貌等因素对材料疏水性能及耐蚀性能的影响规律。结合腐蚀热力学动力学过程及电化学分析，揭示涂层在海洋环境下的局部腐蚀机制，建立碳基涂层在腐蚀环境中的局部损伤-再钝化模型，并揭示相应机理。为金属材料表面超疏水-自清洁耐局部腐蚀涂层的制备提供技术支撑及理论依据。

本项目所用等离子增强磁控溅射、等离子喷涂及等离子体增强化学气相沉积等技术，可在材料表面制备陶瓷基、金属基、非晶碳基及复合涂层。通过改变工艺参数，控制涂层的组织、成分及结构，在材料表面形成具有优异机械性能、疏水防污性能及耐蚀性能的涂层。通过改变材料表面结构及表面自由能来减少材料与腐蚀介质的浸润，在保障材料自身服役性能的同时，提高其耐污损、耐点蚀及耐缝隙腐蚀能力。从根源上解决海洋工程、结构用金属材料的生物污损及局部腐蚀问题。并阐明微纳米织构涂层生长调控机制，揭示金属基、陶瓷基和碳基涂层腐蚀失效机理，解决疏水涂层耐久性差的棘手问题。可以减少甚至不需要再进行进一步的防污、防腐处理，最终实现提高生产效率并且节约成本的目的。通过本项目的开展，可为海洋工程、结构用材料海水污损及局部腐蚀防护技术提供有力依据，并可为超疏水-自清洁涂层的制备提供技术支撑。

铝合金具有高强度、低密度等特点，其在很多领域内被广泛应用。为了提高铝合金的表面硬度及耐蚀性等，可在其表面制备硬质薄膜。硬质薄膜不仅保留了基体材料原有的优异性能，同时还提高了材料的力学性能、高温稳定性能、耐腐蚀性能及耐磨损性能等。可以说，材料表面硬质薄膜的制备在现代工业生产中占据了极为重要的地位。

磁控溅射作为一种表面硬质膜的制备技术，已经得到广泛的应用。其技术特点在于：首先，在镀膜过程中，薄膜厚度、沉积速率及薄膜致密度等都可以利用改变溅射时间和溅射功率来控制。另外，采用磁控溅射方法制备薄膜时，靶材的形状不受限制，可根据需要进行选择，从而有利于保证薄膜的质量。研究表明，利用磁控溅射方法制备出的薄膜，与基体的结合强度比较高，能达到蒸发镀膜的十倍甚至更高。此外，由于溅射粒子的能量较高，其可以在撞击基体外表面后继续向四周扩散，从而获得致密且均匀的硬质薄膜。

关于硬质薄膜，已经有较多的相关研究和报道。但是，国内外关于在铝合金表面制备TiN和CrN防污耐蚀薄膜的报道较少，没有相关的制备工艺参数及标准可供参考。因此，利用磁控溅射技术在铝合金表面制备TiN和CrN薄膜方法的研究对轻质合金表面改性有很重要的参考价值。

金属材料在海洋环境下长期服役过程中，其局部腐蚀速率会在海洋微生物的作用下而加剧。一方面，微生物的吸附会影响材料的局部水化学环境，从而诱导点蚀的发生。另一方面，表面生长的海洋生物会与基体材料之间构成缝隙，从而诱发缝隙腐蚀。因此，控制腐蚀介质的吸附过程及表面清洁度可有效减轻海洋生物在材料表面的吸附及生长，进而降低局部腐蚀速率。超疏水-自清洁涂层可改善材料的表面浸润性和附着性，进而提高材料的耐局部腐蚀能力，是解决海洋工程、结构材料局部腐蚀损伤问题及提供有效防护的可能途径。

本项目利用等离子喷涂及化学气相沉积技术分别在海洋工程用钢表明制备金属基和非晶碳基涂层，通过调控金属基涂层的微纳米结构及涂层成分来改变钢材表面的疏水性能，改善海洋中腐蚀性介质及微生物对海洋用钢的腐蚀损伤。为金属材料海洋腐蚀与防护提供了更加高效、经济、环保的技术手段。

上述涂层技术可规避传统重装防腐涂料对环境污染的弊端，整个制备流程可操作性高、工艺方便、经济效益可观、并且契合当前的环保理念，为材料的表面改性技术的广泛应用提供了十分有价值的参考。

辽宁科技大学表面工程研究所共有十余名专职教师及科研人员，其中教授3人、高工1人、副教授4人。在读硕士生、博士生近30人。主攻方向为材料结构及等离子体模拟计算、光电薄膜、光催化薄膜及纳米材料、硬件质薄膜等功能薄膜材料的研究、结构性能表征。近年来，研究所共承担各类科研项目近50项，其中国家自然科学基金项目近10项，省部级以上项目近20项。涵盖光电半导体材料，硬质耐磨涂层、防腐涂层、防生物污损涂层，固体润滑涂层、超疏水、耐冲蚀涂层，热障涂层等多种功能涂层研发。涉及材料学、凝聚态物理、等离子体物理、摩擦学、微生物学、界面结构及力学等诸多学科。

陈东旭，男，辽宁科技大学材料与冶金学院，副教授，硕士生导师。博士就读于中国科学院金属研究所，主要从事核电关键材料高温高压水服役损伤行为相关研究。现工作于辽宁科技大学表面工程研究所，辽宁省纳米材料制备与应用重点实验室，主要研究方向为：表面改性技术、超疏水防污防腐涂层、深海腐蚀、核电材料腐蚀与防护。任《当代化工研究》编委、辽宁省腐蚀与防护学会会员等社会兼职。以第一作者或通讯作者，在国内外期刊上发表与材料表面改性及腐蚀损伤相关的研究论文40余篇，其中SCI收录18篇、EI收录3篇，授权了2项与高温高压水缝隙腐蚀及表面镀膜试验技术相关的国家发明专利。制定了核电缝隙腐蚀相关行业中文标准1项、英文标准1项。在本项目中担任项目负责人，主要负责涂层疏水机理、腐蚀损伤行为及保护机制相关研究。

吕哲，男，1987年，中共党员，硕士生导师，2015年毕业于韩国国立昌原大学，获博士学位，专业材料科学与工程，获评为材冶学院学院优秀青年科技工作者、2020年材冶学院优秀共产党员，材冶学院毕业论文优秀指导教师。现为辽宁科技大学材冶学院材料科学与工程专业党系主任，副教授。参加工作以来，他发表论文SCI/EI论文20余篇，申请国家发明专利5项，获批国家级及省部级项目5项。在本项目中，主要负责涂层制备工艺及机理研究。

周艳文，辽宁科技大学材料与冶金学院，教授。辽宁科技大学功能材料与先进涂层团队带头人。2001-2004年就读于英国索尔福德大学表面工程实验室，于2005年获博士学位后一直服务于辽宁科技大学材料与冶金学院，从事物理气、化学气相沉积技术及薄膜材料相关研究。从2009年起，连续主持了6项国家自然科学基金面上项目，发表相关检索论文数十篇。

本研发前期工作主要依托于辽宁省自然基金、辽科大-鞍钢海工钢国家重点实验室联合基金等项目的资助而开展，已投入各类经费约30万元，目前已完成了对应项目的验收结题工作，相关研究成果申请并授权了国家发明专利，并且在国内知名期刊上发表了相关研究成果。

利用等离子体磁控溅射技术在铝合金表面制备CrN涂层，对涂层的微纳米尺寸浮突结构进行了表征，结合接触角测量及表面自由能的计算，给出了涂层结构及表面自由能与其疏水及耐蚀性能的关系。自主设计并搭建了一套冲刷腐蚀试验装置，对不同涂层的耐海水冲刷腐蚀能力进行了评价。上述研究为海洋用金属材料绿色环保型涂层防护技术研究提供了基础。

开展了海洋工程用钢表面等离子喷涂制备金属基涂层的疏水及耐蚀性能研究。当涂层表面粗糙度基本相同的情况下，涂层的疏水性能主要受表面自由能影响，而表面自由能主要和涂层表面的亲/疏水基团相关。给出了涂层表面粗糙度—自由能—疏水性—耐蚀性能直接的关系模型，为金属材料表面超疏水—自清洁涂层的制备工艺优化、涂层耐蚀耐久性能评价提供了重要参考。

开展了Si元素掺杂对海洋用钢表面DLC惰性涂层耐蚀性能影响研究。未掺Si时，涂层致密性较高、缺陷较少，能有效阻碍腐蚀介质的渗入。但是涂层中的sp²含量也较多，在一定程度上加剧了腐蚀。当掺Si量过高时，虽然sp²含量进一步减少，但更多的sp³键形成，导致薄膜孔隙率增加，耐蚀性能下降。因此，需控制优化的掺Si量以保障DLC涂层的耐蚀及耐久性能。该部分研究为制备涂层中的元素掺杂工艺探索及掺杂元素对腐蚀行为的抑制机理提供了实际经验和理论依据。

目前关于构造微纳米疏水结构表面及阻隔性防腐涂层制备工艺相关研究已经比较成熟。但是在疏水结构及涂层协同作用机制、疏水结构耐久性能评价等方面的相关研究还有待进一步深入，相应的机制也亟需阐明。另外在DLC涂层方面，如何通过磁控溅射或化学气相沉积技术制备出具有微纳米织构的涂层，并在原有涂层基础上制备出具有继承性的低表面能的DLC薄膜是给出优化涂层制备工艺参数的先决条件，也是亟待解决的问题。

通过本项目的开展，预期可为海洋工程、结构用材料海水污损及局部腐蚀防护技术提供有力依据，并可为超疏水-自清洁涂层的制备提供技术支撑。是推动我国实现“海洋强国”目标的关键，其具有十分重要的实践意义。

转化方式可以为技术转让、技术入股、技术合作等方式。可与投资人签订实施许可合同，排他实施许可，指专利权人在约定许可实施专利的范围内，将该专利权许可一个可以受让方实施，同时约定在合同约定的范围内不在以该专利同第三方订立专利实施许可合同，但转让方依约定可以自行实施该专利。普通实施许可是受让方仅有在合同规定的地域范围内实施该专利的权利，至于专利权人自己是否在该地域内实施该专利，以及专利权人是否还许可第三方在该地域内实施专利，受让方均无权过问。技术成果作为非货币形式的出资，最重要的在于价值的确定，科学、合理、真实、公平地确定技术的价值，有利于技术成为企业的真实资本和合理股份。非专利技术具有一般知识产权的无形性，将保留证明交付的有形证据，如交接清单、邮件、会议纪要等，并在后期以所出资的公司名义申请专利。投资方可对专有技术是否有生产经营价值，制定较为详细、符合所涉及技术特点的相关指标。技术合作是本着长期平等合作，互利互惠的原则，为实现技术研发与市场营运的直接联盟，创造良好的经济效益和社会效益，决定建立长期友好合作关系，达成战略合作协议，双方严格遵守，规定相关合作期限，以及双方的权利与义务、利益分配、技术情报和资料的保密、风险责任的承担、合作保障措施等。

超疏水-自清洁表面可改善材料的表面浸润性和附着性，进而提高材料的耐局部腐蚀能力，但其耐蚀机理和失效机制尚不明确，相关研究报道较少。本项目利用等离子体磁控溅射、等离子体喷涂及化学气相沉积技术，在海洋工程、结构用不锈钢表面制备金属基、陶瓷基、非晶碳基复合涂层。通过改变材料表面结构及表面自由能来减少材料与腐蚀介质的浸润，在保障材料自身服役性能的同时，提高其耐污损、耐点蚀及耐缝隙腐蚀能力。从根源上解决海洋工程、结构用不锈钢的生物污损及局部腐蚀问题。并阐明微纳米织构涂层生长调控机制，揭示碳基涂层点蚀、缝隙腐蚀失效机理，解决疏水涂层耐久性差的棘手问题。

通过本项目的开展，可以减少甚至不需要再进行进一步的防污、防腐处理，最终实现提高生产效率并且节约成本的目的。通过项目的实施可将防腐技术有效的转化到实际工况中，可为海洋环境用钢的安全性、经济性、可靠性提供有力保障。整个技术与国家的“海洋强国”理念高度契合，可更好的满足海洋领域对材料可靠性及延寿管理的需求。