每年因金属材料腐蚀造成的巨大经济损失可达GDP的3-4%,甚至引发严重的事故。碳钢的腐蚀是一类最为普遍发生的腐蚀,常导致极大的安全隐患。因此,开展有效的防腐蚀技术研究具有重要的现实意义。使用有机涂层和缓蚀剂是有效的腐蚀防护措施,但由于有机涂层和传统缓蚀剂中的某些化学成分的毒性、污染性,危害环境安全和人民健康,使其应用受到极大的限制。在新的形势下,亟需发展“绿色”、环境友好、有效的防护手段。贻贝黏附蛋白(MAP)是一种从海洋贻贝类生物中提取的天然物质,具有“绿色”、无毒、环境友好等优点,并具有优良的防腐蚀特性。本工作侧重于发展简单适用的“一步浸渍法”,使用价格低廉的工业纯度贻贝黏附蛋白,在碳钢表面制备MAP/CeO2、MAP/CeO2/Na2HPO4等贻贝黏附蛋白复合膜,采用多种腐蚀电化学研究方法考察贻贝黏附蛋白复合膜对碳钢的腐蚀防护性能,结合现代表面分析技术讨论贻贝黏附蛋白复合膜微观结构与防腐性能的关系,探讨热处理对贻贝黏附蛋白复合膜构-性的影响。进一步探明贻贝黏附蛋白复合膜的腐蚀自修复行为,提出腐蚀自修复的机理。此外,本工作还结合实际应用的体系问题,开展中试研究,推进工业化应用进程。主要研究成果与进展如-下:(1)发展了简单适用的“一步浸渍法”,首次采用纯度较低、价格低廉的工业级贻贝黏附蛋白,在碳钢表面成功制备了 MAP/CeO2复合膜。结合扫描微参比电极技术(SRET)与原位原子力显微镜(in-situ AFM)的优势,研究了 MAP/CeO2复合膜对碳钢的防护效果以及在缺陷处的腐蚀过程。发现复合膜在表面存在小孔缺陷时可表现出良好的自修能力,可为碳钢提供优异的保护作用。提出了自修复机理:在腐蚀介质中,碳钢表面缺陷处一旦发生局部阳极溶解,产生铁离子,而铁离子可与沉积在碳钢表面的贻贝黏附蛋白复合膜中MAP形成络合物,覆盖或填充在缺陷处,使碳钢的腐蚀活性降低或发生钝化,起到良好的腐蚀防护性能,表现出特有的自修复能力。(2)在碳钢表面成功制备了“绿色”的MAP/CeO2/Na2HPO4复合膜,进一步提高碳钢的耐蚀性能。其制备溶液可1h内保持稳定、分散状态良好,制备溶液发生沉降后,采用超声/搅拌的方法使其恢复分散状态,并保持制备溶液使用性能不变。复合膜的最佳干燥方法是使其在空气中自然晾干。涂覆复合膜的碳钢样品浸泡在NaCl溶液中,前期(1d内)在复合膜表面发生缺陷自修复,增强防护性能;在短期(7-14 d)的模拟混凝土孔隙液的浸泡实验,无论是在正常的或极端的(高Cl-浓度或高pH值)模拟混凝土环境中,复合膜均可为碳钢提供有效并且随时间增长的防护性能。(3)热处理(200℃)不仅不会破坏贻贝黏附蛋白复合膜(其表面仍保持原有的形貌特征),而且还可增强其腐蚀防护性能。其原因是:热处理加速了复合膜吸附水的脱附离去以及儿茶酚(catechols)转变为o-醌(o-quinones)的氧化过程,提高了复合膜的交联性和粘聚力,膜更致密和均匀。经热处理的复合膜/碳钢样品浸泡在NaCl溶液中,表现出随时间增长的优良防护性能,自修复的性能进一步增强。(4)将贻贝黏附蛋白复合膜技术应用于热喷涂环氧涂层钢筋的前处理,并进行中试试验。盐雾试验显示,采用MAP复合膜处理后环氧涂层钢筋具有更优的腐蚀防护性能,其中MAP/CeO2/环氧涂层体系在盐雾试验90 d内未见腐蚀。U形弯曲试验表明,贻贝黏附蛋白复合膜的引入有利于增强环氧涂层与钢筋表面的结合力。(5)发展了阴极电沉积技术在碳钢表面制备双[3-(三乙氧基硅)丙基]胺硅烷(BTSPA)膜以及 BTSPA/CeO2 和 MAP/CeO2/BTSPA 复合膜,发现 BTSPA/CeO2复合膜在初期可为碳钢提供良好的防护性能,增强碳钢基底与环氧涂层的粘结力。MAP/CeO2/BTSPA复合膜可综合BTSPA与MAP/CeO2复合膜的优势,不仅提高膜的初期防护性能,并且防护效率随着时间的延长而增强。