腐蚀是金属材料生产和应用中所面临的重要问题,有机涂层是应用最为广泛的防腐手段之一。然而,随着国防建设、海洋和极地的探索开发,更多恶劣复杂腐蚀环境对防腐涂层提出了更高的要求,而传统有机涂层在这些环境下极易失效。本论文在分析总结了高性能涂层的设计思路后,针对涂层在超低温下力学和腐蚀失效问题,对涂层在超低温下失效的条件和形式进行研究,并针对性地利用石墨烯大幅度提升了涂层的超低温稳定性。之后又针对涂层长效防腐性能不足的问题,创造性利用纳米纤维表面氧空位对金属/涂层界面钝化,并协同超疏水表面长效提升涂层防腐性能,设计出具有极佳耐超低温性能和长效防腐能力有机复合涂层。主要研究内容如下。首先,我们对防腐涂层的设计制备思路进行了系统性的分析与总结。从树脂、填料和表界面的处理三个方面,介绍了面对不同环境以及性能需求材料的作用、选择和处理方法,并展现了表界面处理对涂层的重要性以及常见的增强表界面作用的方法。为之后针对性设计制备高性能的防腐涂层起到指导作用。之后,我们针对涂层在超低温环境中的失效问题,在对比后发现涂层在频繁超低温冷冻下会发生力学失效并失去防腐作用,其原因主要在于韧性减弱和频繁受冷收缩导致的热应力。据此,利用具有负热膨胀系数和极高弹性模量的石墨烯,降低涂层冷冻时收缩产生的热应力,从而增强环氧涂层在频繁超低温冷冻下的稳定性和防腐性能。经对比,石墨烯/环氧涂层可以承受的超低温冷冻次数相比纯环氧提高了6倍以上。其在30次超低温冷冻后仍保持完好,且阻抗值不降反升到1010 ohm·cm2,保持了良好的防腐性能。然后,为进一步制备具有长效防腐能力并耐超低温冷冻的涂层,在六钛酸钾晶须填料表面构建氧空位,利用其上氧空位对氧气的吸附解离以及传输原子氧的能力赋予其诱导金属钝化的能力。处理后的六钛酸钾晶须以及纳米二氧化硅使聚醚砜涂层的表面达到超疏水,同时在涂层中形成原子氧传输网络诱导金属钝化。结果表明,超疏水和金属钝化这双重的表界面增强作用,协同提升了涂层的长效防腐能力。所制备的RPTW/Si O2-PES涂层的阻抗在浓盐水浸泡下始终高于一般的PTW-PES涂层超过3个数量级,同时具有良好的耐久性和超低温稳定性。研究为涂层防腐性能的增强提供了新的方法并揭示了涂层表界面增强对防腐性能的提升作用。