不锈钢作为强度高、导电性好的金属材料,在工业发展和国民经济建设中占据重要地位。在能源领域,不锈钢也是制造高效、清洁的能量转换设备——质子交换膜燃料电池(PEMFC)中双极板部件的关键材料。然而,在特定环境中长期工作时的腐蚀问题严重影响了不锈钢的性能与使用寿命。涂层防护是减少不锈钢腐蚀的有效方法,其中导电聚合物由于具有绿色环保、可经济生产、防腐蚀性能优异等优点作为防腐蚀涂层材料备受青睐,其独特的导电和掺杂机理对抑制不锈钢双极板在PEMFC酸性环境中的腐蚀也非常有利。然而,导电聚合物防腐蚀涂层仍存在如结构中具有孔隙缺陷、附着力差等问题,且涂层长期服役时的防腐蚀稳定性也有待提高。针对以上问题,本论文设计制备了几种不同类型的新型导电聚合物防腐蚀涂层用于不锈钢材料在中性盐环境及不锈钢双极板在PEMFC酸性环境中的腐蚀防护,以提高涂层在特定环境中的服役可靠性和稳定性为目标,开展了一系列研究工作,具体研究内容和主要研究结果如下:(1)为了解决聚苯胺(PANI)涂层的孔隙缺陷问题,提高涂层对不锈钢在中性盐环境中的防腐蚀效率,于不锈钢表面电沉积聚苯胺-氢氧化镍复合涂层(PANI-Ni(OH)2)。借助X射线电子能谱、扫描电子显微镜等测试方法,验证了N(OH)2在PANI孔隙处的成功沉积。依靠电化学测试和形貌表征评价了涂层体系在3.5 wt.%NaCl环境中的防腐蚀行为,并对涂层服役过程中所产生的钝化层进行了成分分析。结果表明,Ni(OH)2的引入不仅修复了 PANI涂层的孔隙缺陷,同时使PANI涂层具有疏水性质,有效提高了涂层对腐蚀性物质的屏障作用;长期服役过程中,Ni(OH)2还促进了涂层/不锈钢界面处钝化层的形成。该疏水性的PANI-Ni(OH)2复合涂层大幅度提高了不锈钢在中性盐环境中的防腐蚀性能。(2)通过使用具有空间结构的特殊有机质子酸樟脑磺酸(CSA)对聚吡咯(PPY)进行掺杂,成功制备了用于不锈钢双极板的高导电性PPY-CSA防腐蚀涂层。所得到的PPY-CSA涂层表面致密,孔隙缺陷较少,在模拟的含有腐蚀性SO42-的PEMFC环境中服役时,PPY-CSA涂层的自腐蚀电流密度比硫酸掺杂的PPY涂层低了几个数量级,防腐蚀性能显著提升,且该涂层服役过程中一直维持着良好的导电性能。同时,PPY-CSA涂层保护下的不锈钢双极板在压紧力为140 N cm-2时,接触电阻仅为5.5 mΩ,满足了美国能源部规定的双极板的应用标准。PPY-CSA涂层服役过程中良好的防腐蚀效果得益于PPY中CSA掺杂剂难以脱掺杂的性质和涂层对不锈钢基底稳定的阳极保护作用。(3)以提高不锈钢双极板表面PPY涂层的附着力、强化涂层的屏障作用为目的,通过便捷的一步法于不锈钢表面原位电沉积PPY-氧化石墨烯复合涂层(PPY-GO)。附着力和形貌及微结构测试结果表明GO的引入有效增强了涂层与不锈钢基底的结合力,减少了 PPY的孔隙缺陷,最终得到的PPY-GO复合涂层结构致密且粗糙度低。在所模拟的含有S042-的PEMFC酸性环境中工作时,PPY-GO复合涂层中GO特有的褶皱状结构和大的表面积延长了腐蚀性物质向内扩散的路径,显著增强了复合涂层的物理屏障作用。PPY-GO复合涂层良好的附着力可有效防止涂层在长期工作时发生起泡或剥离而失效,该复合涂层相对于小分子质子酸掺杂的PPY涂层对不锈钢双极板具有更稳定的防腐蚀作用。(4)为了进一步提高不锈钢双极板在更为苛刻含有Cl-的PEMFC环境中的耐蚀性,以前两章研究为基础,充分发挥PPY、GO和CSA三者的优势,设计制备了内层PPY-GO、外层PPY-CSA的双层复合涂层(PPY-GO/PPY-CSA)用于不锈钢双极板的腐蚀防护。在腐蚀环境中服役的696 h时间内,该复合涂层的防腐蚀效果和导电性能均优于相似厚度的PPY-GO涂层。PPY-GO/PPY-CSA复合涂层结构中,内层PPY-GO增强了涂层体系与不锈钢基底之间的结合力,延长了腐蚀性物质向内扩散的路径;具有阳离子选择透过性的外层PPY-CSA则可提高复合涂层的导电性能;此外,通过PPY-GO与PPY-CSA的协同作用,有效抑制了腐蚀性物质的向内渗透和金属离子的溶出。在苛刻的PEMFC环境中,PPY-GO/PPY-CSA复合涂层在不锈钢双极板的腐蚀防护方面具有良好的应用前景。