有机涂层广泛应用于现代工业中金属结构的腐蚀防护。特别是对挥发性有机化合物（VOC）的使用有严格的限定,使得水性涂料在金属防护方面越来越受到重视。有机涂层通常具有物理屏障的作用,能够防止氧气、水和其他腐蚀性离子进入金属表面。但是有机涂层具有两个主要的缺点是涂层的渗透性以及附着力较弱。在这方面,纳米复合涂料是提高有机涂层耐蚀性最有前途的方法。为了提高涂层的防腐性能,探究了石墨烯及其衍生物作为纳米填料填充到水性聚氨酯（WPU）中,制备了优异的防腐涂料。本论文通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,并使用浓磷酸对GO进行修饰,得到磷酸化氧化石墨烯（PGO）。通过红外光谱、拉曼光谱等表征手段证明PGO制备成功。在电化学分析中,PGO在WPU中显示出了较好的防腐效果。为了更好的提高复合涂层的防腐性能,利用十二烷基苯磺酸（DBSA）和聚苯胺（PANI）对PGO功能化改性,合成出石墨烯基聚合物纳米复合材料（PPGO和DPPGO）。通过FTI-IR、XRD、XPS等证实PPGO和DPPGO成功制备。之后将0.3 wt.%的GO、PPGO和DPPGO作为填料添至WPU溶液中制备出防腐涂料。DPPGO在WPU中具有最好的相容性和优异的分散性,并且在波得相图的分析中,DPPGO增强的WPU涂层在3.5 wt.%Nacl溶液浸泡63天后其阻抗模量依然保持在108Ω左右,表明DPPGO与GO和PPGO相比防腐效果最佳。最后探讨了石墨烯基聚合物纳米复合材料中石墨烯、磷酸基团和聚苯胺之间的协同防腐机理。采用制备好的GO,与自乳化法制备的WPU复合,探究了一种在WPU基体中进行GO还原的化学过程,并成功制备了RGO/WPU涂层。通过观察SEM图,RGO/WPU的表面比GO/WPU涂层相对光滑,说明RGO在聚合物中具有更好的的分散性和相容性。在EIS分析中,RGO/WPU涂层的阻抗半径和阻抗模量最大,相位角也达到最大值,显示出良好的耐腐蚀效果。