腐蚀在人们日常生产生活中是一种常见现象,但是它给国民经济相关行业造成了巨大的经济损失,有时甚至带来灾难性的破坏。涂层保护是一种重要的并且能够有效降低金属腐蚀速度的防护方法。环氧涂层因其优异的稳定性、耐磨性及低廉的价格等优点,是目前广泛应用于降低金属腐蚀破坏的一种有机涂层,但易受到环境的破坏而失效。因此,对环氧涂层的进一步改进,提高其腐蚀防护性能一直是国内外科研人员关注的课题。由于纳米材料表现出来的优异性能,将纳米材料作为固体填料添加到环氧涂层能够发挥其潜在的功效。石墨烯作为一种新型的二维纳米碳材料,在增强防腐蚀能力和提高阻隔性能等方面具有独到的优势。但由于分子间范德华力的存在,以及片层之间的n-n相互作用,使石墨烯具有高聚集倾向,如何有效提高它在聚合物基质中的分散性,是研究者需要重点解决的问题。此外,氧化石墨烯作为它的衍生物,表面具有丰富的官能团,较石墨烯而言易于分散在聚合物基质中,因此近年来氧化石墨烯(GO)在防腐蚀涂层中的应用已成为该领域的研究热点之一。本论文针对氧化石墨烯不能在环氧涂层中有效分散性且易团聚等问题,利用2-氨基苯并咪唑和3-巯丙基三乙氧基硅烷对氧化石墨烯表面进行有目的的改性(即功能化),以增加功能化氧化石墨烯填料与环氧涂层聚合物基质之间的物理相容性,并分别通过红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)等现代谱学及高分辨显微技术,对功能化氧化石墨烯和复合涂层的结构进行表征。同时,以碳钢作为研究材料(工作电极),以3.5%NaCl溶液为腐蚀介质,利用电化学阻抗谱(EIS)、极化曲线等电化学测试手段,探讨了功能化氧化石墨烯作为环氧涂层固体填料,对复合涂层提高碳钢防腐蚀性能的影响规律及作用机理。本论文的主要工作如下:(1)氧化石墨烯/环氧复合涂层的制备及其对碳钢的腐蚀保护作用研究为了探讨氧化石墨烯含量对其在环氧涂层基质中分散性的影响,分别在在环氧涂层中添加0.05%、0.1%及0.2%氧化石墨烯以制备系列复合涂层。电化学阻抗谱(EIS)和极化曲线结果表明,环氧涂层中添加0.1%氧化石墨烯,以此涂层涂覆的碳钢在3.5%NaCl溶液中表现出较高的阻抗模值和较低的腐蚀电流密度,原因在于当添加适量氧化石墨烯时,使电解质溶液侵入复合涂层的路径更加延长且曲折,有效减少了 H2O、O2、Cl-等进入。当环氧复合涂层中氧化石墨烯的含量超过0.1%时,氧化石墨烯发生团聚,降低了氧化石墨烯的物理阻隔性能下降,导致复合涂层的保护性能下降。(2)酰胺化改性氧化石墨烯/环氧复合涂层的制备及防腐蚀性能研究通过2-氨基苯并咪唑与氧化石墨烯之间的共价反应制备酰胺化氧化石墨烯。IR及EDS测试结果表明,氧化石墨烯表面的羧基(-COOH)与2-氨基苯并咪唑的氨基(-NH2)结合形成酰胺键。在氧化石墨烯片层表面引入苯并咪唑基团的功能化效果表现为,产生的空间位阻效应降低了片层之间的范德华力,改善了它在非极性介质中的分散稳定性,从而提高了其物理阻隔能力。在碳钢表面分别涂覆氧化石墨烯/环氧涂层和酰胺键功能化氧化石墨烯/环氧涂层,并研究其抗腐蚀性能。电化学测试结果表明,加入酰胺功能化氧化石墨烯环氧复合涂层防护性能良好,碳钢耐腐蚀性能明显增强。而且,以加入0.1%功能化氧化石墨烯的环氧复合涂层涂覆的碳钢,在3.5%NaCl溶液中表现出最佳耐腐蚀效果。(3)巯基硅烷化氧化石墨烯/环氧复合涂层的制备与防腐蚀能研究通过3-巯丙基三乙氧基硅烷与氧化石墨烯之间的脱水缩合反应,制备新型的巯基硅烷功能化氧化石墨烯,并利用IR、SEM、XRD等分析测试技术进行了表征。结果表明,氧化石墨烯表面的羟基与3-巯丙基三乙氧基硅烷的烷氧基结合形成C-O-Si,从而形成巯基硅烷化氧化石墨烯。然后将不同重量分数的巯基硅烷化氧化石墨烯加到环氧涂层中,探讨复合涂层抗腐蚀性能的变化规律及作用机理。电化学测试结果表明,通过添加0.1%的功能化氧化石墨烯,利用复合涂层涂覆的碳钢其耐腐蚀性得到明显改善。原因在于,涂层中巯基硅烷化氧化石墨烯中的巯基官能团与环氧树脂上的环氧基之间化学键合,增强了涂层的交联密度,形成了有效物理屏障网络,延长了腐蚀介质的扩散路径并降低了其渗透效率,从而有效抑制了腐蚀介质通过涂层抵达涂层/金属基材界面。