2024-08-01116
金属腐蚀是导致金属设备失效、缩短服役期限的重要原凶之一，我国每年的腐蚀总成本约占当年GDP的3％左右。此外，金属腐蚀还可能导致安全事故的发生，阻碍新材料的发展和应用。因此，开发各类延缓或者减轻金属腐蚀的技术和材料成为当前研究者的研究热点问题。其巾，在金属表面覆盖防腐涂层是延缓腐蚀最为经济和有效的手段之一。然而传统防腐涂层面对苛刻的服役条件，难以提供长期、有效的防腐效果。近年来，人们致力于开发各类新型复合纳米材料作为防腐涂层，从而提高涂层的耐久性和防腐能力。
镧系金属盐被认为是保护金属及合金的有效缓蚀剂，特别是铈盐，已被用于抑制不同金属和合金的腐蚀，如低碳钢、镀锌钢、锡、镁和铝合金等。通过纳米技术将铈盐对传统涂层进行物理掺杂和化学改性，形成的新型纳米涂层显现出较好的防护效果和智能自愈合涂层特点，已成为当前防腐涂层研究热点领域之一。然而，还未发现近年来有全面总结含铈纳米防腐涂层研究进展的报道。基于此，笔者通过查阅总结近年来国内外研究文献，综述了近年来含铈纳米防腐涂层的研究进展。如图1所示。笔者将含铈纳米防腐涂层总结分为3大类，包括含铈纳米防腐涂层、含铈纳米容器涂层和含铈自愈合纳米防腐涂层，具体就其中代表性工作进行总结介绍，并对未来发展方向进行展望。
图1 含铈纳米防腐涂层的分类图
1、含铈纳米防腐涂层
含铈纳米防腐涂层可以依据改性方法将含铈纳米复合涂层分为化学修饰防腐涂层和物理掺杂防腐涂层。当前，无论是自然界已有的物质还是工业上新型的合成物，许多物质都可与铈结合，形成相应的纳米复合材料，从而为构建含铈纳米防腐涂层奠定基础。
2、铈纳米容器涂层
铈离子作为一种良好缓蚀剂，具有毒性低、使用安全、缓蚀效果好、可以提供活性保护阳等特点。将可以储存缓蚀剂的纳米容器掺入涂层巾，可以较好地解决涂层与缓蚀剂的相容性问题以及缓蚀剂在涂层巾分散性问题，因此有不少的学者将铈离子与纳米容器相结合开发了许多含铈纳米容器涂层。主要可以分为无机、有机、无机有机杂化3类。
3、含铈自愈合纳米涂层
白愈合纳米涂层本质是基于动态键、形状记忆聚合物，将缓蚀剂和愈合剂包裹存微胶囊、无机容器和纤维，或者通过溶胶凝胶过程来实现自愈合。铈盐作为良好缓蚀剂，与其他自愈合化合物在腐蚀部位适当地释放，也是开发白愈合纳米涂层的有效选择之一。目前，可将其分为微粒(包括纳米纤维、微胶囊等)自愈合涂层和溶胶凝胶自愈合涂层。
含铈纳米防腐涂层已成为提高传统涂层耐蚀性和耐久性的重要发展方向之一，其通过与传统涂层形成复合纳米材料，或者是形成纳米容器涂层，亦或是通过对涂层表面缺陷的填充及自愈合功能，从而实现防腐涂层表面完整性及持续性防腐。但含铈纳米防腐涂层仍有以下几个问题需解决，一是受成本和工艺的限制，仍然难以实现低成本的大规模制备。二是新开发的含铈纳米防腐涂层多仅限于实验室研究，而实际应用过程将面临更加苛刻和复杂腐蚀环境，其防护效果缺乏实际环境下的验证。基于此，对含铈纳米防腐涂层的发展和应用进行了展望，并提出未来发展方向。一是在现有制备技术的基础上，不断探究可形成致密性好、结合力高和大规模低成本的制备新方法。二是加快实验室制备的含铈纳米防腐涂层在实际腐蚀环境下的应用研究，为其大规模的使用提供技术与理论积累。
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