本文由杨欢、周张燕和马北越等作者撰写，发表于2024年10月的《粉末冶金材料科学与工程》（Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy）期刊。作者来自东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室和冶金学院。本文主要综述了金属材料表面超疏水涂层的研究进展，重点探讨了超疏水涂层在镁合金、铝合金、碳钢和钛合金等金属材料上的应用及其防腐蚀机理。
金属材料在现代工业和生物医学领域中具有广泛应用，但其腐蚀问题严重限制了其综合利用率。据统计，全球每年因腐蚀造成的经济损失超过4万亿美元。传统的防腐蚀方法如改变金属成分、电化学保护、涂层保护等，虽然有效，但仍存在诸多不足。近年来，受自然界超浸润现象的启发，超疏水涂层作为一种新型金属防护手段，因其优异的耐腐蚀性、自清洁性、减阻性等功能，逐渐成为研究热点。本文旨在通过综述超疏水涂层在不同金属材料上的研究进展，为开发新型功能材料、推动技术进步提供参考。
超疏水表面是指液滴与固相的接触角超过150°、滚转角度小于10°的表面。其防腐蚀机理主要基于润湿性理论。托马斯·杨提出的杨氏方程（Young’s equation）用于计算液体在固体表面的接触角，而Wenzel模型和Cassie模型则进一步解释了表面粗糙度对润湿性的影响。超疏水表面通过微纳粗糙结构和低表面能物质，有效隔绝腐蚀性介质与金属基体，从而延缓腐蚀过程。
本文详细综述了超疏水涂层在镁合金、铝合金、碳钢和钛合金等金属材料上的研究进展。
镁合金因其高电化学活性，易发生腐蚀。目前，制备镁合金表面超疏水涂层的技术主要包括电化学沉积法、阳极氧化法、刻蚀法、水热法等。Zheng等通过一步电沉积法在AZ31镁合金表面制备了超疏水涂层，接触角可达161.1°，显著提高了抗腐蚀性能。Li等采用水热合成法制备的超疏水涂层在低温环境下表现出优异的抗冰性能和低腐蚀电流密度。然而，超疏水涂层在使用过程中易出现物理破坏，因此自修复功能成为研究热点。Ding等通过在镁合金表面构建主-客双效响应涂层，实现了涂层的自我修复功能。
铝合金在大气中易生成钝化膜，但钝化膜易损坏且不易修复。Li等通过机械研磨、盐酸蚀刻、高锰酸钾钝化和氟烷基硅烷改性工艺，在6061铝合金上制备了超疏水表面，接触角为155.7°，缓蚀效率显著提高。Huang等采用碱性NaOH溶液化学刻蚀法制备超疏水铝合金基底，并通过硬脂酸钝化处理，进一步提高了抗腐蚀性能。然而，化学刻蚀法使用的低表面能改性材料易损坏，因此开发环保、高效的超疏水表面制备方法具有重要意义。
碳钢具有高表面能，易被腐蚀。Jena等通过电共沉积法在碳钢表面制备了镍-还原氧化石墨烯-肉豆酱酸超疏水涂层，接触角达174°，显著提高了抗腐蚀性能。João等采用溶胶-凝胶法在碳钢基体上制备了陶瓷氧化铈涂层，进一步提高了抗腐蚀性能。此外，天然植物萃取液如芦荟提取物和竹叶提取物也被用于低碳钢的防腐蚀研究，表现出优异的缓蚀效果。
钛合金在低温高湿环境下易结霜，加速腐蚀。Qiu等在钛合金表面制备了聚四氟乙烯（PTFE）超疏水涂层，显著延缓了液滴冻结时间。Hu等通过纳秒激光技术制备了微纳级分层结构，并结合有机聚硅氮烷涂层，赋予钛合金超疏水、抗腐蚀和抗菌性能。Li等通过激光处理钛合金表面，获得了具有超疏水性能的增透微观结构，反射率显著降低。
超疏水涂层在金属防护领域展现出巨大的应用潜力。本文综述了超疏水涂层在镁合金、铝合金、碳钢和钛合金上的研究进展，表明超疏水涂层能有效降低金属材料的腐蚀速率，延长使用寿命。未来的研究应重点关注环保、低成本的涂层材料开发，优化涂层制备工艺，增强涂层与基材的结合力，进一步提高金属材料的性能和可持续性。
本文为金属材料表面超疏水涂层的研究提供了系统的综述，不仅为相关领域的研究者提供了参考，还为开发新型功能材料、推动技术进步提供了理论支持。超疏水涂层的研究不仅具有重要的科学价值，还在工业、生物医学等领域具有广泛的应用前景。