何鑫1，丁学强1，孙世铮1，张新1，葛中原2，和庆冬2，程学群3,4，刘超3,4
工作单位：1. 国家电投集团科学技术研究院有限公司新能源技术研究所
2. 国电投南通新能源有限公司
3. 北京科技大学新材料技术研究院
4. 国家材料腐蚀与防护科学数据中心
摘要：由于海洋环境具有高湿度、高盐雾、长日照等特点，暴露于海洋大气的风电金属件表面易形成高CI-浓度电解液薄膜层，导致金属发生电化学腐蚀，特别是位于浪溅区（飞溅区）的风电部件，在海水冲刷与大气干燥交替作用下腐蚀为最严重。海上风电设备的防腐问题已成为维护海上风电运营安全亟须解决的重大问题。涂层防腐技术因其操作简单便利、经济成本低廉，成为目前国内外海上风电防腐领域应用最为广泛的技术。
关键词：海上风电；腐蚀；防腐技术；涂层保护技术
01、海上风电典型腐蚀部位及环境特点
海上风机与陆地风机在结构上大同小异，均涵盖叶片、轮毂、发电机舱、塔筒及基础等关键部件。相较于陆地风电，海上风电面临更严酷复杂的腐蚀环境。根据风电结构与海水接触部位差异，可将海洋腐蚀环境分为海洋大气区、浪溅区、潮差区、全浸区和海泥区，各结构或处于不同腐蚀环境，因而存在特殊的腐蚀规律。
海上风电叶片、轮毂、机舱及大部分塔筒结构处于海洋大气区，其典型特征是高湿度、高盐雾并具有较强的紫外线辐射。海洋大气区的风电结构易受到水蒸气毛细管作用影响，在其表面凝集成一层含有溶解O2、CI-、SO42-和其它盐分的电解质膜。在电解质膜的作用下，风机结构件表面组分的不均匀极易促成腐蚀电池的形成，进而加速风机表面的破坏，因此海洋大气区通常是海上风电设备腐蚀较为严重的区域之一。
塔筒中下部、导管架等基础结构的上部多位于浪溅区，其特点是海水膜润湿时间长、干湿交替频率快、海盐离子大量积聚。由于材料长期处于干湿交替环境且供氧量充足，浪溅区通常是海上风电腐蚀最为严重的区域。基础结构的中下部通常位于潮差区与全浸区。
潮差区是介于平均高潮位和平均低潮位之间的区域，该区域结构件因氧含量差异会形成氧浓差电池。潮差区部分由于供氧充分而成为宏观电池的阴极区，水下部分则作为阳极向阴极区提供保护电流，而使得潮差区部分腐蚀较轻。
全浸区是指常年低潮线以下直至海底的区域，根据海水深度的不同分为浅海区、大陆架全浸区与深海区，其中浅水区O2、CO2处于饱和状态，海洋生物较为活跃，可同时发生电化学腐蚀和微生物腐蚀，腐蚀相对严重。
基础结构的最底部、海缆等埋入海床泥沙的部分处于海泥区，其腐蚀速率相对较低，但当海泥中存在硫酸盐还原菌时，则会生成大量腐蚀性硫化物，从而加速金属的腐蚀。
02、海上风电腐蚀类型及常见防护措施
2.1 海上风电腐蚀类型
海上风电结构多采用钢铁材料，其腐蚀破坏主要以电化学腐蚀形式发生。在海洋高CI-浓度的环境下，结构中的Fe作为阳极，其含碳化合物及其他合金则作为微阴极，发生氧去极化反应形成铁锈。与此同时，海浪冲击带来盐雾侵蚀，与机械振动、摩擦等作用相互叠加，形成腐蚀-磨损协同作用，进一步加剧了风电设备表面的破坏。
根据海上风电各部位具体环境的差异，发生在海上风电设备的腐蚀可表现为均匀腐蚀、点蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀、焊缝腐蚀等。
均匀腐蚀多见于海洋全浸区，此处钢铁构件受盐离子、溶解O2及CO2等影响，易发生大面积电化学反应，削弱设备承载能力，缩短设备使用寿命。
点蚀易发生在飞溅区，海浪冲击使材料钝化膜局部破裂，导致表面形成蚀孔。
电偶腐蚀常出现在风电结构连接处，不同构件接触会形成腐蚀电偶，电位差越大，腐蚀速度越快。
应力腐蚀多发生在基础、塔筒等承力部位，应力与腐蚀介质的联合作用会使结构内部产生微裂纹，严重时可导致设备倒塌。
焊缝腐蚀主要发生在焊接部位，焊接造成的组织不均及杂质引入易形成腐蚀坑，大幅降低结构强度。
2.2 海上风电常见保护措施
目前，海上风电防腐保护技术主要有预留腐蚀余量技术、复层包覆防腐技术、阴极保护防腐技术及涂层防腐技术等。
预留腐蚀余量技术是一种被动防腐手段，主要根据风电结构件在海洋环境中的腐蚀失重情况适当增加管壁钢板厚度，以满足设备防腐要求，但该方法会改变设备受力特性，增加风机材料及施工成本。
复层包覆防腐技术采用由防蚀膏、防蚀带、缓冲层及外层防蚀保护罩组成的多层防护体系为钢桩提供防腐保护，其耐蚀防护效果优异，但因施工工序繁杂在海上风电领域尚未广泛推广。
阴极保护技术主要基于牺牲阳极的原理，选择腐蚀电位低于基材的材料作为阳极，与被保护金属形成原电池通过优先腐蚀阳极来减缓腐蚀进程，多应用于全浸区。
涂层防腐技术是通过在风机金属结构件表面喷涂或刷涂一层能牢固附着且连续覆盖的有机涂层，有效阻隔水蒸气、海盐颗粒及微生物与金属基体的直接接触，并在金属表面形成钝化膜，实现物理隔绝腐蚀环境的效果，目前已成为海上风电防腐领域的首选技术。
相较于其他防护技术，防腐涂层可应用于风机叶片、机舱罩、轮毂、塔筒内外壁、基础等直接暴露于腐蚀介质的部位，能为海上风电装备提供全面的防护。但防腐涂层在长期使用过程中同样存在腐蚀失效风险，一方面紫外线辐射会导致有机物降解，增大涂层孔隙；另一方面涂层制备过程存在的缺陷将成为H2O渗入微通道，有机涂层中的亲水基团与H2O反应生成的氢键会加速涂层劣化并暴露出金属基体。
如图1所示，当腐蚀介质沿着有机涂层孔隙渗入基体后，发生的电化学反应导致腐蚀产物在基体-涂层界面处累积，涂层附着力下降并加速基体的破坏。例如，在广东、福建、浙江等地的海上风场，浪溅区的腐蚀问题尤为突出，投入运行2~3a内即发生较严重的涂层脱落和锈蚀污损现象，其腐蚀速度是其他区带的3~10倍，这也对开发耐蚀性能与保护性能更为优异的有机涂层提出了更高的要求。
图1. 海上风电金属/涂层腐蚀机理图
03、海上风电防护传统涂料
3.1 环氧富锌涂料
环氧富锌作为一种常见的底漆涂料，因其优异的物理性能和防腐性能在海上风电防护中得到了广泛的应用。由于锌粉的电化学活性高于基体，在发生腐蚀时，环氧富锌底漆可以提供阴极保护作用；同时，锌粉腐蚀后产生的碱式碳酸锌和碱式氯化锌等产物可填充在破损处，起到自修复效果。
但在反应后期，过多的腐蚀产物会影响涂层与基体之间的电接触，只有底漆中含有高比例的锌粉（80%~90%）才能保证良好的导电性，而占比过高的锌粉又会降低漆膜流平性并增加孔隙率。针对这一问题，研究人员通常采用以下方式对其进行改性。
1、对锌粉颗粒进行表面处理
环氧富锌涂料中锌粉颗粒多以球形存在，采用片状锌粉替代能够提供更大的比表面积和更好的电流分布，有效改善锌粉间电接触问题。研究表明，当使用片状锌颗粒替代时，锌含量可降低到40%~50%而不影响底漆的阴极保护性能。
此外使用具有缓蚀能力的化学物质处理微锌颗粒也可以提升涂层的耐蚀性。Yun等用4种不同的有机硅烷（OGS）对锌粉颗粒表面进行处理，结果显示有机硅烷通过官能团反应在锌粉表面形成阻隔层，减缓了涂层整体的腐蚀破坏。
2、加入导电填料
在腐蚀后期，低导电性腐蚀产物堆积会降低涂层的阴极保护效果，造成锌粉颗粒大量浪费。为提升锌粉利用率，可以在涂料中加入部分导电填料以提供更多的电连接，常见的填料包括聚吡啶、聚苯胺、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等。
如图2所示，Ge等向环氧富锌涂层中添加不同长度的碳纤维，并对其改性后的涂层耐蚀性能进行了测试，结果显示锌颗粒与碳纤维起到了协同作用，原本彼此分离的锌颗粒可以在小区域内连接，在一定程度上增加了活化锌颗粒的数量，促进了涂层内导电路径的形成，为基体提供了更强的阴极保护。
图2. 环氧富锌涂层掺杂不同尺寸碳纤维的SEM形貌及该涂层在3.5%NaCI溶液中浸泡24h后的LEIS图
3.2 环氧中间漆涂料
海上风电中间漆需要满足抗渗、耐蚀及连接底漆与面漆的功能，这就要求中间漆需要具备良好的配适性。为与环氧富锌底漆形成较强的保护体系，中间漆通常采用由环氧树脂与云母氧化铁（MIO）片制备而成的环氧云铁涂层。
云母氧化铁是一种天然矿物，其主要化学成分为α-Fe2O3，易断裂成极薄的片状解理层。这种片层可以在涂层内平行分布，使得水、氧等腐蚀性介质在涂层内的扩散路径变得更加曲折，降低腐蚀原电池的形成速度”。
目前对于环氧云铁中间漆的研究主要集中在云母氧化铁填料种类、颗粒尺寸及颜料体积浓度等对涂层综合性能的影响上。环氧玻璃鳞片涂料与环氧云铁涂料的防腐原理类似，均是以环氧树脂为成膜骨架，加入玻璃鳞片填料相互重叠分布形成屏蔽结构，有效阻碍了腐蚀介质的渗入，且大幅降低了涂层的收缩应力并提高了其机械强度。
张瑞珠等制备了不同含量的厚浆型环氧玻璃鳞片复合材料，并对其耐蚀性及耐磨性进行了测试，结果表明玻璃鳞片的含量在15%~25%之间时，涂层的耐蚀性能最为优异，但随着玻璃鳞片含量的增加，涂料的耐磨性能提升，综合力学性能下降。
3.3 聚氨酯涂料
海上风电用面漆涂料需具备耐候性高、耐海水性好、抗紫外线能力强等特性，目前最常使用的面漆涂料为聚氨酯类涂料。聚氨酯全称聚氨基甲酸酯，通常是由多元醇与异氰酸酯发生反应生成的高分子有机化合物，由于参加反应的多元醇种类差异，长段柔性/短段刚性多元醇的性质往往决定了聚合物的柔性。
为满足海上风电高盐雾、高湿度、高辐照环境下聚氨酯涂层的耐蚀性要求，国内外众多学者纷纷对其进行优化研究，主要的方向包括有机高分子改性及纳米材料改性等：
① 有机高分子改性主要是通过将丙烯酸酯、环氧基团、有机氟原子、有机硅原子等引入聚氨酯链中进行部分取代，优化涂层的分子链结构，使改性后的聚氨酯涂料兼具2种及2种以上材料特性。
Lu等以丙烯酸酯单体、乙烯基三乙氧基硅烷和聚氨酯预聚物为反应性乳化剂，通过乳液共聚制备了聚氨酯脲聚丙烯酸酯杂化物，并以水性聚碳二酰亚胺为交联剂，实现了多重结构交联杂化，涂料的耐水性、强度及柔韧性均有提高。
② 纳米材料改性指将纳米材料加入到聚氨酯中，赋予其耐候性、耐磨性并延长腐蚀介质侵入涂层的路径。石墨烯常被用于聚氨酯涂料改性中，研究人员期望通过石墨烯的均匀分布起到“迷宫效应”，但往往由于石墨烯的团聚现象影响涂层的优化效果。对此，多种石墨烯改性材料包括氧化石墨烯、聚苯胺/氧化石墨烯、氟化还原氧化石墨烯、纳米二氧化硅/氧化石墨烯等均被研制，以期保证石墨烯综合性能的同时提升其分散性。
如图3所示，Wang等将T2两支焦磷酸二辛酯钛酸盐偶联剂和T3三支焦磷酸二辛酯钛酸盐偶联剂对氧化石墨烯（GO）进行功能化，显著提高了氧化石墨烯在基体中的分散稳定性，改性后涂层的抗拉强度、断裂伸长率、阻抗模量和耐蚀性性能均有较大提高。
图3. T2两支焦磷酸二辛酯钛酸盐偶联剂和T3三支焦磷酸二辛酯钛酸盐偶联剂改性氧化石墨烯，强化其在水性聚氨酯中的分散性
3.4 聚脲涂料
聚脲与聚氨酯的合成方式相似，是由异氰酸酯与胺基化合物通过逐步加成聚合反应生成的一种热固性弹性体。相较于聚氨酯涂料，聚脲涂料具有更高的力学性能和更短的固化时间，成为一种常见的海上风电应用防腐面漆涂料。
聚脲涂料具有独特的微相分离结构，由软段和硬段组成，其中软段由长脂肪族聚醚链组成，形成非晶结构域，可以提高聚脲的延展性；而硬段由尿素键（NH-CO-NH）和π堆叠芳烃链段组成，有较强的硬度与强度。研究表明，聚脲的微相分离结构获得了良好的物理性能，如高抗拉强度，高延伸率等。至今为止，聚脲涂料已经由芳香族聚脲和脂肪族聚脲发展到聚天门冬氨酸酯聚脲。
尽管聚脲涂料性能较为优异，但在一些特殊场景其性能仍无法达到要求。根据Young式方程可知，液体表面张力越小表面能越低，其疏水性越高，含氟材料特别是含-CF3键的材料具有最低的表面能，因此将含氟基团引入天冬聚脲中能大大提高其疏水性。
如图4所示，Zhao等研究发现，含氟侧链的引入增加了聚脲涂料中氢键的相互作用并促进了微相分离程度，随着含氟物质含量的增加，聚脲的拉伸强度由23.51 MPa升高到45.33 MPa，杨氏模量由1.38 MPa升高到4.31 MPa，且含氟侧链的迁移导致氟原子在涂层表面聚集，将涂料的疏水率由30.13%降低到12.55%。
图4. 聚脲涂料引入含氟侧链后各项性能变化示意图
3.5 聚硅氧烷涂料
聚硅氧烷，全称聚有机硅氧烷，是一种以重复的Si-O键为主链，硅原子上连接有机基团的特殊无机-有机聚合物。相较于其他有机涂层，聚硅氧烷中所含的高强度Si-O键比传统含C-C键的有机涂料结构更耐久，且热稳定性更优异。同时，聚硅氧烷低表面能使其具有超强疏水性，可有效减缓腐蚀介质渗入，起到阻隔和保护的作用。由于聚硅氧烷在合成过程中没有异氰酸酯的参与，其安全性与环保性也要优于其他溶剂型涂料。
研究表明，超支化改性可进一步提升聚硅氧烷的性能。由于超支化结构具有高度支化的分子链，能够有效地避免树脂大分子间的缠结，从而提高了涂层间的相容性；此外超支化结构含有多个端基，能够通过改变树脂分子的支化度和末端基团，使其形成的网状结构在解决其分子缠结问题的同时还可以有效地填充树脂凝固时产生的孔洞和细纹，进而降低涂层缺陷。
如图5所示，Chen等以天然漆、多胺封端的超支化聚硅氧烷和硅烷封端的两亲调聚物为原材料，通过溶胶-凝胶工艺制备了一种新型聚硅氧烷涂层。相较于普通涂层，超支化聚硅氧烷具有更高活性的端氨基，少量添加后即可缩短涂料的固化时间并提高漆膜的力学性能。此外，超支化结构的引入抑制了两亲调聚物对涂层柔韧性和抗菌能力的削弱，综合保证了涂层的各项性能。
图5. 混合漆涂层制备后耐蚀性能对比
3.6 氟碳涂料
氟碳涂料是在氟树脂基础上经过改性、加工而成的一种新型涂层材料，其主要特点是树脂中含有大量的F-C键。由于氟元素具有较大的电负性，且F-C键键能较强，因此，氟碳涂料通常表现出极佳的耐候性和优异的防腐性。又因为氟元素的极化率较小，相较于其他涂层表现出较高的热稳定性、化学惰性和自清洁性。
目前，氟烯烃与烷基乙烯基醚或酯的共聚物氟碳涂料（FEVE）应用较为广泛，但其制备成本较高，且刚性较强，在使用过程中容易出现裂纹等缺陷，多通过纳米粒子填充提高FEVE氟碳涂料综合性能。
Ghadimi等通过溶胶-凝胶法制备了一种SiO2纳米颗粒修饰的FEVE涂层，该改性涂层表面成功形成分级微纳结构，显著增加了涂层表面的粗糙度，使其水和油的接触角分别提高到152°和141°，涂层的超疏水性和高疏油性可以整体提高涂层的耐蚀性能。
Zhong等采用球磨法制备了还原氧化石墨烯-二氧化硅（rGO/SiO2）纳米复合填料，并添加偶联剂（KH-550）增强了填料在氟乙烯乙烯醚（FEVE）涂层中的分散性，制备好的涂层相较于原始涂层与未经过偶联剂处理的涂层，在经过30天的腐蚀后，仍展现较大的阻抗性与柔韧性。
04、海上风电防护绿色环保涂料
目前，海上风电应用较成熟稳定的防腐涂层技术主要依赖有机物为溶剂，但其在使用过程中会释放大量的挥发性有机化合物（VOCs），严重污染大气环境和影响人体健康。近年来，国家环保政策不断加强，新型绿色环保涂料成为当前的研究重点，常见的低VOCs涂料包括水性涂料、无机涂料及陶瓷涂料等。
4.1 水性涂料
水性涂料主要以水作为涂料的溶剂和分散剂，其VOCs排放极低，对人类生存环境和健康更为有利。典型的防腐涂层材料如环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂等均可以制备成水性涂料。
相较于传统的有机溶剂型涂料，水性涂料具有以下优点：以水为溶剂，安全性及环保性都得到较大提高；能够在潮湿表面施工，对环境与材料的适应性好，其附着力可得到有效保证；施工较为简单，施工设备可直接用水清洗。
同时，水性涂料也存在以下问题：水性涂料的基料和其他助剂同样为有机物质，在使用过程中仍会对环境造成一定污染；水性涂料以水为溶质载体，其在低温高湿环境下的成膜干燥时间会增加；风电金属基体在与水接触过程中会发生腐蚀；极易受到微生物的影响，耐蚀性相对劣于溶剂型涂料。
目前，水性涂料改性方式与溶剂型涂料一致，均可采用共聚物改性、纳米粒子改性、超支化改性等技术路径。
4.2 无机涂料
相较于水性涂料，无机涂料中不含有机物质，其VOCs排放量可趋近于零，完全满足绿色涂料的标准。典型的无机涂料主要有硅溶胶涂料、碱金属硅酸盐涂料和磷酸盐涂料等。
硅溶胶涂料主要通过硅醇基团的聚合成膜，但其在缩聚过程中内聚力较大，在涂覆时容易造成涂层开裂，严重处甚至出现涂层大面积脱落。
碱金属硅酸盐涂料又称水玻璃涂料，化学通式为M2O？mSiO2？nH2O，其综合性能通常受碱金属盐离子的影响，且存在着力学性能差、易分化开裂、耐水性差等问题，因此，其应用也存在一定局限。
磷酸盐涂料是以磷酸铝、磷酸铝铬、磷酸镁、磷酸锆等作为成膜物质，金属及金属氧化物作为填充骨料，在高温下发生缩聚形成的无机涂层，其金属原子与磷原子的比值（M/P）决定了涂层的最终性能。与硅溶胶涂料和碱金属硅酸盐涂料相比较，磷酸盐涂料的综合性能最为优异，但磷酸盐涂层的固化温度较高，一般在200 ℃以上长时间固化才能满足其使用条件，且磷酸盐涂层的脆性较大，耐酸碱性能有限，这些已成为限制其发展且亟需解决的问题。
针对磷酸盐涂料存在的缺陷，可以通过有机-无机杂化的方式对涂料进行改性。有机-无机杂化改性是指通过化学键或强烈的物理相互作用，在分子或纳米尺度上（至少有一相在一维尺度上小于100 nm）将有机组分和无机组分复合，从而制备出兼具两者优良特性、并可能产生新功能的一种涂料改性方式。常见的有机-无机杂化涂料的制备方式包括纳米微粒原位生成法、溶胶凝胶法、共混法、原位聚合法等。
如图6所示，Salazar-Bravo等通过回流法合成了Mn5(PO3(OH))2(PO4)2？4H2O磷酸锰纳米颗粒，并分散于水性聚氨酯中制备了有机-无机杂化涂层。磷酸锰的掺杂封闭了聚氨酯涂层内残留的空隙，增加了涂层的疏水性并阻碍了腐蚀性离子的扩散；此外，磷酸锰还充当了涂层的紫外线吸收剂，减缓了聚氨酯的降解并诱导了其微相分离现象，极大地提高了涂层的综合力学性能。
图6. 水性聚氨酯掺杂2%、4%和6%磷酸锰前后各项性能对比图
Liu等以低表面能的氟化乙烯丙烯作为有机相，以具有优异黏附性的磷酸二氢铝作为无机相，通过引入羧基化碳纳米管，在涂层表面形成了坚固的乳突纳/微结构。在乳突微/纳米结构的作用下，杂化涂层展现出超强的耐磨性及疏水性，并在强碱性溶液中浸泡7天和在紫外线照射下暴露20天后，依然表现出优异的耐腐蚀/耐候性。
4.3 陶瓷涂料
与有机聚合物材料相比,陶瓷材料具有硬度高、耐磨蚀、热稳定性好等独特优势，是一种较为理想的海上风电应用环保涂料。由于陶瓷需要在高温下完成转变，因此，陶瓷涂料的涂覆多选用大气等离子喷涂、电弧喷涂和高速氧燃料喷涂等方式。
为降低陶瓷涂层的制备成本，同时兼具陶瓷涂层的高硬度、高耐磨性、氧化稳定性及有机涂层的韧性、成膜性等优势，聚合物衍生陶瓷技术逐渐得到发展。聚合物衍生陶瓷技术主要是指依靠添加各种填料的聚硅氧烷、聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚碳硅氮烷和聚硅基碳二酰亚胺等含硅陶瓷前驱体制备有机-无机复合陶瓷涂层的一种技术。
其成膜原理为：陶瓷前驱体暴露于潮湿空气中，发生醇解、水解与缩合反应生成大量硅醇基团；这些基团一部分与基材表面的-OH基团相互作用，经脱水后缩合在基材和聚合物链之间形成氧桥；同时，另一部分与前驱体单体相结合，在持续缩合和缠绕的过程中形成三维网状结构；最终使图层牢固地附着于基材表面。
陶瓷涂层需经过一定的热解处理，才能完成从热固性聚合物到非品态陶瓷的转变，但高温热处理可能会对基材本身产生影响，因此，真空紫外线辐射、同步加速器、激光辐射等技术被应用于诱导陶瓷的交联与固化。
目前，聚合物衍生陶瓷技术相较于传统的陶瓷涂层制备技术还处在发展中，仍存在较大劣势。一方面聚合物衍生陶瓷涂层的综合最佳厚度较薄，仅有几十微米，若增加涂层厚度其工艺便捷性将被削弱；另一方面聚合物衍生陶瓷涂层的摩擦学性能、热膨胀系数等均劣于传统的涂层材料，将聚合物衍生陶瓷技术应用于海上风电表面时，仍需考虑因结构件较大而无法更好地进行热解处理等问题，这有待对该技术进一步突破性研究。
05、智能自修复涂料
智能自修复涂料是指能够自动或通过外部刺激修复损伤或恢复原有功能的新型涂料，对此人们研究了实现自修复涂层的两种主要方法：
内在自修复涂料，主要依赖于材料本身分子链的破坏和重组，然而其通常需要制备特定的有机树脂材料，这增加了应用成本；
外在自修复涂料，是指将装有自修复物质（如缓蚀剂或可聚合剂等）的微胶囊或微/纳米容器加入涂层基质中，当外部因素对涂层造成损坏时，这些微胶囊会破裂，将自修复物质释放到受影响的区域填补和修复裂缝，从而有效地恢复涂层的完整性。
自修复物质的释放往往需要在外界环境的刺激下进行，常见的触发条件包括pH值变化、特定离子（如氯离子）的存在、光照射或基材开裂产生的机械应力等，这也同样对自修复物质载体提出了相应要求。自修复物质载体通常需要满足以下条件：
① 与涂层基质和自修复物质均保持良好的兼容性；
② 较强的负载能力；
③ 载体在酸性/碱性环境下的稳定性和长效性，避免自修复物质发生不受控制的释放；
④ 存在特定刺激响应机制，使载体既能在与腐蚀性物质接触时保持惰性，又能在腐蚀反应开始时快速转变为活跃状态。
如图7所示，Gu等合成了一种具有分级介孔结构的CeO2载体，以2-巯基 苯并咪唑作为自修复物质，并制备了氨基甲基丙烯酸酯组成的共聚物（EE100）包裹封装好的载体，在酸性环境下，EE100会获得正电荷并松散其聚合物链，释放出负载自修复物质的CeO2粒子。当向水性环氧涂层中添加1%的该物质时，改性涂层相比于原始涂层具有较强的阻抗，并在划痕后的盐雾实验中展现优异的修复能力。
图7. 具有分级介孔结构封装自修复物质的新型CeO2粒子在智能自修复涂层中的应用
Wang等以介孔SiO2为载体，以1,10-菲咯啉-5-胺和十六烷基三甲基溴化铵为自修复物质研发了一种同时具有修复功能与预警功能的新型智能涂层，该物质在涂层表面发生pH值变化后即可自行释放其中的自修复物质。经EIS检验，将4%的该物质添加入环氧涂层中，在3.5% NaCl中浸泡120小时后，相较未添加的环氧涂层，其阻抗值增加20倍，显著抑制了裸露金属表面的腐蚀活性；此外，该涂层在腐蚀后产生的Fe2+会与1,10-菲咯啉-5-胺结合，呈现明显的红色以示预警，实现了腐蚀可视化。
结语
随着我国新能源领域的不断发展，海上风电因其较高的发电效率与较大的装机容量成为能源转型的焦点，涂料防腐技术作为一种经济可靠的保护措施被广泛的应用于海上风电行业。
传统涂层保护技术通常采用底漆、中间漆和面漆相结合的多层涂覆工艺。新型防腐涂料的出现使得涂覆工序可简化为两道，从而在保证防腐性能的同时缩短了施工时间。然而，聚脲、聚硅氧烷等涂料因其较高的成本和对施工环境的严苛要求，完全取代聚氨酯类涂料仍需时日。此外，尽管环保型涂料具有较低的VOCs排放量，但在耐蚀性、附着力等综合性能方面仍存在不足。例如，无机涂料和陶瓷涂料需要在高温条件下固化成膜，这增加了其在海上风电环境的施工难度。
智能涂料的出现为海上风电的腐蚀防护提供了新的解决方案，能够实现对微小腐蚀缺陷的自修复和腐蚀预警功能。然而，智能涂料中自修复物质的承载能力有限，如何提高载体的负载能力和涂料对载体的兼容性，成为其进一步发展的关键。
针对上述存在的问题，未来对于海上风电用涂料的改性应着重从以下几个方面开展：
① 着力于对聚脲、聚硅氧烷、氟碳等高性能防腐涂料的研发，降低涂料成本；
② 加快溶剂型涂料向环保型涂料的转变，提升水性涂料/无溶剂涂料的耐蚀性、耐候性、耐磨性等综合性能；
③ 提高填料（尤其是纳米粒子）在涂料中的分散性和相容性，减少团聚现象对改性效果的影响。
相信随着科研人员的不懈努力和技术的不断进步，更加高效、耐蚀、环保和智能的涂层防护技术将被开发出来，为海上风电的可持续发展提供坚实的保障。
来源：《材料保护》2026年1月
转自：CCIA维修检测与回收专委会
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