全世界每年因腐蚀而报废的金属设备和材料约占其年产量的1/3,直接经济损失达70000亿美元。有机涂层作为金属表面防腐蚀最有效的手段,为了增强其与金属基材的结合特性,人们开发了各种适用于金属表面的预处理工艺。传统的金属表面预处理工艺(如磷化和铬酸盐钝化等工艺),普遍存在施工工艺复杂且使用过程中严重污染环境等缺点。随着环保呼声的日益高涨,这些传统技术的使用受到限制,开发新型的、无污染的金属表面预处理工艺已迫在眉睫。近年来发展起来的金属表面硅烷化预处理技术采用超薄有机硅烷涂层替代传统的磷化结晶型保护层,由于施工工艺简单、环境友好、成本低廉,被认为是铬酸盐钝化和磷化的潜在替代技术,且它可实现涂装工艺无磷,杜绝亚硝酸盐等致癌物,不含镍锰铬等重金属,并能与现有涂装工艺和设备相容,有望给传统的金属表面预处理技术带来重大变革。硅烷化预处理技术的研究主要集中于硅烷膜性能的优化及最佳工艺影响因素的探索,如：硅烷溶液的浓度、浸入时间等。研究普遍认为：硅烷分子在金属表面的吸附成膜动力学过程(成膜机制、成膜后的分子排列、键合方式和膜层结构)是决定界面粘结性能及膜层性能的关键因素,硅烷化预处理效果与金属表面状态、硅烷分子的结构与取向密切相关。因此,弄清金属表面硅烷分子的吸附成膜动力学机理及关键因素影响机制不仅可为性能优异的硅烷分子的设计、筛选和合成提供有效的理论指导,同时可为硅烷化预处理技术的快速发展及工业化提供理论支撑。本文主要研究了γ-(3,2-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷(γ-GPS)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(γ-APS)在低碳钢表面的吸附及成膜动力学机理,得出了应用性较强的结论。利用反射吸收红外光谱法、交流阻抗测试法以及原子力显微镜系统研究了硅烷分子γ-GPS在低碳钢表面的吸附成膜行为,重点研究了吸附成膜过程中γ-GPS链段排列方式的变化以及γ-GPS硅烷膜的化学结构、三维形貌和耐蚀性能的演变。结果表明：γ-GPS在低碳钢表面的吸附呈现振荡现象。首先经历了快速吸附,然后达到最大饱和吸附,随后经历了大面积的解析,最后经历了不可逆的慢速吸附。主要探讨了振荡吸附的起源。最初的快速吸附可以由硅醇单体与金属羟基形成氢键来阐述。最大吸附的出现归因于之前轻微的脱附,它的发生伴随膜结构的重组。大面积的解吸可以通过如下机理来阐述：以较低吸附能吸附上来的硅醇单体,可以很容易的被溶液中强极性的水分子和形成Si-O-Fe键、硅氧烷(Si-O-Si)链结新生成的水分子所取代。不可逆的慢速吸附和聚合单体在表面的缩聚有关。γ-GPS膜的生长行为和防护性能与硅醇单体的吸附能力和排列方式密切相关。随着硅醇单体吸附量的增加,γ-GPS链段之间的范德华作用力增强,导致具有优异性能、高度有序的γ-GPS膜的形成。在研究基础上提出的吸附模型模拟了实验现象并且确定了硅烷分子γ-GPS在低碳钢表面的吸附成膜机理。采用反射吸收红外光谱法和电化学交流阻抗测试法研究了pH值(硅烷水解液pH值和吸附界面微区pH值)对低碳钢表面硅烷分子y-APS自组装成膜动力学过程的影响,重点研究了水解液pH值与硅烷分子γ-APS的吸附取向、吸附量以及膜层性能的关系,确定了硅烷水解液的最佳pH值。结果表明：γ-APS在低碳钢表面存在多中心活性吸附位,氨基基团和硅羟基基团在金属表面的吸附存在竞争,γ-APS分子的吸附取向与水解液的pH值密切相关；γ-APS膜的防护性能主要取决于y-APS分子的吸附量,与吸附取向关联不大。在整个研究的pH范围内(酸性(pH=6)、偏中性(pH=7-9)、碱性(pH=10)),Si-O-Fe特征峰的峰强均较弱,但随着水解液pH值的升高,略有降低,说明随着水解液pH值的增大,硅醇单体以胺基端朝下的吸附逐渐增多,而以硅羟基端朝下的吸附逐渐减少。而随水解液pH值的增大膜层中Si-O-Si的量逐渐增多,说明溶液中的碱性环境促进了硅醇单体在金属表面的吸附和缩聚。酸性环境下,以-Si-OH朝下的吸附为主,但酸性环境不利于硅醇的吸附,导致硅烷膜耐蚀性能欠佳。碱性环境下,以氨基端朝下的吸附为主,虽然不利于化学键的形成,但水解液高的pH值即碱性环境促进了硅醇单体在金属表面的吸附和缩聚,硅醇单体间强的范德华力使得其在金属表面的排列较为致密、均匀,形成性能较为优异的硅烷膜。此外,在y-APS溶液自然pH值(最佳溶液pH值)条件下,我们采用阴极电沉积的方法改变吸附界面的微区pH值,发现吸附界面微区pH值的增加催化了硅醇单体间的缩合反应,获得厚度较大、耐蚀性能较好的硅烷膜。