在金属基体材料上制备的超疏水表面具有优良的自清洁、耐候性、防结冰、低黏附性以及耐腐蚀等性能,在管道运输、工农业生产、建筑业等很多领域都有广泛的应用。受自然界动植物超疏水现象的启发,研究者发现材料表面具有低表面能的化学物质和具有微/纳米级多层次的复合结构是制备超疏水表面膜层的两个必备条件。目前研究超疏水表面膜层的制备主要集中在铜、镁、铝及其合金的金属基体上,而对以碳钢为基体的超疏水表面膜层的制备报道较少。本研究以价格低廉、用途广泛的Q235碳钢作为基体材料,在其表面组装硅烷薄膜,筛选出适合于碳钢的自组装硅烷成膜剂,并结合水热法制备出超疏水表面膜层,并研究其相关的服役性能。具体研究成果如下:(1)在碳钢表面成功制备出全氟癸基三甲氧基硅烷(FAS)、十二硫醇(NDM)、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(PropS-SH)三种疏水膜层,并发现这三种自组装硅烷薄膜均能不同程度提高Q235碳钢疏水性以及耐蚀性。所制备表面与水滴的接触角分别为:109°、108°和88°。三种膜层对碳钢腐蚀的缓蚀效率大小关系为:FAS>PropS-SH>NDM。研究发现当FAS浓度为2%,自组装时间为6 h时接触角为109°,具有最佳的缓蚀效率为98.8%。(2)量子化学计算结果表明在所研究的三种硅烷成膜剂中,FAS的F原子电荷最负,前线轨道能级差(ΔE)最小,表明FAS分子最容易发生电子跃迁,并吸附在碳钢表面,提高硅烷膜的缓蚀效率,量子化学计算结果与电化学测试结果相一致,成功地解释了碳钢表面FAS硅烷膜的耐蚀性高于其他两种硅烷膜的原因。(3)采用水热法在碳钢表面构造微/纳米级复合结构,研究水热反应温度、水热溶液浓度、水热反应时间对碳钢表面形貌的影响,并在水热法的基础上采用FAS硅烷自组装表面修饰。研究结果表明:当水热溶剂乙二胺浓度为3.00 mol/L,水热温度为140℃,水热反应时间为6 h时,制备的碳钢表面聚硅氧烷薄膜与水滴的接触角为152°,即为超疏水薄膜。(4)在模拟海洋大气腐蚀环境中,采用原位电化学噪声方法监测成膜前后碳钢样品的腐蚀失效过程,时域谱图分析结果表明:随着腐蚀时间的延长,成膜前后碳钢样品的耐蚀性均降低,盐雾反应的前4 h,超疏水样品耐蚀性最强。4 h后,超疏水样品表面腐蚀最严重。超疏水的碳钢表面在空气中放置,接触角缓慢下降,60天后,接触角稳定在139°,仍具有较好的疏水性。连续光学拍照表明,超疏水的碳钢样品表面具有较低的粘附性能和较好的自清洁性能。