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金属及其合金在舰船防腐中应用广泛，特别是与外部海水直接接触的部分，作为防腐蚀以及具有强硬度和韧性要求的结构材料。除此之外，金属及其合金因其优越的耐腐蚀、耐磨性能，作为重要的涂层材料而被广泛应用于舰船上。随着舰船材料应用要求的提高，复合材料应运而生，其中既可以抗高温又具有优良耐腐蚀、耐磨性能的金属陶瓷材料由此诞生，并逐渐被应用于有高温、耐腐蚀等要求的发动机、内燃机上，这些部位对于承受热量和机械性能具有特殊要求。金属陶瓷复合材料不仅具有优良的耐腐蚀性能，同时也继承了金属的韧性好，陶瓷的耐高温的双重性能，使得金属陶瓷复合材料受到广泛青睐。

一、金属合金涂层

随着现代舰船工业对温度、压力等提出更高要求，金属及其合金涂层也日益受到青睐。金属防护涂层的研究是从1960 年之后开始进行正式研究，最先研究的对象是MCrAlY，随着研究的深入，该产品的工业化成为现实，并因其优良的耐高温性能和耐腐蚀性能而被广泛接受和应用。目前研究应用最广泛的是钴镍铯铝合金涂层，这种合金不仅具有金属及其合金的优良特点，还具有成分可控、材料本身性质稳定且涂层接触界面也非常稳定的特点，高温时能够形成性质稳定的氧化物，例如氧化铝，有利于被保护材料的防腐。该材料本身成分易于调整，可以依据不同的需求对金属合金成分进行调整，以改善涂层的性能。金属涂层的改进方法多种多样，除了上述成分调整方法外，还可以通过控制扩散方法来控制合金的作用顺序，从而满足航空航天或者其他方面对于金属合金的需求。金属涂层的改进方法同样包括工艺改进，工艺改进能够为涂层提供满足使用性能的空间。但随着舰船材料对于涂层使用要求的进一步提高，仅凭上述方法得到的金属及其合金涂层已经难以满足实际需求，因此开发一种新型的耐高温且耐腐蚀性良好的涂层材料显得十分迫切。

二、陶瓷涂层

随着对于涂层研究的进一步深入，人们不再局限于对涂层本身的研究，而是将舰船材料和涂层作为一个系统研究的对象来研究，其原因在于对于涂层的研究应同时考虑应用的船体材料以及它们相互作用的影响，这样才能兼顾舰船材料的功能性以及使用环境的需求，陶瓷涂层因其特殊的组成可以实现不考虑基体而单独进行研究，因此人们开始研究耐腐蚀性好且可以实现剥离基体而单独进行研究的陶瓷涂层。学者们对陶瓷涂层与其他材料的耐腐蚀性能做了比较，数据如图1 所示。由图1 可得出，陶瓷材料具有优良的耐腐蚀性能。表1 为对应参数表。陶瓷涂层具有非常多的优良特点，例如高硬度、高化学稳定性、高耐腐蚀性等。陶瓷涂层摆脱了对于基体研究的限制，能够单独作为个体研究，且不影响其使用性能，不受基体尺寸限制，且陶瓷损坏后易于得到有效修复，这些都是普通涂层材料难以具有的性质，但是陶瓷材料也具有其缺点，如韧性不及金属材料，涂覆在基体之后容易随着舰船变形或者碰撞而剥落。

三、金属陶瓷复合涂层

普通的金属合金材料涂覆在舰船表面容易因摩擦、电位腐蚀、海水腐蚀等情况导致涂层脱落，从而失去涂层的作用，而金属陶瓷涂层除了具有金属的韧性同时也具有陶瓷本身的化学惰性能够有效阻隔海水、电位带来的腐蚀。金属陶瓷复合涂层技术经历了2 个阶段：首先是两层涂层阶段，两层涂层由表面陶瓷涂层和内部金属涂层组成，外层陶瓷涂层起表面隔离的目的，内部金属涂层起保护作用，涂层能够有效阻隔海水或者微生物带来的侵袭，但两层涂层也有其固有缺陷，如陶瓷涂层和金属涂层直接接触会带来的膨胀系数不均匀甚至因此导致涂层碎裂的问题、也会因导热系数不同而导致温度传导问题。为克服此类问题，研究者们使用了中间层这一过度体来连接金属和陶瓷涂层，保证传热和膨胀的顺畅性，克服了涂层直接接触的固有问题，缓解了热传导问题及膨胀剥落问题。影响金属陶瓷涂层的因素有很多，其中最重要的是金属陶瓷涂层材料的选取以及喷涂技术的选取，同时这些决定因素也是金属陶瓷涂层能够得到广泛应用的关键。影响金属陶瓷涂层耐腐蚀的因素主要有：材料中掺杂元素的选取比例、粘结层的厚度等，例如就粘结厚度来说，能够显著影响舰船材料的耐腐蚀性能，钴镍铝合金在最优厚度下，能够缓解应力集中而导致的涂层破裂问题，粘结层厚度的选择能够决定对内层-舰船材料和对外层-接触层的元素供给量（一般为铝元素，粘结层对外提供高铝，高铝具有非常好的耐腐蚀的性能）。随着研究进一步加深，人们逐步推导出了最优过渡层厚度，该过渡层既能缓解因应力过度集中而导致的涂层剥落，又能实现对内对外元素供给，起到耐腐蚀的作用。掺杂元素的选择在于舰船材料的实际需求，根据实际需求对金属陶瓷涂层进行成分调节，可以实现舰船材料的多种功能。值得一提的是，研究证明具有优良性能的金属陶瓷涂层并不是简单的两层涂覆，而是充分考虑了应力、成分、隔热性能、耐腐蚀性等多种因素的机械性能复合，这也是与以往研究重大不同的地方。关于金属陶瓷涂层的应用在国内进行了广泛的研究，开发出了具有减震降噪耐腐蚀性能的金属陶瓷涂层，该涂层采用多层复合结构，在结构和系统上对噪音实现衰减，具有优良的耐高温、耐海水腐蚀、耐船舱内烟气和各种腐蚀介质腐蚀的性能。表2 为对应参数表。

对于金属陶瓷涂层的耐腐蚀性而言，制备工艺同样至关重要。研究表明将高阻尼材料制备成具有线性和粉末结构的材料，并采用表面处理技术涂覆在舰船表面能够更加容易实现复合涂层的耐腐蚀性。除了上述影响金属陶瓷复合涂层耐腐蚀性的因素外，喷涂技术也是影响金属陶瓷应用的重要因素。目前应用较多的是电子束物理气相沉积法、火焰喷涂、等离子喷涂、超音速火焰喷涂、爆炸喷涂等热喷涂方法，热喷涂方法能够得到具有致密结构、成分均匀等优点的复合涂层，但是也难以摆脱喷涂设备价格昂贵、喷涂过程中多气泡等问题，这对于舰船材料而言，是非常致命的。因此对于热喷涂技术而言，改进其工艺，有效提升喷涂效率、降低喷涂孔隙率，优化耐腐蚀性能是热喷涂技术研究的关键。冷喷涂技术是近年兴起的新型喷涂技术，它克服了热喷涂技术价格昂贵、喷涂过程无较大热效应等缺点，是近年来争相研究的喷涂技术。但是冷喷涂技术得到的涂层的耐腐蚀性并不优于热喷涂技术，原因可能在于冷喷涂技术难以得到致密均匀的喷涂复合层，因此提高金属陶瓷耐腐蚀性，喷涂技术也是关键。

四、结语

影响金属陶瓷防腐性能的因素多种多样，例如涂层层数、涂层组成、涂层厚度、喷涂技术等，在考虑涂层涂覆时应考虑基体材料本身的性能，取得最优重要参数比是关键，也是探索金属陶瓷材料开发的重要方向，此外金属陶瓷涂层的喷涂技术也是影响其耐腐蚀性能的重要因素，寻求更加合适的喷涂技术将是未来研究的关键。

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