随着海洋工业的不断发展,海洋工程材料的防污和防腐已受到国内外学者的广泛关注。热喷涂技术工艺成本低,涂层可以选择的材料广泛,且便于现场操作的优点,使它成为一种最有前景的表面涂覆技术。高分子有机物因其具备轻便、易成形、经济性好、耐化学腐蚀等特点而被广泛应用。研究发现,热喷涂聚合物涂层具有良好的耐蚀性,含铜的涂层能有效的抗生物污损。因此,将无机聚合物与有机杀菌剂的优点结合起来,研究新型抗污防腐涂层来减轻海洋工程材料的污染问题是亟需解决的科学问题。因此,开发一种耐蚀、防污兼具的复合涂层及其制备技术是非常必要的。本文以HDPE-Cu复合涂层为研究对象,首先利用化学镀工艺制取具有核壳结构的HDPE-Cu复合粉末,再以该复合粒子作为喷涂原料粉末,采用火焰喷涂技术在Q235低碳钢基体表面制备纯HDPE涂层、纯Cu涂层和HDPE-Cu有机-无机复合涂层,对涂层的物相、组织形貌、热力学性能、表面性能进行分析了表征,研究了涂层的耐腐蚀性能、防生物污损性能、耐老化性能。研究表明,化学镀法制备的HDPE-Cu复合粒子具有核壳结构,且Cu壳均匀地包覆在单个HDPE颗粒表面,其厚度大约为1μm,HDPE-Cu复合粉末的流动性优于纯HDPE粉末,提高了HDPE粉末的成膜效率,使其更适应热喷涂工艺。火焰喷涂方法制备的HDPE-Cu复合涂层,涂层均匀致密、无明显的孔隙,并且涂层与基体结合良好,铜均匀地分布在整个涂层中。复合涂层表面与断面的铜含量分别为35.11±2.63 vol.%和9.57±1.28 vol.%。涂层的XRD分析结果表明,铜在化学镀或者热喷涂中未产生氧化或其他反应。Cu壳对HDPE核具有保护作用,减少了聚合物在加热过程中的热分解。涂层防污性能的分析结果表明:在含有细菌的人工海水中浸泡3d后HDPE涂层表面附着有大量的细菌,HDPE-Cu涂层与Cu涂层表面贴附的细菌数量极少;抗菌实验表明,HDPE涂层的抗菌率低于50%,HDPE-Cu涂层与Cu涂层的抗菌率均达到99%以上;铜离子释放结果表明,HDPE-Cu涂层渗出的铜离子浓度均超过了0.003 ppm,会对芽孢杆菌和大肠杆菌均有抑制作用,在浸泡初期铜离子渗出率相对较高,浸泡时间增加,铜离子渗出率逐渐降低并趋于稳定状态,在浸泡21天后,统计HDPE-Cu复合涂层的表面和断面铜分布,该复合涂层表面与断面的铜含量分别是10.91±3.17 vol.%和9.15±1.17 vol.%,表明该复合涂层中的铜在浸泡21天后没有完全溶解到NaCl溶液中,说明该复合涂层具有长期的抗菌性能。中性盐雾实验表明,盐雾14天后,HDPE涂层和HDPE-Cu复合涂层表面与断面仍表现出完整的状态,说明HDPE基聚合物涂层具有良好的耐腐蚀性能,而Cu涂层在盐雾7天后,表面已经全部被腐蚀产物覆盖,表明单一的Cu涂层不耐腐蚀;涂层的电化学结果研究表明HDPE-Cu复合涂层的自腐蚀电位为-0.100V、自腐蚀电流为1.304×10-7 A/cm2,复合涂层的电荷转移电阻为4.09×105Ω·cm~2,其腐蚀反应阻力增大,腐蚀速率减慢,可以有效地隔绝电解质溶液通过孔隙渗入到基体表面,阻碍氯离子向涂层扩散。HDPE-Cu复合涂层和HDPE涂层的氙灯耐老化实验结果表明,HDPE-Cu复合涂层在老化过程中没有化学成分的变化,且HDPE-Cu复合涂层表面在老化21天后表面仍表现出完整的状态,说明HDPE-Cu复合涂层具有优异的耐老化性能,而HDPE涂层表面出现了裂纹,且随着老化周期的延长,表面的裂纹数量增多。复合涂层中Cu可以提升HDPE的分解温度和热稳定性,可以显著改善HDPE的耐老化性。