海洋蕴藏着丰富的矿产资源、海水资源、海洋生物资源等自然资源,具有重要的战略价值。然而,海洋严苛的腐蚀环境,使海洋装备设施长期遭受严重的腐蚀问题,严重制约了海洋的开发和利用。因此,合理利用腐蚀控制技术,提高海洋装备设施的服役安全性,设计并制备具有良好防护性能且适用于海洋腐蚀环境的表面防护涂层,延长其服役寿命,对国民经济和国防建设与发展具有重大的意义。金属钛以其优异的防腐性能而广泛应用于航空航天、石油化工、冶金制造等领域。将钛纳米化作为填料添加到涂料中,可制备出具有良好耐蚀性能的防腐涂层。但是,纳米钛在涂料中的分散性问题、稳定性问题及添加量问题尚未得到有效解决,同时其防护机理研究甚少。因此,针对上述问题,本论文利用高能球磨法、制备钛纳米聚合物,通过沉降实验、激光粒度分析、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、光电子能谱仪(XPS)等技术手段,分析不同球料比、球径比、助磨剂、研磨时间对钛颗粒的组织结构和性能的变化规律,从微、纳观尺度研究钛纳米聚合物的接枝效应与物相演变,揭示纳米钛聚合物的衍生机理。利用正交设计实验,设计并优化了钛纳米聚合物涂层制备配方。通过常规性能测试试验、SEM、FT-IR、紫外老化实验、人工海水浸泡试验、盐雾加速实验等技术手段,分析不同钛纳米聚合物含量对涂层组织和性能的影响规律;通过交流阻抗电化学测试技术,分析涂层对氯离子浓度、高湿度等苛刻腐蚀因子的抑制作用机理,得到环境因素与涂层腐蚀电位、腐蚀电流等电化学参数的变化关系,阐明了涂层腐蚀防护机理。通过上述研究,得到结论如下:(1)通过高能球磨法设计、制备并优化了钛纳米聚合物的制备工艺。当球重是2600g,球径比为Φ20mm:Φ15mm:Φ5mm=16:7:3,助磨剂为含丙酮的环氧树脂溶剂,研磨时间为4h时,制备出具有分散稳定性良好的钛纳米聚合物;(2)通过研究不同的研磨时间,探究了钛纳米聚合物的衍生机制。随着球磨时间的延长,钛纳米聚合物的分散稳定性提高,钛粉粒经不断减小,钛粉畸变程度增加,趋于无定型态转化。同时,环氧基团逐渐消失,钛粉接枝量增加,说明钛粉与环氧树脂发生了接枝反应,形成钛纳米聚合物;(3)通过正交试验设计、制备并优化钛纳米聚合物涂层的最佳工艺参数。钛纳米聚合物涂层均匀而致密。常规性能实验结果表明,钛纳米聚合物涂层具有较为优异常规机械性能,同时其含量对其性能具有重要的影响。随着钛纳米聚合物含量的增加,钛纳米聚合物涂层的热稳定性提高,玻璃化转变温度升高。当钛纳米聚合物含量为9%时,玻璃化转变温度最高为206.1℃;(4)通过实验室环境模拟实验:室温3.5wt.%浸泡实验(458天)、中性盐雾实验(125天)和紫外老化(200天)性能测试实验,实验结果表明:钛纳米聚合物涂层具有优异的抗渗透效果及防腐耐候性能。随着钛纳米聚合物含量增加,其防护性能整体呈上升趋势。当钛纳米聚合物含量为9%时,其防腐效果最佳;(5)腐蚀电化学实验结果表明:经过458天的浸泡试验后,钛纳米聚合物涂层完好如初,呈现出优异的防腐效果。浸泡过程中,涂层相当于一个高电阻、低电容的防腐绝缘层,有效抑制了腐蚀介质浸入涂层腐蚀基体。随着浸泡时间的延长,涂层电阻值均呈先降低后稳定的状态;随着钛纳米聚合物含量的增加,涂层的电阻值呈现升高趋势,当钛纳米聚合物含量为9%时,电阻值达到峰值为9.3×10~8Ω·cm~2,防腐效果最佳。分析认为:钛纳米聚合物自身特殊的“压茬”结构,可使其与涂层中的各组分具有良好的相容性,形成均匀致密的涂层,有效抑制了腐蚀介质入侵,延缓了防腐路径,降低腐蚀速率,提高其对腐蚀介质的屏蔽性能,有效提高了涂层防护性能。(6)结合上述实验研究成果,将钛纳米聚合物涂料应用到海南文昌发射场液氮/氢管路及塔架各层外护套表面腐蚀防护,经过25月的应用考核表现出优异的腐蚀防护效果。通过上述研究说明:所研制的钛纳米聚合物具有良好的分散稳定性,研制的具有“压茬”结构的钛纳米聚合物防腐功能涂层具有优异的长效防腐耐候性能,可满足海洋装备在海洋环境下的腐蚀防护,可为我国海洋装备的腐蚀防护提供理论数据和技术支撑。