超疏水表面因其广泛的应用前景,近年来引起了诸多研究人员的关注。将超疏水表面应用于石油石化管道内壁,可以增加水相混合物在管道壁上的疏水性,提高运输效率,降低生产成本,节约能源。研究发现,合适的表面微结构形貌和低表面自由能是材料表面实现超疏水性的两个必要条件。本论文采用电沉积法在X90管线钢基体上得到一层金属层,这层金属层可以对基体起到保护作用,然后使用水热反应或化学氧化法在电沉积金属层上原位生长一层微结构膜,最后经过低能修饰得到了三种不同表面微结构形貌的超疏水表面。优化了三种超疏水表面的制备工艺参数;通过建立微结构润湿理论模型阐明了所制备表面的疏水性机制;研究了水滴在三种超疏水表面的润湿动力学行为;系统评估了三种超疏水表面的稳定性和应用前景。获得的主要研究结果如下:采用电沉积锌层、水热反应原位生长ZnO和低能修饰相结合的方法在X90管线钢基体上制备了含六棱柱状ZnO膜的超疏水锌层。通过控制工艺参数,得到了几乎垂直于表面的六棱柱状ZnO微结构,经低能修饰后,此表面与水的接触角高达157.59°、滚动角约6°,实现了超疏水性。基于经典的Wenzel和Cassie两个润湿理论模型,构建了三维的六棱柱状微结构润湿理论模型,揭示了水滴与含ZnO膜的超疏水锌层表面接触时形成稳定Cassie状态的机理。先后采用电沉积铜层、化学氧化原位生长CuO膜和低能修饰在X90管线钢基体上制备了含花朵状CuO膜的超疏水铜层。通过单因素变量法得到了类荷叶上表面的双重尺度花朵状CuO微结构形貌,经低能修饰后,与水的接触角高达160.69°、滚动角约3°,实现了超疏水性。通过简单的近似计算证明了水滴与此超疏水表面接触时的接触状态为稳定的Cassie状态。铜锌合金具有较好的防垢性,在X90管线钢表面制备具有超疏水性的铜锌合金层,可以更好地减小水相混合物在管道壁的结垢现象。采用电沉积铜锌合金层、化学氧化原位生长CuO和低能修饰在X90管线钢基体上制备了含蒲公英状CuO膜的超疏水铜锌合金层。通过调控各工艺参数得到了双重尺度蒲公英状的微结构表面,低能修饰后,与水的接触角为157.94°、滚动角约3°。基于Wenzel和Cassie两个经典的表面粗糙结构润湿理论模型,建立了理想的球状和柱状微结构组成的双重尺度润湿理论模型,从理论上证明了超疏水表面与水滴接触时形成的是稳定的Cassie-Cassie接触状态。研究了水滴撞击到六棱柱状ZnO膜的超疏水锌层、花朵状CuO膜的超疏水铜层和蒲公英状CuO膜的超疏水铜锌合金层表面后的动力学行为,进一步表征和验证了三种超疏水表面的疏水稳定性。水滴以不同的速度撞击到超疏水表面后出现常规回弹、喷射状回弹和飞溅三种现象,均未黏附或铺展在试样表面,并从润湿压力和反润湿压力的角度解释了超疏水表面耐水滴撞击的原因。此外,分析了水滴撞击到超疏水表面的接触时间、接触直径、恢复系数、缩回率与撞击速度、韦伯数的关系。对三种表面形貌的超疏水表面在不同状态和环境条件下的疏水稳定性和机械稳定性进行了研究,并对表面的耐蚀性、自清洁性、疏油性及防垢性进行了研究和评估。结果发现,三种超疏水表面均具有较好的时间稳定性、耐热稳定性和一定的耐酸碱腐蚀性;经胶带剥离后均具有较好的疏水稳定性。三种超疏水表面均具有较好的自清洁性,并从力学的角度解释了超疏水表面实现自清洁的原因,得出了超疏水表面的自清洁能力与污染物颗粒尺寸的关系。超疏水铜层和超疏水铜锌合金层表面的疏原油性比超疏水锌层要好;超疏水铜层表面经超声震荡后具有较好的疏水稳定性,且耐蚀性最好;超疏水锌层具有较好的耐摩擦性;超疏水铜锌层表面具有一定的防垢性。