摘要：中國腐蝕與防護學會2013年度科技進步獎評審結果，已于2013年12月26日在學會官網（www.cscp.org.cn）予以公示，其中由中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室申報的“油氣田鋼質管道提高壽命關鍵技術研究及應用”；由海軍裝備技術研究所申報的“復合電位電偶腐蝕控制技術”；由長園長通新材料有限公司申報的“一種高阻水強密封自修復新型粘彈體防腐材料的研發”；由中海油研究總院申報的“海底管道CO2-H2S腐蝕規律與預測研究”；由劉彥、王唐建、黃留群申報的“改性無溶劑環氧玻璃鋼防腐材料在油氣管道的應用”七大項目，獲得一等獎。

　　材料環境斷裂機理多層次及跨尺度關聯研究

　　項目名稱：材料環境斷裂機理多層次及跨尺度關聯研究

　　主要完成人：喬利杰、宿彥京、李金許、白洋、巖雨

　　主要完成單位：北京科技大學

　　2013年由北京科技大學申報的 “材料環境斷裂機理多層次及跨尺度關聯研究” 榮獲中國腐蝕與防護學會科學技術獎一等獎，該項目已獲得4項國家專利。

　　該項目屬于傳統材料領域。通過對宏觀、位錯和原子三個層次上應力腐蝕的研究，明確了各個層次間的跨尺度關聯，探討了微觀過程和宏觀規律之間的內在聯系。這也是該項目的特點。項目在宏觀層次主要研究了氫和膜致附加應力，以及氫對應力腐蝕（SCC）敏感性的定量貢獻。在位錯層次，利用透射電鏡（TEM）研究了厚試樣內部SCC裂尖的形貌以及位錯與SCC微裂紋和裂尖鈍化膜三者間的關系，并對比薄試樣，研究了兩種試樣裂尖附近的異同。在原子層次，該項目主要利用掃描隧道顯微鏡（STM）對Cu單晶進行了SCC的原位觀察，并利用分子動力學建立了鈍化膜促進Cu單晶位錯發射和裂紋擴展的三維模擬。項目重點研究了三個層次間的跨尺度關聯性， 提出了反映微觀過程與宏觀規律向對應的應力腐蝕機理， 為新材料的環境適應性設計提供了理論基礎。

　　應力腐蝕開裂（SCC）是個老問題，但關于SCC的機理以及在實際應用中如何防止SCC發生都是沒有解決的老大難問題，廣泛應用的管線鋼、不銹鋼以及核電用鋼等材料的應力腐蝕一直是研究的難點和熱點。金屬材料的SCC 歸根到底是在腐蝕和應力耦合作用下，微裂紋的形核和擴展過程，而微裂紋的形核是由原子鍵的斷裂引起的。因此SCC過程跨越原子層次（原子鍵斷裂）、納米層次（納米尺寸的裂紋形核）、微米層次（納米裂紋擴展為的微米級裂紋）直至肉眼可見的宏觀裂紋。只有進行跨尺度關聯研究，揭示不同層次材料缺陷產生和發展的機理，才能弄清材料發生SCC的機理，這不僅在理論上有重大意義，對材料設計和開發，提高材料服役安全可靠性也是非常關鍵的。在機理研究方面，不同的研究層次（如宏觀層次，微觀或位錯層次以及原子層次），SCC有不同的描述，存在不同的爭議。這種不同層次研究之間的跨尺度關聯一直是人們關心的核心問題。從宏觀層次來說，SCC是由氫脆控制還是由陽極溶解過程所控制，這對很多SCC體系來說就存在爭議。由于氫致開裂（HIC）型SCC的微觀機理和陽極溶解型SCC的微觀機理有本質不同，因而從宏觀層次上確認SCC的類型是研究SCC微觀機理的先決條件。不僅如此，它對制定SCC對策也起關鍵作用，因此需要從宏觀、微觀和原子層次系統研究典型體系的環境斷裂問題，并將三個層次跨尺度關聯性作為重點研究內容。

　　項目研究期間發表了20篇SCI文章，在多個國際和國內會議上進行了特邀報告，培養了2名博士畢業生和5名碩士畢業生，并有5名博士生和6名碩士生在讀。舉辦了5次國際和國內學術會議，參與人數超過800人。

　　該項目的發現、發明及創新點

　　·從宏觀、微觀和原子三個層次對SCC機理進行全方位研究，通過SCC附加應力以及它對位錯發射、運動的促進作用把這三個層次有機聯系在一起，實現跨尺度關聯。

　　·觀察到SCC時裂尖前方原子的運動過程，并把它和分子動力學模擬相比較，是SCC機理研究的一個突破。

　　·從位錯層次找到厚、薄試樣SCC裂尖組態的異同， 解決了SCC研究中一個困擾已久的問題。

　　材料環境敏感斷裂的跨尺度關聯性是關系到材料安全長效服役設計的關鍵問題。喬利杰教授團隊在宏觀、位錯和原子層次對典型材料體系進行了大量實驗和模擬工作， 建立了多層次和跨尺度的關聯性。研究目標定位準確，研究思路清晰，研究內容全面，技術路線和設計指標先進， 實施方案合理可行，課題研究隊伍有良好的前期基礎。所申報項目成果豐富，發表了多篇高水平論文，培養了多名博士和碩士研究生，受到國際和國內同行的高度重視，其研究水平達到了世界前沿水平。