海洋工程裝備材料腐蝕與防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)的研究工作圍繞著四個(gè)科學(xué)問題，通過六個(gè)課題的協(xié)同工作，已形成了基于“我國海洋環(huán)境腐蝕四個(gè)規(guī)律”的首次闡明、“六個(gè)機(jī)理”的建立和“四個(gè)應(yīng)用出口”的總體進(jìn)展。
 

海洋腐蝕
 

    闡明了我國海洋大氣腐蝕規(guī)律及其主要影響因素

      通過對(duì)我國主要海域的青島、舟山、萬寧、瓊海和西沙等海洋大氣腐蝕特性和腐蝕分級(jí)分類進(jìn)行了系統(tǒng)研究與歸納，確定了新時(shí)期我國典型海域大氣腐蝕等級(jí)。

 

    闡明了我國海水環(huán)境腐蝕規(guī)律及主要影響因

      素系統(tǒng)開展了金屬材料在我國海水環(huán)境腐蝕實(shí)海試驗(yàn)，研究了常用碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等在我國黃海、東海、南海不同海域的影響因素及規(guī)律。通過碳鋼材料在我國海水環(huán)境的腐蝕等級(jí)分級(jí)分類，形成了我國海水環(huán)境腐蝕規(guī)律的新認(rèn)識(shí)。

 

    我國海洋微生物腐蝕規(guī)律及主要影響因素的新認(rèn)識(shí)通過進(jìn)行微生物腐蝕海水掛片試驗(yàn)，比較不同海域的腐蝕微生物群落，從鋼鐵腐蝕微生物群落及其分離培養(yǎng)入手，結(jié)合有關(guān)生物技術(shù)研究手段，從海洋鋼鐵銹層中富集和純化培養(yǎng)得到與腐蝕相關(guān)的微生物。首次發(fā)現(xiàn)一種名為新喀里多尼亞弧菌（Vibrio neocaledonicussp） 的海洋細(xì)菌，這種細(xì)菌可在金屬表面形成具有高度緩蝕作用的生物膜，使普碳鋼的腐蝕速度降低60 倍。該細(xì)菌的高緩蝕特性，可為未來金屬材料防護(hù)技術(shù)的開發(fā)提供新思路。

 

    我國海洋生物腐蝕規(guī)律及主要影響因素的新認(rèn)識(shí)

通過調(diào)研我國沿海溫帶、亞熱帶和熱帶3 種代表性區(qū)域海港內(nèi)主要污損生物種類，統(tǒng)計(jì)分析污損生物優(yōu)勢(shì)度，確定了各海域典型污損生物。其中，青島海域以藤壺、苔蘚蟲、牡蠣、貽貝為典型污損生物；福鼎和汕頭海域均以藤壺為典型污損生物。

 

    中高溫鹽水蒸氣共存環(huán)境中合金的化學(xué)-電化學(xué)協(xié)同腐蝕機(jī)理針對(duì)中高溫鹽水蒸氣共存環(huán)境中，圍繞著80-250℃溫度范圍內(nèi)是否金屬發(fā)生腐蝕行為的科學(xué)問題，研究工作國際上首次發(fā)現(xiàn)了在高于120℃以上沒有腐蝕反應(yīng)發(fā)生，在120℃以下腐蝕反應(yīng)以電化學(xué)為主體反應(yīng)，臨界水膜的形成是腐蝕反應(yīng)的前提條件，并建立了鹽水蒸氣共存環(huán)境中合金的化學(xué)- 電化學(xué)協(xié)同腐蝕機(jī)理。

 

    我國海洋大氣環(huán)境腐蝕機(jī)理

       基于大量的數(shù)據(jù)和研究闡明了我國典型海洋大氣腐蝕機(jī)理分為高溫高濕高鹽霧海洋大氣腐蝕和污染海洋大氣腐蝕，代表性地區(qū)為西沙和青島。高溫、高濕海洋大氣環(huán)境下鋼在NaCl 溶液中點(diǎn)蝕的閉塞電池效應(yīng)使金屬的后期腐蝕仍較強(qiáng)；污染海洋大氣環(huán)境下初期由于pH的降低，腐蝕速率增加，后期由于腐蝕產(chǎn)物FeOOH 的累積，表面活性區(qū)域減少，腐蝕速率減緩。該研究成果將對(duì)我國不同海域大氣腐蝕機(jī)理研究、腐蝕壽命評(píng)估和正確選材提供重要的參考依據(jù)。

 

    海洋大氣和飛濺帶的環(huán)境腐蝕應(yīng)力機(jī)理研究建立了干濕交替及薄液環(huán)境下應(yīng)力腐蝕（SCC）室內(nèi)模擬加速腐蝕新方法，實(shí)現(xiàn)了模擬薄液環(huán)境中力學(xué)- 電化學(xué)交互作用的原位測(cè)量，發(fā)現(xiàn)了E690高強(qiáng)鋼海洋干濕交替及薄液環(huán)境下發(fā)生SCC 的敏感性高于海水全浸環(huán)境，其SCC 機(jī)理為陽極溶解和氫脆的混合控制機(jī)制，裂紋擴(kuò)展模式為典型的穿晶擴(kuò)展；闡明了E690 鋼在薄液環(huán)境SCC 敏感性高于海水環(huán)境的本質(zhì)原因。該項(xiàng)研究結(jié)果首次為海洋用E690 鋼的海洋腐蝕行為提供了詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)研究發(fā)展高強(qiáng)度海洋用結(jié)構(gòu)鋼提供了重要的參考依據(jù)。

 

    深海環(huán)境腐蝕機(jī)理

       利用自行設(shè)計(jì)并加工的高壓釜恒載荷拉伸試驗(yàn)裝置，成功實(shí)現(xiàn)了同時(shí)施加恒定載荷和保持一定的靜水壓力，開展了模擬深海環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕研究，表征了應(yīng)力腐蝕敏感性。結(jié)果表明，在常壓下海水中不顯示應(yīng)力腐蝕敏感性的X70 管線鋼，顯示出較強(qiáng)的應(yīng)力腐蝕敏感性。如在5MPa 和10MPa 靜水壓力下，能夠發(fā)生應(yīng)力腐蝕，且應(yīng)力腐蝕門檻值分別下降到抗拉強(qiáng)度的78% 和67%。

 

    這些結(jié)果的獲得不僅是國內(nèi)首家，在國際范圍內(nèi)亦未見報(bào)道。本項(xiàng)研究工作將電化學(xué)腐蝕測(cè)試、增重測(cè)試、形貌研究相結(jié)合揭示高強(qiáng)鋼的腐蝕機(jī)制，在國際及國內(nèi)都屬于率先取得的研究成果，具有創(chuàng)新性。

 

    海水環(huán)境中硫酸鹽還原菌作用腐蝕機(jī)理

       研究結(jié)合微觀表征手段及局部電化學(xué)研究方法，從微尺度下研究微生物對(duì)材料腐蝕的影響機(jī)制，進(jìn)而提出微尺度下微生物與材料表面作用模型，完善海水中微生物腐蝕機(jī)理。該研究對(duì)深入直觀認(rèn)識(shí)微生物腐蝕機(jī)制和豐富海洋微生物腐蝕防護(hù)理論有著重要意義和科學(xué)價(jià)值。

基于藤壺的海洋生物污損分子動(dòng)力學(xué)機(jī)理

      首次從藤壺黏附劑的蛋白質(zhì)組成、總氨基酸分析、巰基反應(yīng)生成二硫鍵、蛋白與金屬離子的配合作用、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶催化賴氨酸殘基和谷氨酰胺殘基形成共價(jià)鍵等多重機(jī)制，系統(tǒng)闡釋了典型污損生物藤壺黏附劑與材料表面的固化結(jié)合機(jī)制。首次分析了水化層阻擋黏附、靜電作用能、分子接枝化對(duì)降低藤壺黏附強(qiáng)度的積極作用，對(duì)防污材料的設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)作用。

嚴(yán)酷海洋環(huán)境用新型耐蝕耐磨金屬材料研發(fā)

掌握了不同的析出相種類、形態(tài)、分布與大小對(duì)超高強(qiáng)度不銹鋼的強(qiáng)韌性與耐腐蝕性能（點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕）的影響規(guī)律，提出了深海工況用高強(qiáng)高耐磨沉淀硬化不銹鋼的選材原則，完成了我國南海高濕熱海洋環(huán)境下的多種超高強(qiáng)度鋼的耐蝕性能排序與失效行為研究。

 

    提出鋁基金屬- 陶瓷納米復(fù)合的涂層設(shè)計(jì)思路，并以Al/AlOx 為典型研究對(duì)象證明了利用復(fù)合涂層的“自鈍化”

 

    效應(yīng)可以大幅度提高涂層的耐蝕性。利用電沉積和化學(xué)沉積的交互作用，得到不同晶粒尺寸、非晶、非晶/ 納米晶復(fù)合鍍層，晶粒尺寸最小可以達(dá)到5 納米，這種超細(xì)納米晶結(jié)構(gòu)鍍層具有較高的硬度（14GPa），韌性（楊氏模量為180GPa），耐磨性，耐蝕性及耐腐蝕磨損性能，是用于海洋環(huán)境中耐腐蝕磨損的潛在應(yīng)用涂層材料。獲得了具有冶金結(jié)合力并耐蝕耐磨的鎳基和鐵基熔覆涂層及其超音頻感應(yīng)熔覆技術(shù)，并發(fā)現(xiàn)超音頻感應(yīng)熔覆鐵基涂層的磨損表面發(fā)生了晶態(tài)/ 非晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。

 

    南海嚴(yán)酷海洋環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)積累與應(yīng)用

     在南海高溫高濕高鹽霧嚴(yán)酷環(huán)境下的永興島開展了40 多種材料長達(dá)4 年的暴露試驗(yàn)，首次獲得了該環(huán)境下大量材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)、機(jī)理與規(guī)律。該項(xiàng)研究不僅為發(fā)展新型耐候鋼提供了基礎(chǔ)理論支撐，而且在防腐蝕工程中獲得了廣泛應(yīng)用，針對(duì)我國海洋裝備的選材、腐蝕預(yù)防與控制技術(shù)的需求等方面提供了理論基礎(chǔ)，為我國海疆防御基礎(chǔ)建設(shè)提供了重要支撐。并廣泛應(yīng)用于核電、路橋、電網(wǎng)和陸、海、空、航天以及通訊部隊(duì)等國家重大工程和國防項(xiàng)目中，產(chǎn)生了重大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。海南文昌航天基地腐蝕問題綜合治理方案海南文昌基地存在著普遍的嚴(yán)重的腐蝕問題，本項(xiàng)目集合優(yōu)勢(shì)成員單位中的多位國內(nèi)頂級(jí)腐蝕防護(hù)專家，針對(duì)這嚴(yán)重的腐蝕問題提出了綜合解決方案。

 

    為我國熱帶地區(qū)航天基地設(shè)備和建筑腐蝕防護(hù)基礎(chǔ)建設(shè)提供了重要支撐。這個(gè)解決方案全面系統(tǒng)地從多個(gè)方面提供了技術(shù)支持，其中包括：專業(yè)人才隊(duì)伍及實(shí)驗(yàn)室腐蝕評(píng)價(jià)能力建設(shè)；現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)站建設(shè)及腐蝕數(shù)據(jù)積累；發(fā)射場(chǎng)設(shè)備設(shè)施腐蝕防護(hù)規(guī)范及監(jiān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。

 

    我國“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略：泰國腐蝕調(diào)查

2015 年4 月開展了針對(duì)“21 世紀(jì)海上絲綢之路”沿線的泰國太平洋沿岸和印度洋沿岸的材料腐蝕狀況全面調(diào)查，這是我國首次比較系統(tǒng)的獲得東南亞地區(qū)嚴(yán)酷海洋氣候環(huán)境下的材料腐蝕情況調(diào)研和腐蝕數(shù)據(jù)。并將為開展我國“一路一帶”基礎(chǔ)建設(shè)和裝備制造等重大項(xiàng)目涉及典型材料在東南亞地區(qū)自然環(huán)境腐蝕試驗(yàn)和數(shù)據(jù)積累工作打下了基礎(chǔ)。