“上天、入地、下海”是人類探索自然孜孜以求的目標(biāo)。伴隨著“航海家號(hào)”太空飛船 220億公里的漫漫征途飛離太陽系去探訪更為遙遠(yuǎn)的神秘空間、“玻璃地球”等重大探地工程進(jìn)一步刻畫地球內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)，深海這一見證日月變遷、桑田變換的人類近鄰也并不平靜。海洋是生命的搖籃、資源的寶庫、交通的命脈，是人類繁衍生息和持續(xù)發(fā)展的重要資源。深海蘊(yùn)藏著豐富的戰(zhàn)略資源與能源，是高科技的舞臺(tái)、是重大科技理論的誕生地等，這些都深深地吸引著社會(huì)各界的眼球。

    在 我 國(guó)， 發(fā) 改 委 今 年 公 布 的“十三五”100 個(gè)大項(xiàng)目中第 26 條明確指出：發(fā)展深海探測(cè)、大洋鉆探、海底資源開發(fā)利用、海上作業(yè)保障等裝備和系統(tǒng)。推動(dòng)深海空間站、大型浮式結(jié)構(gòu)物開發(fā)和工程化。然而，深海環(huán)境中材料和構(gòu)件的失效嚴(yán)重威脅著深海工程及裝備的服役安全，成為深海工程及其裝備制造發(fā)展的制約瓶頸。為了全面科普深海材料失效關(guān)鍵科學(xué)，分享深海環(huán)境下最前沿的電化學(xué)新理論、新方法、新技術(shù)，為我國(guó)深海海洋重大工程的選材設(shè)計(jì)和腐蝕防護(hù)、制定海洋材料服役研究的發(fā)展方向提供理論依據(jù)。記者特邀請(qǐng)到“海洋工程裝備材料腐蝕與防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)研究” 973項(xiàng)目首席科學(xué)家、北京科技大學(xué)李曉剛教授做相關(guān)方面的精彩解讀。

    李曉剛，北京科技大學(xué)教授、博導(dǎo)；“海洋腐蝕 973 項(xiàng)目”首席科學(xué)家；國(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)主任；中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)；教育部腐蝕與防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任；國(guó)際腐蝕理事會(huì)理事。多次獲得國(guó)家及省部級(jí)以上科技進(jìn)步獎(jiǎng)和自然科學(xué)獎(jiǎng)；率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)獲得了美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì) NACE2016 年的杰出團(tuán)體獎(jiǎng)。在國(guó)內(nèi)外同行中具有很高的知名度和影響力。

李曉剛教授

    開展深海腐蝕研究 為裝備運(yùn)行保駕護(hù)航

    深海是人類資源的寶藏、國(guó)家安全的前沿和未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐。深海蘊(yùn)藏著人類社會(huì)未來發(fā)展所需的各種戰(zhàn)略資源和能源，油氣、多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物、天然氣水合物等新型資源具有重要的科研與商業(yè)應(yīng)用前景，被譽(yù)為 21 世紀(jì)人類可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略接替能源；深海生物基因資源是近年來引起國(guó)際關(guān)注的新型資源，目前國(guó)際上深海生物基因資源的應(yīng)用已經(jīng)帶來數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)價(jià)值 ；深海也是當(dāng)代各種通用技術(shù)和最新技術(shù)在深海大洋的綜合演練場(chǎng)：主要表現(xiàn)為海洋立體觀測(cè)系統(tǒng)；深海技術(shù)具有軍民兩用的突出特點(diǎn)，如深潛器、海洋觀測(cè)與探測(cè)技術(shù)、水聲通訊技術(shù)、船舶制造技術(shù)、無源導(dǎo)航技術(shù)、全球精確定位技術(shù)等等；同時(shí)深海也是重大科技理論的誕生點(diǎn)。因此，當(dāng)前深海已成為科技界與人類關(guān)注的熱點(diǎn)。近年來，發(fā)達(dá)國(guó)家爭(zhēng)相布局深海開發(fā)戰(zhàn)略，開展深海資源開發(fā)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和科學(xué)研究。美國(guó)、俄羅斯、印度、澳大利亞、挪威、日本和荷蘭等國(guó)家都先后通過了新的海洋戰(zhàn)略和政策，特別制定了實(shí)施深海資源開發(fā)的綜合管理計(jì)劃，旨在加快深海資源的綜合開發(fā)。國(guó)際深海資源的開發(fā)和爭(zhēng)奪已漸進(jìn)白熱化，其中深海開發(fā)相關(guān)的裝備選材設(shè)計(jì)、服役安全與壽命預(yù)測(cè)等基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究也成為學(xué)科發(fā)展的前沿。

    目前，我國(guó)深海水環(huán)境下材料服役安全與壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)研究尚在起步階段，工程設(shè)計(jì)和制造所需要的關(guān)鍵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處于空白，工程建設(shè)缺乏充分的科學(xué)依據(jù)，這是導(dǎo)致我國(guó)深海事業(yè)發(fā)展舉步維艱的重要原因之一。

    深海環(huán)境是一種極為苛刻的腐蝕環(huán)境，尤其對(duì)于金屬而言是高腐蝕性環(huán)境，其中的氧濃度、 光照量、 pH 、 溫度、 鹽度、流速等條件與淺海環(huán)境中大不相同。引發(fā)的應(yīng)力腐蝕而導(dǎo)致災(zāi)難性后果，嚴(yán)重威脅深海裝備的安全性和可靠性。深海自然環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)復(fù)雜、試驗(yàn)費(fèi)用高、可靠性低，導(dǎo)致材料的腐蝕規(guī)律與失效機(jī)制仍停留在表觀認(rèn)識(shí)，缺乏系統(tǒng)的研究，不能指導(dǎo)海洋專用材料的制備與開發(fā)，給深海的研究和開發(fā)帶來很大困難。

    因此，開展深海環(huán)境中的腐蝕規(guī)律及控制方法的研究，對(duì)延長(zhǎng)深海金屬結(jié)構(gòu)設(shè)施的使用壽命，保證深海構(gòu)筑物的正常運(yùn)行和安全使用，以及促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的意義！

    打造頂級(jí)科研平臺(tái) 開創(chuàng)深海腐蝕數(shù)據(jù)先河

    深海資源開發(fā)具有技術(shù)難度大、經(jīng)濟(jì)成本高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、參與人員多等特點(diǎn)，資料和實(shí)物樣本采集成本極為高昂，資料副本、實(shí)物樣本的匯交與共享服務(wù)倍受世界各界長(zhǎng)期關(guān)注。深海極端環(huán)境及深海微生物對(duì)于裝備材料的腐蝕、深海材料制備技術(shù)、蝕損機(jī)制研究是深海資源開發(fā)的制約瓶頸。

    國(guó)際上在深海材料腐蝕規(guī)律研究方面已經(jīng)開展了一些初期工作，開始了解到不同深度海水環(huán)境對(duì)材料腐蝕行為的影響規(guī)律。隨著海水深度加大，對(duì)于材料的腐蝕數(shù)據(jù)積累和表征方法研究的難度越大，目前世界上僅有少數(shù)國(guó)家開展了材料的深海實(shí)海腐蝕實(shí)驗(yàn)，取得了寶貴的腐蝕數(shù)據(jù)。

    我國(guó)的深海腐蝕研究工作起步較晚，直到 2008 年才首次在中國(guó)南海海域進(jìn)行了深海腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置的投放工作。其中，由李曉剛教授負(fù)責(zé)的國(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)聯(lián)合中船重工 725 所，在南海 500-1200m 成功進(jìn)行了材料第一階段的投試工作，歷經(jīng) 3 年的試驗(yàn)周期將樣品成功取回。這是材料在中國(guó)南海深海環(huán)境中的首批腐蝕數(shù)據(jù)，對(duì)后續(xù)工作具有指導(dǎo)意義。

    國(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“平臺(tái)”）是由科技部批準(zhǔn)建設(shè)的國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)，是長(zhǎng)期從事材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)積累和試驗(yàn)研究的基地，多年來，平臺(tái)長(zhǎng)期堅(jiān)持開展材料腐蝕試驗(yàn)研究和數(shù)據(jù)積累工作，在李曉剛教授的領(lǐng)導(dǎo)下，平臺(tái)在深海環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)積累方面取得了較為豐碩的成果！目前在“平臺(tái)”工作也是李曉剛團(tuán)隊(duì)的主要科研工作之一，該團(tuán)隊(duì)有教授、研究員、高工共 15 人，在讀博士、碩士研究生130 人。主要有兩大研究方向：基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。基礎(chǔ)研究包括材料自然環(huán)境（大氣、水、土壤）腐蝕行為與機(jī)理、 材料工業(yè)環(huán)境 （石油化工、 核電）腐蝕行為與機(jī)理、微生物腐蝕及材料生物相容性行為與機(jī)理、材料腐蝕大數(shù)據(jù)及腐蝕模擬計(jì)算、高分子材料環(huán)境老化行為及機(jī)理、鋼筋混凝土腐蝕與防護(hù)；應(yīng)用基礎(chǔ)研究包括新型耐蝕材料研究、電化學(xué)保護(hù)技術(shù)、高性能緩蝕劑、防腐蝕涂層及表面處理技術(shù)。在數(shù)據(jù)積累方面，李曉剛團(tuán)隊(duì)持續(xù)開展黑色金屬、有色金屬、建筑材料、涂鍍層材料及高分子材料等 400 多種常用材料的外場(chǎng)腐蝕試驗(yàn)，積累腐蝕數(shù)據(jù) 425 萬條。如此大規(guī)模、長(zhǎng)周期、多品種系統(tǒng)化材料海洋腐蝕公益性數(shù)據(jù)積累，在世界范圍內(nèi)也尚屬首次！提出腐蝕大數(shù)據(jù)概念及基因組工程，建成了我國(guó)數(shù)據(jù)量最大、內(nèi)容最豐富的材料海洋腐蝕數(shù)據(jù)庫和共享平臺(tái)，提出了“腐蝕大數(shù)據(jù)”原創(chuàng)性概念、理論框架與技術(shù)體系。創(chuàng)建的“中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)”（www.ecorr.org），成為我國(guó)最大的材料腐蝕數(shù)據(jù)公益性共享系統(tǒng)。開創(chuàng)了腐蝕數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化共享的新模式，起到了國(guó)際性的示范效應(yīng)。

深海腐蝕實(shí)驗(yàn)設(shè)備

李曉剛團(tuán)隊(duì)成員

    在海洋腐蝕評(píng)價(jià)新技術(shù)方面，李曉剛團(tuán)隊(duì)研發(fā)了系列化的海洋環(huán)境腐蝕室內(nèi)加速模擬試驗(yàn)新技術(shù)。獲得國(guó)家授權(quán)專利 17 項(xiàng)，其中發(fā)明專利 8 項(xiàng)，實(shí)用新型 9 項(xiàng)！其中，基于“薄液膜理論”的海工高強(qiáng)鋼應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)新方法和8000 米深海模擬環(huán)境腐蝕電化學(xué)測(cè)量技術(shù)屬首創(chuàng)。

    在工程應(yīng)用方面，李曉剛團(tuán)隊(duì)針對(duì)國(guó)家科技、經(jīng)濟(jì)、和社會(huì)發(fā)展的多個(gè)領(lǐng)域發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的科技需求，開展了全面的工程應(yīng)用：（1）重大工程建設(shè)：三峽工程、西氣東輸工程等。（2）航空航天：“天宮二號(hào)”、“大飛機(jī)”等。（3）交通：高速鐵路等。（4）汽車：大眾、通用、吉利汽車、長(zhǎng)安等。（5）電子：華為、美的、格力等。（6）鋼鐵：武鋼、寶鋼、南鋼、馬鋼等。（7）國(guó)防：“XX 導(dǎo)彈”、“XX 火箭”等。（8） 海洋工程：海水淡化、 海底管線等。（9）石化：CO 2 驅(qū)油、埋地管線等。 （10）新能源：風(fēng)力發(fā)電、太陽能等。（11）電力：國(guó)家電網(wǎng)等。其中成功實(shí)現(xiàn)了全船綜合防護(hù)工程技術(shù)重大創(chuàng)新，解決了我國(guó)海洋石油鋪管工程向 3000 米深水邁進(jìn)的關(guān)鍵防護(hù)技術(shù)問題。特別是“大型飛機(jī)核心材料及部件環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)研究服務(wù)專題”和“空間站核心材料及部件環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)研究服務(wù)專題”入選國(guó)家“十二五”科技創(chuàng)新成就展！

    多年來，李曉剛教授及其團(tuán)隊(duì)共獲得國(guó)家專利近百項(xiàng)，國(guó)家級(jí)科技獎(jiǎng) 2 項(xiàng)，省部級(jí)獎(jiǎng) 10 余項(xiàng)，美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)頒發(fā)杰出團(tuán)體獎(jiǎng)和杰出工程獎(jiǎng)各1項(xiàng)。為我國(guó)防腐蝕事業(yè)和國(guó)家建設(shè)方面作出了諸多重要貢獻(xiàn)！

    國(guó)內(nèi)外深海腐蝕初探 “平臺(tái)”再創(chuàng)數(shù)據(jù)佳績(jī)

    深海水環(huán)境含鹽量高、電阻率低、氧濃度低、壓力高和溫度低等導(dǎo)致腐蝕相關(guān)參數(shù)發(fā)生變化。目前獲得的數(shù)據(jù)也證明材料在深海環(huán)境中腐蝕行為存在異常現(xiàn)象：如材料鈍性和活性的轉(zhuǎn)變，縫隙腐蝕的加速，應(yīng)力腐蝕、氫致開裂等局部腐蝕破壞規(guī)律明顯不同于淺海。但是，隨著海水深度加大，對(duì)于材料的腐蝕數(shù)據(jù)積累和表征方法研究的難度越大，李曉剛教授表示目前世界上僅有少數(shù)國(guó)家開展了材料的深海實(shí)海腐蝕實(shí)驗(yàn)，取得了寶貴的腐蝕數(shù)據(jù)。

    美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室、海軍水文局、海軍水下兵器站曾經(jīng)聯(lián)合開展了 700-2000m 范圍內(nèi)的深海條件下各類常用金屬的腐蝕性能研究。美國(guó)海軍于 1962-1970 年在加州懷尼美港西南 150km、深為 1829m 的太平洋海底和懷港西面139km、深為 762m 的太平洋海底進(jìn)行了系統(tǒng)的、廣泛的材料腐蝕投樣實(shí)驗(yàn)。

    暴露材料有 475 種合金，2 萬片試樣，包括各種鋼鐵、銅合金、鎳合金、不銹鋼、鋁合金、鈦合金、稀有金屬及合金、各種金屬繩索，以及各類海洋用聚合物材料、塑料、橡膠、有機(jī)復(fù)合材料等。暴露在 700-2000m 的海水和海泥中， 暴露時(shí)間分別為125-1064天不等，獲得了大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，為其深海裝備選材、武器裝備研制和科學(xué)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。英國(guó)在上世紀(jì) 70 年代分別調(diào)查了鋁鎂合金在太平洋表層海水和深海中的腐蝕行為，主要也是為了發(fā)展新型的海洋和深海用高效長(zhǎng)壽命的新材料提供技術(shù)支持。印度國(guó)家海洋技術(shù)研究所在本世紀(jì)初，采用三階段的實(shí)海掛片方法研究了 22 種結(jié)構(gòu)材料在印度洋中阿拉伯海和孟加拉海灣的淺海、500m、1200m、3500m 和 5100m 深度暴露一年的腐蝕行為，所得到的數(shù)據(jù)也用于其深海工程材料的研制和發(fā)展。

    國(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)已于前期在南海海域完成了深海投洋裝置在 1300米深度的實(shí)海投放試驗(yàn)，并試驗(yàn)中同步采集了各層海水的溫度、壓力、鹽度、pH 值、氧化還原電位、含氧量、流速流向等環(huán)境因素，取得了與腐蝕密切相關(guān)的環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)。項(xiàng)目組并成功進(jìn)行了300-2000 米的深海腐蝕實(shí)海試驗(yàn)，投試樣品包括黑色、有色金屬及涂層材料共 24 種，這些材料廣泛用于海洋平臺(tái)、結(jié)構(gòu)件，油氣管線、海底油氣田鉆探以及船舶等領(lǐng)域，具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。

    同時(shí)，為了和淺表層海水腐蝕規(guī)律對(duì)比，還投放了對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)材料，增強(qiáng)了深海數(shù)據(jù)與淺海數(shù)據(jù)的可比性。這次試樣的成功投放標(biāo)志著中國(guó)深海環(huán)境腐蝕研究嶄新的開端，為開展材料在我國(guó)深海環(huán)境的腐蝕研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！

    加強(qiáng)應(yīng)力腐蝕研究 重視深海裝備防腐

    《世界深水報(bào)告》稱，44% 的油氣儲(chǔ)藏在深水中，而現(xiàn)在深水油氣的開發(fā)量?jī)H占總油氣儲(chǔ)量的 3%。目前中國(guó)南海深水區(qū)已成為世界石油界重點(diǎn)關(guān)注的目標(biāo)之一，據(jù)估算，南海主要盆地的油氣資源量為 707.8 億噸，其中天然氣資源量為 58.2 萬億立方米，石油資源潛在量為 291.9 億噸。不過，這些油氣資源大多分布在 3000 米以下的深海里。

    而我國(guó)深水勘探的序幕在 2006 年才開啟，深水的勘測(cè)還處于起步狀態(tài)。海洋油氣開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)大，一旦裝備出現(xiàn)問題，風(fēng)險(xiǎn)可能不可控，甚至?xí)?dǎo)致幾十億元的巨大投資付諸東流。

    隨著深海油氣資源的逐步開發(fā)，對(duì)海底油氣管道的需求量增大，但面臨著向深海發(fā)展的技術(shù)難題，海底管道處于浪、流、蝕等惡劣環(huán)境下，特別在深海海域，對(duì)材料提出了更高的要求。同時(shí)，海底管道的服役期一般都超過 20 年，設(shè)計(jì)要求免維護(hù)或者少維護(hù)，必須以高性能的材料作為保障。近年來，我國(guó)材料技術(shù)雖然已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但與國(guó)際先進(jìn)水平和我國(guó)發(fā)展需求相比，在海底管道方面仍然存在諸多方面的不足。目前，國(guó)外海底管道工程中非酸性環(huán)境下應(yīng)用的最高鋼級(jí)為 X70，酸性環(huán)境下應(yīng)用的管材最高鋼級(jí)為 X65；鋼管壁厚最大為 41.0mm，D/t 最小為 15.8。我國(guó)海底管道建設(shè)中普遍應(yīng)用的是 X65 鋼管，X70 鋼管的應(yīng)用較少。鋼管最大壁厚為 31.8mm，D/t 最小為 20.0。

    美國(guó)海軍于 1962-1970 年在太平洋海底進(jìn)行了系統(tǒng)而廣泛的材料腐蝕投樣實(shí)驗(yàn)，研究結(jié)果表明，多數(shù)合金在深海環(huán)境中對(duì)應(yīng)力腐蝕不敏感。只有少數(shù)合金在深海環(huán)境中對(duì)應(yīng)力腐蝕敏感。隨著我國(guó)海底油氣資源的開發(fā)，海底管線的重要性也日益凸顯，管線鋼的抗壓潰性、耐局部腐蝕性能越來越重要；常用的海底管線鋼主要有 X52、X60、X65、和 X70，甚至連 X80 級(jí)別的海底管線鋼也開始應(yīng)用。探明這些新材料在深海水環(huán)境中服役時(shí)的耐腐蝕性能及其機(jī)制，尤其是應(yīng)力腐蝕行為和規(guī)律是解決深海水環(huán)境腐蝕防護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵。而近年來針對(duì)材料在深海環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕行為和規(guī)律的研究鮮有報(bào)道。李曉剛教授表示還需要我們繼續(xù)為之努力，他具體提到了目前深海環(huán)境中材料的應(yīng)力腐蝕兩大研究進(jìn)展。

    1、氫在材料應(yīng)力腐蝕中的作用研究進(jìn)展

    深海環(huán)境溶氧量低，促進(jìn)了陰極析氫反應(yīng)。陰極還原生成的氫原子可以吸附在金屬材料表面并擴(kuò)散進(jìn)入內(nèi)部，并在裂尖應(yīng)力集中區(qū)富集。另外，氫還會(huì)與位錯(cuò)發(fā)生交互作用，這些因素都對(duì)材料的力學(xué)性能、電化學(xué)性能和應(yīng)力腐蝕性能產(chǎn)生影響。眾多學(xué)者對(duì)氫脆機(jī)理進(jìn)行了廣泛地研究，目前比較主要的氫脆機(jī)制包括：應(yīng)力誘發(fā)氫化物形成和解理、氫致局部塑形模型和氫致結(jié)合力降低模型。應(yīng)力誘發(fā)氫化物形成和解理機(jī)制適用于在應(yīng)力場(chǎng)下能夠形成穩(wěn)定氫化物的金屬體系中，例如：Vb、Ti 和 Zr 等。

    氫致局部塑形模型首先由 H.K.Birnbaum在 1990 年提出，之后 I.M.Robertson 又對(duì)其進(jìn)行了完善。其特征在于原子氫通過彈性場(chǎng)屏蔽效應(yīng)促進(jìn)了位錯(cuò)滑移，導(dǎo)致局部剪切力降低。氫致局部塑形斷裂過程中，微孔沿易滑移面聚集融合從而導(dǎo)致材料破裂。這是具有高度局部塑形變形的斷裂過程，而不是脆性斷裂。氫致結(jié)合力降低模型是 A. R.Troiano 在1960 年提出的。該模型假設(shè)氫固溶進(jìn)入金屬內(nèi)部導(dǎo)致晶格膨脹，降低了裂紋前緣原子鍵結(jié)合能，從而斷裂能降低。總而言之，氫致局部塑形模型更適用于塑性斷裂，而氫致結(jié)合力降低模型更適用于脆性斷裂。

    Barnoush 等采用原位電化學(xué)的方法在雙相不銹鋼中觀察到了氫致塑性現(xiàn)象。將原位電化學(xué)充氫與原子力顯微鏡和光學(xué)顯微鏡相結(jié)合研究氫對(duì)雙相不銹鋼中奧氏體相的影響。觀察到了充氫導(dǎo)致的奧氏體不可逆變形。退火過程中奧氏體中形成的殘余應(yīng)力結(jié)合氫激活的位錯(cuò)源共同導(dǎo)致了原位充氫過程中奧氏體表面滑移線的形成。Pezold 等以 NiH 系統(tǒng)為模型，分析了氫致局部塑形的提高，重點(diǎn)分析了 H-H 交互作用和氫化物的形成。研究表明，H 原子之間的相互吸引會(huì)極大地提高位錯(cuò)拉應(yīng)變場(chǎng)周圍的局部氫濃度，從而導(dǎo)致局部氫化物沿位錯(cuò)線生長(zhǎng)。基于氫致局部塑形模型，當(dāng)不存在 H-H 交互作用時(shí)，需要 10 at% 量級(jí)的氫才能誘導(dǎo)應(yīng)力屏蔽效應(yīng)。而即使存在微弱的 H-H 交互作用，都會(huì)顯著降低 HELP 的起始?xì)錆舛龋椭?1.6×10-2at%（160ppm）的氫濃度也會(huì)導(dǎo)致氫脆。

    局部氫化物的形成會(huì)誘發(fā)沿位錯(cuò)滑移面分布的強(qiáng)烈短程屏蔽效應(yīng)，可能導(dǎo)致微裂紋的形核和氫脆的發(fā)生。

    2、氫、應(yīng)變和腐蝕電化學(xué)的交互作用研究進(jìn)展

    油氣管道直接放置在海床上或處于懸跨狀態(tài)，因此，會(huì)隨著海底地形變化、洋流、地質(zhì)因素而產(chǎn)生眾多的附加結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力。同時(shí)管線敷管時(shí)有較高應(yīng)變，由此可能導(dǎo)致應(yīng)變區(qū)局部腐蝕敏感。很多學(xué)者研究了在彈性或塑性應(yīng)變對(duì)材料腐蝕電化學(xué)行為和 SCC 的影響規(guī)律，以及應(yīng)變和腐蝕電化學(xué)的交互作用。E.M.

    Gutman 提出了力學(xué)化學(xué)效應(yīng)，即塑性變形對(duì)材料陽極溶解的影響。研究表明，在加工硬化階段，變形促進(jìn)金屬電極電位的下降和陽極電流的增加。改變的程度和應(yīng)變強(qiáng)化率相關(guān)。力學(xué)和電化學(xué)效應(yīng)的交互作用提高了金屬表面活性，加速了結(jié)構(gòu)件的斷裂。B.T.Lu 等研究了塑性預(yù)應(yīng)變對(duì) X70 鋼焊縫在近中性溶液中的 SCC 敏感性的影響。結(jié)果表明，塑性預(yù)應(yīng)變降低了 X70 鋼焊縫各個(gè)區(qū)域的SCC 抗力，這和屈服強(qiáng)度的提高有關(guān)。

    R.N.Parkins 認(rèn)為應(yīng)力會(huì)對(duì)膜破裂、再鈍化和點(diǎn)蝕產(chǎn)生重要影響，而這些對(duì)裂紋形核和擴(kuò)展有直接關(guān)系。W.Chen 等人研究發(fā)現(xiàn)殘余應(yīng)力和加載的拉伸應(yīng)力會(huì)加速腐蝕，促進(jìn)微孔形成。R.K.Ren 等研究了低碳鋼在 3.5% NaCl 溶液中微彈性應(yīng)力和電化學(xué)腐蝕行為之間的交互作用。結(jié)果表明，應(yīng)力和電化學(xué)腐蝕之間存在非線性關(guān)系。在微彈性變形初期，施加的機(jī)械能激活了金屬表面，促使腐蝕溶液在金屬表面更易聚集形成薄液膜，從而加速了電化學(xué)腐蝕過程。當(dāng)應(yīng)力逐漸增加到某一臨界值時(shí)，多余的機(jī)械能不僅會(huì)影響樣品表面的腐蝕行為，而且會(huì)增加金屬局部區(qū)域的微塑性變形。

    由此可知，氫和應(yīng)變對(duì)應(yīng)力腐蝕的作用是一個(gè)很復(fù)雜過程， 有待進(jìn)一步的研究。

    打破材料技術(shù)瓶頸 聚焦深海裝備防腐

    深海之爭(zhēng)歸根結(jié)底為資源之爭(zhēng)，深海資源開發(fā)非常依賴于材料科技的發(fā)展，特別是專門用于深海探測(cè)與使用的材料。

    隨著我國(guó)深海事業(yè)的發(fā)展，材料腐蝕問題已成為深海裝備發(fā)展的技術(shù)瓶頸。鑒于當(dāng)前對(duì)深海材料腐蝕研究的現(xiàn)狀，李曉剛教授提出了自己的看法。他認(rèn)為海洋科技事關(guān)國(guó)家未來，應(yīng)面向國(guó)家海洋工程重大工程和裝備的重大戰(zhàn)略需求，聚焦于海洋環(huán)境中腐蝕和生物污損兩大問題，瞄準(zhǔn)高濕熱海洋大氣、深水生物污損和深海極端三個(gè)典型海洋環(huán)境，擬解決 “多因素下材料腐蝕及損傷的力學(xué)-電化學(xué)交互作用機(jī)理與規(guī)律”、“高濕熱環(huán)境下材料腐蝕的化學(xué) - 電化學(xué)相互作用機(jī)理與規(guī)律”、“海洋環(huán)境中生物在材料表面的粘附與微生物腐蝕機(jī)理”和“深海和高濕熱環(huán)境下新型耐蝕耐磨金屬和防護(hù)材料的結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控”等4 個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，建立多重環(huán)境耦合作用下的材料腐蝕損傷、磨蝕失效和生物污損行為與機(jī)理的基礎(chǔ)研究的新方法、新理論；穩(wěn)定一支以海洋腐蝕與防護(hù)為背景的研究隊(duì)伍，建立具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的海洋環(huán)境腐蝕科學(xué)基礎(chǔ)研究基地。通過腐蝕、磨損、沖蝕、污損、材料等多學(xué)科交叉， 匯集材料-腐蝕、 磨損、 沖蝕、污損 - 防護(hù)的系統(tǒng)研發(fā)結(jié)果，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)“海洋強(qiáng)國(guó)夢(mèng)”奠定科學(xué)基礎(chǔ)！

    后記：

    海納百川，包容萬物。回顧幾千年來中華民族“輝煌與屈辱并存”的海洋之路，海洋對(duì)于一個(gè)國(guó)家的重要性不言而喻，隨著中國(guó)航母的首次試航，我們構(gòu)建“海洋強(qiáng)國(guó)夢(mèng)”不再是遙不可及。走向深藍(lán)，走向深海，彰顯中華民族的本色， 開創(chuàng)中華民族的輝煌未來！這是我們每個(gè)中國(guó)人的責(zé)任和義務(wù)。

    大家行動(dòng)起來，聚焦深海裝備防腐，為實(shí)現(xiàn)“海洋強(qiáng)國(guó)夢(mèng)”而努力吧！

    人物簡(jiǎn)介

    李曉剛，北京科技大學(xué)教授、博導(dǎo)；國(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)主任；中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)兼秘書長(zhǎng)；教育部腐蝕與防護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。“海洋腐蝕973項(xiàng)目”首席科學(xué)家；國(guó)際腐蝕理事會(huì)理事。

    我國(guó)材料環(huán)境腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域主要學(xué)術(shù)帶頭人之一。長(zhǎng)期堅(jiān)持材料環(huán)境腐蝕機(jī)理應(yīng)用基礎(chǔ)研究，獲得了鋼鐵、高分子等材料在大氣、土壤、海洋環(huán)境的腐蝕規(guī)律；領(lǐng)導(dǎo)創(chuàng)建了國(guó)內(nèi)最大的材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)與共享的規(guī)范化平臺(tái)和數(shù)據(jù)量最大的腐蝕數(shù)據(jù)庫；發(fā)展了環(huán)境腐蝕試驗(yàn)系列化新技術(shù)，為解決航天、海洋、石油等國(guó)家重大工程的材料腐蝕難題提供了技術(shù)支撐，解決了“天宮一號(hào)”重大腐蝕難題，為其按時(shí)發(fā)射提供了重要科學(xué)依據(jù)，對(duì)發(fā)展我國(guó)材料環(huán)境腐蝕學(xué)科做出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。

    2005年起擔(dān)任國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)-材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)負(fù)責(zé)人；是“海洋工程裝備材料腐蝕與防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)研究”973項(xiàng)目首席科學(xué)家。與合作者共同發(fā)表SCI和EI收錄論文339篇，出版專著9部（第一作者9部），譯著1部，主持編輯出版國(guó)內(nèi)首部“腐蝕學(xué)科進(jìn)展報(bào)告”；主編教育部規(guī)劃教材1部；授權(quán)國(guó)家專利35項(xiàng)。培養(yǎng)博士后5名、已畢業(yè)博士49名、已畢業(yè)碩士78名。獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)（排名第一）；省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)5項(xiàng)（排名第一）；獲“全國(guó)優(yōu)秀科技工作者”、“北京市師德模范”“北京市百名科技領(lǐng)軍人物”稱號(hào)，獲執(zhí)行“十一五”國(guó)家重大科技計(jì)劃優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)。在國(guó)際同行中已經(jīng)具有重要的影響力。