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海洋环境材料的腐蚀与防护专栏
侯保荣,张瑞永

海洋是生命的摇篮、资源的宝库、交通的命脉、战略的要地。 涉海工程和装备设施的发展已成为各国科技的角力重点。 海洋工程装备材料在严苛的海洋腐蚀环境中面临腐蚀失效和生物污损等问题,已严重制约了我国重大海洋工程设施装备向深远海迈进的步伐。 据统计,2014 年我国腐蚀成本高达2.1 万亿元人民币,其中海洋环境工程材料的腐蚀约占腐蚀总量的1/3。 通过对海工材料腐蚀破坏过程的本质探索和腐蚀防护材料构效关系核心问题的深入研究,明确在高盐高湿、强紫外腐蚀气候和恶劣海况的典型海洋环境下,工程设施装备在力学、化学、生物与电化学相互作用下的腐蚀破坏机制,并在此基础上发展出具有自主知识产权的具有工程应用价值的腐蚀防护技术,才能从根本上解决我国在海洋腐蚀与防护领域的“卡脖子”问题,为海洋强国战略的顺利实施保驾护航。

客座编辑团队联合《材料保护》编辑部于近期共同策划出版“海洋环境材料的腐蚀与防护”专栏,旨在为近年来我国科研工作者在海洋腐蚀与防护机理、技术研发和产业转化等方面产出的优秀成果搭建展示和交流的平台,诚挚邀请在海洋腐蚀防护领域深耕的专家学者和身居一线的企业从业人员撰稿,共同推动腐蚀防护技术的理论创新和成果转化,促进基础研究和应用研究的深入结合,进一步引领海洋腐蚀防护相关技术产业的高质量发展。

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  • 海洋环境材料的腐蚀与防护专栏
    曹明媚, 刘书佩, 张育新
    材料保护. 2024, 57(8): 1-13. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0171
    恶劣的海洋环境使防腐成为海洋工程的技术难题,为延长海洋防腐涂层的使用寿命,开发具有“主动愈合”自修复功能的智能防腐涂层成为当前的研究热点。 层状双氢氧化物(LDHs)因其独特的结构和阴离子交换性能,是理想的缓蚀剂纳米容器和氯离子固化剂,展现了优异的环境响应自修复防腐性能,加之成熟的施工技术,在海洋防腐工程中有广泛的应用。 综述了LDHs 材料的结构性质、合成方法以及LDHs 基涂层的制备,总结了近年来LDHs 作为有机涂层中的添加剂或预处理转化膜在海洋环境中针对金属(镁合金、铝合金和钢铁)防护和混凝土防护等领域的应用情况。 鉴于涂层实际服役过程中遇到的复杂问题,提出LDHs 材料研究中存在的不足和挑战,并展望了在海洋环境中LDHs 材料未来的研究趋势。
  • 海洋环境材料的腐蚀与防护专栏
    张琦超, 张宝龙, 蒋以山, 赵欣, 宋鹏磊, 肖锋
    材料保护. 2024, 57(8): 14-22. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0172
    无人潜航器是人们开发、利用、探索海洋必不可少的工具之一,并具有广泛的军事应用前景。 随着科学技术的不断进步和发展,无人潜航器不断地突破自己的极限工作深度,由于海洋环境的特殊性和复杂性,对其结构材料要求越来越高。 基于国内外最新研究进展,综合分析了无人潜航器结构材料在海洋环境中的腐蚀因素,包括海水温度、pH 值、含盐量、氯离子浓度和溶氧量等。 针对无人潜航器结构材料在海洋环境中的腐蚀类型,探究了在特殊工作环境中水下无人潜航器结构材料发生腐蚀的原因。 阐述了无人潜航器结构材料在海洋环境下的防腐蚀方法并对其未来防腐蚀技术的发展进行了展望。
  • 海洋环境材料的腐蚀与防护专栏
    王东升, 冯超, 万菲, 管方, 张瑞永
    材料保护. 2024, 57(8): 23-31. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0173
    混凝土是国家基础建设的重要工程材料,然而由于服役环境的复杂性,混凝土面临微生物腐蚀造成的劣化问题,给各行业发展和设施安全运行带来了安全隐患和经济损失,因此对混凝土的防护尤为重要。 简要介绍了混凝土材料的应用现状和微生物腐蚀混凝土材料的机理,针对微生物腐蚀混凝土的方式,详细综述了目前保护混凝土免受微生物腐蚀的4 种主要方法。 重点讨论了微生物灭活、混凝土改性、涂层和生物矿化阻止微生物腐蚀的原理和研究进展,列举了不同方法抵抗微生物腐蚀的案例,总结了4 种方法存在的优缺点;并且通过综述已有的混凝土防护方法,展望了未来微生物腐蚀混凝土的防护方法研究方向。
  • 海洋环境材料的腐蚀与防护专栏
    骆正山, 刘月, 骆济豪, 王小完
    材料保护. 2024, 57(8): 32-37. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0174
    为了提升316L 不锈钢仪表管在含油海洋大气环境下点蚀深度的预测精度,建立了基于改进粒子群算法优化的直接离散灰色点蚀深度预测模型[SCPSO-DDGM(1,1, λ)]。 首先以暴露实验点蚀数据为例,建立DDGM(1,1)模型,并利用新信息变权弱化缓冲算子、等维灰数递补对模型进行动态改进;后采用非线性变化惯性权重和正弦余弦学习因子提高粒子群算法(PSO)的寻优能力和收敛速度,引入高斯扰动策略增强PSO 跳出局部最优的能力,进而用SCPSO 对改进后的DDGM(1,1,λ)模型中的权重参数λ 进行寻优;最终在MATLAB 中进行仿真计算,分析对比SCPSO-DDGM(1,1, λ)模型与GM(1,1)、DDGM(1,1)、PSO-DDGM(1,1,λ)模型的预测结果。 结果表明:在研究的时间区间内,经优化的新模型预测深度与实际深度高度吻合,较于对比模型性能更优。 证明SCPSO-DDGM(1,1, λ)模型能够有效预测仪表管点蚀深度,为仪表管的腐蚀研究提供了新的思路与方法。
  • 海洋环境材料的腐蚀与防护专栏
    石鑫, 郭定, 张一梦, 张瑞永, 刘泽山
    材料保护. 2024, 57(8): 38-46. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0175
    杀菌剂是海洋油气开采行业防治微生物腐蚀(Microbiologically influenced corrosion, MIC)的常用方法。然而,杀菌剂可能导致微生物腐蚀行为发生改变,同时石油的存在也会对杀菌剂的使用效果造成一定的影响。 通过细胞计数、腐蚀失重、表面分析和电化学分析等方法,研究了石油存在下杀菌剂四羟甲基硫酸磷(Tetrakis(hydroxymethyl)phosphonium sulfate, THPS)对硫酸盐还原菌Desulfobaculum bizertense(简称D. bizertensis)腐蚀行为的影响。 结果表明,THPS 虽然可以抑制D. bizertensis 的生长,但会加剧D. bizertensis 对X70 管线钢的腐蚀。 同时石油的加入,使腐蚀电位进一步升高,表明即便添加了杀菌剂,石油仍会促进D. bizertensis 对X70 的腐蚀。 该结果为海洋含油环境中杀菌剂的合理使用提供了参考。
  • 海洋环境材料的腐蚀与防护专栏
    孟祥超, 刘香军, 祝英杰, 富晓阳, 杨昌桥, 杨吉春
    材料保护. 2024, 57(8): 47-57. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2024.0176
    为了研究稀土Y 对低合金钢耐腐蚀性能的影响,通过向DH36 低合金钢中添加稀土Y,得到不同稀土含量的低合金钢,采用3.5%NaCl 溶液作为腐蚀介质,模拟海洋环境对DH36 船板钢耐腐蚀性能的影响。 采用浸泡实验、激光共聚焦显微镜、扫描电镜(SEM)、X 射线衍射分析仪(XRD)、电化学测试等方法来考察稀土Y 对DH36船板钢耐腐蚀性能的影响,并采用电子背向散射衍射(EBSD)来探究未被稀土改性的夹杂物和稀土夹杂与钢基体之间的残余应力大小,进而判断夹杂物对低合金钢耐蚀性能的影响。 结果表明:稀土可以细化晶粒、改性夹杂物,减少稀土夹杂物的周边应力,减少微裂纹与微孔洞的发生,进而降低低合金钢在模拟海洋环境中的腐蚀敏感性;Y的加入可以使腐蚀电位正移,减小腐蚀电流密度,减少腐蚀初期试验钢表面点蚀坑的出现,进而减小腐蚀发生的活性区;此外,稀土Y 的添加使腐蚀产物中γ-FeOOH 的含量显著减少, Fe3O4和α-FeOOH 的含量增加,锈层的稳定性与致密性增强;Y 的添加还使锈层厚度变大,更有效地阻碍Cl-的进入。 稀土Y 的添加可以有效提高低合金钢的耐蚀性能,当稀土质量分数为0.004 3%时,试验钢的耐蚀性最好。