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海洋环境关键防护材料专栏
赵文杰
        作为拥有1.8万公里长海岸线、300万平方公里海域的海洋大国,海洋是我国经济社会发展的重要战略空间。海洋工程装备是认知、开发、利用和保护海洋过程中的“重器”,也是支撑海洋科学研究、资源开发和安全保障等海洋事业的“脊梁”。然而,海水是良好的导电介质,且高盐、富氧,导致海工装备和设施在海洋环境中腐蚀速率很大,同时,波、浪、潮、流产生的低频往复应力和冲击力,再加上海洋生物及其代谢产物等都对腐蚀损伤过程产生直接或间接的加速作用。一代材料,一代装备,高性能防护材料是保障高端海工装备制造、发展和长寿命、高可靠运行的关键。

        为进一步推动复杂海洋环境关键防护材料的理论创新和技术突破,《材料保护》特开设“海洋环境关键防护材料”专栏,特邀领域内专家学者撰稿,分享前沿应用与最新研究成果。期望以此搭建优质的成果宣发与学术交流平台,推动我国海洋防护材料技术革新,为海洋强国建设筑牢“防护屏障”。我们热忱欢迎行业专家学者及工程技术人员继续深入交流和不吝赐稿。

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  • 海洋环境关键防护材料专栏
    李冠廷, 严明龙, 赵文杰
    材料保护. 2025, 58(8): 1-15. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0128
    针对海洋环境的金属腐蚀问题,在海工装备表面涂覆有机涂层是一种行之有效的策略。然而,有机涂层在服役过程中不可避免地会受到腐蚀介质的侵蚀,导致其性能逐渐劣化。MXene纳米片因其大比表面积、高耐渗透性和良好的界面相容性等特点,被广泛应用于提升有机涂层的防腐性能。当前,对于MXene改性有机涂层的腐蚀防护研究主要集中在表界面设计及其防腐机制方面。在概述MXene改性有机涂层研究进展的基础上,重点探讨了影响复合涂层防腐性能的关键因素及其防护机制,最后展望了MXene改性有机复合涂层的未来发展方向。
  • 海洋环境关键防护材料专栏
    张恒, 严明龙, 吴杨敏
    材料保护. 2025, 58(8): 16-30. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0129
    量子点(Quantum Dots)因其卓越的生物相容性、高比表面积、易于表面功能化以及多样化的制备方法而备受关注。近年来,在腐蚀防护领域,量子点的应用取得了显著进展。首先概述了不同类型的量子点,并对比分析了常见的合成技术及其优缺点。随后,总结了量子点作为缓蚀剂在多种腐蚀环境中的表现,以及它们作为纳米填料来增强聚合物涂层防腐性能的研究现状。最后,剖析了量子点及其功能化改性涂层的防腐机理,并展望了当前量子点在防腐领域面临的挑战及未来发展趋势。
  • 海洋环境关键防护材料专栏
    冉博元, 强玉杰, 杨昊轩, 金莹
    材料保护. 2025, 58(8): 31-43. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0130
    随着海洋资源开发战略的深入推进,具有优异耐蚀性的纯钛在海洋工程装备中的广泛应用面临微生物腐蚀的严峻挑战。本研究以海洋优势菌种铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosaP.aeruginosa)为研究对象,通过细菌培养、电化学测试、表面形貌表征及腐蚀产物分析研究了纯钛的微生物腐蚀行为,系统揭示了TA2纯钛在生物膜作用下的腐蚀失效机制。研究表明,P.aeruginosa加速了TA2纯钛的腐蚀进程:在含菌环境浸泡初期,生物膜通过物理屏障效应暂时对基体起到保护作用;随浸泡时间的延长,生物膜脱落,表面点蚀深度较无菌环境增大,电荷转移电阻降低,腐蚀电流密度增大。一方面,有菌环境下表面钝化膜中TiO2含量下降,亚稳态Ti2O3/TiO的生成使膜层致密性降低,形成局部缺陷并诱发点蚀萌生;另一方面,P.aeruginosa可能通过分泌绿脓菌素(pyocyanin,PYO)等电子载体介导细菌和金属间的电子传递。研究成果为海洋装备的腐蚀预测与微生物防护技术开发提供了理论支撑,对提升海洋工程材料的服役安全性与经济性具有重要意义。
  • 海洋环境关键防护材料专栏
    苏阳阳, 庞旭明, 周成双, 蒲吉斌, 陈晨, 秦学智, 姚宏伟
    材料保护. 2025, 58(8): 44-50. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0131
    为了应对海洋环境中金属运动部件普遍面临的磨损-腐蚀耦合失效问题,本研究设计开发了一种耐磨蚀多主元合金。通过CALPHAD相图计算,确定了AlCoCr1.8Fe0.2Ni2.1合金的成分,并采用真空熔炼制备了铸态合金。研究结果表明,该合金具有FCC+B2+BCC三相结构,形成了由FCC网状骨架与纳米级BCC/B2共格组织构成的微观结构。与经典的AlCoCrFeNi2.1多主元合金相比,AlCoCr1.8Fe0.2Ni2.1合金的屈服强度提升了100 MPa,硬度增加了120 HV,在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的磨蚀率降低了30%,腐蚀电流密度降低了84%,且其钝化膜的稳定性显著提升。这归因于较高的Cr含量促进了富Cr纳米相在B2基体中的共格析出,大量的共格相界阻碍了位错运动,从而提高了合金的强度。同时,大量共格相界也促进了表面再钝化速率,进一步提升了合金的耐磨蚀性能。该研究为海洋工程金属结构材料的设计提供了新的思路。
  • 海洋环境关键防护材料专栏
    张悦, 麻衡, 薛家梁, 雷黎, 崔中雨
    材料保护. 2025, 58(8): 51-62. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0132
    由新一代热机械控制工艺(TMCP)生产的S460钢抗疲劳性能优异且更耐腐蚀,有望广泛运用于风电装备领域。本工作在三亚海域对S460钢在4个海洋区带环境(大气区、飞溅区、潮差区、全浸区)进行为期6个月的实海暴露试验,采用腐蚀速率、形貌观察及腐蚀产物成分分析等方法,研究S460钢在不同区带环境下的腐蚀行为。结果表明:经过6个月实海暴露试验,飞溅区试样的腐蚀速率最高。不同区带间环境的区别对试样腐蚀产物的生成有明显影响,飞溅区氧气充足有助于试样生成Fe3O4;而潮差区试样由于海水周期性浸润作用,使得电解液层持续存在,促进生成γ-FeOOH。所有试样表面均出现局部腐蚀,其中大气区试样的局部腐蚀坑直径和深度小且分布密集,而飞溅区试样则表现出明显的局部腐蚀坑及更大的局部腐蚀深度。
  • 海洋环境关键防护材料专栏
    赵波, 冯含宇, 舒锡娜, 昝陆军, 陶海华, 邱会东
    材料保护. 2025, 58(8): 63-68. https://doi.org/10.16577/j.issn.1001-1560.2025.0133
    为了研究氧化石墨烯/三聚氰胺磷酸酯水性复合涂层在海洋环境下的耐蚀性能,利用三聚氰胺磷酸酯对氧化石墨烯进行共价功能化改性,将改性后氧化石墨烯加至水性聚氨酯中,制备功能化氧化石墨烯水性复合涂层。通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜对比分析其结构和微观形貌,并进行耐蚀性盐雾试验、耐蚀性极化曲线测试和附着强度测试。结果表明:当复合物中氧化石墨烯与三聚氰胺磷酸酯的质量比为1 ∶3,改性后氧化石墨烯的添加量为0.8 g时,复合材料涂层的耐腐蚀效率为99.78%。同时,涂层的附着力为4.09 MPa,经过168 h盐雾试验后附着力损失率为49%。涂层的硬度为5H。接触角测试结果表明,涂层加入改性氧化石墨烯后其接触角由77.3°±1.0°上升到99.8°±0.6°。氧化石墨烯/三聚氰胺磷酸酯水性涂层具有良好的耐蚀性能,其耐蚀性能优于单纯三聚氰胺磷酸酯涂层和氧化石墨烯涂层。