水环境中典型金属材料腐蚀产物膜形成和破坏规律与机制

水环境中材料耐蚀性的核心问题可归结为表面膜的形成和破坏机制。本项目拟研究典型金属材料（低合金钢、不锈钢、铜合金）/水环境组合下不同表面膜（腐蚀产物膜、钝化膜、微生物膜等）的形成和破坏机制及对腐蚀行为的影响。重点考察合金成份与微观组织、环境化学与生物学性质、流速流态与固相颗粒在表面膜形成与破坏中的作用。项目的先进性和创新性主要体现在：建立与完善能清晰界定多相合金复杂组织不同相区亚微米尺度腐蚀抗力评价新技术，给出不同微观组织表面膜形成和破坏规律及对局部腐蚀的作用；针对微生物膜的不均一性和微生物所致的电化学微观分布特征，建立微尺度下微生物与材料相互作用模型；澄清流速、固相颗粒、材料成型和加工过程等对腐蚀产物膜形成和破坏的影响机理，确定材料在不同水环境条件下的临界流速及机制，找出成份相近工艺不同的管材耐蚀性差异显著的原因。这对材料在不同水环境下的腐蚀机制澄清与服役安全性评价具有重要理论与实际意义。

本项目研究典型海洋结构与装备用金属材料（低合金钢、不锈钢、铜合金）/水环境组合下不同表面膜的形成和破坏机制及对腐蚀行为的影响，重点考察合金成分与微观组织、环境化学与生物学性质、流速流态与固相颗粒在表面膜形成与破坏中的作用。将表面微观表征技术与微区电化学测试技术相结合，实现了微尺度下微生物所致不均匀腐蚀的研究，发现了微生物附着状态、腐蚀产物膜形貌与成分在阴阳极区存在差异，阐明了硫酸盐还原菌对典型金属材料腐蚀产物膜形成和破坏的作用机制。研究了溶解氧及材料表面润湿性及荷电性对腐蚀微生物附着及腐蚀过程的影响机制，解析了混合菌作用下生物膜状态与典型金属材料腐蚀行为的相关性。建立了用于评价双相不锈钢复杂组织局部腐蚀的系列先进技术，将传统钝化膜性质评价技术向微区、复相、原位方面拓展。揭示了复相合金中弱相和夹杂物的作用，给出了主要合金元素、多相复合组织与热处理制度对系列双相不锈钢点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀等的影响规律及与钝化膜局部破坏间的关系，为钢种配方、焊接工艺优化与夹杂控制有重要指导作用。系统分析了成分相近的B10铜镍合金在实验室和海水试验站的腐蚀性能差异及与表面膜性质间的关系，发现晶界特征分布状况对其耐蚀性有重要影响，提出将晶界性能改进的晶界工程技术嵌入到B10铜镍管的实际生产之中，这有助于从根本上提升国产B10的性能品质。提出用兼顾良好耐蚀性（耐蚀元素含量高、非晶态结构）和抗冲蚀性能（高硬度）的铁基非晶合金涂层来解决高速含沙海水泵等过流部件寿命过短的难题。发展了多种定量确定钝态材料临界流速的方法，并研究了含沙量、外加电位等对临界流速的影响，探索了利用表明钝化处理提高临界流速的可行性，这对过流部件的使用有重要指导作用。发现搅拌摩擦处理后镍铝青铜的表面腐蚀产物膜薄且保护性好，更耐冲刷，更抗空蚀，这为大型铸造螺旋桨性能的改善提供了新思路。研究了交变载荷作用下点蚀、亚稳点蚀与表面膜破坏间的关系。