海洋工程材料丛书--海洋工程材料腐蚀行为与机理 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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编辑推荐

适读人群 ：本书可供从事材料科学与工程、海洋工程、机械制造等专业的工程技术人员参考，也是高等工科院校中相关专业师生的教学参考书。
《海洋工程材料丛书》是我国近30位院士，百余位海洋工程及材料领域的技术专家、学者共同完成的大型出版工程项目,共11卷。 本书是其中的一个分册，是国家 出版基金项目、“十三五”国家重点图书。
本书的内容以科技部科技基础条件平台项目（2005DKA10400）、国家973计划项目“海洋工程装备材料腐蚀与防护关键技术基础研究”（2014CB643300）为基础，反映了作者的原创性工作。

内容简介

《海洋工程材料腐蚀行为与机理》是国家出版基金项目“海洋工程材料丛书”的分册之一。
本书是编者基于国家材料环境腐蚀平台和国家973计划项目的研究工作，以我国海洋开发和海防安全为背景，介绍海洋工程材料腐蚀研究进展的一部专著。全书共12章，重点介绍了海洋大气区�卜山η��渤辈钋��踩�浸区和海泥区的海洋环境腐蚀行为与机理、深海环境腐蚀行为与机理、海洋大气中高温环境腐蚀行为与机理、海洋微生物环境腐蚀和生物污损的行为与机理，以及力学�驳缁�学交互作用下的材料海洋环境应力腐蚀和磨损腐蚀行为与机理等方面的新研究成果。
本书可供从事材料科学与工程、海洋工程、机械制造等专业的工程技术人员参考，也是高等工科院校中相关专业师生的教学参考书。

作者简介

李晓刚，男，1963年10月出生。北京科技大学新材料技术研究院副院长、教授、博导；国家材料环境腐蚀科技平台主任；国家“海洋腐蚀973项目”首席科学家；中国腐蚀与防护学会副理事长兼秘书长；教育部腐蚀与防护国防科技重点实验室主任；北京市百名科技领军人物。政府特殊津贴获得者。
我国科技条件平台建设和科学数据共享工程的早期推动者之一；主持了科技部基础条件平台建设重大项目“国家材料环境腐蚀野外台站建设与资源共享”。2007年创办了“中国腐蚀与防护网”，积累了大量材料在我国自然环境下的腐蚀数据，为三峡工程、西气东输、海上石油平台和路桥工程等国家重大建设工程；为航空、航天、陆军、海军等数十家国防和民用单位提供数据共享与应用服务。2009年6月，获得“全国野外科技先进个人”称号，所领导的团队获得“全国野外科技先进集体”称号。2011年获科技部执行“十一五”国家重大科技计划xx团队奖。2012年成功解决“天宫一号”某关键部件的腐蚀问题，为按时发射提供了坚实的科学基础。
目前所领导的研究团队有教师14名，博士后、博士生和硕士生共计120人。团队承担了大量的国家自然科学基金面上（16项）、重点（3项）和重大基金子课题（3项）；科技部平台建设项目；军工基础研究项目和大量来自厂矿企业的项目，长期在材料自然环境（大气、海水和土壤）腐蚀数据积累与机理研究方向上坚持系统研究，在国内外发表研究论文711篇（其中SCI和EI 400多篇）。出版《x70钢的腐蚀行为与试验研究》，《金属大气早期腐蚀行为与机理》，《高分子材料老化机理与规律》译著《断口学》（科学出版社）等专著八部。获2008年度、2007年度部级一等奖各一项，2009年度获得国家科技进步二等奖项（“钢铁材料及制品大气腐蚀数据积累、规律和共享服务”）。获国家授权专利60余项.

目录

第1章海洋腐蚀环境特征与分类
1.1海洋腐蚀环境的类型与划分2
1.1.1海洋的划分2
1.1.2海洋腐蚀环境的划分4
1.2海洋腐蚀环境纵向分类及其主要影响因素10
1.2.1海洋大气高温腐蚀环境及其主要影响因素11
1.2.2海洋飞溅区腐蚀环境及其主要影响因素13
1.2.3海洋潮差区的腐蚀环境及其主要影响因素14
1.2.4海洋全浸区的腐蚀环境及其主要影响因素14
1.2.5海泥区腐蚀环境及其主要影响因素21
1.3海洋腐蚀环境随时间变化23
1.3.1海水温度变化23
1.3.2海水盐度变化25
1.3.3海洋酸化25
1.4海洋腐蚀环境中的海洋生物因素26
1.4.1海洋生物污损的主要环境影响因素26
1.4.2海洋微生物腐蚀的主要环境因素27
参考文献29

第2章海洋大气环境腐蚀行为与机理
2.1海洋大气环境腐蚀试验方法31
2.1.1海洋大气环境腐蚀室外暴露试验方法31
2.1.2海洋大气环境腐蚀室内模拟试验方法33
2.2海洋大气腐蚀性分级分类34
2.2.1环境因素观测与我国海洋大气腐蚀性分级分类34
2.2.2材料暴露试验与我国海洋大气腐蚀性分级分类35
2.3碳钢和耐候钢的海洋大气腐蚀行为39
2.3.1碳钢在青岛和西沙海洋大气环境下的腐蚀行为39
2.3.2碳钢在西沙模拟溶液中的腐蚀电化学行为43
2.3.3碳钢在室内模拟污染海洋大气环境下的腐蚀行为44
2.4海洋大气腐蚀机理分析48
参考文献50

第3章海洋飞溅区环境腐蚀行为与机理
3.1海洋飞溅区环境腐蚀室内试验方法51
3.1.1稳态薄液膜电化学行为研究52
3.1.2干湿交替膜研究52
3.1.3不同湿度条件下薄液膜研究52
3.2环境因素对E690钢海洋飞溅区环境电化学行为的影响53
3.2.1pH值对干湿交替环境下E690钢电化学行为的影响53
3.2.2Cl-浓度对干湿交替环境下E690钢电化学行为的影响53
3.2.3干湿交替频率对干湿交替环境下E690钢电化学行为的影响55
3.2.4氧浓度对E690钢海洋薄液环境腐蚀行为的影响56
3.3环境因素对E690钢海洋飞溅区环境应力腐蚀行为的影响58
3.3.1海洋干湿交替环境下的应力腐蚀行为58
3.3.2氧浓度对海洋薄液环境下SCC行为的影响60
3.3.3氢对E690钢海洋薄液环境下应力腐蚀行为的影响66
3.3.4应变对E690钢海洋薄液环境SCC行为的影响67
3.4E690钢在海洋飞溅区环境中的应力腐蚀机理71
3.4.1E690钢在海洋薄液环境下的应力腐蚀机理分析71
3.4.2薄液环境下应力状态�驳缁�学过程的交互作用机制71
参考文献73

第4章海水潮差区和全浸区环境腐蚀行为与机理
4.1海水潮差区和全浸区环境腐蚀试验方法75
4.1.1自然环境暴露腐蚀试验75
4.1.2实验室模拟腐蚀试验75
4.2碳钢和低合金钢在潮差和全浸环境下的腐蚀规律77
4.2.1碳钢和低合金钢在潮差区的实海腐蚀规律77
4.2.2碳钢和低合金钢在全浸区的实海腐蚀规律78
4.2.3低碳钢在室内模拟海水溶液中的腐蚀行为85
4.3不锈钢在潮差和全浸环境下的腐蚀规律92
4.4有色金属在潮差和全浸环境下的腐蚀规律94
4.5海水潮差区和全浸区环境腐蚀机理分析98
参考文献101

第5章海泥区环境腐蚀行为与机理
5.1海泥区环境腐蚀试验方法103
5.1.1海泥区环境室外腐蚀试验方法104
5.1.2海泥区环境室内腐蚀试验方法104
5.2研究结果与分析107
5.2.1海洋用钢在海泥中的均匀腐蚀行为107
5.2.2海泥环境中的电偶腐蚀结果109
5.2.3含活性SRB海泥中的腐蚀行为112
5.2.4海泥环境中的应力腐蚀行为118
5.2.5活性硫酸盐还原菌对试样在海泥中氢渗透行为的影响119
5.2.6海泥环境中的阴极保护行为120
5.3海泥环境腐蚀机理分析120
5.4结论122
参考文献123

第6章海水中微生物腐蚀行为与机理
6.1SRB腐蚀试验与电化学研究方法125
6.2硫酸盐还原菌主要代谢产物对Q235碳钢腐蚀行为的影响125
6.2.1胞外多聚物的组成分析126
6.2.2硫化物和胞外多聚物对Q235碳钢腐蚀电化学行为的影响127
6.2.3硫化物和胞外多聚物对Q235碳钢腐蚀形貌与产物的影响129
6.3溶解氧对硫酸盐还原菌所致Q235碳钢腐蚀行为的影响131
6.3.1不同溶解氧浓度下硫酸盐还原菌生长及环境因素变化规律131
6.3.2溶解氧浓度对SRB所致Q235碳钢腐蚀行为的影响132
6.4硫酸盐还原菌对Q235碳钢溶解氧还原反应的作用机制136
6.4.1硫酸盐还原菌菌液对氧还原反应的影响机制136
6.4.2硫酸盐还原菌典型代谢产物对氧还原反应的影响机制140
6.5硫酸盐还原菌所致Q235碳钢局部腐蚀机制144
参考文献149

第7章海洋生物污损行为与防护
7.1海洋生物污损行为试验研究方法152
7.1.1海洋污损生物实海调查与评价方法152
7.1.2材料防污性能室内评价试验方法152
7.2主要研究结果与分析153
7.2.1典型污损生物黏附物质组成与黏附机制153
7.2.2海水环境主要因素对污损生物附着行为的影响155
7.2.3材料表面特性因素对污损生物附着行为的影响157
7.3生物惰性吸附材料的设计159
7.3.1设计材料特性降低黏附作用力159
7.3.2干扰生物黏附物的分泌和附着167
7.4结论169
参考文献169

第8章深海环境腐蚀行为与机理
8.1深海腐蚀试验方法171
8.1.1深海实海腐蚀投样试验171
8.1.2深海环境室内模拟方法172
8.2我国南海深海环境下的腐蚀规律172
8.2.1南海深海环境投样腐蚀试验结果172
8.2.2腐蚀宏观形貌分析175
8.2.3腐蚀微观形貌分析180
8.2.4腐蚀产物成分分析185
8.3南海深海环境腐蚀机理分析189
8.3.1铜合金腐蚀机理分析189
8.3.2铝合金点蚀机理分析190
8.3.3镍合金局部腐蚀机理分析191
8.4深海环境模拟试验结果与分析191
8.4.1QSn6.5��0.1青铜的腐蚀行为随模拟海水深度的变化规律191
8.4.2深海环境因素对QSn6.5��0.1青铜腐蚀行为的影响规律193
参考文献196

第9章海水冲刷腐蚀和空泡腐蚀行为与机理
9.1冲刷腐蚀和空泡腐蚀试验方法197
9.2海水冲刷腐蚀的行为规律200
9.2.1临界流速现象及规律200
9.2.2含砂海水泵的涂层防护205
9.2.3船用螺旋桨的空蚀与防护211
9.3力学和化学交互作用理论与机理217
9.3.1冲刷和腐蚀的交互作用218
9.3.2空蚀和腐蚀的交互作用218
参考文献219

第10章海水应力腐蚀行为与机理
10.1试验模拟加速腐蚀试验方法221
10.2模拟海洋环境下的应力腐蚀研究222
10.2.1A537钢在模拟海洋环境中的SCC行为222
10.2.2E690钢在模拟海洋环境中的SCC行为226
10.2.3等静压对X70钢应力腐蚀门槛应力的影响230
10.2.4深海等静压下的氢渗透行为231
10.3海洋环境下SCC机理模型233
参考文献235

第11章海洋磨蚀行为与机理
11.1海洋磨蚀的测试方法236
11.1.1磨蚀性能测试设备236
11.1.2磨蚀性能测试方法237
11.2不同材料的海洋磨蚀行为与机理239
11.2.1碳钢的海水磨蚀行为及机理239
11.2.2不锈钢的海水磨蚀行为及机理241
11.2.3铜合金的海水磨蚀行为及机理250
11.2.4钛合金的海水磨蚀行为及机理250
11.3涂/镀层的海水磨蚀行为及机理255
11.3.1电化学化学共沉积非晶/纳米晶镍镀层的磨蚀行为及机理255
11.3.2硬铬涂层的磨蚀行为及机理257
11.3.3等离子喷涂WC增强镍基复合涂层的磨蚀行为及机理258
参考文献263

第12章海洋大气中高温环境腐蚀行为与机理
12.1试验模拟加速腐蚀试验方法265
12.1.1试验模拟装置搭建266
12.1.2试验方法建立267
12.2海洋大气中高温盐水协同作用下金属腐蚀行为研究269
12.2.1海洋大气中温盐雾环境下金属的腐蚀行为269
12.2.2海洋高温固态盐水协同作用下金属的腐蚀行为272
12.3海洋高低温交替环境下金属腐蚀行为研究279
12.4理论与机理模型283
12.4.1海洋高温固态盐-水蒸气协同作用下不锈钢系列材料的化学-电化学交互作用机制283
12.4.2海洋高温固态盐-水蒸气协同作用下的Ti合金腐蚀机制287
12.4.3海洋高低温交替环境下的金属腐蚀机制288
参考文献289

索引291

前言/序言

海洋是地球生命之母，人类来自于海洋，人类在陆地“顽劣”百万年之后，又将重回海洋。重回的序幕已经拉开，不过这一重回过程与冲出海洋的进程有着本质的差别。的差别是人类由于陆地“顽劣”百万年的积累，是带着各种高级工具重回海洋“顽劣”的。这些高级工具都是各类材料构成的，材料在海洋环境中使用，必将发生腐蚀失效。人类在海洋中“顽劣”的代价——材料海洋腐蚀，比在陆地上“顽劣”付出的代价更高。因此，人们对材料海洋腐蚀机理与规律研究的兴趣日益倍增。
由于地球上陆地资源的逐渐枯竭以及人类不断拓展生存空间的要求，人类进入了大规模开发利用海洋的时期。海洋在国家经济发展格局和对外开放中的作用更加重要，在维护国家主权、安全、发展利益中的地位更加突出，在国家生态文明建设中的角色更加显著，在国际政治、经济、军事、科技竞争中的战略地位也明显上升。国际间的竞争重点也已从陆地转向了海洋，海洋具有潜在的巨大经济利益和战略性的国防地位，我国作出了建设海洋强国的重大部署。海洋事业的发达程度是一个国家科技力量和水平的综合体现，也是一个国家经济发展和国家地位的标志。
海洋工程材料特别是新材料作为拓展海洋空间、开发海洋资源的物质前提，是实现海洋科技创新、海洋可持续发展的基础和先导。目前，我国海洋用新材料的发展仍然面临着诸多问题，比如涉及舰船、海洋平台、油气管线以及离岸建筑等方面使用的高品质钢铁材料、钛合金、有色金属、复合材料等大量依赖进口，很多材料的关键应用技术落后，海洋用材料标准不够完善，这种现状严重制约了我国建设海洋强国的步伐。另外，鉴于海洋装备和海洋工程长期处于严酷海洋环境下工作，服役中无法回避的问题是海洋工程材料的腐蚀损伤、磨蚀失效和生物污损。海洋工程材料的腐蚀和生物污损问题每年给国家造成近万亿元的经济损失和30%以上海中航行体的能源浪费，已成为严重制约重大海洋工程技术和装备发展的技术瓶颈之一，其腐蚀失效机理与规律的认识问题更是严重影响海洋工程和装备的可靠性和寿命，材料的腐蚀失效机理与防护技术已成为我国海洋工程领域亟待解决的问题。
海洋是一个复杂多变的环境，不同海域、不同季节、离海平面不同距离的区域，所面临的海洋环境就大不相同，加之海洋力学载荷复杂和生物物种的多样性，使得海洋腐蚀环境极其复杂，其所对应的腐蚀、磨蚀和污损等环境损伤形式和机理也不可能相同。特别是高湿热、深海、大载荷、高流速等严酷海洋环境中的腐蚀理论与防护技术的研究基础相对薄弱，已成为制约我国海洋工程及其装备制造发展的瓶颈和关键基础问题。海洋环境中材料腐蚀损伤的本质是电化学腐蚀，但目前腐蚀电化学不能满足高湿热、低温高压、复杂应力或微生物等多重海洋环境因素偶合作用下的腐蚀研究，缺乏对材料在严酷或海洋环境中电极过程、腐蚀动力学以及防护关键技术等的基础研究，我国尚未形成具有自己特色的海洋环境腐蚀学科。
2013～2014年，中国工程院分别启动了关于中国海洋工程材料的咨询项目，由周廉、薛群基、翁宇庆三位院士所负责的中国海洋工程材料咨询项目的主要任务之一，即出版系列“海洋工程材料丛书”。本书作为“海洋工程材料丛书”的一本分册，是以我国海洋开发和海防安全为背景，基于国家材料环境腐蚀平台和国家973计划项目“海洋工程装备材料腐蚀与防护关键技术基础研究”的数据积累和研究工作，选择典型的海洋环境，在海洋空间和时间的域度坐标上，重点介绍了海洋大气区�卜山η��渤辈钋��踩�浸区和海泥区等区带的海洋环境腐蚀行为与机理、深海环境腐蚀行为与机理、海洋大气中高温环境腐蚀行为与机理、海洋微生物环境腐蚀和生物污损的行为与机理，以及力学�驳缁�学交互作用下的材料海洋环境应力腐蚀、腐蚀疲劳和磨损腐蚀行为与机理等方面的新研究成果，力图为本系列丛书提供腐蚀理论研究的支撑，发展我国特色的海洋环境腐蚀学科。
本书研究工作得到科技部科技基础条件平台项目（2005DKA10400）、国家973计划项目“海洋工程装备材料腐蚀与防护关键技术基础研究”（2014CB643300）的资助。
国家973计划项目“海洋工程装备材料腐蚀与防护关键技术基础研究”的全体研究人员参加了本书编写工作。由于受工作和认识的局限，书中存在一些不妥之处在所难免，敬请读者赐教与指正。

编者
2016年8月

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