近日，中國海洋大學與濱州魏橋國科高等技術(shù)研究院（以下簡稱“高研院”）合作完成的兩項重要成果，相繼在國際腐蝕領(lǐng)域頂刊《Corrosion Science》發(fā)表。中國海洋大學陳守剛教授和高研院李濤研究員共同擔任通訊作者，高研院侯悅博士為第一作者。研究聚焦7xxx系高強鋁合金在海洋工程、氫能儲輸兩大關(guān)鍵場景的腐蝕失效痛點，深度解析腐蝕機制，為高端裝備材料的安全應用提供了堅實的理論支撐與工程參考。

7xxx系高強鋁合金憑借“高強度+輕量化”的獨特優(yōu)勢，成為海洋工程承重結(jié)構(gòu)、氫能儲氫罐內(nèi)膽等關(guān)鍵部件的首選材料——既能降低海洋裝備能耗，又能提升氫能儲輸效率，是支撐海洋強國戰(zhàn)略與氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵基礎材料。但在實際服役中，它卻面臨兩大“致命挑戰(zhàn)”：氫能儲輸場景下，鋁合金會吸收氫能產(chǎn)生的原子氫，引發(fā)氫脆，導致材料韌性驟降、突發(fā)斷裂；海洋環(huán)境中，硫酸鹽還原菌等微生物通過代謝活動破壞鋁合金表面鈍化膜，加速應力腐蝕開裂，大幅縮短裝備服役壽命。

基于此，聯(lián)合團隊首先針對氫能儲輸中的氫脆問題，創(chuàng)新結(jié)合原位/預充氫實驗與多尺度模擬，系統(tǒng)闡明了7xxx鋁合金的氫脆行為與機制。研究表明，氫脆機制呈現(xiàn)顯著的濃度依賴性。低氫濃度下，氫促進局部塑性變形（HELP機制），延緩頸縮開裂；高氫濃度下，氫會削弱晶界結(jié)合力（HEDE機制），引發(fā)沿晶斷裂。值得關(guān)注的是，原位充氫條件下，鋁合金氫脆敏感性顯著降低，氫脆敏感性指數(shù)HEI僅為10.3%，為儲氫裝備的優(yōu)化設計與安全運行提供了重要啟示。

與此同時，針對海洋環(huán)境中脫硫弧菌引發(fā)的微生物腐蝕與應力腐蝕問題，團隊通過電化學測試、微生物分析與原位慢應變率拉伸實驗，揭示了微生物腐蝕的核心機制。發(fā)現(xiàn)脫硫弧菌通過胞外電子轉(zhuǎn)移（EET）直接獲取鋁合金表面電子，其代謝產(chǎn)物硫化物進一步破壞鈍化膜、誘發(fā)點蝕，成為應力腐蝕裂紋的起源。在此基礎上，團隊進一步優(yōu)化出適配不同環(huán)境的最優(yōu)陰極保護電位，生物介質(zhì)（含脫硫弧菌）中最優(yōu)電位為-1050 mV（vs SCE），非生物介質(zhì)中為-800 mV（vs SCE）。該結(jié)果為海洋工程中鋁合金結(jié)構(gòu)的陰極保護方案提供了精準的電位窗口。

兩項研究不僅深化了對高強鋁合金在苛刻環(huán)境下失效機制的科學認識，更從“氫環(huán)境”與“微生物環(huán)境”兩個維度，為我國重大工程中材料選型、工藝優(yōu)化與壽命評估提供了直接參考。

圖1 電化學充氫及SSRT實驗示意圖：（a）預充氫，（b）原位充氫

圖2 7xxx鋁合金在（A）未充氫、（B）低氫濃度和（C）高氫濃度環(huán)境下氫脆機理示意圖

圖3 配備原位電化學工作站與恒電位儀的慢應變速率拉伸裝置

圖4 7xxx鋁合金在D. vulgaris介質(zhì)中的SCC機理示意圖：（a）初始階段，（b）成熟階段

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113291

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113531

作者介紹:

陳守剛：通訊作者，中國海洋大學教授、博士生導師。主要從事海工裝備材料及其防護技術(shù)研發(fā)，圍繞海洋耐蝕材料與涂層防護、生物污損與抗菌材料、智能自修復防護涂層、材料多尺度仿真模擬、極端環(huán)境微生物腐蝕評價、環(huán)境凈化電催化納米材料、海洋微納能源與自驅(qū)動防污等方面開展基礎和應用基礎研究。近五年課題組先后主持國家自然科學基金重點/面上/青年項目、省部級課題等20余項，在Angewandte Chemie International Edition, Advanced Functional Materials, Nano Energy, Applied Catalysis B: Environmental, Corrosion Science, Nano Today, Chemical Engineering Journal等雜志發(fā)表SCI論文300余篇。

李濤：通訊作者，濱州魏橋國科高等技術(shù)研究院研究員，金屬材料中心副主任。主要從事功能涂層設計構(gòu)筑與應用、先進表面工程技術(shù)、高純氧化鋁研發(fā)。

侯悅：第一作者，濱州魏橋國科高等技術(shù)研究院博士后。主要從事鋁合金表面腐蝕與防護相關(guān)研究。

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝作者團隊支持。

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