深海通常指500 m以下更大深度的海洋，占海洋總體積的3/4.深海是人類科學探索和資源需求的寶庫和未來。據統計，目前世界深海油氣探明儲量已占海洋油氣儲量的65%以上；天然氣水合物在海洋中的總量為（1~5）×1015 m3；多金屬結核在海洋中約5 000億噸，主要富集在4 000~6 000 m深度；富鈷結殼在海洋中含量達10億噸，主要分布在500~4 000 m深度；上百處海底熱液多金屬硫化物礦床含量達6億噸，分布在1 500~4 000 m深度；深海已發現數千種新生物，絕大部分物種是深海環境所獨有的[1].深海是高壓、低溫或局部高溫（400 ℃）環境[2]，深海并不平靜，經常出現類似于陸地上颶風等的激流——深海“風暴”。雖然深海“風暴”的流速僅有50 cm/s左右，但能量巨大，甚至可以改變海底地形。其巨大的破壞力會對海底的科學儀器、通訊電纜等造成毀壞，甚至可能危及海上石油鉆井平臺等。深海的腐蝕和磨損常常是耦合發生的[3]，高壓[4-7]、低溫（或熱液區高溫）[8-11]、極端微生物附著[12-13]、毒性氣體[14-15]都會加劇海水對服役材料的腐蝕，更會加劇海底“風暴”涌動的磨蝕及毀損過程，并隨著海底“風暴”的沖擊在金屬表面產生“犁溝”，形成新的裸露表面而進一步被腐蝕。

深海苛刻的環境對于服役金屬材料的蝕損機制研究一直是我國材料研究的空白。一般物質在經歷高壓過程中會產生相變，因而在深海高壓環境下，材料的組織和性能可能會發生出人意料的變化。材料在深海環境中服役時，其在高壓下的摩擦系數、熱衰退及熱穩定性等與常溫常壓下不同，所表現出的腐蝕、磨損機制也與常壓環境下不同，尤其在深海環境中溫度梯度較大時， 金屬材料的腐蝕速率、摩擦系數及磨損均會加劇。隨著油氣勘探向地質條件和環境更加復雜的深海區域發展，一些高H2S和CO2、高含硫深海熱液環境區域成為油氣勘探的重點。因而，研究材料在深海高壓有毒氣體等環境下的蝕損行為也顯得極其重要。

深海蘊藏著世界未來發展所必須的豐富能源與戰略資源。目前，我國深海裝備關鍵材料90%以上依賴進口，隨著我國海洋強國建設的加速，海洋科技向著深遠化進軍，石油鉆采向著深海延伸以及南海可燃冰的勘探和開采，我國對于深海裝備國產化的需求更為迫切，如果無法建立一套完整的深海服役材料的腐蝕評價體系，將會嚴重影響深海裝備的安全性和可靠性，從而成為深海戰略發展的“瓶頸”。

1 國內外研究現狀

1.1 金屬材料的深海腐蝕行為

各國科研工作者對各種材料深海腐蝕做了大量工作[16]，許多研究機構也對各種材料進行了大量、長時間的實海掛片實驗[17-20].1962~1970年間，加利福尼亞的海軍工程中心（Naval Construction Battalion Center）在懷尼米港西南方向81海里及西部方向75海里的海水對475種合金材料、20000多種試樣進行了掛片實驗，試樣包括鋼、鑄鐵、不銹鋼、銅、鎳、鋁等多種材料，掛片深度分別為762和1 829 m.實驗結果表明，除了鋁合金在深海中的點蝕深度加大并出現了縫隙腐蝕，而淺海掛片試樣未出現縫隙腐蝕外，水深對其他材料腐蝕的影響要么可以忽略，要么就是減輕了[21].Venkatesan等[22]將表面不會形成鈍化膜的低碳鋼浸泡于500~5 100 m深的海水中68 d后，發現深海中低碳鋼的腐蝕速率明顯低于淺海中低碳鋼的腐蝕速率，而在所有深海掛片試樣中，500 m深處的腐蝕速率最低，歸因于此處的溶解氧最小。需要注意的是，不同海域溶解氧隨水深的變化規律是不一樣的，Venkatesan等進行試驗的海域為印度洋，而我國南海實測數據顯示，水深750 m左右時海水中含氧量最低，約為2.5 mg/L.Beccaria等[23]研究發現，隨著靜水壓的升高，Al及6061-T6鋁合金發生局部腐蝕的傾向均有所增加，并且6061-T6鋁合金的點蝕深度增加，而由于Mg-Al氧化層的形成，總體上腐蝕有所減少。實驗室模擬方面，Yang等[24]發現，隨著靜水壓的增加，Ni-Cr-Mo-V高強鋼的腐蝕速率增加，且極化曲線表明，陰極過程和靜水壓關系不大，而腐蝕電位負移，腐蝕電流加大；通過腐蝕形貌的觀察及壓力的有限元分析，認為靜水壓將使得點蝕更易于向點蝕周邊輪廓的法向方向擴展，進而使得相鄰的點蝕相互連通并由此發展為全面腐蝕，而點蝕的深度則與靜水壓關系不大[25].和實海掛片相比，實驗室模擬除了模擬試驗易于開展、投入較少外，另一明顯的優點就是可以方便地進行在線電化學性質的測試，對于深入研究腐蝕機制有很大的幫助[26].

1.2 深海微生物腐蝕行為

關于深海微生物腐蝕，由于深海微生物取樣、保種、培養等方面需要較高技術水平，因此這方面研究報道較少，但就微生物腐蝕機制及其和局部腐蝕的關系，則有較多文獻報道。如Mehanna等[27]選擇1145低碳鋼，403鐵素體鋼和304L、316L奧氏體鋼，G. sulfurreducens為腐蝕菌種，通過開路電位的檢測，發現浸泡數小時后1145鋼、403鋼、304L鋼的開路電位正移了300 mV，而316L鋼的開路電位正移較少，開路電位的正移和細菌的富集相關，這表明G. sulfurreducens的附著可直接從材料攫取電子，增加了鐵素體鋼和低碳鋼的局部腐蝕。San等[28]選擇A. eucrenophila在Ni-Cu合金表面進行試驗，極化曲線分析表明，細菌附著后極化曲線發生了偏移，5 h后腐蝕電位發生了正移，腐蝕電流增加，EDS元素分析表明合金表面有明顯的NiO和CuO產物。Nercessian等[29]選擇P. fluorescens, 研究其對銅的腐蝕，通過檢測微生物膜生長過程中RNA和DNA量比隨時間的變化關系，結合極化曲線和阻抗譜的檢測，分析了微生物代謝過程與腐蝕速率的關系，認為微生物的呼吸加速了銅的腐蝕。 Bhaskar等[30]研究發現， 微生物的胞外分泌物對重金屬離子可選擇性地固定，結果表明：每毫克EPS固定的Cu2+要多于Pb2+，且在酸性溶液中會吸收更多的Cu2+和Pb2+; 然而，隨著溶液中NaCl濃度的升高，微生物對Cu2+和Pb2+的吸收會隨之減少。Bevilaqua等[31]通過檢測Cu5FeS4在A. ferrooxidans培養液中浸泡不同時間的電化學噪聲，對噪聲電壓和電流的平均值及其標準偏差、噪聲電阻進行分析，結果表明， 細菌的生物活動可引起這些參數的明顯變化。趙曉棟等[32]取青島膠州灣海底泥中的SRB進行富集培養，研究其對Q235腐蝕的影響，結果表明， 硫酸鹽還原菌可將腐蝕產物由球形的水合氧化鐵轉化為海綿狀的球形鐵硫化物。牛桂華等[33]對316不銹鋼在無菌培養基介質和海水微生物接種培養有菌培養基介質中的腐蝕行為進行了研究，認為海洋微生物的附著和繁殖可加速316不銹鋼的腐蝕。Yuan等[34]通過研究aerobic pseudomonas對Cu-Ni合金在海水中的腐蝕行為發現，當aerobic pseudomonas和EPS存在時， 可顯著降低Cu-Ni合金的腐蝕速率，這可能是由于微生物的存在影響了材料腐蝕過程中的陰極反應。

基于目前深海微生物腐蝕的研究結果可知，深海微生物對材料腐蝕的影響結果有多樣性、復雜性，這與深海中微生物種類的多樣性及復雜性有密切的關聯。

1.3 深海裝備材料

高的靜水壓是深海環境的特點之一，靜水壓隨著海深的增加而增加，因而對于深海裝備而言，最重要的材料是耐壓性能好的結構材料。它們應具有較高的屈服強度和彈性模量，目前，高強度合金鋼、鈦合金、陶瓷及陶瓷基復合材料等是深海裝備所使用的主要結構材料[35].其中， 高強度合金鋼是最重要、最關鍵的深海裝備用結構材料。以潛艇耐壓殼體材料為例，潛艇耐壓殼體用鋼材的屈服強度等級由第二次世界大戰前的450 MPa級替換為第二次世界大戰后的600 MPa級，其下潛深度得到提升；現代的潛艇耐壓殼體用鋼材的屈服強度等級多為1 000 MPa級，因而其下潛深度進一步增加。

美、日、英、俄等國家自第二次世界大戰后就開始建立深海裝備結構鋼體系。美國研制了HY系列高強度合金鋼，日本研制了NS系列高強度合金鋼，英國研制了QT系列高強度合金鋼，俄羅斯研制了AK系列高強度合金鋼[35].我國也成功研制了屈服強度等級為400、450、600和800 MPa級的高強度合金鋼[35].

深海裝備用高強度合金鋼在提高強度的同時，還須保證足夠的韌性。在韌性評價時除夏比沖擊試驗外，往往還需要由爆炸試驗或落錘試驗來確定其止裂行為。另外，隨著強度的提高，高強度合金鋼焊接接頭的延遲裂紋亦是一個重大問題[36].因此，在追求高強度時應嚴格限制甚至降低高強度合金鋼中的含碳量，同時應通過增加適量的鎳元素來保證其良好的韌性；加入適量的鉻、鉬、釩等元素改善其淬透性和抗回火軟化性；在煉鋼時應對鐵水預脫硫脫磷，并采用真空精煉等措施以降低硫、磷和有害氣體對高強度合金鋼力學性能的危害。為保證裝備的強度和韌性，在深海裝備用高強度合金材料焊接時還要控制好道間溫度和熱輸入焊接工藝參數。

鈦合金材料具有高比強度、低密度、耐高溫、耐腐蝕、無磁、透聲和抗沖擊振動等特點， 是具有研發前景的深海裝備結構材料。俄羅斯的鈦合金研究和應用水平處于國際領先地位，研發了船用鈦合金系列，且用鈦合金建造了首個潛艇耐壓殼。目前， 深海潛水器的耐壓殼體材料多采用鈦合金材料，如俄羅斯阿爾法級攻擊型核潛艇及塞拉級多用途核潛艇的耐壓殼體均采用鈦合金建造，其下潛深度可達800 m[35]；美國“海崖”號深潛器的耐壓殼體材料為Ti6Al2Nb1Ta0.8Mo鈦合金，其下潛深度可達6 100 m；日本“深海6500”的耐壓殼體材料為Ti6Al4VELI鈦合金，其下潛深度可達6 500 m.此外，一些知名的深潛器的耐壓殼體材料也都采用了鈦合金，如法國的“鸚鵡螺”號、俄羅斯的“和平”號和我國的“蛟龍”號。

陶瓷材料具有高強度、大彈性模量、低密度、耐腐蝕、耐高溫、電絕緣、非磁性和可透過輻射等特點，也是具有研發前景的深海裝備結構材料。然而，陶瓷材料往往具有較大的脆性，在很大程度上限制了其應用。近年來的研究表明：利用高純度超細原料粉末配合特殊的制備工藝可以獲得性能更優的先進陶瓷材料；通過在陶瓷中合理添加第二相， 制備的陶瓷基復合材料的韌性可以得到大幅提升。這些先進陶瓷及陶瓷增韌技術的發展為陶瓷及陶瓷基復合材料在深海中的應用創造了必要的前提條件。美國海軍利用氧化鋁陶瓷基復合材料成功制成了深潛船殼，這類船殼不僅具備載人所需的安全性及可靠性，還具有一定的浮力。研究表明：潛深深度為6 096 m時，氧化鋁陶瓷材質的耐壓殼體的質量與排水量比值小于0.60，小于鈦合金材質的耐壓殼體的0.85；排水量相同時，氧化鋁陶瓷比Ti6Al4V鈦合金材質的殼體的有效載荷高166%;有效載荷相同時，相比于氧化鋁陶瓷材質的耐壓殼體，鈦合金材質的耐壓殼體的排水量必須增加50%，而其對應的質量則會增加83%[35-37].2009年，美國伍茲霍爾海洋研究所采用特制的新型輕量級陶瓷基復合材料研制的“海神”號機器人潛艇成功抵達了馬里亞納海溝最深處，下潛深度達10 902 m.

作者研究的Fe3Al/ZrO2（3Y）復合材料也是一類非常有應用潛力的深海裝備用結構材料。氧化鋯增韌陶瓷（ZTC）中室溫力學性能最高的是四方氧化鋯陶瓷（TZP），其抗彎強度和斷裂韌性可達1.5 GPa和15 MPa·m1/2.然而，TZP材料除了自身的脆性外，由于應力誘導相變對溫度因素很敏感，因而高溫將增加TZP的穩定性，使相變增韌失效，其在低溫環境下時效亦會導致其強度和韌性下降， 且其抗熱震性能較差，因而大大限制了其應用[38].Fe3Al金屬間化合物具有良好的熱強塑性、較高的熱導率、耐蝕性和耐磨性，但氫脆和加工性差是其產業化的嚴重障礙。Fe3Al與ZrO2的熱膨脹系數比較接近，界面殘余熱應力小，將Fe3Al金屬間化合物與ZrO2陶瓷復合， 過程如下：首先利用ZrO2顆粒對金屬間化合物的間隔作用，阻止氫的擴散，抑制Fe3Al金屬間化合物的氫脆；再利用這些消除了氫脆的金屬間化合物顆粒對ZrO2陶瓷增韌和穩定形成一種兩組元“互補增韌”的效應。設計制備的Fe3Al/ZrO2（3Y）復合材料的斷裂韌性高達30 MPa·m1/2，為單相ZrO2（3Y）的2倍，抗彎強度達1.2 GPa，較單相ZrO2（3Y）提高了29%.

1.4 深海油氣開發用材料現狀

在深海油氣資源開發的技術領域，20世紀70年代前，世界海洋油氣開采水深不足100 m，到80年代初海洋油氣開采水深提高到了300 m.目前，先進國家海洋油氣開采水深已突破3 000 m，且生產水深可達2 500 m[39].深海油氣勘探技術、深海油氣鉆井技術、深海油氣開采技術、深海油氣儲運技術等都屬于深海油氣資源開發技術[40].目前，這項開發技術水平最先進的國家是美國。我國已經大規模開發的海上油氣田主要集中在淺海區域，如面積7.7萬平方公里、平均水深僅18 m的渤海海灣和包括潿洲油田、東方氣田等南海海域近海的區域。此外，僅有唯一一個鉆采深度超過3 000 m的荔灣油氣田，但更為廣闊的南海中部、西部和南部深海海域的油氣資源開發還依然為0.

在深海石油鉆采過程中，鉆采部件將經受高壓海水環境下的磨蝕與H2S、CO2等腐蝕介質的嚴重侵蝕，其耦合作用將使諸多部件在此嚴酷環境下的壽命甚至只有幾個小時。如無磁鉆鋌的壽命只有200~500 h，是消耗品。國內市場目前對無磁鉆鋌的需求量為每年5 000余支，隨著海洋資源鉆采工程項目的不斷增加，規模不斷擴大，對高性能無磁鉆鋌等產品的需求還將增加。與國外同類型奧氏體氮強化不銹鋼的無磁鉆鋌相比，國產無磁鉆鋌采用的Cr-Mn-N奧氏體不銹鋼的最大問題是晶間腐蝕合格率和力學性能指標偏低。通過對比中原特鋼W1813N和W2014N不銹鋼與國外主流同類型產品的化學成分，可以看出二者之間的主要差異在于Cr、Mo、N含量明顯偏低。中原特鋼生產的W1813N和W2014N中，Cr、Mo、N的質量分數上限分別僅為14.0%、1%、0.35%，而大多數國外主流同類型產品中Cr的質量分數下限均高于18%；Mo的質量分數一般都控制在1%甚至2%以上，且N的質量分數下限一般都已達到0.5%~0.6%，甚至達到1%.Cr、Mo含量的增加可提升材料的耐腐蝕性能；N含量增加不僅可以增加材料的強度性能，還可以顯著改善該類型不銹鋼的抗局部腐蝕性能[16].

我國在深海油氣資源開發技術領域使用材料的研發和國外先進國家之間的差距是顯著的，國產相關材料的性能及使用深度遠不及同類先進材料，這也直接制約了我國對深海油氣資源開發的步伐。

1.5 固體浮力材料

固體浮力材料主要為水下作業裝備提供所需的浮力，為適應深海高壓的環境，高強度固體浮力材料從20世紀60年代末開始得到研制。美國、日本和俄羅斯等深潛技術發達的國家目前已經攻克了水下6 000 m用固體浮力材料的技術難題，并且已形成了系列標準。如美國Emerson & Cuming公司利用空心玻璃微珠與聚合物樹脂復合研發出TG和DS型兩種新型的兩相復合泡沫材料，其中， DS型最大使用深度超過11 000 m[41].

在深海用固體浮力材料的研究開發方面，我國與深潛技術發達國家相比存在較大差距。研制初期，我國的浮力材料主要為聚氨酯泡沫、環氧樹脂泡沫或其他發泡塑料，雖然其成本較低，但其耐壓強度低，吸水率高，可靠性差，最大工作深度僅能達到400 m左右[42].隨后，哈爾濱船舶工程學院采用空心樹脂球、空心玻璃微珠、環氧樹脂研制了密度0.55 g/cm3的泡沫復合固體浮力材料，其抗壓強度為28.87 MPa.海洋化工研究院研制的可加工輕質復合材料亦有較好的性能，當復合材料的密度為0.55 g/cm3時，抗壓強度為50 MPa，因而可用作4.5~5.0 km水深的浮力材料。國家海洋技術中心通過研發，目前已經在高強度輕質浮力材料的配方、工藝、成型技術等核心關鍵技術方面取得了突破，其成果已在深海領域得到廣泛應用[43].筆者所在課題組采用一種具有獨立知識產權的聚合物中空微球與聚合物樹脂、空心玻璃微珠以適當比例混合，制備出一系列三組分固體浮力材料，密度為0.39~0.60 g/cm3，抗壓強度為8.27~39.41 MPa，可滿足用于0~3 500 m水深的海洋裝備的浮力補償。

1.6 深海防護材料

在防腐方面，目前主要的防腐措施有涂層防護技術、犧牲陽極技術等，涂層防護技術約占市場份額的95%左右，其中有機涂層占近九成， 因此，研究、開發、使用有機涂層對金屬進行防護具有重要的實際意義。有機涂層在腐蝕過程中往往有如下作用：1）屏蔽作用，涂層阻止了腐蝕介質和材料界面的接觸，隔斷腐蝕電池的通路，增加腐蝕電阻；2）鈍化作用，在涂料中加入某些鈍化金屬的物質，使金屬表面形成金屬的鈍化膜防腐；3）犧牲陽極的作用，在涂料中加入活潑金屬，當腐蝕介質進入涂層后將優先與這些活潑金屬反應，保護基體金屬。然而，現有涂料、涂層防護技術不能滿足深海裝備防護要求[44].在深海中，海水的巨大靜水壓使腐蝕介質在涂層中的滲透性增強，海水會進入涂層后會使活潑金屬發生腐蝕，活潑金屬在腐蝕后形成的產物往往使體積膨脹，且在產物與金屬基體以及產物與周圍樹脂之間形成應力并會產生裂隙，裂隙的延伸、擴展使涂層粉化、脫離基體金屬表面，從而使其防護作用失效[45-46].另外，深海特種海洋微生物、毒性氣體亦會對涂層有較大的破壞作用。研制高性能的深海防護材料需要同時考慮材料的防腐蝕、防污著性能，還需要滿足高靜水壓、溫度變化等因素對防護材料的影響。因而，深海防護材料的研制已成為深海極端環境服役材料研制的熱點之一。

多年來，筆者所在團隊開展了深海材料蝕損模擬平臺、鉆采裝備及部件防護材料與防護技術的研發，并取得了一些初步成果。另外，北京科技大學、鋼鐵研究總院、中國科學院金屬研究所、東北大學、廈門大學、中國海洋大學、上海交通大學等團隊也都在不同領域為深海裝備材料的研發做出了重要貢獻，并取得了一些重要進展，但總體而言，這方面的研究還沒有形成一個完整的體系。

2 國內外研發趨勢

進入21世紀，海洋科學技術發展十分迅猛，并呈以下發展趨勢：1）研究方法趨于多學科交叉、滲透和綜合，如從材料科學到裝備制造，從基因技術到生物藥物工程，從數值模擬技術到立體全球大生態等多學科的綜合滲透交叉；2）研究重點趨向資源、環境等與人類生存與發展密切相關的重大問題，如在深海資源勘探利用、海洋空間利用、海洋生物基因、海洋環境監測等領域的問題；3）研究手段不斷采用高新技術，并趨于全覆蓋、立體化、自動化和信息化，如從衛星遙感、航空遙感、船舶監測、浮標，到潛標、深潛器， 再到海底的實時觀測，形成全天候、全覆蓋、立體的觀測體系。但總體上，我國海洋科技水平與發達國家相比差距約10~15年，海洋科技對海洋經濟的貢獻率低；科技成果的轉化率低；海洋科技投入不足；海洋科技力量和資源利用整合度低[47].其最直接的原因就是裝備材料難以適應海洋特別是嚴酷的深海環境，適用于深海極端環境服役材料的研究和開發不足是制約深海技術發展的瓶頸。

深海材料研發的瓶頸在于研究深海環境試驗平臺的缺乏。因而，破解瓶頸的關鍵必須從深海研究平臺的研發開始[48].2013年，上海市海洋局深海裝備材料與防護工程技術研究中心在上海海事大學正式揭牌成立，這是國內首個深海材料研發平臺。隨后，中科院海洋新材料與應用技術重點實驗室、中國科學院深海科學與工程研究所、浙江省海洋材料與防護技術重點實驗室等與深海材料研發相關的平臺陸續成立。這些深海材料研發平臺的成立，對實驗室開展深海材料的研發奠定了基礎。

深海復雜嚴酷環境涵蓋了物理極端環境、化學極端環境和生物極端環境。如此極端的惡劣環境，是深海服役材料與裝備部件壽命極低的主因。由于深海環境自身的特點，因而要求深海材料必須具有高強度、高韌性、耐海水熱液腐蝕、抗硫化腐蝕、抗微生物附著等特點[16].香山科學會議第423次學術討論會以“深海極端環境下材料腐蝕科學理論與關鍵實驗技術”為主題，首次明確地將深海極端環境服役材料的研發提到了研究日程[49]；次年，中國工程院召開的“海洋工程材料研發、生產及應用研討會”也明確指出進研發深海服役材料的迫切性；“十三五”國家深海高技術發展專項規劃也已將“深海材料技術”列為發展重點。目前關于深海探索，雖然一些材料已經進入實際應用，但對材料的深海腐蝕規律與失效機制仍停留在表觀認識，缺乏系統的研究，因此不能指導深海材料的制備與開發。這主要是由于深海的腐蝕因素眾多，如高壓、溫度、pH值、化學成分、流速、生物環境等等，而這些參數都會對材料的腐蝕產生影響。因此，進一步準確研究材料的深海腐蝕規律與失效機制，對深海的開發意義重大。

蝕損是磨蝕和腐蝕共同作用對材料毀損的總稱[16].深海的腐蝕和磨損常常是耦合發生的，而深海苛刻的環境對于服役金屬材料的蝕損機制研究一直是我國材料研究的空白。盡管科研工作者已從淺海和小于3 000 m海深層面上開展了細致有效的研究工作，但很少報道在深海高壓、低（高）溫、有毒氣體、極端微生物、大于3 000 m海深苛刻環境下服役金屬材料的耦合蝕損行為研究。進一步進行深海苛刻環境金屬材料蝕損機理的深入探索不僅具有重大的材料科學理論價值，而且也為我國深海工程金屬材料的設計、制備、遴選提供理論和實驗依據。

在深海極端環境服役材料研發時，應該聯合實驗室研究和深海實測實驗技術對材料的服役安全性及服役壽命進行評價，這種聯合實驗技術對于材料深海服役機理的揭示有非常重要的意義；研發新型深海材料，提高其在深海中的適用深度，使其在深海極端環境下有更加優異的綜合服役性能；進一步研發深海用防護材料，使其防腐、防污及適應深海復雜環境的能力進一步優化。

3 結語

深海極端環境服役材料的研發是深海戰略發展的“瓶頸”。深海極端環境服役材料的研發需要基于更加完善的深海研究平臺，通過在大于3 000 m海深以上的深海條件下進行研究，建立完善的金屬材料深海蝕損機理；開展深海環境復雜因素耦合下的多因素耦合蝕損機理研究；研究深海裝備結構材料在力學條件下的深海腐蝕及蝕損的機理；深海微生物菌樣的培養也是深海極端環境服役材料研發的一個必要前提。

參考文獻

[1]周云， 劉伯洋， 范春華。一種深海耐壓氧化鋁陶瓷空心浮球： ZL201410169989.9[P]. 2016-03-30.

[2]馮軍， 李江海， 陳征， 等。 “海底黑煙囪”與生命起源述評[J]. 北京大學學報（自然科學版）， 2004, 40（2）： 318-325.FENG Jun, LI Jianghai, CHEN Zheng, et al. A review on black smokers and its implication for origin of life[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2004, 40（2）： 318-325. DOI:10.13209/j.0479-8023.2004.043

[3]WANG J, CHEN J, CHEN B, et al. Wear behaviors and wear mechanisms of several alloys under simulated deep-sea environment covering seawater hydrostatic pressure[J]. Tribology International, 2012, 56（3）： 38-46. DOI:10.1016/j.triboint.2012.06.021

[4]ZHANG T, YANG Y, SHAO Y, et al. A stochastic analysis of the effect of hydrostatic pressure on the pit corrosion of Fe-20Cr alloy[J]. Electrochimica Acta, 2009, 54（15）： 3915-3922. DOI:10.1016/j.electacta.2009.02.010

[5]BECCARIA A, POGGI G. Effects of some surface treatments on kinetics of aluminium corrosion in NaCl solutions at various hydrostatic pressures[J]. British Corrosion Journal, 2013, 21（1）： 19-22. DOI:10.1179/000705986798272433

[6]BECCARIA A, POGGI G, ARFELLI M, et al. The effect of salt concentration on nickel corrosion behavior in slightly alkaline solutions at different hydrostatic pressures[J]. Corrosion Science, 1993, 24（35）： 989-1005.

[7]BECCARIA A, POGGI G, CASTELLO P. Influence of passive film composition and sea water pressure on resistance to localized corrosion of some stainless steels in sea water[J]. British Corrosion Journal, 1995, 30（4）： 283-287.

[8]屈少鵬， 程柏璋， 董麗華， 等。 2205鋼在模擬深海熱液區中的腐蝕行為[J]. 金屬學報， 2018, 54（8）： 1094-1104.QU Shaopeng, CHENG Bozhang, DONG Lihua, et al. Corrosion behavior of 2205 steel in simulated hydrothermal area[J]. Acta Metallurgica Sinica, 2018, 54（8）： 1094-1104. DOI:10.11900/0412.1961.2017.00472

[9]SEEWALD J, CRUSE A, SACCOCIA P. Aqueous volatiles in hydrothermal liquids from the Main Endeavour Field, northern Juan de Fuca Ridge: temporal variability following earthquake activity[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2003, 216（4）： 575-590.DOI:10.1016/S0012-821X（03）00543-0

[10]DOUVILLE E, CHARLOU J, OELKERS E, et al. The rainbow vent fluids （36°14′N, MAR）： the influence of ultramafic rocks and phase separation on trace metal content in Mid-Atlantic Ridge hydrothermal fluids[J]. Chemical Geology, 2002, 184（1）： 37-48.

[11]JAMES R, GREEN D, STOCK M, et al. Composition of hydrothermal fluids and mineralogy of associated chimney material on the East Scotia Ridge back-arc spreading centre[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2014, 139: 47-71. DOI:10.1016/j.gca.2014.04.024

[12]VENKATESAN R, DWARAKADASA E, RAVINDRAN M. Biofilm formation on structural materials in deep sea environments[J]. Indian Journal of Engineering and Materials Science, 2003, 10（6）： 486-491.

[13]BELLOU N, PAPATHANASSIOU E, DOBRETSOV S, et al. The effect of substratum type, orientation and depth on the development of bacterial deep-sea biofilm communities grown on artificial substrata deployed in the Eastern Mediterranean[J]. Biofouling, 2012, 28（2）： 199-213. DOI:10.1080/08927014.2012.662675

[14]QU S, LI X, GAO K, et al. The effect of exposure angle on the corrosion behavior of low-carbon microalloyed steel under CO2 conditions[J]. Corrosion, 2015, 71（3）： 343-351.

[15]ZHANG Y, PANG X, QU S. Discussion of the CO2 corrosion mechanism between low partial pressure and supercritical condition[J]. Corrosion Science, 2012, 59: 186-197. DOI:10.1016/j.corsci.2012.03.006

[16]尹衍升， 劉濤， 董麗華， 等。 深海極端環境服役材料[M]. 北京： 科學出版社， 2017.YIN Yansheng, LIU Tao, DONG Lihua, et al. Deep Sea Extreme Environmental Service Materials[M]. Beijing: Science Press, 2017.

[17]郭為民， 李文軍， 陳光章。 材料深海環境腐蝕試驗[J]. 裝備環境工程， 2006, 3（1）： 10-15.GUO Weimin, LI Wenjun, CHEN Guangzhang. Corrosion testing in the deep ocean[J]. Equipment Environmental Engineering, 2006, 3（1）： 10-15. DOI:10.3969/j.issn.1672-9242.2006.01.002

[18]侯健， 郭為民， 鄧春龍。 深海環境因素對碳鋼腐蝕行為的影響[J]. 裝備環境工程， 2008, 5（6）： 82-84.HOU Jian, GUO Weimin, DENG Chunlong. Influences of deep sea environmental factors on corrosion behavior of carbon steel[J]. Equipment Environmental Engineering, 2008, 5（6）： 82-84. DOI:10.3969/j.issn.1672-9242.2008.06.018

[19]LUCIANO G, LETARDI P, TRAVERSO P, et al. Corrosion behavior of Al, Cu, and Fe alloys in deep sea environment[J]. La Metallurgia Italiana, 2013, 105（1）： 21-29.

[20]許立坤， 李文軍， 陳光章。 深海腐蝕試驗技術[J]. 海洋科學， 2005, 29（7）： 1-3.XU Likun, LI Wenjun, CHEN Guangzhang. Deep sea corrosion test technique[J]. Marine Sciences, 2005, 29（7）： 1-3. DOI:10.3969/j.issn.1000-3096.2005.07.001

[21]REINHART F M. Corrosion of metals and alloys in the deep ocean, TR-834[R]. California: Naval Construction Battalion Center, 1976.

[22]VENKATESAN R, VENKATASAMY M, BHASKARAN T, et al. Corrosion of ferrous alloys in deep sea environments[J]. British Corrosion Journal, 2002, 37（4）： 257-266. DOI:10.1179/000705902225006633

[23]BECCARIA A, POGGI G. Influence of hydrostatic pressure on pitting of aluminium in sea water[J]. British Corrosion Journal, 2013, 20（4）： 183-186.

[24]YANG Y, ZHANG T, SHAO Y, et al. Effect of hydrostatic pressure on the corrosion behaviour of Ni-Cr-Mo-V high strength steel[J]. Corrosion Science, 2010, 52（8）： 2697-2706. DOI:10.1016/j.corsci.2010.04.025

[25]YANG Y, ZHANG T, SHAO Y, et al. New understanding of the effect of hydrostatic pressure on the corrosion of Ni-Cr-Mo-V high strength steel[J]. Corrosion Science, 2013, 73（8）： 250-261.

[26]李世倫。深海超臨界高溫高壓極端環境模擬與監控技術研究[D].杭州： 浙江大學， 2006. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10335-2006175679.htm

[27]MEHANNA M, BASSEGUY R, DELIA M, et al. Effect of geobacter sulfurreducens on the microbial corrosion of mild steel, ferritic and austenitic stainless steels[J]. Corrosion Science, 2009, 51（11）： 2596-2604. DOI:10.1016/j.corsci.2009.06.041

[28]SAN N, NAZIR H, DONMEZ G. Microbial corrosion of Ni-Cu alloys by aeromonas eucrenophila bacterium[J]. Corrosion Science, 2011, 53（6）： 2216-2221. DOI:10.1016/j.corsci.2011.03.001

[29]NERCESSIAN D, DUVILLE F, DESIMONE M, et al. Metabolic turnover and catalase activity of biofilms of pseudomonas fluorescens （ATCC 17552） as related to copper corrosion[J]. Water Research, 2010, 44（8）： 2592-2600. DOI:10.1016/j.watres.2010.01.014

[30]BHASKAR P, BHOSLE N. Bacterial extracellular polymeric substance （EPS）： A carrier of heavy metals in the marine food-chain[J]. Environment International, 2006, 32（2）： 191-198. DOI:10.1016/j.envint.2005.08.010

[31]BEVILAQUA D, ACCIARI H, BENEDETTI A, et al. Electrochemical noise analysis of bioleaching of bornite （Cu5FeS4） by acidithiobacillus ferrooxidans[J]. Hydrometallurgy, 2006, 83（1/2/3/4）： 50-54.

[32]趙曉棟， 段繼周， 武素茹， 等。 海水中硫酸鹽還原菌作用下Q235鋼表面腐蝕產物的形成和轉化[J]. 中國腐蝕與防護學報， 2008, 28（5）： 299-302.ZHAO Xiaodong, DUAN Jizhou, WU Suru, et al. Formation and transformation of surface corrosion products of Q235 steel influenced by sulfate-reducing bacteria in seawater[J]. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection, 2008, 28（5）： 299-302. DOI:10.3969/j.issn.1005-4537.2008.05.009

[33]牛桂華， 尹衍升， 常雪婷。 海洋微生物對316不銹鋼的電化學腐蝕行為[J]. 化學研究， 2008, 19（3）： 83-90.NIU Guihua, YIN Yansheng, CHANG Xueting. Electrochemical corrosion behavior of 316 stainless steel in marine microbial medium[J]. Chemical Research, 2008, 19（3）： 83-90. DOI:10.3969/j.issn.1008-1011.2008.03.023

[34]YUAN S, CHOONG A, PEHKONEN S. The influence of the marine aerobic pseudomonas strain on the corrosion of 70/30 Cu-Ni alloy[J]. Corrosion Science, 2007, 49（12）： 4352-4385. DOI:10.1016/j.corsci.2007.04.009

[35]馮立超， 喬斌， 賀毅強， 等。 深海裝備材料之陶瓷基復合材料的研究進展[J]. 熱加工工藝， 2012, 41（22）： 132-136.FENG Lichao, QIAO Bin, HE Yiqiang, et al. Development of ceramic matrix composite used in deep-sea equipment[J]. Material and Heat Treatment, 2012, 41（22）： 132-136.

[36]尹士科， 何長紅， 李亞琳。 美國和日本的潛艇用鋼及其焊接材料[J]. 材料開發與應用， 2008, 23（1）： 58-65.YIN Shike, HE Changhong, LI Yalin. Submarine steel and welding consumables used in American and Japan[J]. Development and Application of Materials, 2008, 23（1）： 58-65. DOI:10.3969/j.issn.1003-1545.2008.01.015

[37]STACHIEW J, KURKCHUBASCHE R. Ceramics show promise in deep submergence housings[J]. Sea Technology, 1993, 34（12）： 35-41.

[38]李嘉， 尹衍升， 劉俊友， 等。 3Y-TZP/Fe-Al復合材料化學相容性分析[J]. 無機材料學報， 2004, 19（4）： 859-864.LI Jia, YIN Yansheng, LIU Junyou, et al. Chemically compatibility analysis of 3Y-TZP/Fe-Al composite[J]. Journal of Inorganic Materials, 2004, 19（4）： 859-864. DOI:10.3321/j.issn:1000-324X.2004.04.025

[39]李成杰。深海陰極保護過程研究及其在溫躍層環境下數學模型的建立[D].青島： 中國海洋大學， 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10423-1014369114.htm

[40]劉淮。 國外深海技術發展研究（上）[J]. 船艇， 2006, 258（10）： 6-18.LIU Huai. Research on development of overseas deep ocean technologies （I）[J]. Ships and Yachts, 2006, 258（10）： 6-18.

[41]尹衍升， 黃翔， 董麗華。 海洋工程材料學[M]. 北京： 科學出版社， 2008.YIN Yansheng, HUANG Xiang, DONG Lihua. Marine Engineering Materials Science[M]. Beijing: Science Press, 2008.

[42]張德志。 國內外高強度浮力材料的現狀[J]. 聲學與電子工程， 2003（3）： 45-47.ZHANG Dezhi. Current status of high strength float materials at home and abroad[J]. Acoustics and Electronics Engineering, 2003（3）： 45-47.

[43]劉淑青。 高強度輕質浮力材料研究[J]. 海洋技術， 2007, 26（4）： 118-120.LIU Shuqing. Research on high-intensity light buoyancy materials[J]. Ocean Technology, 2007, 26（4）： 118-120. DOI:10.3969/j.issn.1003-2029.2007.04.031

[44]LIU L, CUI Y, LI Y, et al. Failure behavior of nano-SiO2 fillers epoxy coating under hydrostatic pressure[J]. Electrochimica Acta, 2012, 62: 42-50. DOI:10.1016/j.electacta.2011.11.067

[45]FAY F, CARTEAU D, LINOSSIER I, et al. Evaluation of anti-microfouling activity of marine paints by microscopical techniques[J]. Progress in Organic Coatings, 2011, 72（3）： 579-585. DOI:10.1016/j.porgcoat.2011.04.002

[46]KANDEMIR E, ALYURUK H, CAVAS L. Fouling organisms on the rebars and protection by antifouling paint[J]. Anti-Corrosion Methods and Materials, 2012, 59（5）： 215-219. DOI:10.1108/00035591211265442

[47]海洋科學和技術綜合專題組。 2020年中國海洋科學和技術發展研究[C]//2020年中國科學和技術發展研究暨科學家討論會。北京： [s.n.], 2004: 726-750.The Comprehensive Task Force of Marine Science and Technology. Research on China′s marine science and technology development in 2020[C]//Research on China′s Scientific and Technological Development in 2020-Scientists Symposium. Beijing: [s.n.], 2004: 726-750.

[48]屈少鵬， 范春華， 李雪瑩， 等。上海海事大學關于深海材料腐蝕與防護研究平臺與裝備的進展[C]//第二屆海洋材料腐蝕與防護大會。北京： [s.n.], 2015.QU Shaopeng, FAN Chunhua, LI Xueying, et al. Progress of the research platform and equipment for corrosion and protection of deep-sea materials in Shanghai Maritime University[C]//2nd Marine Materials Corrosion and Protection Conference. Beijing: [s.n.], 2015.

[49]楊炳忻。 香山科學會議第420-424次學術討論會簡述[J]. 中國基礎科學， 2012, 14（4）： 22-29.YANG Bingxin. Brief introduction to Xiangshan science conferences of Nos. 420-424[J]. China Basic Science, 2012, 14（4）： 22-29. DOI:10.3969/j.issn.1009-2412.2012.04.004