摘要：中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)2013年度科技進(jìn)步獎(jiǎng)評(píng)審結(jié)果，已于2013年12月26日在學(xué)會(huì)官網(wǎng)（www.cscp.org.cn）予以公示，其中由中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室申報(bào)的“油氣田鋼質(zhì)管道提高壽命關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”；由海軍裝備技術(shù)研究所申報(bào)的“復(fù)合電位電偶腐蝕控制技術(shù)”；由長(zhǎng)園長(zhǎng)通新材料有限公司申報(bào)的“一種高阻水強(qiáng)密封自修復(fù)新型粘彈體防腐材料的研發(fā)”；由中海油研究總院申報(bào)的“海底管道CO2-H2S腐蝕規(guī)律與預(yù)測(cè)研究”；由劉彥、王唐建、黃留群申報(bào)的“改性無(wú)溶劑環(huán)氧玻璃鋼防腐材料在油氣管道的應(yīng)用”七大項(xiàng)目，獲得一等獎(jiǎng)。

　　材料環(huán)境斷裂機(jī)理多層次及跨尺度關(guān)聯(lián)研究

　　項(xiàng)目名稱(chēng)：材料環(huán)境斷裂機(jī)理多層次及跨尺度關(guān)聯(lián)研究

　　主要完成人：喬利杰、宿彥京、李金許、白洋、巖雨

　　主要完成單位：北京科技大學(xué)

　　2013年由北京科技大學(xué)申報(bào)的 “材料環(huán)境斷裂機(jī)理多層次及跨尺度關(guān)聯(lián)研究” 榮獲中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，該項(xiàng)目已獲得4項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利。

　　該項(xiàng)目屬于傳統(tǒng)材料領(lǐng)域。通過(guò)對(duì)宏觀、位錯(cuò)和原子三個(gè)層次上應(yīng)力腐蝕的研究，明確了各個(gè)層次間的跨尺度關(guān)聯(lián)，探討了微觀過(guò)程和宏觀規(guī)律之間的內(nèi)在聯(lián)系。這也是該項(xiàng)目的特點(diǎn)。項(xiàng)目在宏觀層次主要研究了氫和膜致附加應(yīng)力，以及氫對(duì)應(yīng)力腐蝕（SCC）敏感性的定量貢獻(xiàn)。在位錯(cuò)層次，利用透射電鏡（TEM）研究了厚試樣內(nèi)部SCC裂尖的形貌以及位錯(cuò)與SCC微裂紋和裂尖鈍化膜三者間的關(guān)系，并對(duì)比薄試樣，研究了兩種試樣裂尖附近的異同。在原子層次，該項(xiàng)目主要利用掃描隧道顯微鏡（STM）對(duì)Cu單晶進(jìn)行了SCC的原位觀察，并利用分子動(dòng)力學(xué)建立了鈍化膜促進(jìn)Cu單晶位錯(cuò)發(fā)射和裂紋擴(kuò)展的三維模擬。項(xiàng)目重點(diǎn)研究了三個(gè)層次間的跨尺度關(guān)聯(lián)性， 提出了反映微觀過(guò)程與宏觀規(guī)律向?qū)?yīng)的應(yīng)力腐蝕機(jī)理， 為新材料的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。

　　應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC）是個(gè)老問(wèn)題，但關(guān)于SCC的機(jī)理以及在實(shí)際應(yīng)用中如何防止SCC發(fā)生都是沒(méi)有解決的老大難問(wèn)題，廣泛應(yīng)用的管線鋼、不銹鋼以及核電用鋼等材料的應(yīng)力腐蝕一直是研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。金屬材料的SCC 歸根到底是在腐蝕和應(yīng)力耦合作用下，微裂紋的形核和擴(kuò)展過(guò)程，而微裂紋的形核是由原子鍵的斷裂引起的。因此SCC過(guò)程跨越原子層次（原子鍵斷裂）、納米層次（納米尺寸的裂紋形核）、微米層次（納米裂紋擴(kuò)展為的微米級(jí)裂紋）直至肉眼可見(jiàn)的宏觀裂紋。只有進(jìn)行跨尺度關(guān)聯(lián)研究，揭示不同層次材料缺陷產(chǎn)生和發(fā)展的機(jī)理，才能弄清材料發(fā)生SCC的機(jī)理，這不僅在理論上有重大意義，對(duì)材料設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，提高材料服役安全可靠性也是非常關(guān)鍵的。在機(jī)理研究方面，不同的研究層次（如宏觀層次，微觀或位錯(cuò)層次以及原子層次），SCC有不同的描述，存在不同的爭(zhēng)議。這種不同層次研究之間的跨尺度關(guān)聯(lián)一直是人們關(guān)心的核心問(wèn)題。從宏觀層次來(lái)說(shuō)，SCC是由氫脆控制還是由陽(yáng)極溶解過(guò)程所控制，這對(duì)很多SCC體系來(lái)說(shuō)就存在爭(zhēng)議。由于氫致開(kāi)裂（HIC）型SCC的微觀機(jī)理和陽(yáng)極溶解型SCC的微觀機(jī)理有本質(zhì)不同，因而從宏觀層次上確認(rèn)SCC的類(lèi)型是研究SCC微觀機(jī)理的先決條件。不僅如此，它對(duì)制定SCC對(duì)策也起關(guān)鍵作用，因此需要從宏觀、微觀和原子層次系統(tǒng)研究典型體系的環(huán)境斷裂問(wèn)題，并將三個(gè)層次跨尺度關(guān)聯(lián)性作為重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

　　項(xiàng)目研究期間發(fā)表了20篇SCI文章，在多個(gè)國(guó)際和國(guó)內(nèi)會(huì)議上進(jìn)行了特邀報(bào)告，培養(yǎng)了2名博士畢業(yè)生和5名碩士畢業(yè)生，并有5名博士生和6名碩士生在讀。舉辦了5次國(guó)際和國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議，參與人數(shù)超過(guò)800人。

　　該項(xiàng)目的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及創(chuàng)新點(diǎn)

　　·從宏觀、微觀和原子三個(gè)層次對(duì)SCC機(jī)理進(jìn)行全方位研究，通過(guò)SCC附加應(yīng)力以及它對(duì)位錯(cuò)發(fā)射、運(yùn)動(dòng)的促進(jìn)作用把這三個(gè)層次有機(jī)聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)跨尺度關(guān)聯(lián)。

　　·觀察到SCC時(shí)裂尖前方原子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并把它和分子動(dòng)力學(xué)模擬相比較，是SCC機(jī)理研究的一個(gè)突破。

　　·從位錯(cuò)層次找到厚、薄試樣SCC裂尖組態(tài)的異同， 解決了SCC研究中一個(gè)困擾已久的問(wèn)題。

　　材料環(huán)境敏感斷裂的跨尺度關(guān)聯(lián)性是關(guān)系到材料安全長(zhǎng)效服役設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。喬利杰教授團(tuán)隊(duì)在宏觀、位錯(cuò)和原子層次對(duì)典型材料體系進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)和模擬工作， 建立了多層次和跨尺度的關(guān)聯(lián)性。研究目標(biāo)定位準(zhǔn)確，研究思路清晰，研究?jī)?nèi)容全面，技術(shù)路線和設(shè)計(jì)指標(biāo)先進(jìn)， 實(shí)施方案合理可行，課題研究隊(duì)伍有良好的前期基礎(chǔ)。所申報(bào)項(xiàng)目成果豐富，發(fā)表了多篇高水平論文，培養(yǎng)了多名博士和碩士研究生，受到國(guó)際和國(guó)內(nèi)同行的高度重視，其研究水平達(dá)到了世界前沿水平。