哈尔滨工程大学坐落于美丽的松花江畔——北国冰城哈尔滨市。学校前身是创建于 1953 年的中国人民解放军军事工程学院（“哈军工”）。学校现隶属于国家工业和信息化部，是我国“三海一核”（船舶工业、海军装备、海洋开发、核能应用）领域重要的人才培养和科学研究基地。腐蚀与防护实验室所属的材料科学与化学工程学院源于 1970年成立的“潜艇与鱼雷动力能源研究室”（对外称新能源研究室）和 1978 年成立的金属材料热处理研究室。学院现有实验室面积约 8186㎡ ，拥有设备资产约9000 余万元，其中大型仪器设备包括：

    透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、500MHz 超导核磁共振波谱仪等。

    腐蚀与防护实验室成立于 2005 年 7月，在随后成长的岁月里一直受到中国腐蚀与防护学会王福会理事长和李晓刚秘书长的关心。至今，实验室已走过了十个年头，形成了一定的研究方向和特色，成为船海领域培养腐蚀与防护人才的一个重要基地。下面对实验室的研究方向和成果进行简单介绍：

    （1）金属表面工程技术处理对材料腐蚀行为的影响：近年来国际材料界对纳米材料的研究表明，大多数纳米金属或合金均具有优于相应的常规材料的耐腐蚀性能；对孪晶材料的研究也表明，材料中高共格孪晶的存在大大提高了材料的耐局部腐蚀性能，该研究方向设想制备出同时具备两种结构的高耐蚀性的纳米孪晶材料。已通过优化工艺参数利用磁控溅射技术制备具出纳米孪晶结构的铝涂层孪晶结构长度大约 100nm，孪晶片层之间距离为 30 － 50 nm；利用电沉积技术制备出了孪晶片层厚度为18nm 的镍。通过动电位极化曲线、交流阻抗、电化学噪声等电化学测试技术对其腐蚀行为进行研究，发现纳米孪晶化显著提高了纯铝、镍的耐腐蚀性能。

    镁合金防护涂层的防腐蚀效果至今依旧差强人意。其中一个重要的原因是当前的研究大多处于“就事论事”的阶段，缺乏对共性问题的讨论，工艺设计理论研究严重滞后。在众多的化学转化膜中，磷酸盐转化膜耐蚀性能最好且成本低廉，是一种代表性的化学转化膜。

    其工艺设计思想可以概括为：1）设计H 3 PO 4 -H 2 PO 4 --HPO 4 2- 的复杂缓冲溶液，并在其中添加Zn 2+ 、 Ca 2+ 、 Mn 2+ 等离子 ； 2）镁与 H + 离子反应造成合金表面的 pH 值升高，Mg 2+ 、Zn 2+ 等离子与 PO 4 3- 离子发生共沉积， 形成复杂的磷酸盐沉积物；3）随后这些离子发生电离补充减少的H + 、PO 4 3- ，然后周而复始最终获得理想的磷酸盐转化膜。基于这一理念，我们提出了用“总酸度 /pH 值”的概念代替pH 值来进行磷酸盐转化膜工艺设计的思想，制备出的磷酸盐转化膜的耐蚀性能最大可以提高 4 倍，盐雾实验 200 小时盐雾试验腐蚀面积 <1%。

    在通讯及 3C 电子工业中，迫切需要镁合金表面转化膜兼具较高的耐蚀性和良好的导电性，而这是一对相互矛盾的性能指标。通过系统地研究，我们突破了这一难题，提出了全新的工艺设计思想：利用酸性环境促进 AZ91 镁合金的微电偶腐蚀速度， 使得α相优先溶解，β 相突出形成足够数量导电斑点，从而降低了收缩电阻（图 2b,c）；然后利用高氧化性介质导致 β 相表面钝化，形成薄且致密的钝化膜，从而降低了膜电阻，较低的收缩电阻和膜电阻保证了转化膜良好的导电性；再通过调整总酸度/pH 值，使得 α 相上能形成具有一定厚度且致密、均匀的磷化膜。这样不仅有效地提了高转化膜的电荷转移电阻，使其具有较高的耐蚀性（图 2 d），还保证了转化膜的导电性。根据这一理念所制备的转化膜膜厚 300nm 左右，膜层接触电阻 <10 mΩ，盐雾寿命达到 48小时，完全满足某企业通讯器材用镁合金的技术要求，并开展了初步规模的中试生产，取得了非常好的效果。

    同时还开展了镁合金、铝合金等阀金属的表面微弧氧化的基础应用研究，图 3 是部分已应用的表面微弧氧化的船舶零部件。

    相关研究结果已在知名专业 SCI 专业 期 刊 Journal of The ElectrochemicalSociety，Electrochimica Acta，CorrosionScience，Scripta Materialia 上连续发表，相关技术已获得授权发明专利 3 项。

    （2）海洋环境对常用海洋结构钢腐蚀行为的影响：随着我国海洋战略的实施，材料在海洋环境下的腐蚀问题日益突出。该研究方向主要针对船舶、深潜器材料及海洋工程材料等在海洋大气和深海条件下的腐蚀与防护展开较为深入的研究。该研究方向能够和哈尔滨工程大学的“三海一核”优势学科进行交叉，为“三海一核”工程技术的应用提供材料方面的理论支持。与浅海环境相比，深海环境存在巨大静水压力，此外，溶解氧、温度、pH 值、盐度等因素与表层海水环境因素也明显不同，因而具有其独特的环境特性。这种服役环境的变化往往使得浅海环境下性能优良的材料在深海环境中发生耐蚀、力学等性能的显著变化。在深海环境条件下，这种材料性能恶化导致的失效构件很难进行更换或维修，甚至直接引发严重的工程事故，所以深海环境下对材料结构和功能可靠性的要求远远高于陆地和浅海环境下。对海工材料在深海环境中的腐蚀行为及与之相关的力学性能退化现象进行研究并发展相应的防护技术成为人类进行海洋资源开发过程中必须解决的一个重要课题。目前，实验室较为系统地开展了钝性材料、活性溶解材料的深海环境下的腐蚀行为，发现深海环境中，钝性金属表面的钝化膜成长速度变慢、膜内缺陷增加，导致钝性金属的耐蚀性能变差。同时发现不同几何形状蚀坑的静水压力分布存在显著的差异，应力分布差异与电化学过程的交互作用是影响材料腐蚀机制的主要因素，在此基础上提出了深海腐蚀是“正弹性应力作用下的电化学腐蚀过程”的观点。该观点受到意大利国家科学委员会海洋科学研究所的 E.Canepa 教授及俄罗斯圣彼得堡大学的 G.Pronina 教授等国际同行的关注。

图1 高密度纳米孪晶镀层的透射电镜照片及其耐蚀行为表征

图2 （a）接触电阻示意图，（b）导电-耐蚀功能性转化膜工艺设计理论示
   意图，（c）激光共聚焦显微镜结果表明β相作为导电斑点突出镁合金表面，
（d）不同处理时间对导电性与耐蚀性的影响，（e）导电-耐蚀功能性转化膜
的TEM结果

    另外，运用此方向上的钢铁腐蚀过程的渗氢研究成果，已成功为某企业解决了大型采煤支架实心活柱镀层氢鼓泡的问题（图 4）。目前，在该方向的研究结果已分别在 Corrosion Science，Materials and Corrosion,Electrochimica Acta上发表，获得国家授权发明专利 5 项。

图3 微弧氧化技术处理的铝合金船舶零部件

图4 大型采煤支架实心活柱镀层的氢鼓泡

    （3） 海洋工程结构阴极保护和海水管路系统冲刷腐蚀仿真计算与优化设计：针对海洋工程结构腐蚀评估需求，基于多物理场耦合大型评估仿真平台，开展多因素耦合条件下海洋工程结构腐蚀仿真评估模型和方法研究，建立水下部位和典型海水管路的腐蚀仿真模型。

    通过开展腐蚀仿真和验证试验，对评估模型的精度进行验证，对评估输入条件和模型进行完善和优化。在此技术上，计算多因素耦合作用条件下水下海洋工程结构和海水管路的综合腐蚀速率，并对设计方案中采用的防腐措施的预期防护效果进行评价，从而实现对防腐蚀设计方案的评估，并找出技术设计阶段腐蚀防护方案存在的薄弱环节，提出改进和优化建议。将海洋工程及管路腐蚀破坏的隐患消灭在设计制造阶段，从而为它们的延寿做出贡献。

    （4）海洋重防腐自修复涂料的研发。与国外相比，我国在重防腐涂料方面的研究和应用尚有很大差距。目前采用富锌底漆 + 氯化橡胶中间漆 + 氯化橡胶面漆的配套体系，在大气曝晒下只有 3 年的防护期效，在盐雾、潮湿等环境中防护期效不超过2年， 在南海的 “三高”环境下，防护期更短，无法达到 10年的高标准防腐设计。因此，该方向针对这些问题，已经开展了近 8 年的研究工作，相关工作已陆续在国际知名专业期刊 Corrosion Science, Corrosion 等上发表。

图5 普通涂料扫描电化学显微镜测试结果

图6 该实验室自制的一台模拟海水管路冲刷腐蚀测试的实验装
置，与电化学工作站连接可以原位监测材料的腐蚀过程及防腐
涂层失效过程

    总之，哈尔滨工程大学腐蚀与防护实验室还比较年轻，已经汇聚了一批有志于研究海洋材料腐蚀的青年学子，成为我国海洋工程腐蚀与防护人才培养的重要基地之一。但所取得的这些成果离不开各位腐蚀前辈和同行的关怀和支持，在此表示衷心的感谢！欢迎各位同行光临美丽的哈尔滨做客，继续为我们的实验室的发展提出宝贵意见！

    作者简介

    孟国哲，博士，教授，博士生导师。中国腐蚀与防护学会常务理事，国际期刊Global Journal ofPhysical Chemistry、中国腐蚀与防护学报编委。从事海洋环境下材料的腐蚀与防护研究工作。作为项目负责人承担科国家级研课题多项。目前在Corrosion Science、Electrochimica Acta、Scripta Materialia、Journal of The Electrochemical Society、中国科学、中国腐蚀与防护学报等国内外知名刊物发表论文60余篇。目前感兴趣的研究领域有：表面改性对金属材料腐蚀行为的影响；深海环境对常用海洋结构钢腐蚀行为的影响；环境-力交互作用对材料腐蚀行为的影响。