中国海洋大学《Corrosion Science》：海工装备用铜镍合金腐蚀机制取得重要进展！

海底管道的安全运行是实施“海气落地”能源战略的重要保障，常被称为海洋油气工程的“生命线”。海底管道一旦发生腐蚀，造成油气泄漏，不仅会导致海上油田停产，而且会对海洋生态系统造成不可估量的破坏。焊接是应用最广泛、性价比最高的整体管道连接技术之一。但易产生非均质结构，影响材料的力学特性和耐腐蚀性。在焊接过程中，温度分布的不均匀会导致焊接接头的组织演变不均匀，形成三个明显的区域，即母材区（BM）、热影响区（HAZ）和焊接区（WZ）。由于焊接过程中局部加热和快速冷却，HAZ和WZ结构发生变化，产生相变应力，导致焊接接头与BM之间的腐蚀敏感性变化较大。因此，海洋环境下异型合金结构（焊接接头等），焊接接头往往是海底管道工程中最薄弱的环节，其失效将危及整个工程的安全。

基于上述论述，中国海洋大学材料科学与工程学院陈守刚教授团队致力于从材料表/界面-微生物-力学-电化学交互作用出发，评价海工装备用铜镍合金管的服役性能，探明其多因素强耦合损伤规律与失效机制。相关研究成果近期发表在国际材料领域一流学术期刊Corrosion Science（2024, 230: 111947）与Engineering Failure Analysis（2024, 160: 108184）上，系统性的揭示了界面微观结构、腐蚀性离子和脱硫弧菌所致铜镍合金焊接接头腐蚀特性的影响，明确了海洋环境下铜镍合金管异型合金结构——焊接接头的腐蚀特性机制。该研究是课题组继在脱硫弧菌与拉应力耦合作用下铜镍合金应力腐蚀开裂行为及机理研究（Corrosion Science, 2023, 225: 111617）后，在铜镍合金腐蚀研究方面的又一重要标志性成果。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X24001318

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630724002309

针对海洋环境下实际服役的铜镍合金焊接接头，研究了其多环境因素下腐蚀敏感性及失效机理研究。研究发现铜镍合金焊接接头的显微组织演化和耐腐蚀性受焊接影响；在铜镍合金焊接接头的不同区域观察到明显梯度变化的腐蚀行为；HAZ前期始终表现出较高的局部腐蚀敏感性，脱硫弧菌显著加速了以HAZ为阳极的电偶腐蚀；后期WZ从最初受保护的阴极转变为加速腐蚀的阳极；异种金属焊接引起的不对称腐蚀导致铜镍合金焊接接头内部存在不对称差异腐蚀。其中，在HAZ/WZ界面处的深度腐蚀扩展是宏观电偶效应、微观电偶效应（硫化物和合金基体）以及脱硫弧菌共同作用的结果。

论文第一作者是中国海洋大学博士研究生蒲亚男、侯悦，通讯作者为中国海洋大学陈守刚教授。该项工作得到了国家自然科学基金山东联合基金重点、国家自然科学基金面上项目和中央高校基本科研业务费的支持。

图1铜镍合金焊接接头在脱硫弧菌介质中的腐蚀机制示意图（a-d）。

图2有限元法计算的铜镍合金焊接接头在（A）、（a）浸泡1天和（B）、（b）28天后局部电流密度分布。

*感谢论文作者团队的大力支持。