钛合金深海应力腐蚀研究

基于对钛合金应用及研究报道的梳理，综述了钛合金深海应力腐蚀产生原因及机理，探讨了静水压力、溶解氧含量、pH值和温度等深海环境因素对应力腐蚀开裂的影响，以期为今后钛合金深海应力腐蚀开裂等局部腐蚀行为及机制的深入研究提供参考，为优化钛合金组织性能，建立深海先进钛合金材料体系提供支撑。

随着钛合金在深海工程和装备上应用需求的不断增长，我国钛合金材料领域已得到长足的进步，但在应用中尚存在诸多亟待解决的问题，这包括材料成本高、材料体系不健全、缺乏设计评价标准。而制约深海钛合金材料开发和应用的核心问题是基础研究不足。通过总结可见，钛合金在海洋环境中的耐蚀性优异，但在特殊环境中仍能表现出应力腐蚀敏感性。钛合金自身合金成分、相组成、结构类型等材料因素，焊接、热处理等加工过程，以及服役环境和工况条件都是影响其应力腐蚀开裂行为和机制的重要方面。因此，未来钛合金深海环境应力腐蚀研究方向应包含以下几个方面：

(1) 对合金元素和杂质元素含量以及组织构成比例等对钛合金应力腐蚀性能的影响进行量化描述，有助于准确评估钛合金的深海环境失效风险，为优化钛合金成分组织、提高抗应力腐蚀性能提供支撑。

(2) 随着钛合金结构向着大型化和复杂化方向发展，其在深海服役时将承受多重载荷的耦合作用，如深海压力，极端浪涌和深浅交变带来的周期性低频载荷，焊接等后处理过程带来的内应力，碰撞、爆炸等冲击载荷，这极易造成局部应力集中，加之复杂苛刻的深海腐蚀环境，使材料的应力腐蚀风险成倍增加。因此，揭示深海复杂腐蚀环境—多重载荷工况对钛合金应力腐蚀的协同效应，对于推动钛合金深海装备新结构、新工艺的应用和发展具有重要的科学价值和实际意义。

(3) 应用研究表明，海洋生物附着对钛合金的腐蚀影响不大，但会显著降低钛合金构件的工作效率；深海环境中宏观生物较少，微生物则可能成为影响钛合金抗应力腐蚀性能的主要生物因素，特别是微生物新陈代谢诱导H的生成和渗透，可能加速钛合金的氢致开裂。但是由于微生物活动的复杂性，生物膜内SRB与金属表面的相互作用缺乏深入的研究，其诱导腐蚀机理和腐蚀过程尚不清楚。因此，包括钛合金在内的深海合金材料的应力腐蚀开裂与深海微生物的相关性也是今后需解决的关键问题。

图 TC4钛合金在无水乙醇中的应力腐蚀开裂断口截面形貌