近日，中国海洋大学与滨州魏桥国科高等技术研究院（以下简称“高研院”）合作完成的两项重要成果，相继在国际腐蚀领域顶刊《Corrosion Science》发表。中国海洋大学陈守刚教授和高研院李涛研究员共同担任通讯作者，高研院侯悦博士为第一作者。研究聚焦7xxx系高强铝合金在海洋工程、氢能储输两大关键场景的腐蚀失效痛点，深度解析腐蚀机制，为高端装备材料的安全应用提供了坚实的理论支撑与工程参考。

7xxx系高强铝合金凭借“高强度+轻量化”的独特优势，成为海洋工程承重结构、氢能储氢罐内胆等关键部件的首选材料——既能降低海洋装备能耗，又能提升氢能储输效率，是支撑海洋强国战略与氢能产业发展的关键基础材料。但在实际服役中，它却面临两大“致命挑战”：氢能储输场景下，铝合金会吸收氢能产生的原子氢，引发氢脆，导致材料韧性骤降、突发断裂；海洋环境中，硫酸盐还原菌等微生物通过代谢活动破坏铝合金表面钝化膜，加速应力腐蚀开裂，大幅缩短装备服役寿命。

基于此，联合团队首先针对氢能储输中的氢脆问题，创新结合原位/预充氢实验与多尺度模拟，系统阐明了7xxx铝合金的氢脆行为与机制。研究表明，氢脆机制呈现显著的浓度依赖性。低氢浓度下，氢促进局部塑性变形（HELP机制），延缓颈缩开裂；高氢浓度下，氢会削弱晶界结合力（HEDE机制），引发沿晶断裂。值得关注的是，原位充氢条件下，铝合金氢脆敏感性显著降低，氢脆敏感性指数HEI仅为10.3%，为储氢装备的优化设计与安全运行提供了重要启示。

与此同时，针对海洋环境中脱硫弧菌引发的微生物腐蚀与应力腐蚀问题，团队通过电化学测试、微生物分析与原位慢应变率拉伸实验，揭示了微生物腐蚀的核心机制。发现脱硫弧菌通过胞外电子转移（EET）直接获取铝合金表面电子，其代谢产物硫化物进一步破坏钝化膜、诱发点蚀，成为应力腐蚀裂纹的起源。在此基础上，团队进一步优化出适配不同环境的最优阴极保护电位，生物介质（含脱硫弧菌）中最优电位为-1050 mV（vs SCE），非生物介质中为-800 mV（vs SCE）。该结果为海洋工程中铝合金结构的阴极保护方案提供了精准的电位窗口。

两项研究不仅深化了对高强铝合金在苛刻环境下失效机制的科学认识，更从“氢环境”与“微生物环境”两个维度，为我国重大工程中材料选型、工艺优化与寿命评估提供了直接参考。

图1 电化学充氢及SSRT实验示意图：（a）预充氢，（b）原位充氢

图2 7xxx铝合金在（A）未充氢、（B）低氢浓度和（C）高氢浓度环境下氢脆机理示意图

图3 配备原位电化学工作站与恒电位仪的慢应变速率拉伸装置

图4 7xxx铝合金在D. vulgaris介质中的SCC机理示意图：（a）初始阶段，（b）成熟阶段

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113291

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113531

作者介绍:

陈守刚：通讯作者，中国海洋大学教授、博士生导师。主要从事海工装备材料及其防护技术研发，围绕海洋耐蚀材料与涂层防护、生物污损与抗菌材料、智能自修复防护涂层、材料多尺度仿真模拟、极端环境微生物腐蚀评价、环境净化电催化纳米材料、海洋微纳能源与自驱动防污等方面开展基础和应用基础研究。近五年课题组先后主持国家自然科学基金重点/面上/青年项目、省部级课题等20余项，在Angewandte Chemie International Edition, Advanced Functional Materials, Nano Energy, Applied Catalysis B: Environmental, Corrosion Science, Nano Today, Chemical Engineering Journal等杂志发表SCI论文300余篇。

李涛：通讯作者，滨州魏桥国科高等技术研究院研究员，金属材料中心副主任。主要从事功能涂层设计构筑与应用、先进表面工程技术、高纯氧化铝研发。

侯悦：第一作者，滨州魏桥国科高等技术研究院博士后。主要从事铝合金表面腐蚀与防护相关研究。