【研究室总体介绍】

本研究室现有固定科研人员3名，其中教授/博导2名、副教授/硕导1名，客座教授1名，博士后1名。在读博士和硕士研究生50余名。

海洋腐蚀与先进功能涂层研究室依托国家材料环境腐蚀平台、国家材料腐蚀与防护科学数据中心、北京市腐蚀、磨蚀与表面技术重点实验室以及天津材料环境腐蚀教育部野外科学观测研究站等研究平台，长期开展材料海洋腐蚀、先进防护涂层、新能源材料及服役性能等方面的理论与应用研究。承担了国家科技基础资源调查专项、国家科技基础条件平台建设项目、国家重点研发专项课题、国家自然科学基金项目以及技术基础研究项目和企业横向协作项目等课题30余项。在 Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv.Sci., J.Mater.Chem.A, Small, ACS Appl.Mater.Inter., Appl.Catal B-Environ., Chem. Eng. J.,Corrosion Science等学术刊物发表 SCI 论文 180 余篇；申请发明专利25项，授权21项；参与制定国家标准2项，行业标准2项，团体标准52项。申请中国发明专利35项，已授权32项；参与制定国家标准4项，行业标准2项，团体标准52项；获国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步一等奖8项，二等奖2项。为新装备新材料研发奠定了材料腐蚀数据、试验评价与防护技术基础，在海洋工程、船舶、航空航天等重大工程及装备制造中获得了广泛应用，产生了显著的社会效益，也取得了重大的经济效益。

【研究室成员介绍】

吴俊升、王德仁、张博威

【研究室主要研究方向】

1.  海洋腐蚀与防护

2.  先进功能涂层技术

3.  先进耐蚀新材料

【研究室主要研究内容及科研成果】

（一）“一带一路”材料腐蚀联网观测与多模态智能数据平台构建

针对我国海洋战略实施和共建“一带一路”中国工程装备材料全球化环境服役数据缺乏的迫切需求，在科技部科技基础资源调查专项“一带一路沿线材料腐蚀及典型环境特征科学调查”项目的支持下，系统开展了东亚、东南亚、南亚、中东、东北非、欧洲、中亚及南极等海上丝绸之路沿线典型环境下材料腐蚀情况和环境特征的调查研究，建立了由20个海外环境腐蚀试验站点组成的全球化材料腐蚀大数据联网观测研究体系，系统积累了包括碳钢、不锈钢、铝合金、涂层和高分子共11种常用材料在国外典型环境下的腐蚀大数据665 万余条，采集腐蚀形貌照片2000余张，收集工程装备材料腐蚀案例60个，系统阐明了材料在 “一带一路”沿线及全球化典型自然环境中的腐蚀行为与规律，为国外典型腐蚀环境严酷度分类分级提供了依据，设计建立了国际上首个“一带一路”材料腐蚀数据库及多模态智能化网络共享平台。该项目是继 ISO-CORRAG、ICP/UNECE 和 MICAT 等三大“材料腐蚀国际合作计划”后，首次由我国主导完成的国际材料环境腐蚀联合研究计划，开创了材料环境腐蚀大数据全球化联网观测研究新范式，为工程装备在全球极端环境下长期服役的选材设计、腐蚀防护以及标准制修订工作提供了重要参考依据。

（二）基于高分辨电子显微分析的金属腐蚀微纳米失效机制

研究发展了多种金属腐蚀失效微纳米电化学测试方法，从微纳观尺度上深入揭示了金属在腐蚀过程中的电位、电流、电阻的分布演化规律，系统阐明了铝合金、铜合金、不锈钢、高熵合金等金属材料不同尺度第二相、微观缺陷和局部应力等诱发腐蚀的起源和演化发展过程新机理，为新一代高强耐蚀材料性能调控提供了理论依据。首次采用自制纳米电极试样直接观察研究了铜、镍、不锈钢等钝态金属钝化膜的高分辨透射电子显微结构，从原子尺度上明确了钝化膜在不同溶液介质和电位下的结构组成分布和外延生长机制。相关研究成果在Corrosion Science, Journal of Materials Science and Technology, Electrochemistry Communications, Small, Nano research, Materials Characterization等期刊发表论文20余篇，在国内外学术会议报告10余次。

（三）新型绿色高效金属基防腐涂层及表面处理技术

针对严酷海洋环境腐蚀防护和高温防护难题，研发了新型连续大面积阴极等离子电解沉积（CPED）涂层制备及表面处理技术，解决了传统阴极等离子电解电流密度大、无法大面积沉积涂层的技术瓶颈，实现了在钢铁、铝、镁合金和镍基合金表面制备具有冶金结合的金属（Ni、Cr等）和陶瓷涂层。CPED过程将电、热、化学和机械四种效应集于一体，不但可以使涂层制备效率大幅提升，而且不需要采用酸洗、碱洗、活化、预镀等复杂预处理，也无污染物排放，是一种绿色高效的金属表面涂层制备新技术，而且在高能等离子体的作用下，可以彻底解决轻金属表面电沉积金属镀层结合力差和缺陷多等问题，具有明显的特色与优势：沉积效率较传统电镀提高10倍以上，沉积金属的速度不低于5um/min；结合力较传统电镀提高2倍以上（热震法、划痕法）；典型金属涂层（Ni基）表面硬度 Hv≥500；并具有良好的耐磨和耐蚀性能。该新技术在超大跨缆索高强钢丝、轻合金、航空结构件、功能粉体材料等表面处理领域具有广泛的应用前景。

（四）洋工程用耐蚀铜合金的微观腐蚀机理与优化设计

铜合金因其优异的抗腐蚀性、高强度、可加工性及抗微生物附着能力，广泛应用于海洋工程中，如海水淡化装置、船舶设备、海洋采油平台及冷凝管等。然而，在实际使用环境中，复杂的海洋环境条件下铜合金面临的点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂及微生物腐蚀等问题都源于对其微观腐蚀机理及其与组织结构关联机制的认识不足，这极大限制了其综合服役性能的进一步提升。基于微观表征和多尺度模拟计算有助于深度阐述铜合金表面氧化膜形成及破坏机制，系统揭示海工铜合金成分-结构-工艺-性能之间的构效关系，建立铜合金腐蚀行为的动态演化模型，通过优化设计开发适用于服役场景的新型耐蚀铜合金。研究成果在Corrosion Science（2024,232:112040）、Journal of Materials Science & Technology（2023,158:96-110）、Nano Research（2018,11:4225-4231）等期刊发表论文10余篇。

（五）新型高耐蚀长寿命电极材料

到2050年，我国将全面进入氢能时代。可再生能源电解水制氢将成为重要的供氢技术，研究开发高效电催化电极材料是提高电解水制氢能量转化效率的核心关键技术。目前电解水阳极析氧（OER）电催化剂主要采用Ir、Ru等贵金属材料制作，贵金属的高成本和稀缺性严重阻碍了电解水制氢技术的有效实际应用。因此，研究发展高效耐腐蚀的非贵金属电催化材料成为决定电解水制氢能否实现大规模应用的关键技术瓶颈。基于“腐蚀工程”技术原理，在国际上较早提出了采用多组元过渡金属（Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Cu、Zn 等）替代传统贵金属（Pt、Ir、Ru 等）制备高活性、耐腐蚀电催化材料的技术思路，研究突破了五元以上难相容金属元素高熵合金的纳米化可控制备技术，可实现大规模高效制备工业级电催化电极。相关研究成果在Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Nano Energy 等学术刊物发表论文40余 篇（其中影响因子大于 10 的期刊论文 11 篇，中科院一区 17 篇，有 3 篇入选封面论文）；申请发明专利2项。新型耐蚀长寿命纳米高熵合金电催化材料制备技术正在进行放大试验测试，技术成果在工业级碱水电解制氢、质子交换膜（PEM）电解水制氢等电堆上具有广泛的应用前景。

（六）激光微纳处理制备硅氮烷修饰仿生超疏水超滑涂层技术

通过纳秒激光辐照，在金属表面制备微米-纳米复合结构，再经有机聚硅氮烷(OPZ)修饰后得到仿荷叶超疏水表面。通过优化控制激光加工工艺的功率、扫速、重复频率、扫描间距、扫描方式可以实现具有优异疏水性的金属表面。利用硅烷偶联剂对纳米氧化锌进行改性并将其添加到OPZ前驱体中，经水汽固化后得到OPZ-ZnO涂层。将复合涂层涂覆到微米-纳米分级复合结构表面后同样得到了优异的超疏水表面。纳米粒子的加入，增加了涂层的致密度，消除了涂层固化过程中因体积收缩造成的裂纹。当ZnO的添加量为1%时，超疏水表面具备了优异的耐腐蚀性能。同时，由于纳米氧化锌颗粒的杀菌作用，超疏水表面表现出了优异的抗菌性。经OPZ-ZnO修饰的超疏水表面具有优异的综合性能，在防腐蚀以及防生物污损领域有很好的应用前景。超疏水材料在低湿度环境中具有优异的抗冰性，但超疏水表面在高湿度环境中容易被破坏，当水分渗入超疏水表面的微观结构时，除冰变得更加困难。受到猪笼草的启发，润滑液渗透的多孔表面可以有效地防止水蒸气在光滑表面上的凝结，均匀连续的油膜以及表面冰的粘附，在防冰和除冰领域具有潜在的应用前景。相关研究成果发表在Applied Surface Science, Ceramics International, Colloids and Surfaces A。

【研究室承担科研项目】

国家级科技项目：超高压电极铝箔微结构可控制备技术与装备，国家重点研发计划项目

国家级科技项目：材料腐蚀大数据的智能分析与利用，国家重点研发计划项目

国家级科技项目：稀土对增材制造高性能铝合金熔凝行为影响与组织改善机理研究，国家自然科学基金联合基金

国家级科技项目：空间环境中印制电路板在黑曲霉与电化学交互作用下的腐蚀机理，国家自然科学基金面上

承担了国家科技基础资源调查专项、国家科技基础条件平台建设项目、国家重点研发专项课题、国家自然科学基金项目以及技术基础研究项目和企业横向协作项目等课题30余项。