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深海極端服役環(huán)境對裝備結(jié)構(gòu)材料耐蝕性要求頗高。鈦及鈦合金憑借優(yōu)異的耐蝕性，成為深海探測、油氣開發(fā)等裝備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料?，F(xiàn)有研究聚焦鈦表面鈍化膜結(jié)構(gòu)損傷引發(fā)的宏觀性能退化，但對靜水壓力環(huán)境下鈍化膜從原子尺度到宏觀尺度的演化規(guī)律缺乏認識，微觀機制與宏觀規(guī)律之間的關(guān)聯(lián)尚未建立，制約深海鈦合金精準設(shè)計與防護優(yōu)化。近日，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所團隊，采用相圖熱力學計算預(yù)測、電化學測試與原子級高分辨表征相結(jié)合的研究思路，探究了深海靜水壓力作用下鈦鈍化膜的生長、演變與失效行為。團隊通過構(gòu)建不同靜水壓力下鈦—水體系的電化學平衡相圖，從熱力學層面預(yù)判鈍化膜穩(wěn)定區(qū)間會隨壓力升高逐步縮小。團隊采用電化學實驗驗證該預(yù)測結(jié)果并依托原子級高分辨顯微表征，揭示靜水壓力與鈦鈍化膜結(jié)構(gòu)及性能演化的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。研究闡明了靜水壓力對鈦鈍化膜演化的雙重調(diào)控效應(yīng)。在鈍化初期，高壓環(huán)境會促進氧元素向鈍化膜內(nèi)部擴散，加速膜層生長并提升鈍化膜穩(wěn)定性，增強鈍化膜的初期防護能力；在長期高壓服役或膜層破損修復(fù)階段，高壓會誘導原本非晶態(tài)的鈍化膜發(fā)生局部晶化，形成亞穩(wěn)TiO晶相，產(chǎn)生的晶界形成離子滲透通道，削弱鈍化膜的自修復(fù)能力，導致膜層阻隔性能降低。該研究厘清了鈍化膜“非晶—晶態(tài)”結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變與耐蝕性能衰減的核心機制，明確了鈍化膜中氧含量、晶相結(jié)構(gòu)是調(diào)控深海鈦材耐蝕性的關(guān)鍵因素。研究揭示了深海極端壓力下鈦鈍化膜的失效本質(zhì)，為深海鈦合金的成分優(yōu)化、表面防護策略設(shè)計提供了理論支撐，有助于準確評估深海裝備材料在極端環(huán)境下的服役穩(wěn)定性與使用壽命，推動深海開發(fā)用關(guān)鍵材料的技術(shù)升級。相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Materials Science & Technology上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。論文鏈接研究揭示靜水壓力作用下鈦表面鈍化膜結(jié)構(gòu)性能演化雙重機制