深海极端环境服役材料 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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尹衍升 等 著

图书标签:

• 深海材料
• 极端环境
• 腐蚀防护
• 海洋工程
• 材料科学
• 耐压材料
• 深海装备
• 生物腐蚀
• 金属材料
• 高分子材料

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030549259

版次：31

商品编码：12235053

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-11-01

页数：120

字数：150000

正文语种：中文

内容简介

《深海极端环境服役材料》结合近年来国内外对深海极端环境服役材料的研究进展，论述了深海环境，特别是深海极端环境（包括深海热液区、北极深海区）下材料、环境之间的交互作用，从深海环境、材料应用、腐蚀与防护等几个方面进行阐述，并结合作者课题组多年来的研究成果，对深海极端环境下服役材料的失效机理和防护方法进行了较为深入的探讨。《深海极端环境服役材料》共分为5章，内容包括深海环境下的材料应用及腐蚀现状、深海极端环境下的微生物及实验室培养、深海工程装备材料的发展现状、金属材料在深海环境下的应用、深海极端环境下材料应用及其性能分析。

目录

目录
前言
第1章 深海环境下的材料应用及腐蚀现状 1
1.1 深海环境与材料应用 1
1.1.1 影响材料应用的深海一般环境因素 1
1.1.2 影响材料应用的深海极端环境 3
1.2 深海腐蚀研究现状 6
1.2.1 深海腐蚀研究方法 6
1.2.2 材料深海腐蚀研究现状 10
1.3 小结 12
参考文献 12
第2章 深海极端环境下的微生物及实验室培养 14
2.1 深海生物圈 15
2.1.1 深海热液区生物群 15
2.1.2 深海极端环境微生物 17
2.1.3 深海沉积物中的微生物 18
2.1.4 北极地区深海微生物 19
2.2 深海菌类及其实验室培养 20
2.2.1 深海极端环境微生物的采集及鉴定 21
2.2.2 深海极端环境微生物的培养 22
2.3 小结 27
参考文献 28
第3章 深海工程装备材料的发展现状 32
3.1 深海装备用材料的应用 32
3.1.1 高强度合金钢在深海的应用 33
3.1.2 钛合金在深海的应用 33
3.1.3 陶瓷基复合材料在深海的应用 34
3.2 深海石油钻采关键材料 36
3.2.1 深海石油钻铤材料 37
3.2.2 深海高强浮力材料 38
3.2.3 深海防腐涂料 40
3.3 小结 42
参考文献 42
第4章 金属材料在深海环境下的应用 44
4.1 深海环境下的金属材料应用 44
4.1.1 金属材料的概念 44
4.1.2 深海环境特点 45
4.1.3 深海用金属材料的特性 48
4.2 金属材料在深海环境中的研究进展 50
4.2.1 高性能金属材料研究进展 50
4.2.2 金属材料深海腐蚀研究进展 51
4.3 几种典型金属材料在深海环境中的服役行为 54
4.3.1 纯铝在深海中的应用 54
4.3.2 铝合金在深海中的应用 56
4.3.3 低碳钢在深海中的应用 57
4.3.4 等温淬火球墨铸铁在深海中的应用 58
4.3.5 铜镍合金在深海中的应用 59
4.3.6 钛合金在深海中的应用 60
4.3.7 管线钢在深海中的应用 60
4.3.8 深海用金属材料的研发难点 63
4.4 实验室研究进展 64
4.4.1 材料电化学性能 64
4.4.2 显微结构分析 67
4.7 小结 68
参考文献 69
第5章 深海极端环境下材料应用及其性能分析 71
5.1 深海科学探索 71
5.1.1 热液区的科学探索 71
5.1.2 深海探测装备的发展 72
5.1.3 深海探测装备材料的研发 73
5.2 深海极端环境实验室模拟研究 75
5.2.1 深海工程用材料的选择 75
5.2.2 电化学测试方法 75
5.2.3 深海模拟反应釜浸泡试验 77
5.2.4 深海低温海水AM355腐蚀性能分析 79
5.2.5 深海不同pH值海水AM355腐蚀性能分析 84
5.2.6 深海弱酸环境下Cl–浓度对AM355腐蚀行为的影响 95
5.2.7 不同静水压力对AM355腐蚀行为的影响 99
5.2.8 不同静水压力下AM355点蚀形貌特征 102
5.2.9 不同静水压力下AM355应力腐蚀形貌分析 106
5.3 结语 109
参考文献 110
彩图

精彩书摘

　　《深海极端环境服役材料》：
　　3.1.1高强度合金钢在深海的应用
　　高强度合金钢是目前深海装备使用的最重要、最关键的结构材料，其性能优劣直接关系到深海装备性能的好坏。单从潜艇来看，在第二次世界大战前，潜艇耐压壳体材料通常采用屈服强度为450MPa级钢材，故其下潜深度不大。第二次世界大战后，开始采用屈服强度为600MPa级钢材，因此潜艇下潜深度逐渐增大。现代的潜艇一般采用屈服强度达到1000MPa的高强度合金钢，因而其下潜深度大大增加。美、日、英、俄从20世纪中期就开始建立深海装备结构钢体系平台。美国使用的主要有HY80、HY100和HY130等；日本使用的主要有NS—30、NS—46、NS—63、NS—80、NS—90和NS—110等；英国使用的主要有QT—28、QT—35、Q1N和Q2N等：俄罗斯使用的主要有AK—25、AK—27、AK—33、AK—43和AK—44等高强度合金钢。新中国成立以来，我国也相继研制成功了400MPa、450MPa、600MPa和800MPa级的高强度合金钢系列。潜艇用钢属于高强度、高韧性钢，与民品焊接结构用高强度钢相比，这类钢在提高强度的同时，还必须保证足够的韧性，且在韧性的考核方面除了常规的冲击试验外，还需要由爆炸试验或落锤试验来确定其止裂行为。
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深海探秘：极限载荷下的结构设计与材料选择 图书简介 本书聚焦于人类探索和利用深海资源的伟大征程中，所面临的严峻工程挑战。深海环境，以其高压、低温、腐蚀性强、光照匮乏的特性，对所有进入该领域的工程设备和载体提出了近乎苛刻的要求。本书将深入剖析这些极端环境对材料性能的潜在威胁，并系统阐述如何从材料科学、结构设计、制造工艺等多个维度，构建出能在深海亿万帕斯卡（MPa）的压力下长期稳定、可靠运行的装备体系。 第一部分：深海环境的物理化学特性与工程挑战 第一章：深海压力场与应力分析 深海的压力是影响一切结构设计的基础因素。本书首先量化了不同深度（如3000米、6000米、万米海深）下的静水压力分布，并讨论了潜水器、海底管道或监测站体在承受此类均匀外压载荷时，结构可能出现的屈曲（Buckling）失稳现象。我们将详细分析薄壁圆柱壳、球壳等典型结构在超高压下的线性及非线性应力应变响应，引入薄壳理论、大挠度理论，并结合有限元分析（FEA）的原理，指导读者如何精确评估结构的安全裕度。特别地，我们将探讨压力梯度、热梯度耦合作用下，材料内部应力场的复杂演化路径。 第二章：深海腐蚀环境的化学机理 海水不仅是高压介质，更是一种复杂的电化学体系。本书将深入探讨深海腐蚀的三个主要方面：均匀腐蚀、点蚀（Pitting）以及应力腐蚀开裂（SCC）。海水中溶解的氯离子（Cl-）活性、溶解氧（DO）的浓度梯度、以及深海沉积物或热液喷口附近特有的硫化物、甲烷等化学物质，对传统金属材料如高强度钢、铝合金乃至钛合金的表面钝化膜稳定性构成了致命威胁。我们将详细介绍腐蚀动力学模型，以及如何通过电化学测试（如Tafel外推法、电化学阻抗谱EIS）来预测材料在模拟深海条件下的长期服役寿命。 第三章：深海低温与疲劳特性 深海底部的常温通常低于5°C，这种极低温度对材料的力学性能，尤其是韧性，会产生显著影响。本书将对比分析材料在常温和低温（如-2°C至4°C）下的冲击韧性、断裂延伸率变化规律。针对深海勘探作业中不可避免的循环载荷，如潜水器在不同深度间的往复运动、海底管道因潮汐或海流引起的振动载荷，我们将重点讨论低温下的疲劳萌生与扩展机制，以及如何通过控制显微组织来提高材料的抗低温疲劳性能。 第二部分：高性能结构材料的选择与改性 第四章：深潜器与载人舱的结构选材 载人深潜器的核心在于其耐压壳体。本书详细对比了三种主流耐压材料的优劣： 1. 高强度钛合金（如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn）：重点分析其优异的比强度、耐腐蚀性，以及在加工过程中需要规避的氢脆风险和组织相变控制技术。 2. 镍基高温合金（如Inconel系列）：探讨其在特定深海热液环境下的应用潜力，以及如何通过固溶处理和时效强化来优化其强度与塑性平衡。 3. 先进复合材料（CFRP/CMCs）：阐述碳纤维增强复合材料在超高压下树脂基体的失效模式，以及纤维/基体界面的传荷效率问题，重点介绍玻璃化转变温度（Tg）对深海服役性能的决定性影响。 第五章：海底基础设施的耐压与抗腐蚀材料 针对海底油气管道、电缆保护套管和海底观测站的结构需求，本书侧重于大尺寸、高韧性材料的开发。我们将深入研究屈服强度超过1000 MPa的海洋工程用高强度钢材（如HSLA钢），特别是其焊接区域的微观组织控制，确保焊缝的耐压能力与母材相当，有效预防SCC的萌发。同时，对深海铺管作业中常用的耐磨损涂层系统，如陶瓷涂层或金属基复合涂层，进行详细的附着力测试方法和服役可靠性评估。 第六章：深海传感器与电子封装材料 深海电子设备要求封装材料不仅能承受静水压力，还需保证高精度的信号传输。本书讨论了用于压力传感器外壳的特种不锈钢（如双相钢Super Duplex Stainless Steel）的选择标准，以及如何利用高分子材料（如PEEK, PI）或陶瓷材料实现对敏感电子元件的有效隔离。特别关注热膨胀系数（CTE）匹配问题，即结构件与敏感元件之间的热失配如何影响密封的长期可靠性。 第三部分：制造、测试与服役评估 第七章：深海构件的先进制造技术 超高压结构的制造精度直接决定了其承载能力。本书详细介绍了深海耐压壳体制造中的关键工艺： 1. 精密锻造与热处理：如何通过控制加热速率、冷却速率和变形量，消除材料内部的残余应力和组织缺陷。 2. 大尺寸焊接的缺陷控制：采用真空电弧熔焊（VAR）或电子束焊接（EBW）等高能密度焊接技术，控制凝固速率，优化晶粒尺寸，减少偏析。 3. 增材制造（AM）在深海件中的应用：探讨选区激光熔化（SLM）技术在复杂几何结构制造中的优势，以及增材制造层间结合强度和孔隙率对高压性能的影响。 第八章：深海服役环境的模拟与加速测试 在材料投入实际深海服役前，必须通过可靠的地面模拟测试。本书构建了一套完整的深海环境模拟测试流程：包括超高压水箱的建造与操作、高低温循环加载系统、以及在线腐蚀监测技术的应用。重点介绍了“时间加速腐蚀测试（T.A.C.T.）”方法，通过提高温度或电化学电位来预测数十年后的服役状态，并讨论了测试结果向真实海洋环境外推的修正系数确定方法。 第九章：深海设备的失效分析与寿命预测 当深海设备发生失效时，准确的失效分析至关重要。本书将结构失效模式归纳为材料脆性断裂、塑性变形过度、疲劳裂纹扩展和腐蚀破坏四大类。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）对断口形貌进行微观分析，结合断裂力学参数（如KIC, J积分），指导工程师识别失效的起始点和主导机制。最后，引入基于损伤容限（Damage Tolerance）的设计理念，为深海设备的定期检测和退役决策提供科学依据。 本书旨在为深海工程、海洋科学考察以及水下机器人（ROV/AUV）的设计师、材料科学家和安全工程师提供一本兼具理论深度和工程实用性的参考手册。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格给我一种强烈的“工程师的美学”感受。它少有文学上的修饰，句子结构紧凑，信息密度极高。例如，当描述高压对材料晶格结构的影响时，那种精确到小数点后几位的物理量描述，虽然冷峻，却充满了毋庸置疑的力量感。它迫使读者必须用一种同样严谨和量化的思维方式去与其对话。我特别喜欢其中关于材料疲劳寿命预测模型的部分，作者用简洁的数学表达清晰地勾勒出了概率分布，这比任何口头描述都来得有力。读完后，你会感到自己对于“可靠性”这个词的理解被提升到了一个新的维度。这不再是一个模糊的形容词，而是一个可以通过严格计算和科学论证来量化的工程目标，这种深刻的思维转变，是这本书带给我最宝贵的收获。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对材料的耐久性有需求的下游用户，我更关注的是实用性和可操作性。这本书在实用性上表现出一种“双刃剑”的特性。一方面，它提供了极其详尽的材料选择指南和应力评估标准，这些信息对于设计新型深潜器或海底设施是无价之宝。另一方面，书中所讨论的许多尖端材料和制备工艺，例如增材制造在极端环境下的应用探索，目前可能还处于实验室研究阶段，距离大规模工业化应用尚有距离。因此，阅读时总有一种感觉：这本书描绘了未来十年材料科学可能达到的高度，但对于当前十年内最迫切需要替换的某些传统材料的“快速改进方案”，着墨相对较少。它更像是为下一代深海探索者绘制的“蓝图”，而非当前船队维修手册的补充。

评分☆☆☆☆☆

这本《深海极端环境服役材料》的封面设计得非常引人注目，深邃的蓝色调配合着微光闪烁的文字，让人立刻联想到神秘莫测的海洋深处。我本来对材料科学了解不多，但冲着这个标题的科幻感和工程学的挑战性，还是忍不住翻开了它。然而，当我进入内页后，才发现这完全是一本硬核的专业书籍，内容涵盖了高压、低温、腐蚀等多种严苛环境对材料性能的影响机制，还有许多关于新型合金、复合材料以及涂层技术的前沿研究。书里详细阐述了钛合金、镍基高温合金在深海潜水器、管道系统中的应用案例，数据图表和实验结果分析非常详尽，逻辑严密，需要一定的专业背景才能完全理解。对于我这样的门外汉来说，阅读过程就像是攀登一座知识的高峰，虽然步履维艰，但偶尔捕捉到的只言片语——比如某种特殊的晶界强化技术——也会带来“原来如此”的震撼。这本书更像是一本给专业工程师和科研人员准备的工具书或参考手册，而非面向普通读者的科普读物，它专注于解决实际工程难题，深度远超我的预期。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排非常具有层次感，我注意到它不是简单地堆砌技术点，而是遵循着从宏观环境到微观材料行为的递进逻辑。开篇部分清晰界定了深海环境的“极端”性，随后迅速切入到对现有主流服役材料的性能评估。最让我印象深刻的是其对于“智能监测与寿命预测”章节的处理。它没有停留在描述现状，而是探讨了如何利用先进的传感器技术和机器学习模型来实时评估结构健康状态，这无疑是面向未来工程需求的一个重要方向。然而，对于渴望快速获取现成解决方案的读者来说，可能会觉得某些章节的理论推导略显冗长，虽然这些推导是建立材料设计的基础。但总体而言，它为我们理解如何“设计”出能在深海生存的材料，而不是仅仅“挑选”出合适的材料，提供了极大的启发。

评分☆☆☆☆☆

初次接触这本书，我最直观的感受是其内容的广度和深度令人咋舌。它似乎囊括了从基础理论到实际应用的每一个环节。我特意翻阅了其中关于海洋腐蚀的部分，那里的描述异常细致，不仅仅是简单的电化学腐蚀，还深入探讨了应力腐蚀开裂（SCC）、微生物诱导腐蚀（MIC）在深海高压下的复杂演变路径。作者似乎花费了大量心血去梳理不同材料家族（比如特种钢材、陶瓷基复合材料）在这些特定环境下的失效模式，并给出了大量的失效分析图谱。整本书的叙事风格非常严谨克制，很少有情绪化的表达，所有的论点都建立在扎实的实验数据和理论模型之上。这使得阅读过程必须保持高度的专注力，稍微走神，就可能跟不上作者构建的复杂知识体系。它不是一本适合在咖啡馆里轻松阅读的书籍，更像是在实验室台灯下，伴随着精确的计算尺和模拟软件才能有效吸收的知识宝库。