深海極端環境服役材料 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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尹衍升 等 著

圖書標籤:

• 深海材料
• 極端環境
• 腐蝕防護
• 海洋工程
• 材料科學
• 耐壓材料
• 深海裝備
• 生物腐蝕
• 金屬材料
• 高分子材料

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030549259

版次：31

商品編碼：12235053

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-11-01

頁數：120

字數：150000

正文語種：中文

內容簡介

《深海極端環境服役材料》結閤近年來國內外對深海極端環境服役材料的研究進展，論述瞭深海環境，特彆是深海極端環境（包括深海熱液區、北極深海區）下材料、環境之間的交互作用，從深海環境、材料應用、腐蝕與防護等幾個方麵進行闡述，並結閤作者課題組多年來的研究成果，對深海極端環境下服役材料的失效機理和防護方法進行瞭較為深入的探討。《深海極端環境服役材料》共分為5章，內容包括深海環境下的材料應用及腐蝕現狀、深海極端環境下的微生物及實驗室培養、深海工程裝備材料的發展現狀、金屬材料在深海環境下的應用、深海極端環境下材料應用及其性能分析。

目錄

目錄
前言
第1章 深海環境下的材料應用及腐蝕現狀 1
1.1 深海環境與材料應用 1
1.1.1 影響材料應用的深海一般環境因素 1
1.1.2 影響材料應用的深海極端環境 3
1.2 深海腐蝕研究現狀 6
1.2.1 深海腐蝕研究方法 6
1.2.2 材料深海腐蝕研究現狀 10
1.3 小結 12
參考文獻 12
第2章 深海極端環境下的微生物及實驗室培養 14
2.1 深海生物圈 15
2.1.1 深海熱液區生物群 15
2.1.2 深海極端環境微生物 17
2.1.3 深海沉積物中的微生物 18
2.1.4 北極地區深海微生物 19
2.2 深海菌類及其實驗室培養 20
2.2.1 深海極端環境微生物的采集及鑒定 21
2.2.2 深海極端環境微生物的培養 22
2.3 小結 27
參考文獻 28
第3章 深海工程裝備材料的發展現狀 32
3.1 深海裝備用材料的應用 32
3.1.1 高強度閤金鋼在深海的應用 33
3.1.2 鈦閤金在深海的應用 33
3.1.3 陶瓷基復閤材料在深海的應用 34
3.2 深海石油鑽采關鍵材料 36
3.2.1 深海石油鑽鋌材料 37
3.2.2 深海高強浮力材料 38
3.2.3 深海防腐塗料 40
3.3 小結 42
參考文獻 42
第4章 金屬材料在深海環境下的應用 44
4.1 深海環境下的金屬材料應用 44
4.1.1 金屬材料的概念 44
4.1.2 深海環境特點 45
4.1.3 深海用金屬材料的特性 48
4.2 金屬材料在深海環境中的研究進展 50
4.2.1 高性能金屬材料研究進展 50
4.2.2 金屬材料深海腐蝕研究進展 51
4.3 幾種典型金屬材料在深海環境中的服役行為 54
4.3.1 純鋁在深海中的應用 54
4.3.2 鋁閤金在深海中的應用 56
4.3.3 低碳鋼在深海中的應用 57
4.3.4 等溫淬火球墨鑄鐵在深海中的應用 58
4.3.5 銅鎳閤金在深海中的應用 59
4.3.6 鈦閤金在深海中的應用 60
4.3.7 管綫鋼在深海中的應用 60
4.3.8 深海用金屬材料的研發難點 63
4.4 實驗室研究進展 64
4.4.1 材料電化學性能 64
4.4.2 顯微結構分析 67
4.7 小結 68
參考文獻 69
第5章 深海極端環境下材料應用及其性能分析 71
5.1 深海科學探索 71
5.1.1 熱液區的科學探索 71
5.1.2 深海探測裝備的發展 72
5.1.3 深海探測裝備材料的研發 73
5.2 深海極端環境實驗室模擬研究 75
5.2.1 深海工程用材料的選擇 75
5.2.2 電化學測試方法 75
5.2.3 深海模擬反應釜浸泡試驗 77
5.2.4 深海低溫海水AM355腐蝕性能分析 79
5.2.5 深海不同pH值海水AM355腐蝕性能分析 84
5.2.6 深海弱酸環境下Cl–濃度對AM355腐蝕行為的影響 95
5.2.7 不同靜水壓力對AM355腐蝕行為的影響 99
5.2.8 不同靜水壓力下AM355點蝕形貌特徵 102
5.2.9 不同靜水壓力下AM355應力腐蝕形貌分析 106
5.3 結語 109
參考文獻 110
彩圖

精彩書摘

　　《深海極端環境服役材料》：
　　3.1.1高強度閤金鋼在深海的應用
　　高強度閤金鋼是目前深海裝備使用的最重要、最關鍵的結構材料，其性能優劣直接關係到深海裝備性能的好壞。單從潛艇來看，在第二次世界大戰前，潛艇耐壓殼體材料通常采用屈服強度為450MPa級鋼材，故其下潛深度不大。第二次世界大戰後，開始采用屈服強度為600MPa級鋼材，因此潛艇下潛深度逐漸增大。現代的潛艇一般采用屈服強度達到1000MPa的高強度閤金鋼，因而其下潛深度大大增加。美、日、英、俄從20世紀中期就開始建立深海裝備結構鋼體係平颱。美國使用的主要有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；英國使用的主要有QT—28、QT—35、Q1N和Q2N等：俄羅斯使用的主要有AK—25、AK—27、AK—33、AK—43和AK—44等高強度閤金鋼。新中國成立以來，我國也相繼研製成功瞭400MPa、450MPa、600MPa和800MPa級的高強度閤金鋼係列。潛艇用鋼屬於高強度、高韌性鋼，與民品焊接結構用高強度鋼相比，這類鋼在提高強度的同時，還必須保證足夠的韌性，且在韌性的考核方麵除瞭常規的衝擊試驗外，還需要由爆炸試驗或落錘試驗來確定其止裂行為。
　　……

深海探秘：極限載荷下的結構設計與材料選擇 圖書簡介 本書聚焦於人類探索和利用深海資源的偉大徵程中，所麵臨的嚴峻工程挑戰。深海環境，以其高壓、低溫、腐蝕性強、光照匱乏的特性，對所有進入該領域的工程設備和載體提齣瞭近乎苛刻的要求。本書將深入剖析這些極端環境對材料性能的潛在威脅，並係統闡述如何從材料科學、結構設計、製造工藝等多個維度，構建齣能在深海億萬帕斯卡（MPa）的壓力下長期穩定、可靠運行的裝備體係。 第一部分：深海環境的物理化學特性與工程挑戰 第一章：深海壓力場與應力分析 深海的壓力是影響一切結構設計的基礎因素。本書首先量化瞭不同深度（如3000米、6000米、萬米海深）下的靜水壓力分布，並討論瞭潛水器、海底管道或監測站體在承受此類均勻外壓載荷時，結構可能齣現的屈麯（Buckling）失穩現象。我們將詳細分析薄壁圓柱殼、球殼等典型結構在超高壓下的綫性及非綫性應力應變響應，引入薄殼理論、大撓度理論，並結閤有限元分析（FEA）的原理，指導讀者如何精確評估結構的安全裕度。特彆地，我們將探討壓力梯度、熱梯度耦閤作用下，材料內部應力場的復雜演化路徑。 第二章：深海腐蝕環境的化學機理 海水不僅是高壓介質，更是一種復雜的電化學體係。本書將深入探討深海腐蝕的三個主要方麵：均勻腐蝕、點蝕（Pitting）以及應力腐蝕開裂（SCC）。海水中溶解的氯離子（Cl-）活性、溶解氧（DO）的濃度梯度、以及深海沉積物或熱液噴口附近特有的硫化物、甲烷等化學物質，對傳統金屬材料如高強度鋼、鋁閤金乃至鈦閤金的錶麵鈍化膜穩定性構成瞭緻命威脅。我們將詳細介紹腐蝕動力學模型，以及如何通過電化學測試（如Tafel外推法、電化學阻抗譜EIS）來預測材料在模擬深海條件下的長期服役壽命。 第三章：深海低溫與疲勞特性 深海底部的常溫通常低於5°C，這種極低溫度對材料的力學性能，尤其是韌性，會産生顯著影響。本書將對比分析材料在常溫和低溫（如-2°C至4°C）下的衝擊韌性、斷裂延伸率變化規律。針對深海勘探作業中不可避免的循環載荷，如潛水器在不同深度間的往復運動、海底管道因潮汐或海流引起的振動載荷，我們將重點討論低溫下的疲勞萌生與擴展機製，以及如何通過控製顯微組織來提高材料的抗低溫疲勞性能。 第二部分：高性能結構材料的選擇與改性 第四章：深潛器與載人艙的結構選材 載人深潛器的核心在於其耐壓殼體。本書詳細對比瞭三種主流耐壓材料的優劣： 1. 高強度鈦閤金（如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn）：重點分析其優異的比強度、耐腐蝕性，以及在加工過程中需要規避的氫脆風險和組織相變控製技術。 2. 鎳基高溫閤金（如Inconel係列）：探討其在特定深海熱液環境下的應用潛力，以及如何通過固溶處理和時效強化來優化其強度與塑性平衡。 3. 先進復閤材料（CFRP/CMCs）：闡述碳縴維增強復閤材料在超高壓下樹脂基體的失效模式，以及縴維/基體界麵的傳荷效率問題，重點介紹玻璃化轉變溫度（Tg）對深海服役性能的決定性影響。 第五章：海底基礎設施的耐壓與抗腐蝕材料 針對海底油氣管道、電纜保護套管和海底觀測站的結構需求，本書側重於大尺寸、高韌性材料的開發。我們將深入研究屈服強度超過1000 MPa的海洋工程用高強度鋼材（如HSLA鋼），特彆是其焊接區域的微觀組織控製，確保焊縫的耐壓能力與母材相當，有效預防SCC的萌發。同時，對深海鋪管作業中常用的耐磨損塗層係統，如陶瓷塗層或金屬基復閤塗層，進行詳細的附著力測試方法和服役可靠性評估。 第六章：深海傳感器與電子封裝材料 深海電子設備要求封裝材料不僅能承受靜水壓力，還需保證高精度的信號傳輸。本書討論瞭用於壓力傳感器外殼的特種不銹鋼（如雙相鋼Super Duplex Stainless Steel）的選擇標準，以及如何利用高分子材料（如PEEK, PI）或陶瓷材料實現對敏感電子元件的有效隔離。特彆關注熱膨脹係數（CTE）匹配問題，即結構件與敏感元件之間的熱失配如何影響密封的長期可靠性。 第三部分：製造、測試與服役評估 第七章：深海構件的先進製造技術 超高壓結構的製造精度直接決定瞭其承載能力。本書詳細介紹瞭深海耐壓殼體製造中的關鍵工藝： 1. 精密鍛造與熱處理：如何通過控製加熱速率、冷卻速率和變形量，消除材料內部的殘餘應力和組織缺陷。 2. 大尺寸焊接的缺陷控製：采用真空電弧熔焊（VAR）或電子束焊接（EBW）等高能密度焊接技術，控製凝固速率，優化晶粒尺寸，減少偏析。 3. 增材製造（AM）在深海件中的應用：探討選區激光熔化（SLM）技術在復雜幾何結構製造中的優勢，以及增材製造層間結閤強度和孔隙率對高壓性能的影響。 第八章：深海服役環境的模擬與加速測試 在材料投入實際深海服役前，必須通過可靠的地麵模擬測試。本書構建瞭一套完整的深海環境模擬測試流程：包括超高壓水箱的建造與操作、高低溫循環加載係統、以及在綫腐蝕監測技術的應用。重點介紹瞭“時間加速腐蝕測試（T.A.C.T.）”方法，通過提高溫度或電化學電位來預測數十年後的服役狀態，並討論瞭測試結果嚮真實海洋環境外推的修正係數確定方法。 第九章：深海設備的失效分析與壽命預測 當深海設備發生失效時，準確的失效分析至關重要。本書將結構失效模式歸納為材料脆性斷裂、塑性變形過度、疲勞裂紋擴展和腐蝕破壞四大類。通過掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）對斷口形貌進行微觀分析，結閤斷裂力學參數（如KIC, J積分），指導工程師識彆失效的起始點和主導機製。最後，引入基於損傷容限（Damage Tolerance）的設計理念，為深海設備的定期檢測和退役決策提供科學依據。 本書旨在為深海工程、海洋科學考察以及水下機器人（ROV/AUV）的設計師、材料科學傢和安全工程師提供一本兼具理論深度和工程實用性的參考手冊。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格給我一種強烈的“工程師的美學”感受。它少有文學上的修飾，句子結構緊湊，信息密度極高。例如，當描述高壓對材料晶格結構的影響時，那種精確到小數點後幾位的物理量描述，雖然冷峻，卻充滿瞭毋庸置疑的力量感。它迫使讀者必須用一種同樣嚴謹和量化的思維方式去與其對話。我特彆喜歡其中關於材料疲勞壽命預測模型的部分，作者用簡潔的數學錶達清晰地勾勒齣瞭概率分布，這比任何口頭描述都來得有力。讀完後，你會感到自己對於“可靠性”這個詞的理解被提升到瞭一個新的維度。這不再是一個模糊的形容詞，而是一個可以通過嚴格計算和科學論證來量化的工程目標，這種深刻的思維轉變，是這本書帶給我最寶貴的收獲。

評分☆☆☆☆☆

這本《深海極端環境服役材料》的封麵設計得非常引人注目，深邃的藍色調配閤著微光閃爍的文字，讓人立刻聯想到神秘莫測的海洋深處。我本來對材料科學瞭解不多，但衝著這個標題的科幻感和工程學的挑戰性，還是忍不住翻開瞭它。然而，當我進入內頁後，纔發現這完全是一本硬核的專業書籍，內容涵蓋瞭高壓、低溫、腐蝕等多種嚴苛環境對材料性能的影響機製，還有許多關於新型閤金、復閤材料以及塗層技術的前沿研究。書裏詳細闡述瞭鈦閤金、鎳基高溫閤金在深海潛水器、管道係統中的應用案例，數據圖錶和實驗結果分析非常詳盡，邏輯嚴密，需要一定的專業背景纔能完全理解。對於我這樣的門外漢來說，閱讀過程就像是攀登一座知識的高峰，雖然步履維艱，但偶爾捕捉到的隻言片語——比如某種特殊的晶界強化技術——也會帶來“原來如此”的震撼。這本書更像是一本給專業工程師和科研人員準備的工具書或參考手冊，而非麵嚮普通讀者的科普讀物，它專注於解決實際工程難題，深度遠超我的預期。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對材料的耐久性有需求的下遊用戶，我更關注的是實用性和可操作性。這本書在實用性上錶現齣一種“雙刃劍”的特性。一方麵，它提供瞭極其詳盡的材料選擇指南和應力評估標準，這些信息對於設計新型深潛器或海底設施是無價之寶。另一方麵，書中所討論的許多尖端材料和製備工藝，例如增材製造在極端環境下的應用探索，目前可能還處於實驗室研究階段，距離大規模工業化應用尚有距離。因此，閱讀時總有一種感覺：這本書描繪瞭未來十年材料科學可能達到的高度，但對於當前十年內最迫切需要替換的某些傳統材料的“快速改進方案”，著墨相對較少。它更像是為下一代深海探索者繪製的“藍圖”，而非當前船隊維修手冊的補充。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排非常具有層次感，我注意到它不是簡單地堆砌技術點，而是遵循著從宏觀環境到微觀材料行為的遞進邏輯。開篇部分清晰界定瞭深海環境的“極端”性，隨後迅速切入到對現有主流服役材料的性能評估。最讓我印象深刻的是其對於“智能監測與壽命預測”章節的處理。它沒有停留在描述現狀，而是探討瞭如何利用先進的傳感器技術和機器學習模型來實時評估結構健康狀態，這無疑是麵嚮未來工程需求的一個重要方嚮。然而，對於渴望快速獲取現成解決方案的讀者來說，可能會覺得某些章節的理論推導略顯冗長，雖然這些推導是建立材料設計的基礎。但總體而言，它為我們理解如何“設計”齣能在深海生存的材料，而不是僅僅“挑選”齣閤適的材料，提供瞭極大的啓發。

評分☆☆☆☆☆

初次接觸這本書，我最直觀的感受是其內容的廣度和深度令人咋舌。它似乎囊括瞭從基礎理論到實際應用的每一個環節。我特意翻閱瞭其中關於海洋腐蝕的部分，那裏的描述異常細緻，不僅僅是簡單的電化學腐蝕，還深入探討瞭應力腐蝕開裂（SCC）、微生物誘導腐蝕（MIC）在深海高壓下的復雜演變路徑。作者似乎花費瞭大量心血去梳理不同材料傢族（比如特種鋼材、陶瓷基復閤材料）在這些特定環境下的失效模式，並給齣瞭大量的失效分析圖譜。整本書的敘事風格非常嚴謹剋製，很少有情緒化的錶達，所有的論點都建立在紮實的實驗數據和理論模型之上。這使得閱讀過程必須保持高度的專注力，稍微走神，就可能跟不上作者構建的復雜知識體係。它不是一本適閤在咖啡館裏輕鬆閱讀的書籍，更像是在實驗室颱燈下，伴隨著精確的計算尺和模擬軟件纔能有效吸收的知識寶庫。