本书以潜艇为研究对象，阐述了潜艇材料、使用环境及船体结构典型腐蚀问题，分析了潜艇等深海装备结构腐蚀控制失效的科学问题，研究了潜艇常用结构材料腐蚀特性；通过试验对比、仿真研究等，研究了防腐蚀涂层在压力海水、交变压力条件下的失效机理，并在此基础上提出了潜艇结构防腐蚀涂料发展方向；论述了多种不同牺牲阳极在干湿交替环境的失效机理，阐述了以分块边界元法研究牺牲阳极“屏蔽效应”的规律，评价了现有牺牲阳极保护系统
，构建了采用BP神经网络方法优化设计潜艇牺牲阳极阴极保护系统的新方法。本书的重点是深海装备腐蚀研究科学问题的论述和提出，书中涉及的防腐蚀涂层在压力海水/交变压力海水条件下的失效机理、牺牲阳极在干湿交替环境的失效机理、牺牲阳极“屏蔽效应”以及BP神经网络方法优化设计潜艇牺牲阳极阴极保护系统的新方法，体现了潜艇等深海腐蚀控制技术最新研究成果。本书内容全面、新颖，对从事潜艇和其他深海装备腐蚀理论研究有重要的参考价值，适合于腐蚀专业具有研究生学历的人员阅读，也可作为深海装备论证、研制、使用的工程技术人员及材料类专业院校师生参考使用。This book is a research object in submarine.The typical corrosion problems of submarine materials，use environment and hull structure are described.The scientific problem of structure control failure of deep sea equipment such as submarine is analyzed.The corrosion characteristics of common submarine structure materials were studied.The failure mechanism of the anti-corrosive coating under pressure seawater and alternating pressure was studied by comparison of experiment and simulation.On this base，the development direction of submarine structure anti-corrosive coating is put forward.The failure mechanism of various sacrificial anodes in alternate dry and wet environment is discussed.The law of the sacrificial anode shielding effect is studied by blocked boundary element method.The existing sacrificial anode protection system is evaluated.A new method of submarine sacrificial anode and cathodic protection system optimal designed by BP neural networks is proposed.The main point of the book is to discuss and put forward the scientific issues ofdeep sea equipment corrosion research.The failure mechanism of anti-corrosion coating under pressure seawater/alternating pressure seawater，the failure mechanism of sacrificial anode in alternate dry and wet environment，the sacrificial anode“shielding effect”and the new method of submarine sacrificial anode and cathodic protection system optimal designed by BP neural networks covered in the book embodies the latest research results of deep sea corrosion control technologies such as submarines.The content of this book is comprehensive and novel，which has important reference value for the research of corrosion theory of submarine and other deep sea equipment.It is not only suitable for corrosive professionals with a graduate degree in reading，but also be used as a reference for deep-sea equipment，development，use of engineering and technical personnel and materials professional institutions teachers and students.
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第1章 舰艇腐蚀与控制概论11.1 腐蚀基础11.1.1 腐蚀概念1
1.1.2 腐蚀类型2
1.1.3 舰船腐蚀的分类和破坏形态41.点腐蚀4
2.缝隙腐蚀5
3.电偶腐蚀6
4.应力腐蚀6
5.腐蚀疲劳7
6.晶间腐蚀7
7.冲刷腐蚀8
8.空泡腐蚀9
9.杂散电流腐蚀9
10.生物腐蚀9
1.2 腐蚀控制概论101.2.1 金属发生腐蚀的条件10
1.2.2 舰艇腐蚀原因121.材料因素12
2.设计因素12
3.防护措施不当13
4.使用管理不当13
5.生产工艺与维修施工工艺不当13
1.3 潜艇结构腐蚀及控制技术研究动态141.3.1 外国海军的腐蚀防护概况14
1.3.2 国内舰船腐蚀防护现状15
1.4 潜艇结构典型腐蚀失效调查171.4.1 潜艇防腐蚀涂料失效行为特征17
1.4.2 牺牲阳极失效19
1.4.3 潜艇结构腐蚀涉及的科学问题191.特殊腐蚀环境分析19
2.结构腐蚀原因初步分析20
3.潜艇结构腐蚀科学问题21
1.5 潜艇结构腐蚀控制技术研究动态231.5.1 国内外涂层性能评价与测试技术研究现状及发展趋势231.防腐蚀涂层失效微观机制的研究241）涂层起泡微观机制研究24
2）涂层湿附着力的研究25
3）腐蚀性介质在涂层中的传输行为25
2.涂层理化性能的测试与表征技术26
3.涂层的电化学检测技术27
4.存在的问题27
1.5.2 牺牲阳极保护设计与失效分析281.阴极保护方法28
2.牺牲阳极保护设计281）传统经验设计法29
2）舰船牺牲阳极阴极保护数值模拟法30
3.牺牲阳极失效分析31
第2章 潜艇材料与腐蚀环境322.1 结构材料322.1.1 结构钢331.化学成分及性能33
2.钢在海水中的一般腐蚀特性34
2.1.2 钛合金361.钛合金应用情况36
2.钛在海水中的腐蚀特性37
2.1.3 铜合金381.螺旋桨用铸造铜合金38
2.管系用铜合金38
3.舰船泵、阀用铜合金39
4.铜及铜合金在海水中腐蚀的一般情况40
2.1.4 不锈钢411.不锈钢的应用情况41
2.不锈钢在海水中的一般腐蚀特性42
2.2 防腐蚀涂料432.2.1 防腐蚀涂料种类431.物理作用防锈漆的防锈机理43
2.化学作用防锈漆的防锈机理44
3.电化学作用防锈漆的防锈机理44
4.综合作用防锈漆的防锈机理45
2.2.2 潜艇防腐蚀涂料生产和应用现状45
2.2.3 国外潜艇防腐蚀涂料应用现状461.美国海军46
2.俄罗斯海军47
3.欧洲国家海军47
2.2.4 潜艇透水部位防锈涂料种类48
2.3 牺牲阳极阴极保护材料492.3.1 要求与种类49
2.3.2 锌合金49
2.3.3 铝合金50
2.3.4 铁合金52
2.4 海洋环境典型参数522.4.1 我国海域海水温度52
2.4.2 我国海域海水盐度54
2.4.3 全球海域海水温度和盐度551.盐度55
2.温度55
3.海水参数与海洋深度的关系58
2.5 潜艇结构外部腐蚀环境及其影响分析592.5.1 腐蚀环境59
2.5.2 潜艇腐蚀环境60
2.5.3 环境条件对腐蚀的影响初步分析611.海水611）盐度61
2）pH值61
3）海水温度62
4）含氧量62
5）流速63
6）海生物63
2.海洋大气641）湿度64
2）温度64
3）有害杂质成分64
3.表面沉积物和固体颗粒65
第3章 结构金属材料腐蚀特性663.1 概述66
3.2 试验内容和方法663.2.1 试验材料66
3.2.2 室内海水全浸腐蚀试验67
3.2.3 腐蚀电位测量68
3.2.4 周期浸润腐蚀试验68
3.2.5 极化曲线测量69
3.2.6 海水中的电偶腐蚀试验69
3.2.7 电绝缘效果试验70
3.3 结果和讨论713.3.1 在室内静止海水的腐蚀行为711.钢72
2.不锈钢73
3.铜合金74
4.TA574
3.3.2 腐蚀电位及与腐蚀行为的关系751.钢75
2.不锈钢76
3.铜合金77
4.钛合金TA578
3.3.3 海水周浸条件下的腐蚀781.钢79
2.不锈钢80
3.铜合金和TA580
3.3.4 在海水中的极化曲线811.钢81
2.不锈钢82
3.铜及合金83
4.TA583
3.3.5 室内静止海水中的电偶腐蚀841.钛-钢的电偶84
2.HDR-钢90
3.铜合金-20钢94
4.TA5-TUP99
3.3.6 电绝缘效果103
3.4 主要结论1043.4.1 系列金属材料在静止海水中的腐蚀性能104
3.4.2 系列金属材料在海水周期浸润条件下的腐蚀性能105
3.4.3 7种偶对在静止海水中的电偶腐蚀行为105
第4章 涂料在压力海水中的失效行为1064.1 概述106
4.2 试验方法1064.2.1 试验样品制备106
4.2.2 试验装置与环境107
4.2.3 电化学阻抗谱测量107
4.2.4 吸水率测试108
4.2.5 附着力测试108
4.2.6 DSC与TG测试108
4.3 静水压力条件下环氧树脂涂层失效机理1084.3.1 静水压力对涂层吸水率的影响108
4.3.2 静水压力对涂层附着力的影响110
4.3.3 常压下涂料的电化学阻抗谱分析110
4.3.4 3.5MPa压力下的电化学阻抗谱分析110
4.3.5 静水压力对涂层性能的影响规律1111.静水压力对涂层电容的影响111
2.静水压力对涂层电阻的影响113
3.静水压力对双电层电容Cdl和电荷转移电阻Rt的影响113
4.静水压力对特征频率的影响114
5.静水压力对涂层玻璃化转变温度的影响114
4.3.6 静水压力浸泡试验后的涂层形貌照片117
4.3.7 小结117
4.4 交变压力海水对涂层失效行为的影响1194.4.1 交变压力对涂层吸水率的影响119
4.4.2 交变压力对涂层附着力的影响120
4.4.3 常压/3.5MPa交变压力下电化学阻抗谱121
4.4.4 常压/6.3MPa交变压力下电化学阻抗谱124
4.4.5 EIS数据分析1271.交变压力对涂层电容的影响127
2.交变压力对涂层电阻的影响128
3.交变压力对双电层电容及电荷转移电阻的影响128
4.4.6 交变压力试验后的涂层形貌照片131
4.4.7 交变压力对涂层热性能的影响131
4.4.8 小结133
第5章 潜艇耐压涂料发展方向和要求1355.1 概述135
5.2 富锌涂料在常压海水中的失效机制1365.2.1 试验体系136
5.2.2 研究内容与试验方案137
5.2.3 试验方法1381.静态浸泡试验138
2.盐雾试验138
3.阴极剥离试验138
4.电化学阻抗测试138
5.涂层附着力测试139
5.2.4 试验结果与分析1391.静态浸泡试验结果139
2.盐雾试验结果143
3.阴极剥离试验结果147
4.单一富锌涂层自腐蚀电位分析152
5.无机富锌涂层阻抗谱及腐蚀产物分析153
6.有机富锌涂层阻抗谱及腐蚀产物分析154
7.涂层附着力156
5.2.5 小结158
5.3 环氧涂层分子链结构对涂层性能的影响研究1595.3.1 试验方法1591.试验材料及样品制备159
2.试验环境160
3.试验装置160
4.测试方法1601）电化学阻抗谱测量160
2）吸水率测试160
3）附着力测试161
4）交联密度测试161
5）腐蚀区面积比计算方法162
5.3.2 涂层交联度变化162
5.3.3 静水压力对水在涂层中的传输机制的影响162
5.3.4 静水压力对涂层附着力的影响163
5.3.5 静水压力对涂层失效行为的影响1651.E44环氧涂层165
2.E12涂层169
3.小结172
5.3.6 分子链结构对涂层耐蚀性能的影响172
5.4 涂层失效防护技术研究发展探讨1745.4.1 关于潜艇结构耐压涂层失效影响因素174
5.4.2 涂层失效防护技术研究发展方向174
5.4.3 关于潜艇涂料指标体系1761.评价项目176
2.透水部位耐压涂料基本检测数据177
5.4.4 潜艇透水部位涂层发展方向178
第6章 牺牲阳极耐环境性能1826.1 概述182
6.2 牺牲阳极的国内外发展现状1836.2.1 牺牲阳极材料1831.锌基牺牲阳极材料184
2.铝基牺牲阳极材料185
6.2.2 铝合金牺牲阳极的活化机理1881.离子缺陷理论188
2.溶解—再沉积理论188
3.表面自由能理论189
6.2.3 铝合金牺牲阳极在含氯溶液中的电化学腐蚀行为189
6.2.4 牺牲阳极的主要性能指标1901.阳极电位190
2.电流效率190
3.阳极消耗190
4.溶解特征191
6.3 海水干湿交替条件下金属腐蚀行为的研究现状1916.3.1 海水干湿交替条件下金属的电化学行为1911.干湿交替条件下金属的电化学行为191
2.干湿交替条件下牺牲阳极保护效果分析192
6.3.2 海水干湿交替环境下腐蚀试验193
6.4 牺牲阳极在干湿交替环境下试验1936.4.1 试验材料与方法1941.试验材料194
2.试验介质及条件195
3.试验方法1961）牺牲阳极耐干湿交替环境性能试验196
2）牺牲阳极耐高温高湿高盐雾环境性能试验196
3）实海牺牲阳极腐蚀电化学性能及阴极保护效果试验197
4）实艇牺牲阳极电化学性能评价197
6.4.2 海水全浸条件恒电流试验1971.工作电位—时间曲线198
2.阳极电化学性能199
3.腐蚀形貌199
6.4.3 干湿交替条件下恒电流试验2001.工作电位200
2.电流效率203
3.溶解形貌203
4.阳极溶解产物XRD分析204
6.4.4 干湿交替条件下自放电试验2061.阳极工作电位206
2.阳极发生电流208
3.阳极溶解性能210
4.阳极产物对电化学性能影响212
5.阳极溶解速度212
6.阳极溶解产物XRD分析214
6.4.5 干湿交替条件电化学性能评价2151.牺牲阳极的极化曲线2161）牺牲阳极不同间浸周期的极化曲线216
2）不同阳极的极化性能对比217
2.阳极的再活化性能2181）牺牲阳极在不同工作时间后的再活化性能218
2）不同阳极的再活化性能对比219
3.牺牲阳极的阻抗谱分析220
4.小结223
6.4.6 盐雾试验2241.电化学性能2241）阳极极化曲线224
2）再活化性能225
3）牺牲阳极的阻抗谱分析226
2.阳极在盐雾条件下腐蚀速度229
3.阳极腐蚀形貌230
6.4.7 实海试验2311.青岛实海试验2321）工作电位、保护电位232
2）阳极消耗率及保护率236
3）阳极溶解形貌237
2.三亚实海试验2381）不同区带阳极工作电位、保护电位238
2）阳极消耗速率及保护率240
3）阳极溶解形貌241
6.5 实艇牺牲阳极性能评价2426.5.1 微观分析244
6.5.2 海水中自腐蚀电位测量244
6.5.3 电化学保护性能评价246
6.5.4 再活化性能评价246
6.6 结论247
第7章 艇体结构阴极保护屏蔽效应2497.1 概述249
7.2 阴极保护设计的边界元方法2517.2.1 边界元251
7.2.2 分块边界元法2551.分块边界元法的基本思想255
2.分块边界元法的实施256
3.计算方法验证258
7.3 阴极保护系统中两种典型的“屏蔽效应"2597.3.1 隔板高度对“屏蔽效应"的影响259
7.3.2 高电位金属对吸收式“屏蔽效应"的影响260
7.4 复杂结构屏蔽效应仿真2617.4.1 复杂结构阻挡式屏蔽效应影响261
7.4.2 复杂结构阻挡式屏蔽效应和单点吸收式屏蔽效应综合影响262
7.4.3 复杂结构阻挡式和多点吸收式屏蔽效应影响264
7.5 结论265
第8章 潜艇结构阴极保护系统优化2678.1 保护电位分布与牺牲阳极布置之间的关系2678.1.1 BP人工神经网络概述267
8.1.2 保护电位分布状态与阳极布置之间关系的模拟2681.网络结构的确定2681）输入输出层的确定268
2）隐含层数的确定268
3）隐含层节点数的确定269
2.网络设计269
8.2 牺牲阳极布置优化技术2718.2.1 遗传算法概述271
8.2.2 牺牲阳极位置的优化2721.个体的编码272
2.初始种群272
3.适应度函数272
4.选择策略272
5.交叉算子和变异算子273
6.算法步骤273
8.3 牺牲阳极系统优化设计算例2748.3.1 计算模型274
8.3.2 数值模拟仿真计算274
8.3.3“牺牲阳极位置—保护电位方差"神经网络模型275
8.3.4 牺牲阳极优化布置277
8.3.5 计算结果分析279
8.3.6 小结280
8.4 潜艇上层建筑结构防腐蚀系统模拟2808.4.1 导致潜艇上层建筑内舱结构严重腐蚀的主要因素2801.腐蚀环境方面280
2.防腐涂层方面280
3.牺牲阳极系统方面280
8.4.2 现行防腐系统模拟计算2811.计算方法281
2.计算条件281
3.计算结果281
4.现行防腐系统综合评价282
8.4.3 合理的牺牲阳极系统计算设计283
8.4.4 牺牲阳极系统综合评价288
8.5 结论289
参考文献290
内容简介296
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