海底采矿的轻量化挑战：高静水压下高强铝合金的腐蚀磨损行为

摘要

深海采矿系统正不断向更深水域迈进，管柱轻量化成为提升系统安全性与经济性的关键突破口。7075铝合金因比强度高、减重潜力显著，被视为替代传统钢材的重要候选材料。然而，深海环境绝中高静水压力与海水腐蚀协同作用，加之管柱服役中不可避免的摩擦磨损，可能使之面临严峻的失效风险。本文利用深海高静水压原位摩擦腐蚀实验装置，在模拟海水（质量分数为3.5%NaCl溶液）中系统研究了7075铝合金在0.1～30 MPa静水压力下的摩擦响应、电化学行为及磨损损伤机制。结果表明：静水压力升高显著提高摩擦系数（从约0.35～0.40升至约0.60），磨损率随之增加，摩擦界面失稳加剧；电化学测试显示自腐蚀电位明显负移、腐蚀电流升高，表明高静水压使合金表面处于更强的腐蚀活化状态。损伤形貌随压力升高发生质变：低静水压下以轻微犁沟磨损和氧化膜破坏为主，而高静水压下则演变为腐蚀产物富集、裂纹扩展及分层剥落等严重损伤模式。综合研究表明，7075铝合金虽具轻量化优势，但不宜以裸露表面直接应用于深海高摩擦工况，需通过热处理制度优化与表面防护技术（如硬质阳极氧化、微弧氧化或复合涂层）协同提升其服役可靠性。本研究为深海采矿轻量化管柱的材料选型与防护设计提供了重要实验依据。

基金资助

国家自然科学青年基金资助项目(No.52401075)