深海蕴藏丰富战略资源，是全球海洋开发与装备应用的核心领域，但其高盐、高压耦合的极端服役环境，对装备结构材料的耐蚀性能提出严苛要求。钛及钛合金凭借优异的耐蚀性，成为深海探测、油气开发等装备的关键结构材料，其表面纳米级致密钝化膜，是保障材料长效耐蚀的核心屏障。现有研究多聚焦钛表面钝化膜结构损伤引发的宏观性能退化，但对静水压力环境下钝化膜从原子尺度到宏观尺度的演化规律缺乏系统认识，微观机制与宏观规律之间的内在关联尚未建立，成为制约深海钛合金精准设计与防护优化的关键科学问题。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料全国重点实验室采用相图热力学计算预测、电化学测试与原子级高分辨表征相结合的研究思路，系统探究了深海静水压力作用下钛钝化膜的生长、演变与失效行为。团队通过构建不同静水压力下钛-水体系的电化学平衡相图，从热力学层面预判钝化膜稳定区间会随压力升高逐步缩小。采用电化学实验验证了该预测结果并依托原子级高分辨显微表征揭示了静水压力与钛钝化膜结构及性能演化的内在关联。

研究阐明了静水压力对钛钝化膜演化的双重调控效应：在钝化初期，高压环境会促进氧元素向钝化膜内部扩散，加速膜层生长并提升钝化膜稳定性，有效增强钝化膜的初期防护能力；在长期高压服役或膜层破损修复阶段，高压会诱导原本非晶态的钝化膜发生局部晶化，形成亚稳TiO晶相，产生的晶界形成离子渗透通道，削弱钝化膜的自修复能力，导致膜层阻隔性能降低。该研究厘清了钝化膜“非晶-晶态”结构转变与耐蚀性能衰减的核心机制，明确了钝化膜中氧含量、晶相结构是调控深海钛材耐蚀性的关键因素。

此项研究成果揭示了深海极端压力下钛钝化膜的失效本质，为深海钛合金的成分优化、表面防护策略设计提供了理论支撑，有助于准确评估深海装备材料在极端环境下的服役稳定性与使用寿命，推动深海开发用关键材料的技术升级。相关研究成果以“Pressure-induced crystallization and degradation mechanisms of titanium passive films in deep-sea environments”为题发表于Journal of Materials Science & Technology（https://doi.org/10.1016/j.jmst.2026.03.045）。论文第一作者为宁波材料所助理研究员肖雪莲，通讯作者为常可可研究员、王立平研究员。该研究得到中国科学院战略性先导科技专项（XDB1210102）、国家自然科学基金（U24A20113、52571023）、浙江省自然科学基金（LD24E010002）、宁波市“科创甬江2035”重大研发计划（2024Z095、2024Z138）等项目资助。

基于“热力学预测-腐蚀实验模拟-微观结构表征”思路揭示静水压力作用下钛表面钝化膜结构性能演化双重机制

（海洋关键材料全国重点实验室）