第1章極地環境與極地研究發展趨勢
1.1極地探索與開發／1
1.2極地的低溫環境／3
1.3極地的雪／4
1.4極地的冰川與海冰／4
1.4.1冰川／4
1.4.2海冰／5
1.5極地的微生物／7
1.5.1極地微生物在低溫環境的自我防護／8
1.5.2極地微生物分泌的冰結構蛋白／9
1.5.3極地微生物在強紫外輻射環境的自我防護／11
1.5.4極地微生物對服役材料的影響／12
1.6極地研究發展趨勢／14
1.6.1國內外學術研究論文發表情況／14
1.6.2科研項目情況／19
1.6.3專利申請情況／29
1.6.4相關活動開展情況／32
參考文獻／36
第2章極地船舶材料
2.1極地船舶低溫鋼材料及其焊接材料／39
2.1.1研究低溫鋼材料的戰略意義／39
2.1.2破冰船建造用低溫鋼／41
2.1.3破冰船建造用焊接材料／44
2.2極地船舶表面防護材料／47
2.2.1耐冰摩擦塗料／47
2.2.2耐磨耐腐蝕復合鋼板／51
2.2.3耐磨耐腐蝕金屬基復合塗層／52
參考文獻／52
第3章極地服役材料表面處理技術及工藝
3.1激光熔覆技術／54
3.1.1激光熔覆粉末的添加方式／56
3.1.2激光熔覆工藝參數／58
3.1.3激光熔覆技術應用現狀／60
3.1.4激光熔覆技術存在的主要難題及解決措施／61
3.1.5激光熔覆技術發展趨勢／63
3.2等離子堆焊技術／63
3.2.1等離子堆焊工藝／66
3.2.2等離子堆焊技術的應用現狀／68
3.2.3等離子堆焊技術存在的主要問題及發展前景／68
3.3熱噴塗技術／70
3.3.1熱噴塗技術的特點和分類／71
3.3.2熱噴塗材料現狀與挑戰／72
參考文獻／73
第4章表面耐磨耐腐蝕塗層及防護材料
4.1激光熔覆材料設計的一般原則／77
4.1.1激光熔覆材料與基體材料熱膨脹繫數的匹配／77
4.1.2激光熔覆材料與基體材料熔點的匹配／78
4.1.3激光熔覆材料對基體材料的潤濕性／78
4.2激光熔覆用材料體繫／78
4.2.1自熔性合金粉末／79
4.2.2陶瓷粉末／83
4.2.3復合材料粉末／86
4.2.4稀土及其氧化物粉末／87
4.3激光熔覆用材料的現狀／89
參考文獻／90
第5章激光熔覆技術在極地服役材料表面防護中的應用
5.1激光熔覆塗層的制備與微觀結構表征／94
5.1.1實驗材料及樣品的制備／94
5.1.2塗層表面物相分析／99
5.1.3塗層表面微觀組織分析／100
5.1.4塗層截面分析／102
5.2激光熔覆塗層力學性能表征／105
5.2.1實驗材料與方法／105
5.2.2拉伸性能測試結果與分析／106
5.2.3剪切強度結果與分析／108
5.2.4衝擊韌性結果與分析／109
5.2.5硬度測試結果與分析／110
5.3激光熔覆塗層的低溫耐磨性／112
5.3.1實驗材料與方法／112
5.3.2干摩擦環境下塗層的耐磨性／112
5.3.3NaCl溶液介質中塗層的耐磨性／116
5.3.4溫度對塗層的耐磨性的影響／118
5.4激光熔覆塗層的低溫耐腐蝕性／122
5.4.1實驗材料與方法／122
5.4.2試樣在0.5mol/L HCl溶液中電化學測試結果與分析／122
5.4.3試樣在質量分數3.5％ NaCl溶液中的電化學測試結果與分析／130
5.5激光熔覆塗層的耐微生物腐蝕性／138
5.5.1實驗材料與方法／138
5.5.2Co基塗層與317L不鏽鋼浸泡菌液時電化學測試結果與分析／140
5.5.3Co基塗層與317L不鏽鋼浸泡菌液後的掃描電子顯微表面形貌分析／143
5.5.4Co基塗層與317L不鏽鋼浸泡菌液後的腐蝕3D輪廓形貌／145
5.5.5Co基塗層與317L不鏽鋼浸泡菌液後的失重分析／146
5.6小結／147
參考文獻／148
第6章極地服役低溫鋼表面等離子堆焊塗層與激光熔覆塗層的性能比較
6.1樣品制備與性能表征／151
6.1.1試驗材料與樣品制備／151
6.1.2塗層的性能表征／155
6.2不同工藝對Co基塗層顯微組織結構的影響／158
6.3不同工藝對Ni基塗層顯微組織結構的影響／162
6.4不同工藝下塗層的顯微硬度性能分析／163
6.5不同工藝下的Co基塗層耐磨性分析／164
6.6不同工藝下的Ni基塗層耐磨性分析／167
6.7等離子堆焊工藝下兩種塗層的耐磨性分析／169
6.8激光熔覆工藝下兩種塗層的耐磨性分析／171
6.9小結／172
參考文獻／173
第7章極地抗冰塗層研究及其發展趨勢
7.1固體表面浸潤理論／179
7.1.1超疏水表面的潤濕性／179
7.1.2潤濕理論模型／180
7.2結冰理論／183
7.3超疏水界面的抗冰特性／186
7.4極地抗冰塗層的發展趨勢／189
7.4.1超疏水塗層／189
7.4.2功能性光熱超疏水塗層／193
7.4.3功能性電熱超疏水塗層／196
7.4.4其他復合功能性超疏水塗層／201
7.5小結／204
參考文獻／205
第8章極地船舶材料的性能檢測與標準
8.1極地船舶主要金屬材料的性能檢測／209
8.1.1高強度結構鋼／209
8.1.2復合鋼板／212
8.1.3Z向鋼／213
8.1.4耐輻照鋼／214
8.1.5焊接材料／214
8.2極地船舶材料性能試驗方法／215
8.2.1極地船舶材料的力學性能試驗／215
8.2.2極地船舶材料耐腐蝕性檢測的重要性／217
8.2.3極地船舶材料耐腐蝕性檢測方法討論／221
8.2.4極地船舶焊接材料耐腐蝕性檢測方法討論／223
參考文獻／232

21世紀以來，國際競爭重點已從陸地轉向了海洋，從臨海和近海走向深遠海和極地。隨著全球氣候變暖，北冰洋的“黃金海道”有望在2040年完全開通並投入商業使用。北極航線的東北航道將成為連接歐、亞兩大洲的最短航線，比我國北方港口到歐洲西北部的傳統航線縮短25％～55％，每年可533億～127的國際貿易海運成本。北極航線的開通極大地促進了極地運輸船舶的需求與發展，同時對滿足極地服役條件的船舶與海洋工程材料也提出了更高的要求。值得關注的是，在極地特殊環境中，服役材料要經受氯離子、海冰、低溫、微生物等多種因素的影響，材料耦合損傷與失效情況非常嚴重。在此背景下，專門針對極地環境的材料開發就成為了多個國家共同面對且亟待突破的技術瓶頸。隨著近些年各個國家極地探索腳步的加快，極地破冰船鋼鐵材料及其塗層的腐蝕（包括微生物腐蝕）、磨蝕等失效問題更是引起了國內外的廣泛關注。
極地海洋環境差異化明顯，水線以上的船體材料受到的飛濺海水腐蝕作用非常嚴重。在喫水線附近及以下區域，船舶的中舷側平直區域在航行中受到浮冰、多年冰、水下冰川的踫撞作用，會破壞船體表面防護層，加重船體表面的破壞。因此，提高極地環境下的材料性能是一個繫統工程，要從材料本體、塗料防護和環境因素等多個方面進行綜合探索和研究。
本書首先從繫統層面介紹了極地環境與極地研究的發展趨勢，幫助讀者了解極地開發的戰略意義；接著聚焦於極地船舶材料的整體研究現狀與進展；然後結合本書作者團隊和國內外其他優秀團隊的科研成果，分別從表面處理工藝、表面防護塗層、抗冰塗層等幾個方面進行闡述，最後從極地船舶材料的檢測標準等方面進行總結。因此，無論是相關領域的學者、行業領域的專家還是立志於極地研究的學子，都或多或少可以從本書中找到自己感興趣的內容。
當然，限於作者的專業領域和知識水平，本書難免有一些錯漏之處，希望國內外專家和讀者朋友多多包涵並不吝賜教。衷心希望此書的出版可做引玉之磚，帶動極地材料領域更多優秀的成果與讀者見面，那將是本書作者的榮幸。本書在撰寫過程中得到了國內外同行們的大力支持，很多專家都提出了寶貴的意見和建議，在此謹對各位同行及專家學者致以誠摯的謝意。作者
2023年6月