海洋探测和开发对于建设海洋强国具有举足轻重的作用,需要大量海洋装备的支撑。然而,海洋环境是一种复杂且严苛的腐蚀环境,海洋工程材料在恶劣海洋环境下极易诱发严重的腐蚀损伤,影响其可靠性和寿命,并带来巨大经济损失,成为制约重大海洋工程装备安全运行的最主要瓶颈。海洋工程材料的腐蚀过程受到海水环境中复杂的离子构成（外因）以及不同特性的材料因素（内因）的耦合影响,包含离子传质、化学反应和电化学动力学过程等不同尺度的物理化学过程,使得其腐蚀机理复杂多变,对其多尺度腐蚀行为的表征及阐释尚未形成完整的理论体系。因此,结合离子的扩散、反应以及电极动力学特性来探究海水中离子对海洋工程材料腐蚀行为的影响机制,并对其腐蚀损伤特性进行微观定量表征对于揭示海洋工程材料的多尺度腐蚀机理具有重要意义。本文通过开路电位、动电位极化和电化学阻抗谱等测试技术对比分析了常见的海洋工程材料2205双相不锈钢、Q420钢及AZ31镁合金在不同离子（Cl-、SO42-、Ca2+、Mg2+）浓度的人工海水溶液中的宏观腐蚀行为,探究了腐蚀时间对材料产物膜性能及其腐蚀特性的影响,并结合图像处理技术,采用灰度变换、图像二值化、小波变换及分形理论,建立腐蚀损伤图像识别模型,基于腐蚀形貌特征对腐蚀损伤的微观特性进行定量化分析,得出以下结论:（1）不同离子对三种材料腐蚀速率的影响主要通过对离子质量传输速率和产物膜的作用来实现,作用结果取决于主导机制。通过不同离子对2205双相不锈钢腐蚀行为影响的研究得出,2205双相不锈钢在不同溶液中的腐蚀形态主要为局部点蚀,Cl-和Mg2+对腐蚀过程具有先促进后抑制的作用;SO42-通过增加体系电导率促进腐蚀过程;Ca2+可反应形成沉积层从而抑制2205双相不锈钢在人工海水的腐蚀。由于2205双相不锈钢腐蚀产物相对较致密,保护作用强,2205双相不锈钢在不同溶液中的腐蚀相对较弱。（2）通过不同离子对Q420钢腐蚀行为影响的研究得出,Cl-和SO42-对腐蚀过程均具有促进作用;Ca2+具有先抑制后促进的作用;Mg2+抑制Q420钢的腐蚀过程。Q420钢的铬元素和镍元素含量明显较少,因此相比于不锈钢,Q420钢表面产物膜不均匀,对基体保护作用有限,腐蚀程度比2205双相不锈钢严重。（3）通过不同离子对AZ31镁合金腐蚀行为影响的研究得出,Cl-对腐蚀过程均具有促进作用;SO42-具有先抑制后促进再抑制的作用,可能是溶液中Cl-和SO42-共同存在时,会竞争吸附于材料表面,Ca2+和Mg2+具有先促进后抑制的作用。由于Mg（OH）2等腐蚀产物疏松多孔,且分布不均,因而难以有效阻止材料的腐蚀发展。（4）三种材料腐蚀过程中产物膜的极化电阻随时间的增长均呈现逐渐增大的趋势,因为腐蚀初期,材料表面与溶液直接接触,反应物及腐蚀性离子传输较快,腐蚀反应更易发生;随着腐蚀时间的增长,材料表面产物不断生成,堆积在基体表面,产物膜层变得相对致密,因此极化电阻增大,保护作用增强,可以有效地减缓材料的电化学腐蚀反应。（5）通过高斯滤波和灰度变换增强对三种材料的腐蚀形貌图像进行预处理,结合灰度矩阵对图像进行了特征参数提取,包括灰度平均值、标准差、能量值和熵值,结果表明对于腐蚀严重的Q420钢和AZ31镁合金,灰度图像的能量值可以有效表征试件表面的腐蚀严重程度,图像能量值与腐蚀速率成反比;基于二值图像提取特征值,包括蚀孔数目,腐蚀像素点总数等,可以直观评估材料表面的腐蚀情况;基于小波变换方法对图像的水平、垂直及对角方向子图像的能量值进行了提取,使用腐蚀能量特征参数ε作为评价指标,发现腐蚀越严重,子图像能量百分比及能量特征参数ε越低;基于分形方法对图像进行特征参数提取,结果发现分形维数可有效表征试件表面复杂程度,表面越复杂时,分形维数越大。基于图像技术的腐蚀特征值分析结果与电化学测试结果基本一致,因此本文所建立的微观分析模型可以有效评估材料的腐蚀程度。