本文在苛刻环境腐蚀试验分析的基础上,通过钛合金钝化膜的原位电化学测试分析,结合钝化膜/溶液界面第一性原理计算及分子动力学模拟,探讨钛合金管材钝化膜的界面特性。腐蚀试验结果表明:在地层水CO₂、地层水H₂S及残酸腐蚀环境中,TC4钛合金表面形成了一层热力学稳定性极高的钝化膜,具有极其优异的耐均匀腐蚀及点蚀的能力。但在高pH值完井液腐蚀环境中的腐蚀速率远远大于其他腐蚀环境。原位电化学测试结果表明:TC4钛合金在上述苛刻腐蚀环境中的极化曲线均存在较为明显的钝化区,电化学腐蚀由阳极反应过程控制;温度升高,钛合金极化电阻有所降低,但依旧很大,其钝化膜在高温腐蚀环境中仍具有良好的保护作用,腐蚀速率仍然保持在较低水平;钛合金钝化膜的半导体类型为n型,其具有阳离子选择性,温度升高,钝化膜的施主浓度增大,抗腐蚀性能降低。第一性原理模拟结果表明:Cl^-、HCO₃^-和HS^-三种腐蚀性离子在TiO₂界面吸附达到稳定态后,均为带负电的Cl、O、S与Ti O₂界面带正电荷的Ti原子之间存在较强的电荷作用,电荷主要是从Ti原子周围移动到Cl、O、S周围;界面成键主要存在于Cl、O、S与Ti原子之间,即由Cl-3p⁵、O-2p⁴、S-3p⁴和Ti-3d²产生电子轨道杂化。模拟工况的分子动力学计算结果表明,TiO₂钝化膜在含H₂S环境中的热力学稳定性较差,而含贵金属元素Pd、Ru的Ti O₂钝化膜具有更高的热力学稳定性。