海南李晓刚 李晓刚教授谈“海洋腐蚀973项目”的四大研发焦点

"可以说,海洋腐蚀973项目(以下简称"973项目")是我国能否实现国家海洋意志,真正走出去、实现大国梦想的一个关键环节," 2014年3月,海洋腐蚀973项目首席科学家、中国腐蚀与防护学会秘书长、北京科技大学新材料技术研究院副院长李晓刚教授在接受采访时表示。

谈起"973项目",李晓刚教授深感责任重大。李教授介绍说,目前973项目所召集到的腐蚀科学研究团队,囊括了中国海洋腐蚀行业内最前沿的科研单位,组织了优秀的科技人员,对研发任务进行了周密部署和安排,力求尽快、尽早、尽美地完成国家交给的研发任务,不负国家和人民重托,不辱使命。

李晓刚教授

"973项目"旨在解决国家海洋战略需求中,海洋工程和装备服役过程中所面临的腐蚀与防护四个重大科学问题。 科学问题1:多重海洋环境因素下材料腐蚀及损伤的力学-电化学交互作用机理与规律 科学问题2:高湿热环境下海洋材料腐蚀的化学-电化学相互作用机理与规律 科学问题3:海洋环境中生物在材料表面的粘附与微生物腐蚀机理 科学问题4:深海和高湿热环境下新型耐蚀耐磨金属和防护材料的结构与性能调控

本着"边研究、边应用、边推广"的原则,李教授期许,在未来的五年中,通过"973"项目的研究工作,将会出版十多部海洋腐蚀研究、工程应用的系列化专著、大量科学数据和国家或行业标准,从而奠定我国新时期海洋腐蚀学科的基础,指导社会企业生产与研发的同时,并反向收集社会资源,进行切合时代发展的良性循环研究,支撑我国海洋制造业发展,推动科研成果有效转化为社会生产力,转化为我国征服海洋的"利器"。

谈到"973项目",李教授常说的八个字是"学以致用,以研领工".李教授特别指出,对于材料腐蚀学科,具有应用型强的特点,必须学以致用。北京科技大学拥有国内乃至国际上领先的腐蚀实验室,在基础研究和工程应用都产生了大量的科研成果,这些成果要为我国腐蚀与防护产业带来积极的引领和推动作用。"只有加强这种推动作用,才能缩短与世界海洋发达国家之间的产业差距,"李教授表示。

图1 四大科学问题

海洋腐蚀973项目应运时代而生

21世纪是海洋的世纪。随着地球上陆地资源的逐渐枯竭以及人类不断拓展生存空间的要求,国际间的竞争重点也已从陆地转向了海洋,海洋具有潜在的巨大经济利益和战略性的国防地位。海洋事业的发达程度是一个国家科技力量和水平的综合体现,也是一个国家经济发展和国家地位的标志。

发展海洋装备,建设海洋工程是推进和实施国家海洋战略的重要内容。鉴于海洋装备和海洋工程长期处于海洋环境下工作,服役中无法回避的问题是海洋工程材料在海洋环境下的腐蚀损伤、磨蚀失效和生物污损。

海洋环境下,海洋工程材料的腐蚀和生物污损问题每年给国家造成近万亿元的经济损失和30%以上海中航行体的能源浪费,已成为严重制约重大海洋工程技术和装备发展的技术瓶颈之一,其失效问题更是严重影响海洋工程和装备的可靠性和寿命,材料的腐蚀失效机理与防护技术已成为我国海洋工程领域都亟待解决的问题。

"从腐蚀学科发展历史的角度,从某种意义上来讲腐蚀学科发源于海洋领域,一直以来,尽管人们对材料海洋腐蚀机理与规律开展了相关的研究,取得了大量成果。但是拓展海洋开发空间中不断出现的前所未有的新的海洋多重环境因素,对各种装备制造的腐蚀失效研究提出了严重的挑战,现有的腐蚀防护学科理论无法满足其快速发展的需要,相关的腐蚀学科体系尚未建立。

特别是我国在建立腐蚀学科的过程中,由于对于海洋开发战略认识的不足,忽视了海洋腐蚀防护的基础理论问题的研究。所以,从腐蚀学科本身发展也要求我们大力加强海洋材料腐蚀保护的研究,建立起我们中国特色的海洋防护学科,来承载海洋制造业的长效发展。"李教授说。

海洋腐蚀973项目实施刻不容缓

由海洋腐蚀所引起的灾难性事故层出不穷,如1980年北海"亚历山大基定德"号钻井平台海底桩腿上的焊缝被海水腐蚀,万吨重的平台在25分钟内倾倒,123人遇难,造成近海石油钻探史上的罕见灾难;2010年4月20日英国石油公司墨西哥湾"深水地平线"钻井平台海底阀门失效导致爆炸,致死11人,随后3个月海底原油涌出超过400万桶,成为美国海域最严重的环境灾难。

上述重大事件和数据给我们敲响了警钟,展示了新时期海洋腐蚀研究的迫切性与重要性。海洋工程材料在海洋环境下的腐蚀损伤、磨蚀失效和生物污损问题,是一个国内外都一直没有得到很好解决的问题,我国更是在相关领域差距巨大。

多重复杂海洋环境因素如何影响水、侵蚀性离子和氧在防护层和腐蚀产物层中的扩散过程,如何影响界面附着力和腐蚀产物微观结构,如何加速材料的腐蚀与失效,都是耐海洋腐蚀用材料设计和开发方面面临的新问题,这些基础理论问题不解决,就无法发展长寿命海洋用工程材料及其防护体系。因而,建立我国系统的海洋环境条件下金属腐蚀及其防护层的失效理论与设计方法,是腐蚀与防护学科自身发展的迫切需求。

贯彻"海洋腐蚀综合防护"的思想正在当下

李教授介绍,大到国家海洋安全所涉及的舰船、航母、战斗机等武器装备,一旦遭到腐蚀,不仅仅可造成机毁人亡,更为严重的将导致战场的失败;再到国计民生层面各种海岸工程和市政设施,正如中石化青岛管道爆炸事故,是由入海口暗渠交汇处海水和土壤腐蚀管道造成的原油泄漏,最终导致严重的次生灾害。这一切,都笼罩在腐蚀的阴霾之下,因此,海洋腐蚀综合防护刻不容缓。

在973项目中,海洋腐蚀综合防护技术是整个项目的应用出口。通过对海洋环境严酷性进行分类标准制定,依据不同腐蚀级别,匹配相关的防腐技术,找到其应用规律和建立相关的标准体系,是五年研究工作的重中之重。例如,特别是在南海苛刻海洋环境中,开展材料阴极保护、表面涂层、耐蚀材料的综合防护技术研究,使之形成相关的国家推荐性强制的防腐标准,正是973项目关注的核心问题。

李教授详细介绍到:"海洋腐蚀的综合防护技术,实际上是在五年的申报历程中,边申报、边研究、边反思的过程中而得出来的一个重要结论。在腐蚀防护技术面临着两大难题,第一道难题是化学工业环境下各种苛刻介质中的腐蚀,它有时候是一个极端局部的问题。而严酷海洋环境下的腐蚀,是一个量大面广的问题。从某种意义上来说,材料腐蚀问题发源于海洋,在严酷海洋环境下的腐蚀问题的彻底解决,实际上就基本彻底解决了腐蚀困扰!"

目前,腐蚀防护技术分为耐蚀材料、表面防护、电化学保护和缓蚀剂。对待严酷海洋环境,由于缓蚀剂在海洋的使用过程中运用有一定的限制,可以利用人类到目前为止所积累的其它三种腐蚀防护技术协同应对腐蚀。比如:最严酷的海洋环境情况,必须综合运用三种腐蚀防护技术,才能满足海洋装备长期服役的要求;不严酷的环境,可以采用其中一种办法,如选择好一种耐蚀材料就可以保证海洋装备安全的、长时间的服役,可以实现免涂装应用。

因此,针对严酷海洋环境中服役的海洋工程装备,973项目将在耐蚀材料、表面处理和电化学保护三方面综合保护下,腐蚀磨蚀过程系列关键科学问题开展研究,并尽快将研究成果转化为示范性的综合技术,全面提升我国海洋设施应对严酷海洋腐蚀的能力,逐渐打造世界领先的海洋防护核心技术。