腐蝕問題由來已久，人類3000年前進入鐵器時代，鐵的銹蝕就困擾著用戶， 帶來了許多的麻煩，迫使人們與之斗爭，3000年前中國大漆的出現，2000年前秦始皇青銅劍采用的“鈍化”，300年前發現的緩蝕劑，后來發明的鍋爐鋼、不銹鋼、管道鋼等適應環境需求的金屬以及發明的電鍍、熱噴涂、有機涂料，以及近代出現的化學或物理氣相沉積都是預防與控制腐蝕的重大措施。中國航空工業集團公司北京航空材料研究院李金桂研究員認為，腐蝕是在服役環境作用下材料及其制品發生的一種自然現象，包括金屬的腐蝕、非金屬的老化，現在都稱之為腐蝕，不可回避，但是可以預防與控制，減少損失，降低危害。

 

    本刊記者| 溫　蕊

 

    腐蝕是一門多學科綜合的應用科學， 它的形成與發展是近一個世紀的事情。世界著名的科學家Herbert·h·Uhlit 是美國麻省理工學院（MIT）的教授，1936 年從事金屬腐蝕的研究，1948 年主編出版《腐蝕手冊》，1950 年他以“金屬腐蝕及其危害”為題在聯合國大會上做了演講，“腐蝕”傳遍世界，由于英國慧星式民用客機、美國F111 戰斗機因為應力腐蝕發生空中墜毀的報道，在國際上引起了轟動，腐蝕也會引起機毀人亡！隨著高強度、超高強度材料的使用，沿海或海上用飛機的增多， 腐蝕引發的事故不斷，更加引起了各國的重視。

 

    腐蝕科學的研究，我國始于20 世紀50 年代的防銹，當時的工業建設是照搬前蘇聯（處于亞寒帶和溫帶）的技術。由于氣候的差異，對于我國處于亞熱帶及熱帶的廣闊疆域，前蘇聯的防銹技術能力較低， 照搬來我國之后，問題不斷出現，前蘇聯專家束手無策，甚至提出株洲以南不適于建立航空工業。因為生銹，產品軍方不接受， 工廠發不了工資，出現了“防銹工作一放松，一年辛苦一場空”的現象。自此，經過不懈地技術鉆研創新與全力實踐，如今， 我國的航空工廠遍布全國。

 

    我國腐蝕研究的大力發展，則始于1978 年國家科委方毅主任聘請了27 位科學家和科學工作者成立“腐蝕科學”學科組， 制定規劃，成立學會、組織全國腐蝕調查， 成立腐蝕與防護研究所。現在，中國腐蝕科學領域研究站在了世界前沿，為控制腐蝕、減少損失、提高中國材料制品的水平與質量做出了貢獻。

 

    腐蝕是一個世界性課題，許多腐蝕事故的發生往往是先行國家“優先”品嘗。

 

    20 世紀60 年美國登月成功，可是， 一次次的發射，代價過于高昂，引發了一個新思維的出現，是否可研制一種航天器既能象火箭那樣沖向太空，也能象飛船那樣在軌道上運行，還能象飛機那樣在大氣里滑行并自行安全返回地球，多次反復使用。這就是“航天飛機”，而且，還采用波音-747 背著航天飛機，至高空發射，這確實是航天發展史上一個里程碑。但是， 腐蝕問題毀了這個發明。由于固體助推火箭節間起密封作用的O 型橡膠圈，經不住發射地嚴寒冬天的環境作用，提前老化（彈塑性降低），失去密封作用，主機點火， 火苗竄入、超前點燃火箭，1986 年1 月28 日“挑戰者”號航天飛機73 秒發生爆炸； 為了橡膠圈能經受嚴冬環境，改進了設計， 增加了保溫套，沒有想到的是起飛時海綿保溫套掉塊，擊破左機翼前緣高溫防護用的防熱瓦，2003 年2 月16 日“哥倫比亞” 號返航時高溫防護層失效處的機翼在高溫下瞬間熔化引發爆炸。這兩次空難犧牲14 位宇航員。這兩次事故作為導火線，結束了美國為期30 年投資2000 億美元的航天飛機時代。俄羅斯成為唯一擁有能往返于地面和國際空間站的載人宇宙飛船的國家。從這一件事情可以看出，在服役環境作用下，發生的腐蝕、老化，如果預防與控制不了，將會造成重大的經濟損失、浪費資源和能源、阻礙技術進步和社會發展、增加環境污染、影響人類的可持續發展。

 

    CPF：針對腐蝕是世界性課題， 我們如何才能真正預防與控制呢？

 

    李研究員回答說：“怎么才能真正做到航空腐蝕的預防與控制呢？貴刊記者曾經來訪問過我，在《腐蝕防護之友》2011 年第3 期刊登了《三十年磨一劍》一文， 報道了訪談錄，全面介紹了我在創建我國航空腐蝕系統控制的理念及其理論、原則、技術和措施的實際歷程和實踐的結果。從腐蝕調查開始，我發表幾十篇論文和19 部著作，付出了30 年的歷程，真可謂30 年磨一劍。請讀者查閱那篇文章，在這里我補充說幾點：

 

    （一）想要在飛機制造業推行腐蝕預防與控制系統工程，首先我們講清八個問題：

 

    （1）在高空飛行的飛機為什么會出現腐蝕？ 腐蝕如何發生的？

 

    （2）腐蝕控制要不要、能不能進入設計，如何進入設計？

 

    （3）控制從設計開始，那么設計師的責任，任務和具體設計原則是什么？

 

    （4）制造工程師如何控制制造過程， 才能不帶來腐蝕隱患？

 

    （5）如何控制外購材料、外購零部件、 外購整機裝配件？

 

    （6）如何從設計、研制、生產、使用直至飛機退役全過程進行全方位控制？

 

    （7）如何統一全機腐蝕控制思想、原則和要求？

 

    （8）如何在組織管理和質量保證體系中采取有力措施？

 

    （二）在這個基礎上推行十大原則和十二項技術，在型號總設計師同意的基礎上，邀請設計、制造、使用、維護維修和管理工程師和材料腐蝕工程師共同研究和討論飛機研制全過程中的各種技術細則， 為型號飛機編寫《飛機腐蝕控制設計細則》。

 

    （三）根據總設計師的指示精神，以指令性和指導性兩部分下達文件給所有設計師和制造工程師，指令性文件必須執行， 指導性文件參考執行。

 

    （四）設立專門機構統一負責組織、管理、實施和監督檢查。

 

    采用腐蝕預防與控制系統工程的理念及其理論、原則、技術和措施，在我國某型號實施之后，開創了我國軍用飛機超長時間使用不出現重大腐蝕事故的先河，在埋地管線、機場航站樓以及鋼結構橋梁減少腐蝕，延長使用壽命方面都取得了一些成效。我國鋼結構大橋從不敢確定設計壽命，發展到明確50 年、70 年、100 年甚至120 年的設計壽命，就是在這些方面全面提高的結果。

李金桂研究員一生從事航空材料研究，編撰的相關書籍與著作集

 

    實際上，材料及其制品的失效，不僅是腐蝕造成的，還有摩擦引發的磨損，以及反復使用引發的疲勞斷裂。所以，在國家建設中，僅僅實施腐蝕預防與控制系統工程是不夠的。

 

    CPF：您的意思是要預防與控制腐蝕、摩擦磨損和斷裂這些失效，才能確保可靠使用？

 

    李研究員回答說：需要全面實施材料失效預防與控制系統工程。實際上，材料及其制品（產品、裝備、和工程建設項目等） 不能安全、可靠和耐久使用，出現提前損傷、提前破壞、提前失效，失去使用壽命， 除了腐蝕，還有接觸界面摩擦引起的磨損和受力構件的斷裂，尤其是疲勞斷裂。

 

    而且，失效的因素，一般不是單一的， 往往是多種因素綜合的，互相協同的、復合作用的結果，例如，摩擦過程中又有環境侵蝕，出現的不是干磨損，而是摩擦與腐蝕的協同作用，是腐蝕加速了的磨損， 是磨蝕，或是接觸腐蝕疲勞；又如，在靜應力作用下的腐蝕，是顯著加速了的腐蝕斷裂，稱為應力腐蝕；在動應力與腐蝕的同時作用下，是顯著加速了的疲勞斷裂， 稱為腐蝕疲勞；

 

    李研究員認為，要真正認清與處理好材料及其制品的失效，提高其使用可靠性。安全性、經濟性和耐久性，必須不斷提高學識和把握控制技術，包括5 個方面：

 

    （1）不能只考慮腐蝕，要考慮摩擦磨損和受力構件的強度斷裂問題，綜合分析在服役環境作用下，這些因素的綜合、協同作用及其后果；

 

    （2）認清各種材料的特性，各種材料只能適應某些服役環境的作用，不能超越；

 

    （3）設計師要充分認清和分析上述兩點，選好材料的同時進行合理的結構設計、采用合理的保護措施；

 

    （4）制造工程師要如實地復制設計， 所采用的制造工藝不能損傷材料的固有性能；

 

    （5）使用過程要堅持不懈地進行維護保養。這就是材料失效預防與控制系統工程的核心內容。

 

    系統工程運行與管理為當下之路

 

    為了提高材料及其制品使用的可靠性、安全性和耐久性，世界各國都采取了相應的措施，最終發現需要抓好每一個環節， 進行系統控制。

 

    美國20 世紀50 年代中期在各種彈道導彈系統研發過程中形成了系統工程管理的理念，確立了系統的全壽命期，在項目立項到系統被廢棄（退役）的整個時間周期內包括方案探索、論證與確認、全面研發、制造、使用和保障。通過推行系統管理的理念成功實施了阿波羅登月計劃和F-16、F-18、F-117 飛機和B-2 隱形戰略轟炸機的研制。美國系統工程管理科學家Booz·Allen&·HamiltonInc 在《System Engineering Management Guide》一書中指出：只有在型號研制中采用系統工程的原理和方法，才能使工程技術人員和管理人員在給定的任務要求和資源約束條件下， 合理地確定系統的技術要求，選擇出最優的技術狀態，全面地管理工程的研發，正確地驗證系統的技術性能；并使設計出來的系統順利地投入生產；使生產出來的系統得到經濟而又有效的保障。現在，美國已經將其應用于各種軍事和民用大型工程系統，超過250 多種專業。

 

“材料延壽與可持續發展的戰略研究”咨詢項目啟動會
 

    我國系統工程管理的思想出現在20 世紀六、七十年代。為了發展”兩彈一星“， 我國采用了”全國一盤棋“戰略和”共產主義大協作“的精神，強調通過集體智慧”把零金碎玉變成大器“，所以在國力和科研實力比較薄弱的情況下，發展了我國的原子彈、導彈和人造衛星，顯著地提高了我國在國際上的地位。錢學森先生開創了我國系統科學與系統工程學的研究。任務是： 確立工程開發目標，分析工程開發的環境， 設計出工程組態與社會環境和自然環境相融合的總體方案，控制最少的物質、人工和時間的均衡投入。大至國家重大工程項目的建設，中至行業的發展（火車、汽車、飛機、輪船等）都有系統工程運行與管理的問題。

 

    預防與控制了失敗，迎來的就是勝利。材料失效預防與控制系統工程的核心思想就是有意識地進行全員參與的全過程全方位對可能出現的材料腐蝕（老化）、磨損和斷裂進行預防與控制的系統工程及其管理。目的就是使”中國制造“的產品、”中國建造“的工程項目具有使用可靠、安全、經濟和耐久的特征，成為世界名牌。中國成為”材料強國“和”制造強國“，資源節約型與環境友好的”和諧社會“，這就是李金桂先生為之奮斗不息的”中國夢“。

 

    CPF：您幾十年主編或副主編或參與編寫38 部專著，”爬格子寫書“是很不容易的，請介紹一下，您是怎么完成的？

 

    李研究員回答說：要完成一部著作， 是很辛苦的事情，首先，要有創新，有需求， 有讀者群，有推動力，其次是有知識的積累、思想觀念的提升、志同道合專家的組織、再就是課題的立項、經費的申請、出版社的認可等一系列的關卡，任何一道關卡既是促進劑又是阻擋墻，這確實需要不怕艱辛的精神。

 

    20 世紀80 年代開始，為了要讓設計師和工程師有理論可指導、有原則可遵循、有技術可使用、有措施可照辦。一句話，將腐蝕理論轉化為可操作的工藝技術、可執行的具體規范，可遵循的實際章程。編寫了腐蝕預防與控制系統工程的專著19 冊。

 

    20 世紀90 年代，我在院長和嚴鳴皋院士領導下，從課題立項、經費申請，專家聘任、確定能寫什么不寫什么、材料牌號

 

    進入與否的把關等，手冊出版后，收到航空歡迎，又以《工程材料實用手冊》出版以饗全國，這是10 萬航空材料和50 萬航空工業建設者研究、設計、生產的結果和多少飛行員飛行考核的結果，我只做了很少的工作，我列入”常務副總主編“。所以， 別看我主編或副主編了很多的著作，但我的能力是有限的，所做的工作是有限的， 不過，是真正去做了的。同樣道理，我提出多國材料進入了中國，我國的材料太亂了，太雜了，要理清我國的材料體系，首先是航空材料體系，我起了頭，主持編寫了《航空發動機材料體系》，這書成了樣板、出現了航空材料體系，甚至，《中國軍工材料體系》二十多本，目標是搞清家底， 使用先進的，推薦更先進的，限制較差的， 淘汰落后的。這就推動了國防材料的發展。

 

    多年的工作，使我認識到，任何材料制成制品才能使用，使用又使材料制品不可避免要經受服役環境的作用，出現材料腐蝕、摩擦磨損和斷裂，致使其失去使用可靠性、安全性、經濟性和耐久性，失去使用壽命，于是提出《材料延壽與可持續發展》系列叢書的編寫，我從系列叢書的30 本設想、到課題立項、經費申請、專家聘請、各冊主編確定、編寫宗旨等我這就成為了該系列叢書的總主編。

 

    所以，別看我的著作一大堆，真正編寫還是大家共同努力的結果，借此機會， 我衷心感謝所有與我共同經歷了多少不眠之夜的專家。

 

    CPF：您進行了許多研究，取得了15 項成果獎，還寫了那么多的著作，又有許多業余愛好， 您的業余生活是如何安排的？

 

    我是一個喜歡活動的人，夫人很好， 夫妻和睦；子孫都在各自崗位上盡心， 家庭和諧；我住環山村朋友多多，出門就可以爬山，環境和諧。

 

    1996 年我們三十多人成立了一個爬山隊，叫”金色康樂隊“，加上退休辦組織各種有益于健康的活動，我是堅持了十年的爬山運動，近年又參加了太極拳、太極扇、柔力球的運動，每天晚上堅持走步。我相信生命其實在于平衡的觀點，要學會維持”營養平衡、動靜平衡、心理平衡。“