北京科技大學新材料技術研究院副院長、腐蝕與防護中心教授、博士生導師;國家材料環境腐蝕平臺主任;教育部腐蝕與防護重點實驗室主任;中國腐蝕與防護學會秘書長;政府特殊津貼獲得者;中國科學院寧波材料研究所研究員兼海洋腐蝕973首席科學家;南京鋼鐵股份有限公司研究員首席腐蝕工程師;國際腐蝕聯盟執委。
在材料腐蝕與防護,尤其是自然環境(大氣、海水和土壤)腐蝕數據積累與機理研究方向上長期堅持系統研究。秉承應用基礎研究、科技數據積累與共享和工程應用三結合的原則,以解決工程實際材料腐蝕難題為最終研究目的,經常深入廠礦企業,解決了許多材料腐蝕的重大難題。主要研究為:
一、在材料腐蝕與防護應用基礎方面如下:
1、材料大氣環境初期腐蝕行為、機理與規律的探索。系統研究了在單一和復合污染物(SO2、 CO2、 Cl-)下金屬材料腐蝕初期過程中的協同效應,及其與銹層演變間的關聯機制,得到了30多種金屬材料在不同大氣環境中腐蝕的動力學冪指數規律;原位研究了大氣腐蝕初期產物演變規律,闡述了Cu、Cr合金元素在銹層中富集及其對銹層轉化的作用機理;實現了可控穩態薄液膜下電化學測量,進一步完善了大氣腐蝕的電化學理論體系。特別是利用激光測量裝置,在0.01秒(目前所能觀測到的最短時間)內在線觀測到點蝕的形成,并利用同時在線的腐蝕電化學測量裝置,對其腐蝕電化學和動力學規律進行了目前最短時間極限內的研究。
2、腐蝕微區電化學和相電化學的探索。系統研究了碳鋼、管線鋼和鋁合金在大氣和土壤環境薄液膜下微區腐蝕電化學特性,對微區腐蝕電化學和以上材料相結構之間的關系進行了探索,尤其原位表征了應力腐蝕裂尖的電子能量場,提出裂紋擴展路徑與其分布梯度有關;利用微區電化學技術發現管線鋼土壤應力對裂紋尖端腐蝕過程的促進作用需要滿足塑性變形的條件,裂紋尖端作為陽極,遠離裂尖的基體作為陰極,以電偶對的方式對裂紋尖端的陽極溶解過程起到促進作用,指出裂紋尖端是非穩態的電化學過程并對其演化機制進行了表征和建模。
3、腐蝕過程的計算機模擬。建立了概率型元胞自動機模型,對穩態薄液膜下大氣腐蝕初期進行了計算機模擬,仿真結果與室內濕熱實驗結果吻合。對不銹鋼點蝕動力學的過程進行了模擬,尤其是對點蝕亞穩態向穩態轉變機制的模擬,是腐蝕過程計算機模擬開拓性的研究,對點蝕機理定量化認識和腐蝕過程模擬都是重要的基礎工作。
4、高分子材料環境老化及涂層下金屬腐蝕機理。對典型塑料、橡膠、粘結劑和涂料在我國典型氣候下的老化規律進行了系統研究;尤其選取丙烯酸聚氨酯和環氧樹脂清漆兩種涂層體系,在具有典型的強紫外輻照的拉薩進行室外曝曬試驗,并以位于相同緯度、具有亞熱帶濕熱城市氣候的武漢曝曬結果相對比,研究了兩種涂層室外老化與膜下腐蝕的行為與規律;建立了兩種涂層在室內人工氣候環境下的加速老化模擬實驗以及室內外的相關性;對光老化涂層的膜下腐蝕行為機理進行了原位研究,為自然環境下有機涂層/金屬體系的壽命預測和相關性及膜下腐蝕行為研究提供了一種新嘗試。
已經培養博士后9名,博士44名,碩士78名。目前所領導的研究團隊有教師14名,博士后、博士生和碩士生共計128人。團隊承擔了大量的國家自然科學基金面上(16項)、重點(3項)和重大基金子課題(3項);973; 863;國家支撐計劃;科技部平臺建設項目;軍工基礎研究項目。共發表英文SCI文章256篇,被引次數1053次;共發表中文文章445篇,被引次數(扣除SCI文章引用次數)2164次;總論文被引用次數合3217次,出版專(譯)著八部。2009年度以排名第一的身份獲得了國家科技進步二等獎項。
二、材料腐蝕與防護科學數據積累與共享方面:
1、主持國家材料環境腐蝕野外科學觀測研究臺站的建設。作為我國科技條件平臺建設和科學數據共享工程的最早推動者之一,2003-2004年主持了科技部基礎條件平臺建設項目“國家材料環境腐蝕野外臺站建設與資源共享”,2005年主持了國家科技基礎條件平臺建設重大項目“國家材料自然環境腐蝕實驗臺網建設”。本著邊建設、邊積累、邊共享的原則,組織了跨行業跨部門跨地區的十五個單位協同工作,建成了由30個臺站組成的新的國家材料環境腐蝕野外科學觀測研究站網,2006年組織了我國最大規模的材料環境腐蝕試驗,共計投試金屬、涂鍍層、高分子和建材等123種,5萬多片試樣,最長達16年的暴露試驗。該平臺是材料腐蝕學科幾代學者工作在新時期的延續,在科技部建設的23個科技條件平臺每年的年度評估中,均以優秀成績名列前茅。
2、創辦了“中國腐蝕與防護網”,建設了中國最大的材料腐蝕與防護數據庫,完全實現數據網絡共享和信息日常服務,并向著物聯網的方向發展。1999年創建了“國家材料環境腐蝕試驗站”的工作網站“材料環境腐蝕數據共享網”,經過漫長的建設和大量數據的入庫,該網于2013年發展成為“中國腐蝕與防護網”,而“中國腐蝕與防護網”作為中國科技資源網的重要組成部分,正在向物聯網的實體方向發展,并承載著我國的材料腐蝕信息學這一新學科的發展。該網包含20GB的腐蝕數據,核心元數據18000余條,日均用戶訪問數超過200個IP,網頁瀏覽量日均達到2000個PV.
3、提出了建立“材料腐蝕信息學”,闡述了材料腐蝕基因組工程的框架體系。在自己二十多年材料腐蝕數據積累與計算機技術結合研究工作的基礎上,根據當今“大數據”時代信息科學發展的趨勢,提出了建立“材料腐蝕信息學”,并闡述了“材料腐蝕信息學”的框架體系及與材料腐蝕基因組工程之間的關系。“材料腐蝕信息學”是材料腐蝕學科發展的必然,也是材料基因組工程的重要組成部分。
2009年6月,獲得“全國野外科技先進個人”稱號,所領導的團隊獲得“全國野外科技先進集體”稱號。2011年獲科技部執行“十一五”國家重大科技計劃優秀團隊獎。2014年開始擔任國家“海洋腐蝕973項目”首席科學家,提出了“海洋腐蝕綜合治理”的研究思路。
三、應用基礎研究和數據積累對材料防腐蝕工程的貢獻:
1、腐蝕數據積累對工程應用的貢獻。積累了大量材料在我國自然環境下的腐蝕數據,為三峽工程、西氣東輸、南水北調、海上石油平臺和路橋工程等國家重大建設工程;石油、石化、通訊、航空、航天、水利、冶金、汽車等行業領域;為航天、陸軍、海軍、空軍、雷達通訊等數十家國防單位提供數據共享與應用服務。國家20多項相關的國家標準制定,50多項行業標準的制定,無一例外的使用了所積累的數據,為行業發展提供了技術支撐。
2、腐蝕數據軟件系統的工程應用。在大量腐蝕數據積累的基礎上,研制了不同類型的數據應用和腐蝕評估軟件系統。截至目前為止,數據軟件系統在山東電網、國家電網、華為、寶鋼、武鋼、兵器59所、獨山子石化等企業獲得成功應用,產生了巨大的經濟和社會效益,有效的提升了企業的防腐蝕工程水平。
3、在眾多腐蝕失效案例分析基礎上,提出的基于環境載荷譜的新的腐蝕壽命評估方法與工程應用。在積累的大量材料環境腐蝕數據和在眾多腐蝕失效案例分析的基礎上,建立了新的腐蝕壽命評估方法,指出制定符合服役環境的室內加速腐蝕試驗的載荷譜,以及室內外腐蝕試驗良好的相關性是評估腐蝕壽命的關鍵。提出金屬材料腐蝕壽命預測的工作流程為:預測對象的確定與現場腐蝕機理分析、服役環境監測、室內加速試驗載荷譜制定、加速腐蝕試驗與機理研究、室內外相關性分析、現場試驗數據驗證、實際腐蝕案例標定和數據庫建設等八個方面要素。
該方法在天宮一號、天宮二號、大飛機、國家電網、華為構件和長城汽車等企業材料腐蝕壽命評估工程中得到了應用和驗證,特別是2012年成功解決了“天宮一號”某關鍵部件腐蝕的重大問題,為按時發射提供了堅實的科學基礎,受到中國航天員科學培訓中心的表彰。
北京科技大學腐蝕與防護中心
北京科技大學腐蝕與防護中心是1985年經國家科委代表中國政府向聯合國申請,聯合國開發計劃署(UNDP)于1987年批準成立的,UNDP投入100萬美元,中國政府投入350萬人民幣,建造了3500m2的腐蝕實驗室,購置了一批先進設備。選派教師到國外著名大學和科研機構進修、培訓,邀請國外知名專家講學,舉辦各類培訓班,培訓的人員活躍在全國各個工業領域,是中國腐蝕與防護學會、氫脆及應力腐蝕專業委員會、防腐蝕工程專業委員會的掛靠單位。近幾年,腐蝕與防護中心研究條件得到明顯改善,除購置了環境掃描電鏡、多臺不同型號的原子力顯微鏡、高溫高壓應力腐蝕試驗機、納米壓痕儀、高溫高壓硫化氫實驗裝置外,實驗室面積也得極大改善,面積達到6000m2,有了以“腐蝕樓”命名的獨立實驗大樓。
承擔973課題主要任務:負責多因素作用下海洋材料腐蝕的力學-電化學交互作用規律和機理;并承擔力學載荷和化學腐蝕環境共同作用下的摩擦磨損機制研究。
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