中國科學(xué)院金屬研究所國家金屬腐蝕控制工程技術(shù)研究中心

我國每年因腐蝕損失約為GDP的5%，大于所有自然災(zāi)害損失之和。但通過防腐蝕材料和腐蝕控制技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，至少可降低30%。我國首個大型油輪的防腐工程；秦山核電站循環(huán)水設(shè)備防腐工程；地下成品油管線陰極保護工程；寧波蕭山輸油管線防腐工程；杭州、大連、長春供熱管道防腐工程；大慶石化總廠50萬噸水處理改造工程；西氣東輸管道工程彎頭防腐加工工程；杭州灣跨海大橋鋼樁防腐陰極保護工程；大慶油田、勝利油田、渤海油田、華北油田、中原油田、吉林油田、遼河油田、新疆油田等防腐技術(shù)；大慶石化、齊魯石化、茂名石化、撫順石化、上海高橋石化、錦州石化、大連石化、金陵石化的腐蝕監(jiān)測與腐蝕控制；浙江電力、山東電力、安徽電力、湖南電力、海南電力、東北電力等防腐技術(shù)，都是由國家金屬腐蝕控制技術(shù)研究中心實施完成，其防腐蝕工程、技術(shù)、產(chǎn)品輻射到全國20多個省市和地區(qū)各類工業(yè)領(lǐng)域。

國家金屬腐蝕控制工程技術(shù)研究中心(以下簡稱“中心”)1996年經(jīng)國家科技部組織評審后批準(zhǔn)組建，2000年通過國家科技部驗收并正式命名。中心成立之初，依托于原中國科學(xué)院金屬腐蝕與防護研究所，現(xiàn)依托于1999年兩所合并后的中國科學(xué)院金屬研究所。

中心實行管委會領(lǐng)導(dǎo)下的主任負責(zé)制，管委會主任為柯偉院士，中心主任及法人代表為韓恩厚研究員(現(xiàn)任世界腐蝕組織(WCO)副主席，腐蝕領(lǐng)域最有影響學(xué)術(shù)刊物《Corrosion Science》編委)。中心是遼寧省腐蝕與防護學(xué)會、遼寧省金屬腐蝕控制技術(shù)服務(wù)中心掛靠單位。

中心具有ISO9001，ISO14000，ISO18000管理體系證書、國家化工防腐一級施工資格證書、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)證書、重合同守信用單位、AAA級信用單位等資質(zhì)證書，在同行業(yè)中具有較高的聲譽，在歷次評估中均為優(yōu)秀。

1 核心業(yè)務(wù)

美國國家科學(xué)院研究委員會2011年出版的《腐蝕科學(xué)與工程領(lǐng)域的研究機遇》報告指出，腐蝕領(lǐng)域有4項挑戰(zhàn)：(1)低成本與環(huán)境友好的耐腐蝕材料與涂層；(2)預(yù)測實際服役環(huán)境中腐蝕退化的高保真模型；(3)與真實服役環(huán)境中長期腐蝕行為實現(xiàn)定量關(guān)聯(lián)的可控的實驗室加速腐蝕試驗方法；(4)精確地預(yù)測裝備大修、更換、停用等剩余壽命。中心正是圍繞以上課題開展研究與開發(fā)工作，并確立了多項核心業(yè)務(wù)：

工業(yè)環(huán)境和自然環(huán)境中材料的腐蝕防護機理；腐蝕控制工程；防腐蝕新材料與新技術(shù)、防腐蝕產(chǎn)品的開發(fā)；防腐蝕技術(shù)工程示范；防腐監(jiān)測與檢測儀器儀表的開發(fā)；防腐蝕設(shè)計；防腐蝕技術(shù)轉(zhuǎn)讓、咨詢與服務(wù)；防腐蝕管理人員和技術(shù)人員培訓(xùn)。

具體技術(shù)研究包括耐腐蝕材料、涂料、陰極保護、緩蝕劑、表面處理、監(jiān)測/檢測儀器與技術(shù)、工程結(jié)構(gòu)與裝備的腐蝕安全與壽命評價技術(shù)等等。

2 研究成果

納米氧化物濃縮漿與納米復(fù)合涂料涂料是腐蝕控制的最主要手段，依靠涂料控制腐蝕可達75%。然而我國高性能涂料長期依賴進口。1999年中心提出了采用納米粒子提高涂料性能的方法。采用兩步法把納米漿體添加到涂料中，制備了具有不同功能的多種納米復(fù)合涂料。大量的實驗室和現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)證明，該納米濃縮漿顯著提高了涂料的抗紫外老化性、耐候性、耐蝕性、耐磨性、光催化活性等，大幅度提高了傳統(tǒng)涂料的性能。納米氧化物濃縮漿的設(shè)計考慮了溶劑和納米粒子、分散助劑的相互作用、相互匹配，使?jié){體和各組分之間協(xié)同作用，達到穩(wěn)定分散的目的。解決了納米氧化物粉體材料的團聚性、分散穩(wěn)定性兩大國際難題。分散助劑在粒子表面產(chǎn)生吸附和錨固作用后形成包覆層，依靠空間位阻作用等來達到穩(wěn)定分散體系的作用。中心研制成功的納米氧化物濃縮漿具有高濃度、低粘度的特點，固含量約是國外同類產(chǎn)品的2倍、粘度低于其50%以上、貯存穩(wěn)定性提高100%。產(chǎn)品性能(固體含量、初始粘度、貯存期等)達國際領(lǐng)先水平，引領(lǐng)了該研究方向。“納米氧化物濃縮漿和納米復(fù)合涂料”2006年獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎，已獲授權(quán)發(fā)明專利40余項，并實現(xiàn)了規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。納米復(fù)合涂料已經(jīng)在飛機、電網(wǎng)、建筑等各種裝備的涂料防護領(lǐng)域批量應(yīng)用，在船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)完成了示范工程，國外海洋涂料公司開始了批量采購，已經(jīng)成為涂料發(fā)展的國際化趨勢。納米氧化物濃縮漿不僅可用于各種涂料的改性中，而且在塑料、膠粘劑、橡膠、油墨、化妝品等諸多領(lǐng)域有廣泛用途。

納米復(fù)合涂料在電力桿塔、變電站等5大電網(wǎng)的電力設(shè)施中廣泛應(yīng)用

重腐蝕防護涂層與陰極保護聯(lián)合防護技術(shù)在杭州灣跨海大橋鋼管樁百年防腐工程中的應(yīng)用

SEBF/SLF重腐蝕防護技術(shù)該技術(shù)是一種無溶劑環(huán)氧粉末及無溶劑液體環(huán)氧重防腐涂裝技術(shù)，中心經(jīng)過10多年從涂料、涂裝工藝和涂裝設(shè)備全方位展開工作，在SEBF系列熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂料和SLF高分子復(fù)合涂料；SEBF管道涂裝生產(chǎn)線、SEBF異型件涂裝生產(chǎn)線和SLF管道模壓涂裝生產(chǎn)線涂裝設(shè)備；快速固化、慢速固化和常溫固化工藝等方面取得了系列成果。制定了GB/T 18593-2001《熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂料的防腐蝕涂裝》國家標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)具有涂層與基體結(jié)合力強；涂層自身機械強高；抗沖擊性能突出；涂層的抗?jié)B透能力強；涂層的化學(xué)穩(wěn)定性好(耐酸、堿、鹽侵蝕)；涂層表面的粗糙度低，與流體摩阻小可用于內(nèi)涂層減阻；涂層無毒，滿足食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(可用于食品行業(yè))等性能特點。還可根據(jù)需要進行機械加工，用在動態(tài)部件上可增強部件的耐磨、耐氣蝕、耐沖刷性能，提高部件在苛刻環(huán)境下的使用壽命。已廣泛應(yīng)用在石油、化工、化纖、核電、給排水、供熱、海洋開發(fā)等各行業(yè)國家建設(shè)工程項目中，如：“西氣東輸”管道彎管防腐、杭州灣跨海大橋鋼管樁防腐、舟山聯(lián)島工程大橋鋼管樁防腐等等。

金屬表面處理技術(shù)表面處理是僅次于涂料的最常用腐蝕防護技術(shù)之一。化學(xué)鍍是工業(yè)界常用的腐蝕控制技術(shù)之一，其難度在于鍍層的結(jié)合力和穩(wěn)定性。從1991年的機器人應(yīng)用，到1995年解決了石油化工領(lǐng)域大型換熱器化學(xué)鍍技術(shù)(30 m3鍍液)——大裝載比鍍液穩(wěn)定性難題，使之在石油煉廠(如茂名石化、廣州石化、盤錦油田等)得到推廣。中心長期致力于該領(lǐng)域研究，在國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界獲得較高聲譽。

鎂合金的表面處理技術(shù)在鎂合金汽車部件中批量應(yīng)用，已裝車100多萬輛

由于鎂的自腐蝕電位低，腐蝕是制約鎂合金工程化應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸，其防護技術(shù)是國際難點。中心研發(fā)出的多種鎂合金防腐蝕技術(shù)，解決了防護膜層不致密和結(jié)合力低等問題。其中環(huán)保型無鉻轉(zhuǎn)化膜技術(shù)經(jīng)美國權(quán)威單位對多國技術(shù)盲評后認(rèn)定處于國際領(lǐng)先地位，并在一汽汽車核心部件中裝車100余萬件。研發(fā)的鎂合金化學(xué)鍍技術(shù)，滿足了航天裝備對耐腐蝕性能、電磁屏蔽性能、冷熱循環(huán)疲勞性能等的綜合要求，成功用于重要航天型號中。研發(fā)的自封孔微弧氧化技術(shù)，成功用于關(guān)鍵技術(shù)裝備中。

飛機日歷壽命定量評價方法及其延壽飛機停放時服役在腐蝕性環(huán)境中，并在不同自然環(huán)境條件中飛行和停放；飛行時不僅有腐蝕，還承受著疲勞載荷，確定和延長飛機的日歷壽命已經(jīng)成為制約我國飛機安全性和可靠性的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。以國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973)“材料的環(huán)境行為與失效機理”等項目為支撐，中心系統(tǒng)研究了材料與結(jié)構(gòu)環(huán)境損傷演化規(guī)律，獲得了在腐蝕環(huán)境或/和載荷作用下材料與結(jié)構(gòu)腐蝕形態(tài)轉(zhuǎn)化、腐蝕與疲勞載荷的交互/交替作用的損傷演化規(guī)律，對飛機的服役環(huán)境參數(shù)進行了大量的統(tǒng)計分析，并對飛機的局部環(huán)境進行了測試，在此基礎(chǔ)上，以損傷等效為原則，創(chuàng)建了環(huán)境譜損傷當(dāng)量法；將飛機外場復(fù)雜服役條件經(jīng)統(tǒng)計和科學(xué)剪裁，對多種飛機停放和飛行環(huán)境、交互/交替作用進行了當(dāng)量化處理，使試驗產(chǎn)生的損傷與服役損傷具有當(dāng)量關(guān)系，編制成供加速試驗的腐蝕環(huán)境譜，建立了加速實驗環(huán)境譜編制方法。發(fā)現(xiàn)了材料與結(jié)構(gòu)的損傷特征等效關(guān)系、室內(nèi)加速實驗結(jié)果與實際服役行為的等效關(guān)系。在獲得的材料與結(jié)構(gòu)損傷演化規(guī)律和創(chuàng)建的環(huán)境譜損傷當(dāng)量法的基礎(chǔ)上，建立了飛機日歷壽命評價方法，并根據(jù)安全性與經(jīng)濟性相統(tǒng)一的原則，實現(xiàn)了對飛機結(jié)構(gòu)日歷壽命的預(yù)測與評估。據(jù)此，結(jié)合延壽處理的腐蝕控制技術(shù)，制訂了飛機結(jié)構(gòu)維修腐蝕控制大綱，創(chuàng)建了飛機日歷壽命定量評價技術(shù)體系，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，使其具有對飛機進行延壽決策、涂裝延壽處理并為新飛機日歷壽命確定和防腐設(shè)計提供理論依據(jù)的能力。

提出了環(huán)境譜損傷當(dāng)量法，形成飛機 日歷壽命定量評價方法，通過延壽決策和延壽技術(shù)，顯著延長了飛機的日歷壽命

該成果已經(jīng)成功用于飛機日歷壽命預(yù)測、安全評定、腐蝕修理與防護、壽命延長和壽命管理、設(shè)計制造等方面。“飛機日歷壽命定量評價方法及其延壽應(yīng)用”2009年獲國家科技進步二等獎。使我國從過去依靠經(jīng)驗確定飛機日歷壽命上升到應(yīng)用具有理論基礎(chǔ)的普適性定量評價方法。該方法與思路也可推廣應(yīng)用于暴露在實際環(huán)境中長期服役的其它裝備和大型工程結(jié)構(gòu)中。

創(chuàng)建了腐蝕裂紋當(dāng)量法，形成了管道腐蝕損傷評價的我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)于美國ASME B31G規(guī)范，已經(jīng)在數(shù)萬公里長輸油氣管道中廣泛應(yīng)用

油氣管道的腐蝕損傷評價及維修技術(shù)長輸管道是油氣輸運的大動脈，管線鋼的開裂機制是國際難點，是評價管道能否長期安全運行的關(guān)鍵。中心提出環(huán)境斷裂具有局部化特征，將裂紋局部電化學(xué)、局部形變和局部材料等因素耦合，建立了裂紋尖端局部電化學(xué)隨裂紋長度變化的二維數(shù)學(xué)模型；并通過原位測量證明了其正確性。同時開展了系列管線鋼的微觀結(jié)構(gòu)、土壤腐蝕電化學(xué)、應(yīng)力腐蝕的機理研究，將環(huán)境斷裂的局部化原理用于管線鋼環(huán)境開裂研究中，首次發(fā)現(xiàn)恒載荷下高強管線鋼在近中性環(huán)境中會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，提出管線鋼應(yīng)力腐蝕是局部材料的力學(xué)-化學(xué)的交互作用的自催化過程，隨后國外開展跟蹤研究。首次將復(fù)合微電極技術(shù)與模擬管線涂層縫隙結(jié)合，發(fā)現(xiàn)剝離涂層下國產(chǎn)X70管線鋼在我國土壤溶液中能夠發(fā)生穿晶應(yīng)力腐蝕破裂，并在開路電位、欠保護和陰極保護斷電情況，發(fā)生近中性應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性最強。提出了腐蝕裂紋當(dāng)量法，考慮腐蝕與變形交互作用的局部化特征，將管道表面復(fù)雜形狀的腐蝕坑等效為具有相同局部化特征的當(dāng)量裂紋，建立了腐蝕管道剩余強度計算方法，克服了國外標(biāo)準(zhǔn)過于保守的弱點，獲得了更準(zhǔn)確的剩余強度，率先建立了中國石油天然氣總公司行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6151-1995，2009年國家能源局頒布修訂版，首次把斷裂力學(xué)方法應(yīng)用到管道安全評價標(biāo)準(zhǔn)之中。這些技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在我國數(shù)萬公里長輸管道的安全評價與腐蝕控制中得到實際應(yīng)用，避免了使用國外標(biāo)準(zhǔn)造成的浪費，帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。“油氣管道的腐蝕損傷評價及維修技術(shù)”2012年獲遼寧省科技進步一等獎。

自主研發(fā)的模擬350 ℃、20 MPa以下核電高溫高壓循環(huán)水環(huán)境中原位電化學(xué)測量、原位光學(xué)觀測、原位光譜分析和原位恒載拉伸等的國際上首套原位測試裝置，由此發(fā)現(xiàn)了一些新的現(xiàn)象與規(guī)律

核電材料與裝備安全評價高溫高壓水中材料的腐蝕失效是影響核電設(shè)備長期服役安全性的關(guān)鍵問題，研究發(fā)現(xiàn)核電高溫高壓水中材料的腐蝕電化學(xué)動力學(xué)由界面電荷遷移控制，與常溫不同，加Zn后可以顯著抑制核電一回路中的腐蝕，提出了加Zn水化學(xué)建議導(dǎo)則，制備加工工藝、溶解氫和溶解氧影響材料應(yīng)力腐蝕的機制，裝備制造控制規(guī)范建議，植入環(huán)境參數(shù)的核電裝備材料的疲勞評價與設(shè)計曲線，計算了我國核電關(guān)鍵裝備的壽命，研發(fā)了核電站原位監(jiān)測與檢測技術(shù)等，在實驗室長期考核后，通過了大臺架考核。中心開展了我國核電國產(chǎn)蒸汽發(fā)生器傳熱管、主管道、壓力容器等材料的性能評價，并提出改進建議。中心自主研制了6套高溫高壓水回路腐蝕測試系統(tǒng)，其中模擬360 ℃/20 MPa核電環(huán)境中進行原位光學(xué)、電化學(xué)、光譜、聲發(fā)射、力學(xué)的綜合測試裝置、原位劃傷電化學(xué)裝置均屬國際首套。

油氣開發(fā)與煉制苛刻環(huán)境中的腐蝕控制技術(shù)隨著油氣的不斷開展，我國的油氣田中雜質(zhì)含量不斷升高，特別是在一些油氣田中H2S、CO2、單質(zhì)硫、氯離子等濃度較高，對材料防腐蝕提出了很高的要求。中心研究了H2S、CO2濃度、單質(zhì)硫、氯離子以及它們之間的相互作用對腐蝕的影響機理，掌握了影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，進一步研究了低成本耐腐蝕材料。研發(fā)了系列緩蝕劑，在多個油氣田中廣泛使用。研發(fā)的煉油裝置腐蝕監(jiān)測/檢測技術(shù)，在相關(guān)煉化裝備中實際應(yīng)用；研發(fā)的高性能耐溫耐蝕涂料技術(shù)，通過在大于200 ℃的高H2S、CO2濃度的油井和煉油裝置中實際應(yīng)用，證明了其實用性。

中心愿與國內(nèi)外同行、工業(yè)界同仁聯(lián)手，共同為降低腐蝕損失、減少腐蝕導(dǎo)致的事故做貢獻。

鏈接：

中國科學(xué)院金屬研究所成立于1953年。1999年5月，根據(jù)中科院實施“知識創(chuàng)新工程”的戰(zhàn)略部署，在“東北高性能材料研究發(fā)展基地”建設(shè)中，中國科學(xué)院金屬研究所與中國科學(xué)院金屬腐蝕與防護研究所整合建立新的中國科學(xué)院金屬研究所(以下簡稱金屬所),是涵蓋材料基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和工程化研究的綜合型研究所。主要學(xué)科方向和研究領(lǐng)域包括：納米尺度下超高性能材料的設(shè)計與制備、耐苛刻環(huán)境超級結(jié)構(gòu)材料、金屬材料失效機理與防護技術(shù)、材料制備加工技術(shù)、基于計算的材料與工藝設(shè)計、新型能源材料與生物材料等。

金屬所以“創(chuàng)新材料技術(shù)，攀登科技高峰，培育杰出人才，服務(wù)經(jīng)濟國防”為使命，堅持實施“人才興所”戰(zhàn)略，培養(yǎng)和凝聚了大批優(yōu)秀的材料科學(xué)家和工程技術(shù)專家。截至2013年底，金屬所擁有研究人員1 400余人，其中兩院院士8人，研究員及正高級專業(yè)技術(shù)人員139人，副研究員及副高級專業(yè)技術(shù)人員296人，國家杰出青年基金獲得者15人，“萬人計劃”杰出人才1人、“千人計劃”學(xué)者3人、“百人計劃”學(xué)者37人，是國內(nèi)在材料科學(xué)領(lǐng)域獲得國家杰出青年科學(xué)基金人數(shù)最多的單位。金屬所現(xiàn)有15名科學(xué)家在23個國際學(xué)術(shù)組織任職，25名科學(xué)家在29種國際學(xué)術(shù)期刊擔(dān)任主編、副主編、編委。一批科學(xué)家榮獲多項國際榮譽，并活躍在國際舞臺上，體現(xiàn)了金屬所的國際影響力。

金屬所是國內(nèi)材料科學(xué)領(lǐng)域重要的研究生培養(yǎng)基地，截至2013年9月，金屬所共有在讀研究生684人(其中碩士生294人、博士生389人)。金屬所堅持“質(zhì)量第一”的研究生培養(yǎng)理念，致力于培養(yǎng)造就材料科學(xué)與工程領(lǐng)域領(lǐng)軍人才，有26人榮獲中科院院長獎學(xué)金特別獎，在中國科學(xué)院研究所中位居前列。

金屬所面向國家戰(zhàn)略需求和國家經(jīng)濟建設(shè)、面向世界科學(xué)發(fā)展前沿需要，有針對性地開展基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，并注重科技成果的轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化。基礎(chǔ)研究方面擁有沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實驗室，是我國第一個研究類國家實驗室，2008年入選中組部首批“海外高層次人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地”。應(yīng)用研究方面擁有沈陽先進材料研究發(fā)展中心、材料環(huán)境腐蝕研究中心。工程化研究方面擁有高性能均質(zhì)合金國家工程研究中心、國家金屬腐蝕控制工程技術(shù)研究中心。

金屬所累計取得科技成果獎400余項，其中獲得國家級獎項90余項，包括國家科技進步特等獎、國家自然科學(xué)一等獎、國家技術(shù)發(fā)明一等獎和國家科技進步一等獎等獎項，特別是2010年金屬所名譽所長師昌緒院士獲得了國家最高科學(xué)技術(shù)獎，這不僅是中國材料界的光榮，更是中科院金屬所的光榮。2011年金屬所榮獲國際腐蝕工程師協(xié)會頒發(fā)的杰出機構(gòu)獎(Distinguished Organization Award)，是該獎項設(shè)立幾十年來亞洲地區(qū)唯一獲獎單位，顯示出在腐蝕防護領(lǐng)域的國際影響與地位。

受中國金屬學(xué)會、中國材料研究學(xué)會、國家自然科學(xué)基金委員會、中國腐蝕與防護學(xué)會等委托，金屬所編輯出版《金屬學(xué)報》(中、英文版)、《材料科學(xué)與技術(shù)》(英文版)、《材料研究學(xué)報》(中文版)、《中國腐蝕與防護學(xué)報》、《腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)》等6種學(xué)術(shù)刊物。