黄彦良:致力海洋防腐、防污研究 为国家海洋装备安全保驾护航
2019-12-18 10:05:02 作者:殷鹏飞 来源:《腐蚀与防护之友》 分享至:

乱石穿空,惊涛拍岸,这震撼人心的壮丽景色却是海洋防腐工作者眼中引发腐蚀问题的“重要帮凶”。海洋腐蚀会造成设施装备结构损伤、使役寿命缩短,严重的还会引发灾难事故,危及人民群众生命财产安全。最新的腐蚀调查显示,我国由于腐蚀带来的损失和防腐蚀投入总额超过两万亿元,为自然灾害的4倍,其中由海洋引发的腐蚀问题占有很大比重。参考国外同行的经验,如果采用有效的防护措施,25%—40% 的腐蚀损失可以被有效避免。为减少海洋腐蚀危害,保障国家海洋工程、装备安全,支持国家“海洋强国”战略推广,国内诸多科研院所的工作人员为此付出了不懈努力,并取得了丰硕成果——中国科学院海洋研究所就是其中的突出代表。近日,我们特邀请到该单位的黄彦良研究员,请他就我国目前海洋腐蚀防护形势和技术发展做相关方面的精彩解读。


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黄彦良,中国科学院海洋研究所研究员,博士生导师,海洋防腐研究领域的知名专家。主要研究领域包括腐蚀电化学、材料腐蚀、海洋腐蚀环境评估等。

 

记者:中国科学院海洋研究所成立60多年来,以“出重大成果、出优秀人才、出前瞻思想”为使命,成为我国规模最大、综合实力最强的综合海洋研究机构之一。请您谈谈中国科学院海洋研究所的发展历程。并谈谈中国科学院海洋研究所为科研人员提供哪些优质研究平台?涌现出哪些重大科研成果?

 

黄彦良研究员:中国科学院海洋研究所的前身是始建于1950年8月1日的中国科学院水生生物研究所青岛海洋生物研究室,是新中国第一个专门从事海洋科学研究的国立机构,是我国海洋科学的发源地。1954年1月1日,中国科学院水生生物研究所青岛海洋生物研究室更名为中国科学院海洋生物研究室,直属中国科学院,童第周为主任。之后研究室不断发展扩大建制,在1957年更名为中国科学院海洋生物研究所,并在1959年正式改名为中国科学院海洋研究所,童第周为第一任所长,副所长为曾呈奎等。到目前为止中国科学院海洋研究所拥有实验海洋生物学、海洋生态与环境科学、海洋环流与波动、海洋地质与环境、海洋环境腐蚀与生物污损5个中科院重点实验室以及海洋生物分类与系统演化实验室、深海研究中心,建有国家海洋腐蚀防护工程技术研究中心、海洋生态养殖技术国家地方联合工程实验室、海洋生物制品开发技术国家地方联合工程实验室3个国家级科研平台,牵头组建青岛海洋科学与技术国家实验室的海洋生物学与生物技术、海洋生态与环境科学2个功能实验室和海洋腐蚀与防护开放工作室,是目前我国规模最大、综合实力最强的综合海洋研究机构之一。


中国科学院海洋研究所为科研人员提供了全方位的科研服务,设有学会联合办公室、文献信息中心、科考船运行管理中心、公共技术中心、海洋科学大数据中心、海洋观测网络管理中心、中科院海洋生物标本馆7个研究支撑单元,此外正在建设中的中国科学院青岛科教园及中国科学院海洋大科学研究中心将有效地提升科研环境并进一步整合科研资源,从而提供更好的优质研究平台。


在大型仪器方面,我所建设有大科学装置资源平台,包括“科学”系列考察船以及一大批先进的海洋观测和室内分析测试设备,完全能够满足我所科研人员的科学研究需求,同时也能够为相关的海洋科学研究单位提供服务。


在海内外交流方面,所内定期和不定期邀请海内外涉海学术英才到所交流报告,同时鼓励所内研究人员积极走出去,对外交流讨论,掌握一线的研究动态;同时每年提供较多科研人员出国交流访学的机会,为年轻的科研人员提供更多的学习机遇,提升自身科研能力,为海洋所的持续快速发展提供动力。


近70年来,海洋研究所在我国海洋科技主要领域的研究和发展中做出了许多奠基性和开创性的贡献,取得1100余项科研成果,共发表论文11000余篇(其中SCI/EI收录论文3800余篇),出版专著230余部;授权发明专利近500件。与此同时,在中国科学院海洋研究所这样良好的科研环境和科研条件下,重大的科研成果不断涌现。在海洋腐蚀领域以“包覆防腐蚀技术”等为代表的科研成果斩获国家科技进步二等奖,减少不必要的国民经济损失,直接或间接助力国民经济增长;在海洋生物领域以“凡纳滨对虾引种、育苗、养殖技术研究与应用”等为代表的科研成果荣获国家科技进步二等奖,并且为直接推动国民经济的发展做出了巨大的贡献;除此之外,像“大气腐蚀过程中的氢渗透行为”、“海洋钢结构的环境敏感断裂与腐蚀过程中的氢渗透行为”、“海洋红藻中卤代化合物的快速识别?、精准鉴定与生物活性研究 <http://sourcedb.qdio.cas.cn/cn/qdioachiev/201801/t20180102_4926257.html>”等一大批项目研究成果均获得过国际、国家或省、市等层次的科学技术奖项。

 

记者:中国科学院海洋研究所在我国海洋基础研究领域做出许多奠基性和开创性工作,引领我国海洋科学的发展。请您具体谈谈您和您的团队的研究方向?在该领域里做过哪些工作?取得过哪些成果?

 

黄彦良研究员:腐蚀是材料与环境交互作用而产生的材料损失或功能丧失的破坏形式。海洋腐蚀环境评估是解决材料在海洋环境应用中的环境对材料破坏作用规律、机理方面的理论问题,为腐蚀破坏的预测、检测、监测和防护技术的开发提供理论基础。开展海洋环境对材料破坏作用规律、机理方面的理论研究,对于指导开发高性能材料和推广应用有促进作用、对于促进海洋经济可持续健康发展有重要意义,因而有很好的发展前景。


目前团队成员主要由研究员、助理研究员和研究生组成。多年来团队一直致力于海洋环境的腐蚀研究工作,研究方向涵盖应力腐蚀、氢脆、海洋各区带腐蚀、光生阴极保护研究以及对金属材料在海洋腐蚀环境下的评估等。近年来在氢脆方向,主持研究了核废料储罐深地质处置条件下长期氢吸收和氢脆行为研究的国家自然科学基金项目,一种低合金高强度钢浪溅区的点蚀机理和氢渗透行为研究国家自然科学基金项目,以及耗氢微生物对高强钢阴极保护的作用的国家自然基金项目,对氢在不同环境条件下渗透进入不同金属中的机理和行为进行了研究,均取得了丰硕的研究成果,发表多篇SCI论文;大气腐蚀过程中的氢渗透行为研究获英国腐蚀研究所颁发的2006年度T.?P.?Hoar奖,为国内同行首次且到目前为止唯一获得此类在国际上有重要地位和影响的国际奖项。近年来承担山东省大气腐蚀调查研究,通过多地域的实地腐蚀挂片分析了不同地域的大气腐蚀环境状况,系统地总结了大气腐蚀环境的强弱分布和特征。在光生阴极保护方面,团队聚焦新型光电材料的制备以及阴极保护性能的评估,构建新型结构的纳米光电材料,提高TiO2的光电保护效果。

 

记者:您作为课题负责人主持并完成多项国家、科学院、地方、省市的海洋腐蚀防护项目研究工作,拥有众多专利授权及发明专利。请您分享您几个印象深刻的科研攻关故事。

 

黄彦良研究员:目前正在承担的一个科技部项目是海水抽水蓄能电站防污、防腐、防渗关键技术研究,其中涉及到不同金属材料的防腐性能评估,这个模拟的腐蚀环境是相当严苛的,首先是腐蚀性非常强的海水介质,其次需要在不同流速下的海水以及不同压力和不同温度下进行测试,这就对模拟测试的装置提出了很高的要求,并且目前并不存在这样适合的成品装置来进行测试。因此,我们首先要解决的严峻的问题就是设计和制造这样一套符合实验要求的装置,团队在项目起初就开始构思设计测试装置,集增压功能、温度调节功能和海水流速控制功能于一体,还要对装置的材料进行选择,即满足耐压、防腐、轻质、高强度的要求,最终经过团队的多番探讨和调查研究,最终确定装置的设计方案。然而在将图纸交付制造厂家后,前期已经达成制作意向的厂家突然告知无法满足我们装置的制作要求,在多番交涉无果后,团队立即寻求新的合作途径,最终确定制作企业,而这也造成了预期的时间延误。为了装置达到预期的设计要求,团队与制作企业保持紧密的联系,从大型零部件的选择到焊接工艺均有团队的参与并驻厂工作。因此,整个装置的制造过程是相当不容易的。此外,在装置制造完成后,由于整套装置占地面积较大,并且需要靠近实海岸边环境以方便实验,因此再次面临申请实验装置安放地点的问题,在海洋环境腐蚀和生物污损重点实验室和海洋所相关领导的关怀下,克服空间狭窄等问题成功在海洋所西海岸园区安放实验装置并投入前期实验,从整个装置的研发到投入使用,时间长达近一年之久。之所以对这个项目有非常深的感触是因为这套实验装置的研发周期相对来说是比较长的,其次是遇到的困难和麻烦也是比较多的。但是还是说好事多磨,做科研就是需要耐心,需要做好攻坚克难的准备,有强大的心理承受力,其次最重要的是整个团队的团结,我想这些对我们的科研工作是非常重要的。

 

记者:腐蚀破坏力比地震等自然灾害造成的损失更为严重,其中海洋腐蚀损失约占总腐蚀损失的1/3,造成巨大的经济损失。请您重点谈谈现在海洋腐蚀防护科研工作中遇到哪些发展瓶颈,应如何解决?未来海洋腐蚀与防护工作应如何开展?请谈谈您看法和感想。

 

黄彦良研究员:我们讲海洋腐蚀问题的时候较多,实际上除了腐蚀问题还有海洋污损问题,它们之间还有相互作用,所以我对海洋设施的防护科研工作发展的瓶颈从这两个方面来分析。对于海洋腐蚀的区带划分目前我们已经比较明晰,也就是我们常说的海洋大气区、浪花飞溅区、海洋潮差区、海水全浸区以及海底海泥区。


最严重的腐蚀区域是浪花飞溅区,其次是海洋潮差区,那么针对这两个区域的腐蚀我们现在采用的比较成熟的我们海洋所侯保荣院士的包覆防腐蚀技术,这个技术目前的防腐效果还是相当有效的:针对海洋大气腐蚀区,主要采取的就是防腐涂层、涂料,短期内效果也是不错,但是在大时间尺度内经风吹日晒等因素而老化就会容易发生剥落,从而失效,这是当前我们在海洋大气腐蚀区面临的一个亟待解决的问题,需要继续加强涂层的抗老化能力或者开发新的防腐材料或技术;目前对于海水全浸区我们主要应用的技术就是阴极保护技术,应该讲这个技术是应用得非常成熟了,但是随着环保意识的加强,传统的牺牲阳极阴极保护的方法也需要改进,开发新的阴极保护材料也是目前的一个研究热点;对于海底海泥区的腐蚀目前由于深海技术的限制并没有很全面的研究,仅从现有的资料来讲海底海泥区的腐蚀其实并不严重,但是对于这个区带的研究,目前应首先明确腐蚀的类型和分布等问题,然后跟进防腐技术。另一方面对于海洋生物污损来讲,这个问题对于海洋设施尤其是船舶等的危害是非常大的,而且海洋生物的附着是常年存在的,尤其是夏季海洋生物繁殖速度非常快,问题尤为突出。目前对于海洋生物附着的应对措施主要是采用防污涂层的方法,研制环保长效新型防污涂料是目前研究的总方向,其次也有一些仿生材料的研发也是研究的热点。由于我个人以及课题组在这方面的工作相对腐蚀研究来说不多,所以在这里并不做过多地阐述。结合我和课题组近几年做的方向之一即氢渗透来讲,由于随着经济社会的发展和环保轻量化的要求,高强度钢无论在海洋领域还是诸如汽车等领域都已经广泛地投入使用,但是高强度钢对氢非常敏感,极易发生氢脆问题,而且钢的强度越高,对氢脆就越敏感,在自然环境中氢向钢中的渗透是自然发生的,在阴极保护的效应下会进一步加强,因此氢脆问题在海洋高强度钢的应用中尤为突出,这样一来对氢脆问题发生的可能性的评估显得尤为重要,而解决这一问题最根本的办法还在于从材料的微观组织和结构出发,研发新型低渗氢速率高强度钢或开发抑制氢渗透的防护技术。

 

记者: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。然而它们长期服役于恶劣的海洋环境,无法回避材料的腐蚀损伤、磨蚀失效和生物污损,严重影响其可靠性和寿命。请您谈谈海洋防腐科学研究未来的创新方向,并谈谈您对举办2019第六届海洋材料与腐蚀防护大会的看法。

 

黄彦良研究员:从世界上来看,所有材料每年因腐蚀损失约1%的重量,腐蚀带来的经济损失约占国家经济总量的4%,这种腐蚀的损失在海洋环境中表现得尤为突出,经统计,目前我国仅海洋腐蚀带来的损失约占总腐蚀损失的1/3,防腐研究任重道远。当前,在“一带一路”国家合作项目蓬勃发展,海洋工程、船舶制造及绿色海洋风能等产业蒸蒸日上的大背景下,海洋防腐科学研究同时面临着新的巨大的挑战和攻关任务。


面对腐蚀问题首先要明确不同材料在不同腐蚀环境下的腐蚀特点及规律,查明作用的腐蚀因子,对潜在的腐蚀作用及材料失效的可能性做出预判和评估,而这样就必须要大力发展腐蚀监测技术,推动腐蚀监测技术向自动化、智能化方向发展。其次,需要针对具体的腐蚀环境采取对应有效的防腐措施,防腐措施大体可分为这样几个方向:第一个是从材料本身出发,研发性能优异的耐蚀钢是未来防腐工作发展的一个主要方向之一,这是从源头上进行防腐,所以说在耐蚀金属材料的研发上是一个海洋防腐科学研究的未来创新方向之一;第二个防腐的措施是防腐涂料,对防腐涂料有一定了解的人都知道,防腐涂料并不是永久性使用的,而是定期涂刷维护的,因此研发高附着力、防腐性能优异的涂料将是涂料防腐技术未来发展的一个重要方向,并且随着环保意识和要求的不断提高,环保型的防腐涂料必然是要求之一也是创新性之一,同时涂料的施工工艺的优化也是未来创新性方向之一,例如人工智能机械人喷涂技术等高新技术研究发展等。最后提到海洋防腐研究就不得不同时提到海洋生物污损的研究,因为二者往往是同时存在的,而且海洋生物污损也是海洋设施服役过程中需要解决的世界性难题,而针对海洋生物污损问题,目前最常用的方法就是防污涂层,防污涂层同样也是向着环保化、长效性方向发展,这是未来创新研究的发展方向之一,同时利用仿生技术如制备超疏水材料和仿生超滑材料也是一个热门的创新研究方向。


在习主席的号召下,我国海洋事业的发展进入了快车道,在认识海洋,经略海洋,大力发展蓝色经济,保护海洋环境,建设海洋强国的目标下,大力发展海洋装备、建设海洋工程是一项重要内容。在严苛的海洋环境中,如何解决装备和工程的材料腐蚀与污损问题是摆在海洋防腐研究工作者和金属材料研究人员面前的一个难题。第六届海洋材料与腐蚀防护大会的召开,为我们腐蚀领域、材料领域相关的研究者提供了一个助力海洋强国建设,共商海洋新材料及防腐新技术研发大计的良好平台。在此,我衷心的预祝第六届海洋材料与腐蚀防护大会顺利召开并取得圆满成功。


后记

 

合抱之木,生于毫末;九层之台,始于累土。与世界发达国家相比,我国的腐蚀防护事业起步虽晚,但发展之快,后劲之足,让整个世界都为之侧目,这与我国广大科研工作者们不甘人后的辛勤研究是密不可分的。有士如此,国之大幸。让我们衷心祝愿他们在保重自己身体的同时,为我国的海洋腐蚀防护事业做出更大的贡献!


人物简介:

 

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黄彦良,研究员,博士生导师。1995年7月到中国科学院海洋研究所从事海洋腐蚀与防护研究工作至今。期间多次赴日本东京工业大学、澳大利亚Curtin University of Technology留学和从事合作研究,从事塑性变形对铁的氢渗透的影响、腐蚀疲劳过程中氢渗透行为研究和超级可焊马氏体不锈钢焊接接头应力腐蚀开裂机理等方面的合作研究。先后承担和参加国家“九五”攻关项目、国家重点研发项目、国家863项目、中国科学院知识创新工程重要方向性项目、国家自然科学基金项目、中澳科技合作特别基金等科研课题。现已发表论文200多篇,多篇被SCI、EI、CSCD收录并引用。2010年获山东省十大杰出工程师提名奖。2009年获第六届山东省优秀科技工作者,记二等功。2008年获国家海洋局海洋创新成果二等奖、青岛市自然科学奖二等奖、中国腐蚀与防护学会科学技术奖二等奖。2006年获英国腐蚀研究所颁发的2006年度T. P. Hoar奖,为国内同行首次且到目前为止唯一获得此类在国际上有重要地位和影响的国际奖项。

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