當今人類社會已經步入大數據時代，巨量與材料腐蝕相關的數據已經快速產生，這些數據如何處理？如何儲存？如何挖掘以發揮最大功能？如何建立共享平臺，并利用云技術實現腐蝕過程的模擬、計算與建模仿真？解決之道就是將材料腐蝕學與日新月異、快速發展的信息科學與計算機技術交叉融合，在材料腐蝕理論研究和技術開發中，引入信息科學與計算機技術的最新研究成果，這就是材料腐蝕信息學。

    文/李曉剛

    當今人類社會已經步入大數據時代，巨量與材料腐蝕相關的數據已經快速產生，這些數據如何處理？如何儲存？如何挖掘以發揮最大功能？如何建立共享平臺，并利用云技術實現腐蝕過程的模擬、計算與建模仿真？解決之道就是將材料腐蝕學與日新月異、快速發展的信息科學與計算機技術交叉融合，在材料腐蝕理論研究和技術開發中，引入信息科學與計算機技術的最新研究成果，這就是材料腐蝕信息學。

    文/李曉剛

    腐蝕是材料受環境介質作用而破壞的現象。產業與社會發展需求構成了腐蝕學科持續繁榮的強大動力；物理、化學和數學等基礎學科的進步構成了腐蝕研究深入發展的科學支撐。腐蝕學科的一代宗師肖紀美、曹楚南院士同時指出：腐蝕學是研究腐蝕的學科，由微觀腐蝕學和宏觀腐蝕學構成。微觀腐蝕學著眼于腐蝕現象的微觀分析，建立腐蝕理論，在它的指導下， 開發防蝕技術，即材料的腐蝕與防護；宏觀腐蝕學著眼于從總體上分析腐蝕問題， 即將腐蝕現象的整體作為研究對象-系統， 考察它與社會環境之間的交互作用以及腐蝕學的社會及經濟效應。

    腐蝕學科是一門應用科學，其目的主要在于：一是澄清不同材料/環境體系下的腐蝕規律與機理，服務于選材與材料開發、結構與工藝設計、優化、失效分析、可靠性評價與壽命預測；二是發展防護技術，有效控制材料腐蝕的過程；三是發展腐蝕監檢測理論與技術，以實現結構服役狀況的評價。經過長達數千年的經驗積累，尤其是西方工業革命的催生，腐蝕學科的基礎理論框架終于在上個世紀前半葉確立了。1929年Evans建立的腐蝕金屬極化圖，1933年Wagner建立的氧化擴散理論和1938年Pourbaix建立的電位-pH圖為學科的三塊重要基石。此后，針對多元與多層次的具體問題，以輻射方式多方向發展，尤其是對腐蝕電化學和局部腐蝕的認識最為重要。由于材料與環境因素的復雜性，腐蝕研究與各基礎學科相比，較多地體現出經驗性特點，以闡明腐蝕規律和控制方法有效性為主要特征。

    腐蝕學科是一門融合多種學科的綜合交叉學科，其理論研究與材料科學、化學、物理學、表面科學、力學、生物學、環境科學和醫學等學科密切相關；其研究手段包括各種現代電化學測試分析設備、先進的材料微觀分析設備、現代物理學的物相表征技術和先進的環境因素測量裝備；其防護技術應用范圍涉及各種工業領域的介質環境，大氣、土壤、水環境甚至太空環境等自然環境。近年來，腐蝕研究的主要趨勢是：一是在材料上趨于多元化。由傳統材料為主向傳統與功能材料并重方向發展。二是在環境上，逐漸向特殊、苛刻條件發展，并考慮光、聲、力、熱、電磁及生物物質影響。三是現代物理理論與實驗技術基礎上的微觀與深度方向的發展。四是新的表征與腐蝕控制技術。

    腐蝕學科又是一門工程應用學科。環境保護、新能源、資源節約、生物技術、電子信息技術、空間技術、國防技術的發展是腐蝕工作者日益關注的新領域，構成了廣大的新生長點。不僅一系列標準化、規范化的材料腐蝕與防護技術的觀測、分析、表征、測試與評價研究方法和實驗技術已經建立，而且大批相關標準與規范方法與技術正在發展過程中。

    必須指出的是，材料腐蝕學還是一門依賴于基礎數據的學科，無論是材料腐蝕基礎理論和機理研究，還是發展防護技術和建立實驗技術與方法，建立測試與工程標準，都必須不斷積累材料在各種環境中的腐蝕數據，這些數據才是構成腐蝕學科所有理論、技術、方法和標準的基礎。材料腐蝕數據積累必須采用標準化與規范化的方法采集獲得，只有這樣，這些數據才具有科學性與實用性。從宏觀腐蝕學的角度看，腐蝕其實是人類社會中的一切構筑物的毀滅過程，須將腐蝕現象作為系統整體研究，考察它與社會環境之間的交互作用以及腐蝕學的社會及經濟效應，即當今社會已經和正在產生與腐蝕相關的巨量數據，且將持續快速產生下去，這些數據如何處理？如何儲存？如何挖掘以發揮最大功能？

    這些問題已經清晰地擺在我們面前， 卻又是以往材料腐蝕學研究內容中無法解決的問題，而我們又不能對其視而不見。

    解決以上問題的必由之路就是建立材料腐蝕信息學。材料腐蝕信息學是材料腐蝕學與日新月異、快速發展的信息科學與計算機技術交叉融合的結果。在材料腐蝕理論研究和技術開發中，引入信息科學與計算機技術的最新研究成果，實現材料腐蝕學的快速發展。因此，材料腐蝕信息學的主要內容包括材料腐蝕信息加工、材料腐蝕信息管理和材料腐蝕信息傳播與共享。

    材料腐蝕信息學的內涵是：當今人類社會已經步入大數據時代，巨量與材料腐蝕相關的數據已經快速產生，這些數據如何處理？如何儲存？如何挖掘以發揮最大功能？如何建立共享平臺，并利用云技術實現腐蝕過程的模擬、計算與建模仿真？ 解決之道就是將材料腐蝕學與日新月異、快速發展的信息科學與計算機技術交叉融合，在材料腐蝕理論研究和技術開發中， 引入信息科學與計算機技術的最新研究成果，這就是材料腐蝕信息學。

    材料腐蝕信息學是研究材料腐蝕信息管理、材料腐蝕信息加工與挖掘、信息安全、信息傳播與共享的一門新的材料學科分支。

    大數據時代計算機技術和材料腐蝕科學的交叉滲透是材料腐蝕信息學的最大特征，建立材料腐蝕信息學的目的在于實現腐蝕數據徹底共享與工程應用，因此，其框架為各類海量的材料腐蝕信息標準化的管理、深度的加工與挖掘、充分的安全與完全的傳播共享。建立材料腐蝕信息學的意義在于：1、通過對各類海量的材料腐蝕信息標準化的管理與深度的加工與挖掘， 可以進一步認識材料的腐蝕機理與規律； 2、通過對各類海量的材料腐蝕信息標準化的管理與完全的傳播共享，可以進一步發展材料腐蝕防護技術；3、腐蝕過程的模擬與仿真，即用虛擬的過程與真實的數據反映真實的材料腐蝕過程將是材料腐蝕的又一強有力地研究手段，可能使材料腐蝕研究擺脫目前僅僅依賴實驗手段的狀況；4、建立材料從設計、生產、服役到報廢全壽命的大數據設計原則，大幅度提高材料服役性能和延長壽命。

    材料腐蝕信息學的建立對發展材料基因組工程的成功至關重要。材料基因組工程包括將術語、數據歸檔格式和指南報告標準化，其主要內容為以下三個方面： 在材料計算方面，建立準確的材料性能預測模型，并依據理論和經驗數據修正模型預測；建立開放的平臺實現所有源代碼共享；開發的軟件界面友好，以便進一步拓展到更多的用戶團體。在實驗技術方面， 為彌補理論計算模型的不足和構架不同尺度計算間的聯系，開展針對性實驗；補充非?；A的材料物理、化學和材料學的數據，涉及材料的電子、力學、光學等性能數據，構建材料性能相關的成分、組織和工藝間內在聯系，并建立龐大的數據庫； 利用實驗數據修正計算模型，加速新材料的篩選及高效確定。在數據庫建設方面： 構建不同材料的基礎數據庫、數據的標準化以及它們的共享系統；拓展云計算技術在材料研發中的作用，包括遠程數據存儲與共享；通過數字化數據庫建設，聯系科學家與工程師共同高效開發新材料。因此，材料腐蝕信息學可以看作是材料腐蝕基因工程的基礎。

    材料腐蝕信息學的框架結構主要包括四部分。第一部分是基礎數據庫部分， 即材料腐蝕基本數據庫結構的標準化，非數據化的庫結構正在成為主流。第二部分是腐蝕數據挖掘與建模部分，主要涉及到海量腐蝕數據的加工、分析與挖掘，通過以上的分析解決規律研究、機理分析和預測等關鍵問題，這是材料腐蝕信息學最關鍵的部分，主要手段是利用不斷發展的新型數學分析與計算工具來實現以上工作， 例如有限元分析技術、神經網絡元分析技術、灰色系統理論、支持向量機SVM等。第三部分是腐蝕過程的模擬與仿真，雖然有關材料腐蝕過程的模擬與仿真只有十多年的發展歷史，但是表現出超強的生命力和活力，在不遠的將來，一定可以部分取代，甚至完全取代耗時、污染、繁雜和花費大的現場腐蝕試驗，用虛擬的過程真實的數據反映真實的材料腐蝕過程是材料腐蝕信息學的重要研究內容之一。這種基于實驗基礎的模擬仿真也是材料腐蝕基因組工程的主要內容之一。第四部分是腐蝕數據共享及其平臺工程應用案例部分，這是建立材料腐蝕信息學的終極目的。

    材料腐蝕信息學及其基因組工程正是數據庫理論與技術、各種新型的數學分析工具、材料腐蝕數據積累、腐蝕規律與機理的實驗研究與理論建模、模擬與仿真學科的最新發展成果、云計算和物聯網等理論與技術交叉融合的結果，也是大數據時代，材料腐蝕學科發展的必然趨勢與結果。