《材料延壽與可持續發展》系列叢書，作為國家出版基金資助的項目，經過三年的努力，已經出版19本，原計劃還將出版11本，盡力不超過，作為總主編，我們應《腐蝕防護之友》雜志之約，寫個“序跋”用以表達本“系列叢書”之思考、設想和出版。感謝該雜志計劃陸續介紹各冊專著之編寫思路和內容，以饗讀者，以促進各個行業的設計師、制造和使用工程師了解并使用這套叢書，提高其產品使用的可靠性、安全性、經濟性和耐久性。

 

　　文| 李金桂 中航工業北京航空材料研究院 張啟富 中國鋼研科技集團有限公司
 

 

　　2010 年我國科技最高獎獲得者師昌緒先生在《材料延壽與可持續發展》系列叢書“總序言”指出：在“可持續發展”戰略中， 材料是關鍵，材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，是人類社會進步的標志和里程碑，是社會不斷進步的先導、是可持續發展的支柱。如果不斷發現新礦藏、不斷研究出新材料、不斷延長材料的使用壽命、不斷實施材料的再制造、再循環、再利用，那么這根支柱是牢靠的、堅強的、是能夠維護人類可持續發展的！這段名言表達了“材料”的巨大作用，“材料延壽”與國家可持續發展的緊密關系。在人類發展過程中，材料成為里程碑來劃定人類的進步（見圖1）；材料成為滿足人類需求、在促進社會發展方面， 做出了重大貢獻（見圖2），材料的作用是通過“制造”成為人類必須的用品，滿足了人類的需求，促進了社會發展才能表現出來（見圖3）。
 

圖1 材料推動人類社會的進步，見證了時代變遷



圖2 材料的作用、貢獻和推動力



圖3 “材料”通過“制造”表達出來的貢獻
 

　　“制品”遭遇環境作用

 

　　材料制造成制品投入使用的過程中，經歷特種加工、機械加工、裝配、儲存、運輸、使用、維護維修，要遭遇一系列環境的作用， 可以歸結為三類：A 制造過程中的加工環境作用；B 使用過程中的自然環境作用；C 使用過程中的運行環境作用。例如，一架飛機兩年制造、二十年使用、飛行兩萬小時，這其中的過程，所經歷的環境及其所發生的作用，可能產生的影響、造成的危害，設計師、制造工程師和使用維護工程師能了解把握多少，從而能預防和控制多少，十分重要。

 

　　材料及其制品出現三種失效

 

　　材料制成制品，投入使用，遭遇服役環境的作用，引發材料及其制品出現腐蝕、磨損和斷裂，造成三種類型的“過早失效”, 破壞了制品使用的安全性、可靠性和耐久性，帶來了經濟損失。經過研究發現，如果材料科學與技術工作者與設計師、制造、使用、維護維修和管理工程師結合起來，運用系統工程學、腐蝕科學、腐蝕控制系統工程學、摩擦學、斷裂力學、疲勞科學等相關的科學技術與實際的產品研制或工程建設結合起來，研究材料及其制品失效預防與控制的章程、規范與工藝技術，使設計、制造、使用、維護工程師有理論可指導、有原則可遵循、有技術可使用、有措施可實施。也就是將預防與控制材料及其制品失效的理論變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，逐步形成完整、系統的指令性或指導性標準。控制了失效，提高了合格率，就是提高了產品整體的質量和水平，提高了使用的可靠性、安全性和耐久性。按照這個思路編寫一套系列叢書，是一個有益的作為。

 

　　編寫叢書，促進“失效控制，延長壽命”

 

　　在中國腐蝕與防護學會領導下，科普委員會早先編寫出版了《話說腐蝕》，進行科普宣傳。這些專家2009 年提出更為宏偉的設想，希望在各個行業全面控制腐蝕、磨損和斷裂，以期系統控制材料及其制品的“過早失效”,使我國各種產品具有安全、可靠和耐久的特性。

 

　　為此，2009 年7 月， 中國腐蝕與防護學會聯合中國鋼研科技集團有限公司、中航工業北京航空材料研究院和化學工業出版社共同向中國科協提出“系列叢書編寫”項目申報，9 月獲得中國科協程東紅書記親自批準，定位于高級科普和繼續教育材料。

 

　　我國國家最高科技獎獲得者兩院院士師昌緒先生、兩院院士嚴東生、王淀佐和時任工程院副院長干勇和肖紀美等28 位院士和專家組建的顧問委員會，以干勇為名譽總主編、李金桂和張啟富為總主編的51 位總編輯委員會的專家們受到極大的鼓舞，積極投入到系列叢書冊數的確定、編寫大綱的審定、并于2010 年12 月在中國工程院召開的第二次總編委會大會上，提出了《表面保護層設計與加工指南》、《金屬文物保護- 全程技術方案》樣書，供各冊主編參考。這次會議收到了時任工程院院長徐光迪先生的關懷，他雖然沒有抽出時間與會，但是， 他通過干勇副院長轉達說，這是一個好項目，還可以作為工程院的咨詢項目進行研究，2011 年下旬中國工程院《材料延壽與可持續發展戰略研究》重大咨詢項目獲得批準。所以，系列叢書又得到中國工程院的指導，專家們加深了研究，2012 年底計劃申報國家出版基金，經過專家們的努力，提出了19 本書稿，2013 年申報，得到批準， 2014 年完成了19 本叢書的出版工作。這是中國工程院和中國科協指導下， 四個單位領導下，全體專家共同努力的結果。

 

　　設想與安排

 

　　整套叢書由三部分組成：一是“材料延壽的理論基礎與基本技術”部分，包括材料延壽導論、材料失效的基本理論、材料防護的基本技術等，目前包括9 個分冊；二是“材料的合理選用” 部分，包括主要的金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復合材料在工程設計中的合理選用，目前包括9 個分冊；三是“行業材料延壽與可持續發展”部分，介紹包括機械、電力、油氣管網、建筑、礦山、交通等材料應用的主要行業和領域中，材料失效的形式、特點、預防與控制；目前包括15 個分冊。總供完成了19 冊專著的出版（參見表1）。在編寫出版過程中，由于各種原因， 有六冊沒有進入叢書系列。由出版社另外安排出版（參見表2）。
 

 

 

　　編寫宗旨，意義、作用與貢獻

 

　　編寫宗旨

 

　　本系列叢書的編寫宗旨是貫徹“科學發展觀”, 學習袁隆平先生將水稻高產的秘訣告訴農民獲得大面積豐產豐收的精神，邀請材料科學工作者攜手編著、出版《材料延壽》系列叢書，提出系統控制材料腐蝕、磨損（摩擦磨損磨蝕）和斷裂（主要是疲勞與腐蝕疲勞）的理論、原則、技術和措施， 讓各個行業的產品設計師，制造、使用和管理工程師有所啟示、有所參考、有所作為、有所貢獻，盡可能地延長材料的使用壽命， 提高材料制成品的可靠性、安全性、經濟性和耐久性， 支持國家“節約資源、節能減排”、“可持續發展”和“保衛地球”戰略。（請參見《材料延壽與可持續發展》網站：www.mp999999.com）。

 

　　作用、意義和貢獻

 

　　《材料延壽與可持續發展》系列叢書是一套供設計師、制造、使用、維護維修和管理工程師系統控制材料及其制品腐蝕、摩擦/ 磨損/ 磨蝕、斷裂（主要是疲勞斷裂），大幅度提高材料及其制品環境抗力的指導叢書、是提升“制造大國”向“制造強國”轉化的指導叢書、是促進“材料大國”向“材料強國”轉化的系列叢書。

 

　　世界上公認的說法是，如果能真正推廣好“材料失效”的理論、原則、技術和措施，預防、控制和減少腐蝕、磨損和斷裂，可以期待減少其損失的三分之一，這對于國家是極其可觀的效益，本系列叢書期待能起到這樣的作用。三種類型的過早失效做過調查， 工程院柯偉院士的調查表明，腐蝕是一種普遍的想象，我國每年因腐蝕損失造成的損失是GDP 的5%;工程院謝友柏院士的調查表明：世界上三分之一的能源的消耗在摩擦上。機械產品過早失效的80% 是由于摩擦造成的，我國每年因摩擦磨損磨蝕造成的損失是GDP 的4.5%;斷裂（尤其是疲勞斷裂），雖然沒有進行過全國的斷裂損失調查，但是，斷裂專家普遍認為其損失也在這個數值左右。2013 年我國的GDP 是56.88 萬億元，那么腐蝕、磨損和斷裂造成的過早失效損失是十分嚴重的，如果我們通過全國人民的努力，尤其是設計、制造、使用維護維修工程師的努力，能減少三分之一的損失，為我們國家和人民挽回的損失是相當可觀的。

 

　　古話說“預則立，不預則廢”,首先，通過《材料延壽與可持續發展》系列叢書的發表，讓設計師和工程師們，認識問題， 并學會處理問題，再進一步聯合起來制定出行業材料失效預防與控制指南，就是將預防與控制材料及其制品失效的理論轉化為可遵循的實際章程、可操作的工藝技術、可執行的具體規范，同時， 組建相應的專門機構統一計劃、組織、指揮和監督，對材料制品進行精心設計、精心制造和精心維護，達到這個目標則挽回的損失肯定要超過三分之一。這個科學發展已經在航空、石油天然氣管道、鋼結構大橋、機場航站樓的建設中取得了顯著的成效。按照這個理念進行的工程建設項目，提高了使用可靠性、安全性和耐久性的實例可以舉出許多，例如，某飛機按照腐蝕控制系統工程細則設計制造，可以確保飛行多少小時使用多少年不出現重大腐蝕故障；西氣東輸埋地管道確保60 年的使用壽命；鋼結構大橋， 從起初的無法確定設計壽命，進展到50 年、70 年、100 年的設計壽命，甚至發展到珠港澳大橋的120 年設計壽命。

 

　　又例如，在北京長安街上，采用了“耐蝕之王”鈦合金做屋面的國家大劇院，具有長壽命使用的特點；屋面采用了耐蝕鋁合金加復合保護層的毛主席紀念堂，可以確保三四十年進行一次維修，重新施加保護層；鳥巢的鋼制結構，在我國首次出現首翻期為25 年的氟碳涂層，保證質量和使用壽命前提下，減少了維修成本。

 

　　（衷心感謝中國鋼研科技集團有限公司袁訓華博士為本文的編寫所做的奉獻。）