北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院副院長、腐蝕與防護中心教授、博士生導(dǎo)師;國家材料環(huán)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(xué)會秘書長;政府特殊津貼獲得者;中國科學(xué)院寧波材料研究所研究員兼海洋腐蝕973首席科學(xué)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(lián)盟執(zhí)委。
在材料腐蝕與防護,尤其是自然環(huán)境(大氣、海水和土壤)腐蝕數(shù)據(jù)積累與機理研究方向上長期堅持系統(tǒng)研究。秉承應(yīng)用基礎(chǔ)研究、科技數(shù)據(jù)積累與共享和工程應(yīng)用三結(jié)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(jīng)常深入廠礦企業(yè),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(yīng)用基礎(chǔ)方面如下:
1、材料大氣環(huán)境初期腐蝕行為、機理與規(guī)律的探索。系統(tǒng)研究了在單一和復(fù)合污染物(SO2、 CO2、 Cl-)下金屬材料腐蝕初期過程中的協(xié)同效應(yīng),及其與銹層演變間的關(guān)聯(lián)機制,得到了30多種金屬材料在不同大氣環(huán)境中腐蝕的動力學(xué)冪指數(shù)規(guī)律;原位研究了大氣腐蝕初期產(chǎn)物演變規(guī)律,闡述了Cu、Cr合金元素在銹層中富集及其對銹層轉(zhuǎn)化的作用機理;實現(xiàn)了可控穩(wěn)態(tài)薄液膜下電化學(xué)測量,進一步完善了大氣腐蝕的電化學(xué)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(nèi)在線觀測到點蝕的形成,并利用同時在線的腐蝕電化學(xué)測量裝置,對其腐蝕電化學(xué)和動力學(xué)規(guī)律進行了目前最短時間極限內(nèi)的研究。
2、腐蝕微區(qū)電化學(xué)和相電化學(xué)的探索。系統(tǒng)研究了碳鋼、管線鋼和鋁合金在大氣和土壤環(huán)境薄液膜下微區(qū)腐蝕電化學(xué)特性,對微區(qū)腐蝕電化學(xué)和以上材料相結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系進行了探索,尤其原位表征了應(yīng)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(guān);利用微區(qū)電化學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)管線鋼土壤應(yīng)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(wěn)態(tài)的電化學(xué)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(wěn)態(tài)薄液膜下大氣腐蝕初期進行了計算機模擬,仿真結(jié)果與室內(nèi)濕熱實驗結(jié)果吻合。對不銹鋼點蝕動力學(xué)的過程進行了模擬,尤其是對點蝕亞穩(wěn)態(tài)向穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)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(chǔ)工作。
4、高分子材料環(huán)境老化及涂層下金屬腐蝕機理。對典型塑料、橡膠、粘結(jié)劑和涂料在我國典型氣候下的老化規(guī)律進行了系統(tǒng)研究;尤其選取丙烯酸聚氨酯和環(huán)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(jié)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(guī)律;建立了兩種涂層在室內(nèi)人工氣候環(huán)境下的加速老化模擬實驗以及室內(nèi)外的相關(guān)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(huán)境下有機涂層/金屬體系的壽命預(yù)測和相關(guān)性及膜下腐蝕行為研究提供了一種新嘗試。
已經(jīng)培養(yǎng)博士后9名,博士44名,碩士78名。目前所領(lǐng)導(dǎo)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(dān)了大量的國家自然科學(xué)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(shè)項目;軍工基礎(chǔ)研究項目。共發(fā)表英文SCI文章256篇,被引次數(shù)1053次;共發(fā)表中文文章445篇,被引次數(shù)(扣除SCI文章引用次數(shù))2164次;總論文被引用次數(shù)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(xué)數(shù)據(jù)積累與共享方面:
1、主持國家材料環(huán)境腐蝕野外科學(xué)觀測研究臺站的建設(shè)。作為我國科技條件平臺建設(shè)和科學(xué)數(shù)據(jù)共享工程的最早推動者之一,2003-2004年主持了科技部基礎(chǔ)條件平臺建設(shè)項目“國家材料環(huán)境腐蝕野外臺站建設(shè)與資源共享”,2005年主持了國家科技基礎(chǔ)條件平臺建設(shè)重大項目“國家材料自然環(huán)境腐蝕實驗臺網(wǎng)建設(shè)”。本著邊建設(shè)、邊積累、邊共享的原則,組織了跨行業(yè)跨部門跨地區(qū)的十五個單位協(xié)同工作,建成了由30個臺站組成的新的國家材料環(huán)境腐蝕野外科學(xué)觀測研究站網(wǎng),2006年組織了我國最大規(guī)模的材料環(huán)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(xué)科幾代學(xué)者工作在新時期的延續(xù),在科技部建設(shè)的23個科技條件平臺每年的年度評估中,均以優(yōu)秀成績名列前茅。
2、創(chuàng)辦了“中國腐蝕與防護網(wǎng)”,建設(shè)了中國最大的材料腐蝕與防護數(shù)據(jù)庫,完全實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享和信息日常服務(wù),并向著物聯(lián)網(wǎng)的方向發(fā)展。1999年創(chuàng)建了“國家材料環(huán)境腐蝕試驗站”的工作網(wǎng)站“材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)共享網(wǎng)”,經(jīng)過漫長的建設(shè)和大量數(shù)據(jù)的入庫,該網(wǎng)于2013年發(fā)展成為“中國腐蝕與防護網(wǎng)”,而“中國腐蝕與防護網(wǎng)”作為中國科技資源網(wǎng)的重要組成部分,正在向物聯(lián)網(wǎng)的實體方向發(fā)展,并承載著我國的材料腐蝕信息學(xué)這一新學(xué)科的發(fā)展。該網(wǎng)包含20GB的腐蝕數(shù)據(jù),核心元數(shù)據(jù)18000余條,日均用戶訪問數(shù)超過200個IP,網(wǎng)頁瀏覽量日均達到2000個PV.
3、提出了建立“材料腐蝕信息學(xué)”,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(shù)據(jù)積累與計算機技術(shù)結(jié)合研究工作的基礎(chǔ)上,根據(jù)當(dāng)今“大數(shù)據(jù)”時代信息科學(xué)發(fā)展的趨勢,提出了建立“材料腐蝕信息學(xué)”,并闡述了“材料腐蝕信息學(xué)”的框架體系及與材料腐蝕基因組工程之間的關(guān)系。“材料腐蝕信息學(xué)”是材料腐蝕學(xué)科發(fā)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(lǐng)導(dǎo)的團隊獲得“全國野外科技先進集體”稱號。2011年獲科技部執(zhí)行“十一五”國家重大科技計劃優(yōu)秀團隊獎。2014年開始擔(dān)任國家“海洋腐蝕973項目”首席科學(xué)家,提出了“海洋腐蝕綜合治理”的研究思路。
三、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和數(shù)據(jù)積累對材料防腐蝕工程的貢獻:
1、腐蝕數(shù)據(jù)積累對工程應(yīng)用的貢獻。積累了大量材料在我國自然環(huán)境下的腐蝕數(shù)據(jù),為三峽工程、西氣東輸、南水北調(diào)、海上石油平臺和路橋工程等國家重大建設(shè)工程;石油、石化、通訊、航空、航天、水利、冶金、汽車等行業(yè)領(lǐng)域;為航天、陸軍、海軍、空軍、雷達通訊等數(shù)十家國防單位提供數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用服務(wù)。國家20多項相關(guān)的國家標準制定,50多項行業(yè)標準的制定,無一例外的使用了所積累的數(shù)據(jù),為行業(yè)發(fā)展提供了技術(shù)支撐。
2、腐蝕數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)的工程應(yīng)用。在大量腐蝕數(shù)據(jù)積累的基礎(chǔ)上,研制了不同類型的數(shù)據(jù)應(yīng)用和腐蝕評估軟件系統(tǒng)。截至目前為止,數(shù)據(jù)軟件系統(tǒng)在山東電網(wǎng)、國家電網(wǎng)、華為、寶鋼、武鋼、兵器59所、獨山子石化等企業(yè)獲得成功應(yīng)用,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟和社會效益,有效的提升了企業(yè)的防腐蝕工程水平。
3、在眾多腐蝕失效案例分析基礎(chǔ)上,提出的基于環(huán)境載荷譜的新的腐蝕壽命評估方法與工程應(yīng)用。在積累的大量材料環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)和在眾多腐蝕失效案例分析的基礎(chǔ)上,建立了新的腐蝕壽命評估方法,指出制定符合服役環(huán)境的室內(nèi)加速腐蝕試驗的載荷譜,以及室內(nèi)外腐蝕試驗良好的相關(guān)性是評估腐蝕壽命的關(guān)鍵。提出金屬材料腐蝕壽命預(yù)測的工作流程為:預(yù)測對象的確定與現(xiàn)場腐蝕機理分析、服役環(huán)境監(jiān)測、室內(nèi)加速試驗載荷譜制定、加速腐蝕試驗與機理研究、室內(nèi)外相關(guān)性分析、現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)驗證、實際腐蝕案例標定和數(shù)據(jù)庫建設(shè)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(wǎng)、華為構(gòu)件和長城汽車等企業(yè)材料腐蝕壽命評估工程中得到了應(yīng)用和驗證,特別是2012年成功解決了“天宮一號”某關(guān)鍵部件腐蝕的重大問題,為按時發(fā)射提供了堅實的科學(xué)基礎(chǔ),受到中國航天員科學(xué)培訓(xùn)中心的表彰。
北京科技大學(xué)腐蝕與防護中心
北京科技大學(xué)腐蝕與防護中心是1985年經(jīng)國家科委代表中國政府向聯(lián)合國申請,聯(lián)合國開發(fā)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(shè)備。選派教師到國外著名大學(xué)和科研機構(gòu)進修、培訓(xùn),邀請國外知名專家講學(xué),舉辦各類培訓(xùn)班,培訓(xùn)的人員活躍在全國各個工業(yè)領(lǐng)域,是中國腐蝕與防護學(xué)會、氫脆及應(yīng)力腐蝕專業(yè)委員會、防腐蝕工程專業(yè)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(huán)境掃描電鏡、多臺不同型號的原子力顯微鏡、高溫高壓應(yīng)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(dān)973課題主要任務(wù):負責(zé)多因素作用下海洋材料腐蝕的力學(xué)-電化學(xué)交互作用規(guī)律和機理;并承擔(dān)力學(xué)載荷和化學(xué)腐蝕環(huán)境共同作用下的摩擦磨損機制研究。
李曉剛教授談“海洋腐蝕973項目”的四大研發(fā)焦點
訪中國腐蝕與防護學(xué)會秘書長李曉剛
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標簽: 李曉剛, 材料腐蝕, 防護, 中國腐蝕與防護學(xué)會

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