隨著海洋資源的開發(fā)利用在國民經(jīng)濟中所占的比重越來越大，各種鋼結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)施在我國海洋油氣田開發(fā)、港口建設(shè)、跨海大橋、海底隧道、船舶工程和深海勘探等領(lǐng)域被大量使用。
然而，這些在海洋環(huán)境中“打拼”的鋼鐵巨人卻時刻面臨著海洋環(huán)境腐蝕的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，這一挑戰(zhàn)已經(jīng)成為制約海洋經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一。
作為我國最早開展海洋腐蝕防護(hù)技術(shù)研究的科研機構(gòu)之一，如何降服吃鋼鐵的“海老虎”，成為海洋所義不容辭的責(zé)任。
海洋腐蝕研究刻不容緩
腐蝕是材料和環(huán)境發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的材料破壞現(xiàn)象，會造成裝備設(shè)施結(jié)構(gòu)損傷、服役壽命縮短，甚至引發(fā)災(zāi)難性事故、危及人們的生命財產(chǎn)安全。
2013年11月22日，中石化東黃輸油管道泄漏爆炸，造成62人遇難、136人受傷，直接經(jīng)濟損失高達(dá)7.5億元。調(diào)查結(jié)果顯示此次事故是輸油管道與排水暗渠交匯處腐蝕減薄和破裂所致。
腐蝕是世界各國共同面臨的問題。為摸清家底，了解我國腐蝕成本情況，2015年中國工程院啟動重大咨詢項目“我國腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究”，侯保榮院士任首席科學(xué)家。調(diào)查結(jié)果表明，2014年我國腐蝕成本超過2.1萬億人民幣，約占當(dāng)年國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的3.34%，相當(dāng)于人均承擔(dān)1555元腐蝕成本，這個數(shù)據(jù)十分驚人。相關(guān)結(jié)果已在《自然》集團旗下刊物npj Materials Degradation上發(fā)表，并形成170余萬字的項目總報告——專著《中國腐蝕成本》。此次全國腐蝕調(diào)查引起了各行業(yè)廣泛關(guān)注，為我國重要基礎(chǔ)設(shè)施運行安全、國家重大工程選材提供了科學(xué)依據(jù)及重要參考。
海洋環(huán)境是腐蝕性最為嚴(yán)酷的自然環(huán)境，海洋腐蝕造成的經(jīng)濟損失約為腐蝕總損失的1/3以上。如何增強海洋環(huán)境下工程設(shè)施的耐久性和安全性，降低重大災(zāi)害性事故發(fā)生率，延長設(shè)施使用壽命，是需要迫切解決的重要問題。2013 年，以習(xí)近平同志為核心的黨中央歷史性地提出了“一帶一路”倡議，為中國的改革開放注入新的生機活力，對我國基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)制造等領(lǐng)域的發(fā)展提出了新的要求，也對我國的海洋環(huán)境腐蝕研究和防護(hù)工作提出更高的要求。
2011年，海洋所國家海洋腐蝕防護(hù)工程技術(shù)研究中心成立；2013年，中國科學(xué)院海洋環(huán)境腐蝕與生物污損重點實驗室（以下簡稱實驗室）在擁有海洋腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域60余年研究積累的海洋所成立，實驗室致力于建立開放的國內(nèi)領(lǐng)先的海洋腐蝕與生物污損研究平臺，培養(yǎng)海洋腐蝕與生物污損研究領(lǐng)域的高端人才，為海洋資源的開發(fā)利用、重大裝備設(shè)施的防護(hù)提供重要技術(shù)支持和保障。
打造海洋“防護(hù)衣”
“海洋環(huán)境腐蝕與生物污損引發(fā)的損失嚴(yán)重、形勢迫切，但如果采取相應(yīng)的防護(hù)措施加以控制，其中25%～40%的腐蝕損失可以避免，相當(dāng)于每年節(jié)約5000~8400億元的經(jīng)濟損失。”中國工程院院士、海洋所研究員侯保榮坦言。
海洋所自1960年開始進(jìn)行海洋腐蝕防護(hù)研究工作，至今已有60多年的研究歷史。在多年的研究積累下，2007年海洋所承擔(dān)了海洋腐蝕領(lǐng)域第一個國家支撐計劃——“十一五”國家科技支撐計劃。項目聯(lián)合國內(nèi)20余家科研院所和企業(yè)，在鋼結(jié)構(gòu)浪花飛濺區(qū)腐蝕控制技術(shù)、海洋鋼筋混凝土腐蝕防護(hù)與修復(fù)技術(shù)、海洋工程陰極保護(hù)監(jiān)檢測技術(shù)等方面，取得多項成果，并進(jìn)行了工程示范應(yīng)用。
緊扣浪花飛濺區(qū)的腐蝕防護(hù)“短板”，侯保榮院士帶領(lǐng)科研人員耗時近10年時間，歷經(jīng)數(shù)百次實驗，放棄了許多與家人團聚的節(jié)假日，加班加點，終于將礦脂防腐蝕膏研發(fā)成功，并從實驗室“手工作坊”到形成生產(chǎn)線，最終完全替代進(jìn)口產(chǎn)品。“這項技術(shù)應(yīng)用后，可保證30年沒有腐蝕。”侯保榮院士信心滿滿。
此外，實驗室針對海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕問題研發(fā)了海洋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐涂料、耐久性和涂層性能評價技術(shù)。同時還開發(fā)了海洋鋼鐵設(shè)施陰極保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)，將信息技術(shù)與腐蝕工程控制技術(shù)實現(xiàn)有機融合。這幾項技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，成功為海洋工程裝備穿上“防護(hù)衣”，對延長裝備設(shè)施服役壽命、減少安全事故發(fā)生、節(jié)約防腐費用起到積極作用。
針對海洋環(huán)境中的生物腐蝕與污損問題，實驗室承擔(dān)了海洋微生物腐蝕領(lǐng)域唯一的973課題“海洋污損生物腐蝕的關(guān)鍵過程、機理和防護(hù)技術(shù)”，實驗室張盾研究員團隊和段繼周研究員團隊探討了環(huán)境微生物與工程材料的相互作用過程與機理，進(jìn)而提出從源頭抑制微生物附著進(jìn)而防控微生物腐蝕與污損的策略，如構(gòu)建典型腐蝕微生物檢測傳感器，開發(fā)基于表面潤濕性調(diào)控、有機復(fù)合鍍層、光催化、電催化技術(shù)的生物腐蝕污損防護(hù)技術(shù)等。
針對不同海洋環(huán)境因子對腐蝕作用的過程和機理，實驗室黃彥良研究員團隊和陳卓元研究員團隊研究了腐蝕疲勞過程中氫滲透行為、應(yīng)力腐蝕開裂機理以及海洋工程材料在不同海域區(qū)帶的腐蝕規(guī)律與機制，揭示了紫外輻射對于金屬大氣腐蝕過程的影響機制，并開發(fā)了太陽能驅(qū)動的光電化學(xué)陰極保護(hù)新技術(shù)。王鵬研究員等人從荷葉效應(yīng)和液滴自彈跳效應(yīng)兩個層面揭示了超疏水表面的海洋大氣腐蝕防護(hù)機制，為基于超疏水表面的設(shè)計構(gòu)建提供了理論指導(dǎo)。
此外，2016年，“青島土壤腐蝕試驗站建設(shè)及數(shù)據(jù)積累”專項暨“青島土壤環(huán)境腐蝕國家野外科學(xué)觀測站”示范站也順利通過了由國家材料環(huán)境腐蝕平臺組織的專家驗收，其獲得的青島地區(qū)典型土壤腐蝕數(shù)據(jù)填補了國家材料環(huán)境腐蝕平臺在該地區(qū)的數(shù)據(jù)空白。
加強產(chǎn)業(yè)化 尋找合作機會
實驗室在完成科研項目的同時，也積極投身新型防腐技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化推廣與應(yīng)用。承擔(dān)國家多項重大發(fā)射任務(wù)的文昌發(fā)射基地也曾留下海洋腐蝕團隊的身影。2015年，實驗室在文昌發(fā)射基地進(jìn)行大氣區(qū)異型結(jié)構(gòu)包覆防腐大氣曝露實驗和現(xiàn)場實驗，經(jīng)過3年多的實踐驗證，氧化聚合型包覆防腐材料的防腐效果得到發(fā)射場的認(rèn)可。
2018年，實驗室完成發(fā)射場一期4個避雷塔異型節(jié)點的防腐應(yīng)用，2019年又完成二期4個避雷塔的防腐應(yīng)用。歷經(jīng)15個月的應(yīng)用，經(jīng)受1次火箭發(fā)射氣流沖擊，防腐層依然完好。2020年1月，發(fā)射場組織專家現(xiàn)場驗收，專家認(rèn)為應(yīng)用全面達(dá)到發(fā)射場建筑標(biāo)準(zhǔn)，為優(yōu)良工程。
這樣的案例不勝枚舉。
近5年來，實驗室在全國60多項工程設(shè)施上進(jìn)行了防腐成果應(yīng)用與工程示范，為企業(yè)節(jié)支防腐費用、延長工程設(shè)施壽命，產(chǎn)生間接經(jīng)濟效益超過30億元。
為響應(yīng)“一帶一路”倡議，實驗室率先推動技術(shù)產(chǎn)品走出國門，選派科研人員到斯里蘭卡進(jìn)行現(xiàn)場項目對接，共同解決港口腐蝕防護(hù)難題，并籌建了中國—斯里蘭卡聯(lián)合科教中心腐蝕實驗站。
侯保榮院士表示：“在國家擴大內(nèi)需、促進(jìn)經(jīng)濟增長的大環(huán)境下，我國的防腐蝕產(chǎn)業(yè)應(yīng)遵循主動防腐、綠色防腐、長效防腐、科學(xué)防腐的原則，減少腐蝕造成的國民經(jīng)濟損失，促進(jìn)資源節(jié)約、提高資源利用率。同時增強自主創(chuàng)新能力，掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，帶動中國海洋腐蝕防護(hù)產(chǎn)業(yè)走上做強之路。”
70年風(fēng)雨兼程，海洋所海洋腐蝕與防護(hù)研究隊伍一直在路上，從無到有、從小到大、從弱到強。隨著我國國際地位的不斷提高，海洋所也將努力造就與我國國際地位相適應(yīng)的海洋腐蝕與防護(hù)研究團隊，為我國海洋強國戰(zhàn)略的順利實施保駕護(hù)航。