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我国大气环境腐蚀站网的建设和发展(上)

2017-08-04 14:54:38
作者:张三平
来源:《腐蚀防护之友》

大气环境是人类生存的空间,人类制造的大部分材料使用在大气环境中,材料大气腐蚀研究是腐蚀与防护学科的重要研究领域之一。2000 年由柯伟院士领导的团队调查显示,材料腐蚀损失占当年 GDP 的 5% 左右;2015 年由侯保荣院士领导的团队调查表明,材料腐蚀损失占当年 GDP 的 3% ~ 4% 之间,损失比例的下降,得益于防腐蚀技术的进步和防腐蚀管理水平的提高,同时制造业在国民经济中的比重逐年下降,也是影响因素之一。腐蚀损失中,大气环境的腐蚀占一半以上。

     大气环境是人类生存的空间,人类制造的大部分材料使用在大气环境中,材料大气腐蚀研究是腐蚀与防护学科的重要研究领域之一。2000 年由柯伟院士领导的团队调查显示,材料腐蚀损失占当年 GDP 的 5% 左右;2015 年由侯保荣院士领导的团队调查表明,材料腐蚀损失占当年 GDP 的 3% ~ 4% 之间,损失比例的下降,得益于防腐蚀技术的进步和防腐蚀管理水平的提高,同时制造业在国民经济中的比重逐年下降,也是影响因素之一。腐蚀损失中,大气环境的腐蚀占一半以上。


    发达国家在上世纪初就开始了具有现代科学意义的系统大气暴晒试验研究,我国在上世纪初已有了一批油漆生产企业,如上海开林制漆厂始建于 1915 年,针对油漆产品的性能不知进行过暴露试验没有,但无资料显示解放前有系统的环境腐蚀研究。新中国成立后,随着早期工业基础迅速建立,我国大气环境腐蚀试验才相应开展,经过几个阶段的发展历程,我国大气环境腐蚀业已形成具有中国特色的研究体系,60 多年来为国民经济建设和腐蚀学科的发展做出来巨大的贡献。目前大气环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站网,其覆盖环境的多样性,试验条件的完善性,服务功能的广泛性,使我国在这一领域的研究已跻身于国际先进行列。


    
一、国家材料大气环境腐蚀站网发展历程

 

    我国大气环境腐蚀研究发展大致经历三个阶段:建国初期至文革期间为第一阶段,也是早期初始建设阶段;改革开放之始至 2000 年为第二阶段,这期间大气环境腐蚀站网得到全面恢复建设,初步形成具有我国特色的试验站网体系 ;2000 年后至今为第三阶段,经过这一阶段的建设发展,我国大气腐蚀研究体系得到进一步的完善。


   
 (一)大气环境腐蚀早期的研究活动和试验站的建设

 

    1、建国初期至文革前大气腐蚀试验站建设

 

    建国初期,随着抗美援朝战争的结束, 第一个五年计划在1953年开始实施。


    百业待兴,机械制造、材料生产、交通运输、 对外援助诸多行业领域初现基础,对材料的使用性能逐渐提出要求,使材料学科的腐蚀与防护专业得到建设。早期的环境腐蚀研究的推动力来自三个方面:一是工业建设,对外援助需要材料科学的支撑;二是国际环境因素,当时以前苏联为首的东欧社会主义国家阵营,为了产品出口和支援中国的建设,提出与我国合作开展大气环境材料的暴晒试验;另外解放前和解放初期留学回国的老一辈科学家关心我国腐蚀科学的创建。


    其中,国际合作和援助是促成我国建国初期迅速开展大气环境腐蚀试验的最主要因素。


    1954 年我国先后与捷克、苏联、波兰、民主德国分别签订了双边科技合作协议。当年 9 月,中国与捷克斯洛伐克签订《为电机、电气器材及电气设备应用于热带国家之研究》 合作协议, 随后,第一机械工业部电器工业管理局着手筹建试验站。翌年 4 月,北京电器科学研究所(筹)建立上海试验站,这是我国最早的大气腐蚀试验站。


    1958 年又签订了“中、匈、苏、波、捷、民主德国在中国湿热带气候条件下共同进行热带电器试验研究的六国多边合作协定”,他们相继派专家来我国共同进行试验研究。1958 年 6 月在上海召开了“全国腐蚀网站建站会议”,并提出了 1958 年及 1959-1960 年建站规划。


    第一批建站地点选择在广州、上海、天津、北京、武汉、舟山、大连、青岛等地。各行业部门所属单位根据国际科技合作协议和提高产品质量的需要,先后在全国建立大气腐蚀试验站 30 多个。当时建站均以各自部门计划需求为主,重复建设较突出,如当时在海南岛榆林、三亚地区就有四个试验站。


   
 2、文革期间的大气环境腐蚀试验研究活动

 

    文革十年对我国经济建设、科研生产带来了极大的冲击和破坏,我国环境腐蚀研究工作一段时期处于停滞,特别是 1966 年至 1970 年期间除极少数项目在困境中坚持外,整体几乎完全停止,许多试验站也相继废弃。


    1965 年,冶金工业部的武汉钢铁公司、鞍山钢铁公司、北京钢铁研究院、包头冶金研究所和铁道部门的北京铁道科学院等单位在全国 10 个不同大气环境(含长江大桥桥面、隧道)下对含 Cu、Re 等 19 种低合金钢进行了为期 16 年的大气腐蚀试验与研究。


    70 年代初机械工业部广州电器科学研究所在广州、海南等湿热、亚湿热地区组织国产电机、电工测量仪表、低压电器等整机和零部件产品进行大气曝露试验。


    由于国防建设的迫切需求,为了飞机设计和生产的需要,西安、成都、哈尔滨、沈阳、南昌各航空工厂都有自己的大气腐蚀试验站一直在坚持工作。


    1971 年北京航空材料研究院在青岛的团岛又建立了新的试验站,对铝、钛合金进行 20 年的大气曝露试验。


    铁道科学院金化所此阶段开展了油漆产品的 20 年曝晒试验。


   
 (二)大气环境腐蚀站网全面恢复建设期

 

    文革结束后,“科学的春天”来了。1978 年原国家科委腐蚀科学学科组将“全国腐蚀网站建设”列入 1978-1985 全国科学技术“腐蚀与防护”发展规划,翌年,在原国家科委支持下由武汉材料保护研究所负责, 联合有关单位,开始了大气腐蚀网站恢复与建设工作。


    1979-1982 年,组织了对全国不同气候环境,进行实地条件调研,提出了全国大气腐蚀网站布点方案。组建了由 8 个工业部门所属 10 个科研单位参加的“全国大气腐蚀网站”,同时制定了常用材料 20 年的大气腐蚀试验规划。1982 年国家科委正式批准下达了国家重点基础研究项目——“国产常用材料大气腐蚀数据积累及基础研究”,这也是我国“六五”期间网站得到资助的第一个五年研究计划项目。80 年代后期,该项目改由国家科委和国家自然科学基金委共同领导,由国家自然科学基金委资助,先后在“七五”至“九五”列入重大基金课题进行资助,同时 8 个工业部门配套资助此项工作。从此,在此建设时期,大气腐蚀试验研究得到了稳定的支持和资助。


    在全国大气站网恢复建设后,1983年至 1984 年间组织了黑色金属、有色金属、涂镀层、高分子四大类材料,244个品种,7 万余件试样,投放至沈阳、北京、青岛、重庆、武汉、广州、海南岛的琼海、万宁等地试验站,以后又增加了海拉尔低温试验站的材料投试试验。


    此阶段参加全国网站建设和参加自然基金重大专项大气腐蚀课题组的成员单位有:武汉材料保护研究所、重庆五九研究所、广州电器科学研究所、沈阳金属研究所、青岛海洋腐蚀研究所、621 所、广州老化研究所、北京有色金属研究总院、北京钢铁研究总院、农牧机械研究所等单位。


    根据机械工业的发展,1998 年建立了机械行业环境腐蚀研究中心,中心以原机械工业部的广州电器所、武汉材保所、昆明电器所、西宁高原机械所、呼和浩特畜牧机械所为依托,开展了材料的高原大气、寒冷大气、湿热大气等环境的腐蚀试验。


    
(三)大气腐蚀站网大发展和国家环境腐蚀野外平台的建设

 

    2000 年后,中国经济高速发展,西部大开发成为国家顶级战略,为适应西部建设发展的需要,促使环境腐蚀试验向西部扩展。


    我国西部地区地域辽阔,自然环境复杂恶劣,材料在这些地区的大气环境腐蚀有其特殊规律需要我们去认识。


    2000 年以前,我国“民口”与“军口”


    试验站主要集中在我国中、东部地区,而占我国近 1/2 面积的西部地区,虽在拉萨、吐鲁番以及少数高海拔高原站点等地开展过大气环境的暴露试验,但试验站点设施简陋,不能满足规模和完备的试验要求。这种不合理布局严重影响到我国国民经济建设、国防建设和国家西部大开发建设的需求。为了改变这一现状,通过计划、申请,科技部先后下达了 “国家材料(制品)腐蚀试验站网与数据库”基础性和“常用材料在西部自然环境下腐蚀数据与规律研究”、 “材料制品腐蚀环境影响试验研究”两项公益性项目,支持新时期环境腐蚀研究,特别是开展西部地区环境腐蚀研究。同时其网站还得到国家自然基金“十五”


    重大专项和 “十一五” 重点基金群的资助,开展相关基础研究。


    2001 年 8、9 月份大气环境腐蚀网站调查小组分别赴我国西南、西北地区进行 “西部环境及材料腐蚀情况调查” ,历时 40 天,行程近 2 万多公里,对西部的城市建筑、工矿企业、交通设施的大气腐蚀进行了广泛的调查。同年国防科工委发文,建立了“国防科技工业自然环境试验研究中心”。“十五”期间,国防科技工业局还启动了“两站建设”


    计划,中国兵器工业第五九研究所承担了选址与建站任务。国防科技工业局提出了“军民结合”、“寓军于民”的建站方针,确定了“环境典型”、“军民共用”、“稳定发展”三大原则,全面指导选址与建设工作。对原有大气试验站进行了改扩建, 并新建了拉萨、 漠河、敦煌等试验站。


    2002 年科技部向国务院提出“关于加强科技基础条件平台建设的意见”,将野外台站建设列为“十五”国家科技发展计划。2003 年起,国家科技部将包括国家材料环境腐蚀试验站的野外台站工作正式纳入国家科技基础条件平台建设。2004 年 6 月 9 日,国家科技部基础司在北京组织召开了“国家生态环境野外科学观测研究站专家组”和“国家材料环境腐蚀试验站专家组”成立大会暨专家组第一次工作会议。2005 年,根据“材料环境腐蚀国家试验站申请与评审暂行办法”以及“整合、完善、提高、共享”的原则,专家组在充分考虑试验站前期工作基础,以及我国典型自然环境特征的前提下,初步遴选了由 28 个材料环境腐蚀国家野外科学观测研究站 (其中大气腐蚀试验站 13 个)组成新的材料环境腐蚀国家野外科学观测研究平台。


    在科技部、基金委、教育部、试验站归口部门和各试验站主管单位的支持下,对原有 22 个老试验站点进行整合和改造、对 6 个新的试验站点进行建设和完善后的试验站建立了系统的观测、测试、管理、共享的标准与规范。各试验站采用了标准统一的先进观测和测试仪器设备,自动化和智能化程度、观测和测量的精度和信息采集密度大大提高。


    根据科技部基础司“国家材料环境腐蚀试验站专家组”第二次会议建议,成立了“国家材料环境腐蚀试验站网综合研究中心”,下设 4 个部门,分别为站网综合管理部,数据共享与应用服务部,环境腐蚀试验指导部,标准部,指导网站平台的试验工作。大气站网体系还包括:西沙(北热带湿润海洋大气)试验站、格尔木(高原干旱盐湖大气)试验站(点)、长白山(中温带亚湿润乡村大气)试验站(点)、吐鲁番试验站 (南温带干旱沙漠大气) 等, 作为环境代表性试验站, 于 “十五” 、 “十一五”


    期间的国家项目研究中,进行了相关的研究试验工作。后经过调整西沙试验站、吐鲁番试验站也纳入国家大气环境站网平台管理。


    由于大气腐蚀野外观测研究站网平台的成功建设,为国民经济发展,做出了显著的贡献,也为挂靠在中国电器科学研究院的“工业产品环境适应性国家重点实验室”的建设和挂靠在武汉材料保护研究所的“特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室”获批筹建,起到支撑和促进作用。北京科技大学和兵器工业集团五九所联合申请建立了腐蚀与防护教育部国防重点实验室。2002 年大气站网平台成员单位中国电科院环境中心与 ATLAS 建立了试验论证协议,使我国大气环境试验服务率先走出国门,具有了国际影响力。随着“一带一路”国家顶层战略的实施,我国大气腐蚀站网平台紧跟形势的发展,服务于国家战略,已与沿线部分国家开展了合作研究。

 

1

全国大气网站(站点)分布图

 

2

 

    二、材料大气环境腐蚀研究及其成果(见下期)

 

    三、今后的发展思路和工作展望(见下期)

 

 

    参考资料:


    1、王光雍、李兴濂、箫以德、等 . 中国材料自然环境腐蚀试验站网(50 年)发展历程

    2、陆启凯、阮裕尧、毛海荣 . 中国电器科学研究院气候试验研究发展历程

    3、李兴濂、箫以德 . 国家大气腐蚀网站的发展与现状

    4、箫以德、张三平 . 全国材料大气腐蚀试验站网介绍

    5、陈克忠 . 参加早期大气网站试验研究工作的体会

    6、张三平 . 美、日环境腐蚀研究技术考察 . 材料保护,1999 (11):34

    7、杜发一 . 中国腐蚀科技史话 . 《腐蚀防护报》

 

 

    作者简介

 

3

 

    张三平,研究员,武汉材料保护研究所副总工程师,特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室副主任,中国腐蚀与防护学会副理事长,湖北省腐蚀与防护学会秘书长,建筑构件材料环境条件及环境试验标准化技术委员会副主任委员,《中国腐蚀与防护学报》、《材料保护》、《准备环境工程》杂志编委。


    长期从事腐蚀与防护研究,研究领域包括环境腐蚀、金属表面涂层及其改性、工程防腐蚀设计、腐蚀试验标准制定、腐蚀失效分析。主持完成国家、省部级项目二十余项,获国家科技进步二等奖 2 项、省部级奖3 项。发表论文 100 余篇。2005 年获国务院特殊专家津贴,2013 年度武汉市先进科技工作者。

 

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责任编辑:殷鹏飞


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