中國科學院金屬研究所國家金屬腐蝕控制工程技術研究中心

我國每年因腐蝕損失約為GDP的5%，大于所有自然災害損失之和。但通過防腐蝕材料和腐蝕控制技術的研發和應用，至少可降低30%。我國首個大型油輪的防腐工程；秦山核電站循環水設備防腐工程；地下成品油管線陰極保護工程；寧波蕭山輸油管線防腐工程；杭州、大連、長春供熱管道防腐工程；大慶石化總廠50萬噸水處理改造工程；西氣東輸管道工程彎頭防腐加工工程；杭州灣跨海大橋鋼樁防腐陰極保護工程；大慶油田、勝利油田、渤海油田、華北油田、中原油田、吉林油田、遼河油田、新疆油田等防腐技術；大慶石化、齊魯石化、茂名石化、撫順石化、上海高橋石化、錦州石化、大連石化、金陵石化的腐蝕監測與腐蝕控制；浙江電力、山東電力、安徽電力、湖南電力、海南電力、東北電力等防腐技術，都是由國家金屬腐蝕控制技術研究中心實施完成，其防腐蝕工程、技術、產品輻射到全國20多個省市和地區各類工業領域。

國家金屬腐蝕控制工程技術研究中心(以下簡稱“中心”)1996年經國家科技部組織評審后批準組建，2000年通過國家科技部驗收并正式命名。中心成立之初，依托于原中國科學院金屬腐蝕與防護研究所，現依托于1999年兩所合并后的中國科學院金屬研究所。

中心實行管委會領導下的主任負責制，管委會主任為柯偉院士，中心主任及法人代表為韓恩厚研究員(現任世界腐蝕組織(WCO)副主席，腐蝕領域最有影響學術刊物《Corrosion Science》編委)。中心是遼寧省腐蝕與防護學會、遼寧省金屬腐蝕控制技術服務中心掛靠單位。

中心具有ISO9001，ISO14000，ISO18000管理體系證書、國家化工防腐一級施工資格證書、高新技術產業證書、重合同守信用單位、AAA級信用單位等資質證書，在同行業中具有較高的聲譽，在歷次評估中均為優秀。

1 核心業務

美國國家科學院研究委員會2011年出版的《腐蝕科學與工程領域的研究機遇》報告指出，腐蝕領域有4項挑戰：(1)低成本與環境友好的耐腐蝕材料與涂層；(2)預測實際服役環境中腐蝕退化的高保真模型；(3)與真實服役環境中長期腐蝕行為實現定量關聯的可控的實驗室加速腐蝕試驗方法；(4)精確地預測裝備大修、更換、停用等剩余壽命。中心正是圍繞以上課題開展研究與開發工作，并確立了多項核心業務：

工業環境和自然環境中材料的腐蝕防護機理；腐蝕控制工程；防腐蝕新材料與新技術、防腐蝕產品的開發；防腐蝕技術工程示范；防腐監測與檢測儀器儀表的開發；防腐蝕設計；防腐蝕技術轉讓、咨詢與服務；防腐蝕管理人員和技術人員培訓。

具體技術研究包括耐腐蝕材料、涂料、陰極保護、緩蝕劑、表面處理、監測/檢測儀器與技術、工程結構與裝備的腐蝕安全與壽命評價技術等等。

2 研究成果

納米氧化物濃縮漿與納米復合涂料涂料是腐蝕控制的最主要手段，依靠涂料控制腐蝕可達75%。然而我國高性能涂料長期依賴進口。1999年中心提出了采用納米粒子提高涂料性能的方法。采用兩步法把納米漿體添加到涂料中，制備了具有不同功能的多種納米復合涂料。大量的實驗室和現場試驗數據證明，該納米濃縮漿顯著提高了涂料的抗紫外老化性、耐候性、耐蝕性、耐磨性、光催化活性等，大幅度提高了傳統涂料的性能。納米氧化物濃縮漿的設計考慮了溶劑和納米粒子、分散助劑的相互作用、相互匹配，使漿體和各組分之間協同作用，達到穩定分散的目的。解決了納米氧化物粉體材料的團聚性、分散穩定性兩大國際難題。分散助劑在粒子表面產生吸附和錨固作用后形成包覆層，依靠空間位阻作用等來達到穩定分散體系的作用。中心研制成功的納米氧化物濃縮漿具有高濃度、低粘度的特點，固含量約是國外同類產品的2倍、粘度低于其50%以上、貯存穩定性提高100%。產品性能(固體含量、初始粘度、貯存期等)達國際領先水平，引領了該研究方向。“納米氧化物濃縮漿和納米復合涂料”2006年獲國家技術發明二等獎，已獲授權發明專利40余項，并實現了規模產業化。納米復合涂料已經在飛機、電網、建筑等各種裝備的涂料防護領域批量應用，在船舶和海洋工程結構方面已經完成了示范工程，國外海洋涂料公司開始了批量采購，已經成為涂料發展的國際化趨勢。納米氧化物濃縮漿不僅可用于各種涂料的改性中，而且在塑料、膠粘劑、橡膠、油墨、化妝品等諸多領域有廣泛用途。

納米復合涂料在電力桿塔、變電站等5大電網的電力設施中廣泛應用

重腐蝕防護涂層與陰極保護聯合防護技術在杭州灣跨海大橋鋼管樁百年防腐工程中的應用

SEBF/SLF重腐蝕防護技術該技術是一種無溶劑環氧粉末及無溶劑液體環氧重防腐涂裝技術，中心經過10多年從涂料、涂裝工藝和涂裝設備全方位展開工作，在SEBF系列熔融結合環氧粉末涂料和SLF高分子復合涂料；SEBF管道涂裝生產線、SEBF異型件涂裝生產線和SLF管道模壓涂裝生產線涂裝設備；快速固化、慢速固化和常溫固化工藝等方面取得了系列成果。制定了GB/T 18593-2001《熔融結合環氧粉末涂料的防腐蝕涂裝》國家標準。該技術具有涂層與基體結合力強；涂層自身機械強高；抗沖擊性能突出；涂層的抗滲透能力強；涂層的化學穩定性好(耐酸、堿、鹽侵蝕)；涂層表面的粗糙度低，與流體摩阻小可用于內涂層減阻；涂層無毒，滿足食品衛生標準(可用于食品行業)等性能特點。還可根據需要進行機械加工，用在動態部件上可增強部件的耐磨、耐氣蝕、耐沖刷性能，提高部件在苛刻環境下的使用壽命。已廣泛應用在石油、化工、化纖、核電、給排水、供熱、海洋開發等各行業國家建設工程項目中，如：“西氣東輸”管道彎管防腐、杭州灣跨海大橋鋼管樁防腐、舟山聯島工程大橋鋼管樁防腐等等。

金屬表面處理技術表面處理是僅次于涂料的最常用腐蝕防護技術之一。化學鍍是工業界常用的腐蝕控制技術之一，其難度在于鍍層的結合力和穩定性。從1991年的機器人應用，到1995年解決了石油化工領域大型換熱器化學鍍技術(30 m3鍍液)——大裝載比鍍液穩定性難題，使之在石油煉廠(如茂名石化、廣州石化、盤錦油田等)得到推廣。中心長期致力于該領域研究，在國內產業界獲得較高聲譽。

鎂合金的表面處理技術在鎂合金汽車部件中批量應用，已裝車100多萬輛

由于鎂的自腐蝕電位低，腐蝕是制約鎂合金工程化應用的關鍵瓶頸，其防護技術是國際難點。中心研發出的多種鎂合金防腐蝕技術，解決了防護膜層不致密和結合力低等問題。其中環保型無鉻轉化膜技術經美國權威單位對多國技術盲評后認定處于國際領先地位，并在一汽汽車核心部件中裝車100余萬件。研發的鎂合金化學鍍技術，滿足了航天裝備對耐腐蝕性能、電磁屏蔽性能、冷熱循環疲勞性能等的綜合要求，成功用于重要航天型號中。研發的自封孔微弧氧化技術，成功用于關鍵技術裝備中。

飛機日歷壽命定量評價方法及其延壽飛機停放時服役在腐蝕性環境中，并在不同自然環境條件中飛行和停放；飛行時不僅有腐蝕，還承受著疲勞載荷，確定和延長飛機的日歷壽命已經成為制約我國飛機安全性和可靠性的關鍵技術瓶頸。以國家重點基礎研究發展計劃(973)“材料的環境行為與失效機理”等項目為支撐，中心系統研究了材料與結構環境損傷演化規律，獲得了在腐蝕環境或/和載荷作用下材料與結構腐蝕形態轉化、腐蝕與疲勞載荷的交互/交替作用的損傷演化規律，對飛機的服役環境參數進行了大量的統計分析，并對飛機的局部環境進行了測試，在此基礎上，以損傷等效為原則，創建了環境譜損傷當量法；將飛機外場復雜服役條件經統計和科學剪裁，對多種飛機停放和飛行環境、交互/交替作用進行了當量化處理，使試驗產生的損傷與服役損傷具有當量關系，編制成供加速試驗的腐蝕環境譜，建立了加速實驗環境譜編制方法。發現了材料與結構的損傷特征等效關系、室內加速實驗結果與實際服役行為的等效關系。在獲得的材料與結構損傷演化規律和創建的環境譜損傷當量法的基礎上，建立了飛機日歷壽命評價方法，并根據安全性與經濟性相統一的原則，實現了對飛機結構日歷壽命的預測與評估。據此，結合延壽處理的腐蝕控制技術，制訂了飛機結構維修腐蝕控制大綱，創建了飛機日歷壽命定量評價技術體系，形成了具有自主知識產權的核心技術，使其具有對飛機進行延壽決策、涂裝延壽處理并為新飛機日歷壽命確定和防腐設計提供理論依據的能力。

提出了環境譜損傷當量法，形成飛機 日歷壽命定量評價方法，通過延壽決策和延壽技術，顯著延長了飛機的日歷壽命

該成果已經成功用于飛機日歷壽命預測、安全評定、腐蝕修理與防護、壽命延長和壽命管理、設計制造等方面。“飛機日歷壽命定量評價方法及其延壽應用”2009年獲國家科技進步二等獎。使我國從過去依靠經驗確定飛機日歷壽命上升到應用具有理論基礎的普適性定量評價方法。該方法與思路也可推廣應用于暴露在實際環境中長期服役的其它裝備和大型工程結構中。

創建了腐蝕裂紋當量法，形成了管道腐蝕損傷評價的我國行業標準，優于美國ASME B31G規范，已經在數萬公里長輸油氣管道中廣泛應用

油氣管道的腐蝕損傷評價及維修技術長輸管道是油氣輸運的大動脈，管線鋼的開裂機制是國際難點，是評價管道能否長期安全運行的關鍵。中心提出環境斷裂具有局部化特征，將裂紋局部電化學、局部形變和局部材料等因素耦合，建立了裂紋尖端局部電化學隨裂紋長度變化的二維數學模型；并通過原位測量證明了其正確性。同時開展了系列管線鋼的微觀結構、土壤腐蝕電化學、應力腐蝕的機理研究，將環境斷裂的局部化原理用于管線鋼環境開裂研究中，首次發現恒載荷下高強管線鋼在近中性環境中會產生應力腐蝕開裂，提出管線鋼應力腐蝕是局部材料的力學-化學的交互作用的自催化過程，隨后國外開展跟蹤研究。首次將復合微電極技術與模擬管線涂層縫隙結合，發現剝離涂層下國產X70管線鋼在我國土壤溶液中能夠發生穿晶應力腐蝕破裂，并在開路電位、欠保護和陰極保護斷電情況，發生近中性應力腐蝕開裂的敏感性最強。提出了腐蝕裂紋當量法，考慮腐蝕與變形交互作用的局部化特征，將管道表面復雜形狀的腐蝕坑等效為具有相同局部化特征的當量裂紋，建立了腐蝕管道剩余強度計算方法，克服了國外標準過于保守的弱點，獲得了更準確的剩余強度，率先建立了中國石油天然氣總公司行業標準SY/T6151-1995，2009年國家能源局頒布修訂版，首次把斷裂力學方法應用到管道安全評價標準之中。這些技術和標準已經在我國數萬公里長輸管道的安全評價與腐蝕控制中得到實際應用，避免了使用國外標準造成的浪費，帶來了巨大的經濟效益和社會效益。“油氣管道的腐蝕損傷評價及維修技術”2012年獲遼寧省科技進步一等獎。

自主研發的模擬350 ℃、20 MPa以下核電高溫高壓循環水環境中原位電化學測量、原位光學觀測、原位光譜分析和原位恒載拉伸等的國際上首套原位測試裝置，由此發現了一些新的現象與規律

核電材料與裝備安全評價高溫高壓水中材料的腐蝕失效是影響核電設備長期服役安全性的關鍵問題，研究發現核電高溫高壓水中材料的腐蝕電化學動力學由界面電荷遷移控制，與常溫不同，加Zn后可以顯著抑制核電一回路中的腐蝕，提出了加Zn水化學建議導則，制備加工工藝、溶解氫和溶解氧影響材料應力腐蝕的機制，裝備制造控制規范建議，植入環境參數的核電裝備材料的疲勞評價與設計曲線，計算了我國核電關鍵裝備的壽命，研發了核電站原位監測與檢測技術等，在實驗室長期考核后，通過了大臺架考核。中心開展了我國核電國產蒸汽發生器傳熱管、主管道、壓力容器等材料的性能評價，并提出改進建議。中心自主研制了6套高溫高壓水回路腐蝕測試系統，其中模擬360 ℃/20 MPa核電環境中進行原位光學、電化學、光譜、聲發射、力學的綜合測試裝置、原位劃傷電化學裝置均屬國際首套。

油氣開發與煉制苛刻環境中的腐蝕控制技術隨著油氣的不斷開展，我國的油氣田中雜質含量不斷升高，特別是在一些油氣田中H2S、CO2、單質硫、氯離子等濃度較高，對材料防腐蝕提出了很高的要求。中心研究了H2S、CO2濃度、單質硫、氯離子以及它們之間的相互作用對腐蝕的影響機理，掌握了影響規律。在此基礎上，進一步研究了低成本耐腐蝕材料。研發了系列緩蝕劑，在多個油氣田中廣泛使用。研發的煉油裝置腐蝕監測/檢測技術，在相關煉化裝備中實際應用；研發的高性能耐溫耐蝕涂料技術，通過在大于200 ℃的高H2S、CO2濃度的油井和煉油裝置中實際應用，證明了其實用性。

中心愿與國內外同行、工業界同仁聯手，共同為降低腐蝕損失、減少腐蝕導致的事故做貢獻。

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中國科學院金屬研究所成立于1953年。1999年5月，根據中科院實施“知識創新工程”的戰略部署，在“東北高性能材料研究發展基地”建設中，中國科學院金屬研究所與中國科學院金屬腐蝕與防護研究所整合建立新的中國科學院金屬研究所(以下簡稱金屬所),是涵蓋材料基礎研究、應用研究和工程化研究的綜合型研究所。主要學科方向和研究領域包括：納米尺度下超高性能材料的設計與制備、耐苛刻環境超級結構材料、金屬材料失效機理與防護技術、材料制備加工技術、基于計算的材料與工藝設計、新型能源材料與生物材料等。

金屬所以“創新材料技術，攀登科技高峰，培育杰出人才，服務經濟國防”為使命，堅持實施“人才興所”戰略，培養和凝聚了大批優秀的材料科學家和工程技術專家。截至2013年底，金屬所擁有研究人員1 400余人，其中兩院院士8人，研究員及正高級專業技術人員139人，副研究員及副高級專業技術人員296人，國家杰出青年基金獲得者15人，“萬人計劃”杰出人才1人、“千人計劃”學者3人、“百人計劃”學者37人，是國內在材料科學領域獲得國家杰出青年科學基金人數最多的單位。金屬所現有15名科學家在23個國際學術組織任職，25名科學家在29種國際學術期刊擔任主編、副主編、編委。一批科學家榮獲多項國際榮譽，并活躍在國際舞臺上，體現了金屬所的國際影響力。

金屬所是國內材料科學領域重要的研究生培養基地，截至2013年9月，金屬所共有在讀研究生684人(其中碩士生294人、博士生389人)。金屬所堅持“質量第一”的研究生培養理念，致力于培養造就材料科學與工程領域領軍人才，有26人榮獲中科院院長獎學金特別獎，在中國科學院研究所中位居前列。

金屬所面向國家戰略需求和國家經濟建設、面向世界科學發展前沿需要，有針對性地開展基礎研究和應用研究，并注重科技成果的轉化和產業化。基礎研究方面擁有沈陽材料科學國家(聯合)實驗室，是我國第一個研究類國家實驗室，2008年入選中組部首批“海外高層次人才創新創業基地”。應用研究方面擁有沈陽先進材料研究發展中心、材料環境腐蝕研究中心。工程化研究方面擁有高性能均質合金國家工程研究中心、國家金屬腐蝕控制工程技術研究中心。

金屬所累計取得科技成果獎400余項，其中獲得國家級獎項90余項，包括國家科技進步特等獎、國家自然科學一等獎、國家技術發明一等獎和國家科技進步一等獎等獎項，特別是2010年金屬所名譽所長師昌緒院士獲得了國家最高科學技術獎，這不僅是中國材料界的光榮，更是中科院金屬所的光榮。2011年金屬所榮獲國際腐蝕工程師協會頒發的杰出機構獎(Distinguished Organization Award)，是該獎項設立幾十年來亞洲地區唯一獲獎單位，顯示出在腐蝕防護領域的國際影響與地位。

受中國金屬學會、中國材料研究學會、國家自然科學基金委員會、中國腐蝕與防護學會等委托，金屬所編輯出版《金屬學報》(中、英文版)、《材料科學與技術》(英文版)、《材料研究學報》(中文版)、《中國腐蝕與防護學報》、《腐蝕科學與防護技術》等6種學術刊物。