本刊記者 李曉文

雄關(guān)漫道 防腐征途
——記北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院左禹教授

本刊記者 李曉文

專家簡(jiǎn)介：

左禹，北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。1984年以來在北京化工大學(xué)從事材料環(huán)境失效機(jī)理及材料表面保護(hù)技術(shù)等方面的研究，1989-1991年在美國(guó)麻省理工學(xué)院做訪問研究。主持或參加了國(guó)家自然科學(xué)基金、973、支撐計(jì)劃、國(guó)防配套等各類科研項(xiàng)目約50項(xiàng)；在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文300余篇，主編或參編專著、手冊(cè)6部，獲部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)5項(xiàng)、授權(quán)發(fā)明專利10項(xiàng)；1993年獲政府特貼，1997年入選國(guó)家百萬人才工程第一、二層次，2003年獲中組部、科技部、教育部等六部委聯(lián)合頒發(fā)的“留學(xué)回國(guó)人員成就獎(jiǎng)”。1996-2007年擔(dān)任北京化工大學(xué)副校長(zhǎng)，先后擔(dān)任校學(xué)位委員會(huì)主席及校學(xué)術(shù)委員會(huì)主任，以及中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、監(jiān)事長(zhǎng)、中國(guó)工業(yè)防腐蝕協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、國(guó)際腐蝕理事會(huì)理事、教育部科技委委員、華中科技大學(xué)及蘭州理工大學(xué)兼職教授、金屬腐蝕與防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員兼客座研究員、“中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)”、“Internatinal Journal of Corrosion”等期刊編委等學(xué)術(shù)職務(wù)。

材料環(huán)境劣化與失效的危害遍及包括能源、交通、化工、機(jī)械、航空航天、信息、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和海洋開發(fā)等所有領(lǐng)域，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和資源、能源的巨大浪費(fèi)。2003年中國(guó)工程院統(tǒng)計(jì)，腐蝕損失占國(guó)民經(jīng)濟(jì)GDP的5%，因此研究材料在服役環(huán)境下的行為以及各種因素的影響并及時(shí)進(jìn)行防護(hù)尤為重要。

北京化工大學(xué)左禹教授數(shù)十年來一直研究材料損傷、失效的作用規(guī)律和演化過程及發(fā)展，力圖延緩、控制材料環(huán)境損傷和失效，為減少因材料腐蝕造成的危害而貢獻(xiàn)了自己的青春和智慧。

少年壯志不言苦

今天的科研成就離不開昨天的知識(shí)積累和曾經(jīng)的遠(yuǎn)大志向。左禹的青少年時(shí)期正趕上中國(guó)政治最黑暗的文化大革命時(shí)期，1966年初一剛上了一半就遇上了文革，1968年下鄉(xiāng)插隊(duì)，后來抽調(diào)到陶瓷廠當(dāng)裝窯工，再后來到化工廠當(dāng)了操作工。在農(nóng)村和工廠的艱苦勞動(dòng)鍛煉了他堅(jiān)韌不拔的意志，為以后的科研道路打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在化工廠的幾年里，左禹因?yàn)楣ぷ髑趭^，技術(shù)熟練，年年都被評(píng)為廠里或公司的先進(jìn)生產(chǎn)者，并擔(dān)任了生產(chǎn)班長(zhǎng)。更可貴的是，他利用業(yè)余時(shí)間自學(xué)了初高中的全部功課，甚至還涉足了微積分這樣的大學(xué)課程，并努力學(xué)習(xí)技術(shù)知識(shí)，還在車間里多次為工人包括大學(xué)生開展技術(shù)講座，受到車間領(lǐng)導(dǎo)和工人們的高度評(píng)價(jià)。

1977年恢復(fù)高考，已經(jīng)25歲的左禹在離開學(xué)校十年后走進(jìn)了考場(chǎng)，并取得了足以入學(xué)頂尖大學(xué)的優(yōu)異成績(jī)。然而可能是由于年齡較大或者“家庭出身”的原因，他最終被甘肅工業(yè)大學(xué)錄取。在開學(xué)的摸底考試中他在全校學(xué)生成績(jī)里遙遙領(lǐng)先，就這樣，左禹開始了正規(guī)的學(xué)習(xí)，大學(xué)畢業(yè)時(shí)他又以高分考入北京鋼鐵學(xué)院讀研究生，在朱日璋教授的指導(dǎo)下開始了在材料腐蝕研究領(lǐng)域的新歷程。

國(guó)計(jì)民生需防腐

據(jù)統(tǒng)計(jì)，石化工業(yè)中大約占60%的設(shè)備失效事件與腐蝕有關(guān)；油、氣田的管道腐蝕泄露、橋梁的鋼筋腐蝕、地下水管的腐蝕等，每年都造成極大的直接、間接損失；對(duì)于軍事裝備，腐蝕也是很大的威脅，因此裝備的腐蝕控制是保證戰(zhàn)斗力所需要解決的重要問題。左禹針對(duì)材料腐蝕防護(hù)領(lǐng)域的重大需求，在硫化氫環(huán)境中的不銹鋼應(yīng)力腐蝕、非晶態(tài)合金的氫脆、亞穩(wěn)態(tài)小孔腐蝕、鋁合金陽極氧化等方面開展了一系列卓有成效的研究，近幾年間又獲得多項(xiàng)有創(chuàng)新性的研究進(jìn)展，例如：

——不銹鋼表面大面積電化學(xué)沉積制備鈀合金薄膜技術(shù)

不銹鋼在高溫稀硫酸等強(qiáng)腐蝕環(huán)境中腐蝕速度非常快，左禹教授帶領(lǐng)課題組在國(guó)內(nèi)外首次研發(fā)了在不銹鋼表面通過電刷鍍大面積制備鈀、鈀-銅和鉻-鈀合金薄膜技術(shù)，可有效促進(jìn)不銹鋼鈍化，從而在非氧化性腐蝕介質(zhì)中耐蝕性大幅提高。同時(shí)針對(duì)在用的不銹鋼設(shè)備，研發(fā)了表面處理、鍍液循環(huán)回收和大面積快速刷鍍鈀的成套工藝。這項(xiàng)技術(shù)方法新穎，實(shí)用性強(qiáng)，可以解決強(qiáng)還原腐蝕環(huán)境中大型不銹鋼設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維修、延長(zhǎng)服役壽命的問題，已經(jīng)成功應(yīng)用到數(shù)家企業(yè)中，并列入科技部十二五支撐計(jì)劃。

——涂層服役性能現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)

訪問曼徹斯特大學(xué)腐蝕研究中心

金屬裝備與結(jié)構(gòu)例如船舶、塔架、橋梁等表面都有涂層保護(hù)，及時(shí)檢測(cè)結(jié)構(gòu)表面防腐蝕涂層的服役性能是保證裝備正常運(yùn)行的重要手段，但過去缺少在工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)涂層性能的方法，實(shí)驗(yàn)室通常使用的涂層阻抗測(cè)試儀器設(shè)備昂貴，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，解析復(fù)雜，很難應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速檢測(cè)與評(píng)價(jià)。左禹帶領(lǐng)課題組在國(guó)內(nèi)外首次提出利用10Hz頻率下的相位角代替低頻阻抗值，從而快速獲得涂層服役性能參數(shù)的方法。在此基礎(chǔ)上研究開發(fā)了涂層服役性能快速檢測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，建立了相關(guān)的模型，利用這項(xiàng)技術(shù)可以對(duì)各種金屬表面的涂層性能和涂層壽命進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

——具有陰極保護(hù)作用的鎂合金高耐蝕性涂層研究

鎂合金的腐蝕控制是當(dāng)今材料腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)之一，左禹教授在國(guó)內(nèi)外首次研究開發(fā)了對(duì)鎂合金具有陰極保護(hù)作用的富鎂涂層，通過硅烷處理進(jìn)一步提高涂層與鎂合金的結(jié)合力，并研究了控制陽極顆粒活性、增強(qiáng)耐蝕性的涂層添加劑，開發(fā)出對(duì)AZ91D鎂合金具有優(yōu)良屏蔽作用、陰極保護(hù)作用和高結(jié)合力的新型耐蝕涂層，保護(hù)性能顯著提高，耐鹽霧試驗(yàn)超過2200小時(shí)。該技術(shù)有望在鎂合金腐蝕保護(hù)方面得到廣泛應(yīng)用。

——亞穩(wěn)態(tài)孔蝕機(jī)理及材料服役壽命早期監(jiān)、檢測(cè)技術(shù)研究

材料服役性能的早期預(yù)測(cè)可以避免因腐蝕所造成事故的發(fā)生，左禹教授致力于研究腐蝕早期電化學(xué)波動(dòng)信號(hào)的特征與材料表面缺陷的關(guān)系及小孔萌生和發(fā)展過程的機(jī)制，力圖建立電流波動(dòng)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律及其與孔蝕發(fā)生傾向和發(fā)展速度之間的關(guān)系，進(jìn)而發(fā)展根據(jù)電化學(xué)信號(hào)來預(yù)測(cè)孔蝕傾向及孔蝕速度的方法與技術(shù)。在這一方向承擔(dān)了多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，并在該領(lǐng)域重要國(guó)際刊物上發(fā)表系列論文多篇，2010年左禹教授應(yīng)邀分別在莫斯科舉辦的歐洲腐蝕大會(huì)和在河內(nèi)舉辦的國(guó)際腐蝕工程大會(huì)上發(fā)表了大會(huì)邀請(qǐng)報(bào)告，闡述了“小孔腐蝕早期的電流波動(dòng)”和“涂層性能的快速電化學(xué)評(píng)價(jià)方法”等問題及研究進(jìn)展，他也是第一位在歐洲腐蝕大會(huì)上作主題報(bào)告的中國(guó)學(xué)者。

左：訪問俄亥俄州立大學(xué)腐蝕研究中心Frankel教授右上：在石化廠合作項(xiàng)目右下：與前國(guó)際腐蝕理事會(huì)主席Pourbaix教授合影

百年大計(jì)為教育

1996至2007年，左禹?yè)?dān)任北京化工大學(xué)副校長(zhǎng)，分管科研工作，并先后分管研究生、學(xué)科建設(shè)、科技產(chǎn)業(yè)等工作。工程院校的發(fā)展之源在于與產(chǎn)業(yè)結(jié)合，在校黨委和行政領(lǐng)導(dǎo)下，他積極組織教師爭(zhēng)取國(guó)家重大項(xiàng)目和企業(yè)項(xiàng)目，努力推進(jìn)國(guó)家、省部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等研究基地和平臺(tái)的建設(shè)，采取各種措施鼓勵(lì)教師從事基礎(chǔ)類研究，申請(qǐng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，在國(guó)際上發(fā)表高水平論文。同時(shí)，他也抓住機(jī)遇，積極推動(dòng)學(xué)校的國(guó)防科研工作。數(shù)年來，學(xué)校的科研規(guī)模顯著發(fā)展，學(xué)術(shù)水平明顯提高，在國(guó)內(nèi)、國(guó)際的影響力也顯著增強(qiáng)，左禹教授在其中做出了重要的貢獻(xiàn)。

左禹盡管多年擔(dān)任校、系領(lǐng)導(dǎo)并承擔(dān)大量科研任務(wù)，幾十年來始終站在教學(xué)第一線，他先后為本科生、研究生主講過10門不同課程，指導(dǎo)了90多名碩士、博士研究生及博士后，許多學(xué)生已成為單位的技術(shù)或管理骨干。

長(zhǎng)久發(fā)展有策略

鑒于材料腐蝕在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重大影響，左禹教授呼吁應(yīng)該更加重視腐蝕學(xué)科的發(fā)展，并提出幾點(diǎn)建議：

——加強(qiáng)腐蝕科學(xué)基礎(chǔ)研究。

當(dāng)前材料腐蝕領(lǐng)域面臨的許多重大技術(shù)問題有賴一些基本科學(xué)問題的解決，應(yīng)當(dāng)開拓更多的支持應(yīng)用基礎(chǔ)類科學(xué)研究的渠道，在政策上鼓勵(lì)一批科學(xué)家摒棄急功近利的思想，站在國(guó)際前沿，重視具有前瞻性的腐蝕基本過程和機(jī)理的研究。

——大力加強(qiáng)腐蝕工程教育。

據(jù)估計(jì)，材料腐蝕問題中大約有三分之一屬于設(shè)計(jì)、選材不當(dāng)，或利用現(xiàn)有的知識(shí)技術(shù)可以得到有效控制。應(yīng)鼓勵(lì)高校開設(shè)特色本科及研究生方向，培養(yǎng)專門人才，同時(shí)在工科專業(yè)中廣泛開設(shè)材料環(huán)境失效與延壽方面的課程，鼓勵(lì)高校面向企業(yè)開設(shè)講座、培訓(xùn)課程及工程碩士班，這樣將有利于從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)、維修、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)腐蝕管理，控制腐蝕損失。

——重視腐蝕學(xué)科的學(xué)科建設(shè)。腐蝕學(xué)科屬于材料科學(xué)與電化學(xué)的交叉學(xué)科，需要物理學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)和力學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的支持，并涉及電子學(xué)、微生物學(xué)等學(xué)科專業(yè)，而其應(yīng)用遍及幾乎所有工程領(lǐng)域。對(duì)于這樣的交叉學(xué)科應(yīng)當(dāng)從政策上重點(diǎn)支持。

——大力加強(qiáng)對(duì)防腐蝕新材料、新技術(shù)研究的支持。

在提倡自主創(chuàng)新的大時(shí)期，應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，創(chuàng)新性強(qiáng)的防腐蝕新技術(shù)和新材料的研究開發(fā)；鼓勵(lì)和扶持一批具有研發(fā)能力、專業(yè)化、專門從事新技術(shù)研發(fā)和推廣的公司，有效推廣腐蝕控制新技術(shù)。