“防腐卫士”侯保荣:降住海中“吃”金属的“老虎”
2022-03-04来源:科技日报
  得到的成绩只代表过去,我会继续奋斗在腐蚀研究的第一线,尽自己最大的努力,为我国防腐事业作一点儿贡献。

  中国工程院院士、中国科学院海洋研究所研究员

  侯保荣

  浩瀚无垠的大海,不仅是生命的摇篮,更是人类取之不尽、用之不竭的资源宝库。然而,海洋的自然环境,也在侵蚀着海洋重大工程,悄无声息地影响着海洋经济安全。

  提起侯保荣,业内都称这位中国工程院院士、中国科学院海洋研究所研究员为“海洋防腐卫士”。自少年时,侯保荣就暗下决心,要用毕生精力把我国的海洋防腐技术提升至世界一流水平。50年来,他栉风沐雨、披荆斩棘,理清了海洋腐蚀机理,研发出腐蚀防护技术,主持全面腐蚀调查,为中国海洋经济的蓬勃发展提供了坚实保障。

  近日,侯保荣获2021年度中国科学院杰出科技成就奖。此前,他还获得了由联合国世界腐蚀组织(WCO)颁发的首届世界“腐蚀成就奖”,该奖全球仅他一人获得。

  把大海“搬”进实验室

  “我就专心干好海洋腐蚀防护这一件事。”侯保荣对科技日报记者说。

  上世纪70年代,国内一般将海洋腐蚀环境分为大气区、潮差区和海水区。潮差区因潮水忽高忽低、风吹日晒,一度被认为是腐蚀最严重的区域。

  然而,事实果真如此吗?

  年轻的侯保荣在实验中发现,在同一根钢桩上,位于潮差区上方的部分腐蚀严重,而真正位于潮差区的部分反而腐蚀较轻。为进一步确认,他又专门查阅了国外的相关文献。这些资料表明:海洋潮差区腐蚀轻,而浪花飞溅区的腐蚀最为严重。

  “我当时就决定,要彻底弄清到底哪个区域腐蚀最严重。”侯保荣回忆道。

  为了找出答案,侯保荣等人在国内首次进行了外海长尺挂片实验。结果显示,浪花飞溅区是被忽视的“大老虎”,它才是海洋腐蚀最严重的区域,是真正的腐蚀防护短板。

  “尽管外海长尺挂片能够真实反映外海实际钢桩的腐蚀情况,但海洋环境恶劣,样品十分容易丢失,而且试样处理方法繁琐,试验难度很大。”侯保荣说。

  当时,他萌生了一个大胆的想法:把大海“搬”进实验室。这样不仅样品不会丢失,而且样品处理起来也更精确。

  于是,侯保荣等人在海边临时建了一个连通海水的水池,以开展模拟海洋腐蚀环境的挂片实验。而后,他们利用这个装置进行了1年的挂片实验。

  实验的过程是艰辛的。

  “我要从实验现场把那些金属样板背到中国科学院上海冶金研究所实验室进行检测分析,其间要先坐火车赶到市区,再徒步行走大约一两公里。”侯保荣回忆道。

  侯保荣一个人背不动总重量达五六十斤的样板,只能把样板分成几份,先背一部分走上一段路,然后将其放下,再匆忙折回去背剩下的,最后到实验室时天都黑了。虽然很累很饿,但他心里美滋滋的。

  侯保荣顾不上条件简陋、吃苦受累,他最关注的还是实验结果。功夫不负有心人,最终他们的实验结果证明:模拟腐蚀实验确实能够反映外海的腐蚀规律。

  攻克钢铁表面海水残留难题

  经过多次长尺实验,侯保荣又开始思考:“为什么前人都认为潮差区海水腐蚀最严重?”仔细研究早前的文献后,他发现,这是由于实验方法不正确造成的。

  侯保荣解释道,海洋中的钢铁设施上下是自然电导通的,而前人研究却将多片试片分别悬挂于不同腐蚀区带中,相互之间没有电导通、是孤立的,差别就在这里。

  搞清楚了这一点,侯保荣接着想:能否将处理好的试片用一根导线连接起来进行模拟实验?这就是后来获得中国科学院科技进步二等奖项目“电连接模拟海洋腐蚀试验装置和方法”的雏形。

  而后,一系列的验证结果显示,“电连接模拟装置”可以准确模拟海洋的腐蚀规律。1981年,中国科学院海洋研究所组织了鉴定会。专家鉴定认为,该试验方法新颖可靠,可以同时再现海洋的不同腐蚀环境,对该试验方法给予了高度肯定。

  有了可信的方法,实海实验与模拟实验便开始进行。实验结果表明:潮差区与全浸区会形成氧浓差电池,导致潮差区腐蚀较轻;而浪花飞溅区产生了独特的腐蚀产物,存在自催化腐蚀过程,腐蚀最为严重。

  那么,如何才能“降服”浪花飞溅区这只“吃”金属的“老虎”呢?

  侯保荣及其团队成员翻阅了大量外文资料发现,在浪花飞溅区采用包覆防腐蚀技术的防护效果最理想,但相关研究当时在中国尚属空白。

  于是,侯保荣开始研发针对我国腐蚀环境的包覆技术。

  润滑脂是有效的防腐方法之一,侯保荣试验了数十种润滑脂,取得了一定效果,但被包覆的钢铁始终有少量腐蚀。

  实验、观察、思考、再实验……侯保荣最终发现,浪花飞溅区钢铁表面海水难以去除,海水残留在润滑脂里,导致了点蚀的发生。

  如何才能攻克钢铁表面海水残留这一难题呢?

  为此,侯保荣请教了高分子专家,并与日本相关学者合作,利用接枝水油置换基团技术将金属表面的水分置换出来,只留下油性基团,这样就大大提升了包覆技术的防腐性能。

  而后,侯保荣经多次攻关,研制出复层矿脂包覆防腐蚀技术(PTC)。“该技术表面处理要求低,能有效隔绝海水并抵御机械损伤,后期应用起来施工方便,可带水、带锈施工。”他说。

  成果被应用于国家重大工程

  为了促进科技成果转化,侯保荣与青岛迪恩特新材料科技有限公司建立稳定合作关系,生产的设备从Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型,到可批量稳定生产的Ⅳ型,形成了一套完整的自动化生产线,打破了国外垄断,生产能力满足重大工程需要。产品性能达到国家标准GB/T32119-2015要求,具有中国计量认证机构(CMA)的合格检测报告。

  目前,PTC在青岛港液体化工码头已使用近15年。此外,该技术还能够有效抵御海冰碰撞。在冬季结冰期长达5个月的丹东华能电厂煤码头,该技术也经受住了考验,至今已顺利应用8年。

  如今,PTC已经实现了我国全纬度的适用性,在大连北良港码头、上海洋山深水港LNG码头、杭州湾大桥等近50个国家重大工程中都有应用。

  此外,侯保荣还利用多片嵌合保护罩技术,解决了海上风电超大直径塔筒的现场包覆、陆地预包覆以及桥梁锚室系统、埋地管道的防护难题,实现了PTC在多种场景的应用。

  一鼓作气,侯保荣及其团队成员还研发出氧化聚合包覆防腐技术(OTC)、柔韧性钢筋混凝土涂层技术(FCC)等,填补了国内技术空白,并实现产业化。

  这些成果在110余项重大工程中得到成功应用,创造了巨大的经济与社会效益。

  在同事眼里,侯保荣仿佛是一台“永动机”,始终坚守在科研第一线。“得到的成绩只代表过去,我会继续奋斗在腐蚀研究的第一线,尽自己最大的努力,为我国防腐事业作一点儿贡献。”他说。

  (原载于《科技日报》 2022-03-04 06版)
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