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科技播報

王福會:專注于高溫腐蝕研究 為國家建設保駕護航

發布時間:2019-04-15 來源 中國腐蝕與防護網

絕大多數金屬材料和非金屬材料的破壞都與其周圍環境的腐蝕因素有關,腐蝕遍及國民經濟的各個領域,給社會帶來巨大的經濟損失,已成為當今材料科學與工程領域不可忽略的課題。高溫腐蝕是石油化工、能源、動力、冶金、航空航天等領域普遍存在的問題,幾乎所有的金屬和合金都會發生高溫氧化和腐蝕,嚴重地阻礙了行業的發展。因此,研究材料在高溫服役環境下腐蝕科學與防護技術,有著重要的科學意義和應用價值。我國科技工作者們在高溫腐蝕領域進行了較為深入的研究,取得顯著成果。東北大學王福會教授就是其中之一。

 

王福會,東北大學教授,中國腐蝕與防護學會理事長,中國科協先進材料學會聯合體首屆主席團副主席,國家杰出青年基金獲得者。他長期專注于高溫腐蝕與防護的科研工作,并取得了豐碩的成果。

下面請隨記者走進王教授的科研世界。

王福會教授

記者:在您的科研生涯中,您取得了很多科研成果,請給我們回憶一下您的科研歷程,并談談您對科研的看法?

王教授:1983年,我從哈爾濱船舶工程學院(現哈爾濱工程大學)金屬材料及熱處理專業畢業,考取了夢寐以求的中國科學院金屬研究所,師從相圖領域著名科學家莊育智先生和吳昌衡老師進行Pr-Co-P三院系相圖與相結構研究 。兩年半的碩士期間很好地完成里老師交給我的科研課題,碩士工作在Less-Common Metals上發表2篇論文,在金屬學報上發表1篇論文,碩士工作公開發表論文數量在金屬所83級研究生中可能是最多的。

198631日,我碩士畢業分配到剛成立不久的中國科學院金屬腐蝕與防護研究所。我覺得我是極其幸運的,我剛開始工作就遇見了最好的老師樓翰一,他學風嚴謹,為人正派,又趕上樓老師拿到一個40萬元的國防課題,同時課題組從日本引進一臺磁控濺射儀由我負責,我就在這臺設備上開始了我的科研工作。當時樓老師讓我用磁控濺射,在高溫合金K38G上制備CoCrAlY涂層。當時我查了很多資料,認為高溫涂層加稀土Y是為了提高氧化膜的黏附性,從而提高抗氧化性能,不加稀土抗氧化性能不好。我在做CoCrAlY的同時,做了一個不含稀土Y的靶材,想比較一下在濺射涂層中稀土Y的作用。沒想到結果讓我大吃一驚,加稀土Y的涂層沒有不加的好(只從氧化動力學上看)。開始我以為實驗做錯了,后來重復了好幾次,發現沒有錯。再后來又懷疑不加稀土的那塊靶材是否也含有稀土?因為它是在冶煉完加稀土的之后冶煉并澆鑄的,爐子里殘存了少量稀土Y進入了這個靶里?反復折騰一兩年也沒找出原因,但始終也不敢報道這件事情。后來我想了個辦法,把含稀土Y和不含的靶材各取幾塊樣品進行氧化比較一下,結果與文獻報道相一致,不加稀土Y的氧化膜很容易剝落,而加稀土Y的樣品氧化膜黏附性很好。結果顯示,不加稀土Y的靶材里確實沒有稀土,因此涂層里也不會有稀土。后來研究發現,原因是濺射涂層晶粒尺寸比合金小幾個數量級的結果。這一結果在1993年日本東京召開的第五屆國際先進材料大會上進行了報道,題目是高溫合金能不能自己防護自己?答案是能,通過微晶化,因此項工作我獲得國際材料聯合會頒發的青年科學家與工程師獎。因為濺射涂層晶粒尺寸大多在20-80納米,所以起初我起名叫微晶涂層,因為那時納米晶一般在50納米一下。后來在盧柯研究員的建議下,統統改稱納米晶涂層,這一改名很重要,國際上關注這一涂層的人也越來越多,我們團隊在國際上也開始有了點影響。

后來,我在搪瓷坩堝里做K30G合金與涂層的熱腐蝕實驗室,偶然發現沒有涂層的合金抗熱腐蝕特別好,仔細分析發現合金表面沉積上一層透明的搪瓷。從那時起就開始研究搪瓷對材料高溫腐蝕的影響,先后有20多個學生參與研究,至今這項研究還是我們團隊的主研方向。特別是我們發展的金屬復合搪瓷涂層還獲得了美國專利,這一技術將在很多領域獲得應用。

我對科研的看法是:要認真踏實地做科研,不要忽略細節,更要關注與原來預期不一樣的結果。我完全同意中科院金屬所原所長盧柯院士的看法:我們要做“真科研”,要做“真科學家”!

記者:您主要從事高溫腐蝕與防護方面的研究工作。請結合您和您團隊的科研工作,重點談談這一研究工作在國家建設中的意義?

王教授:我主研方向是高溫腐蝕與防護。我們團隊是在國際上最早開展抗氧化納米涂層研究工作的。在我們開展這項工作之前,高溫合金防護涂層全部都是通過提高表面鋁含量,形成氧化鋁膜,實現抗氧化的。而我們研究發現,高溫合金表面通過納米化就可以實現“自防護”。與傳統涂層相比的最大優點是,這種涂層不存在脆性和互擴散問題,是一種全新的防護涂層。同時,我們也是國際上最早開展海洋環境高溫腐蝕研究的團隊。研究背景主要針對艦艇發動機熱端部件(葉片,排煙管等),核潛艇一回路材料等。我們發現海洋高溫環境材料的腐蝕與傳統的高溫腐蝕及水溶液腐蝕完全不一樣的規律。如Fe-Cr合金,隨Cr含量升高,腐蝕速率增大,這與上述兩種環境的腐蝕規律完全相反。由于這項重要的基礎研究結果,為發展這一環境用的高溫涂層奠定了理論基礎。我們發展了系列抗海洋環境的高溫涂層,并在國防重點型號上獲得了應用。如渦輪葉片用NiCoCrAlY涂層:我們通過添加適量Hf降低涂層氧化速率,通過添加適量Si提高抗海洋環境熱腐蝕,這一涂層兼顧了抗氧化和熱腐蝕;渦輪葉片用Hf改性Pt-Al涂層:在電鍍Pt過程中復合適量Hf可以使涂層氧化速率大幅度降低,通過控制涂層的結構(成分與相組成),降低涂層的脆性;發動機密封片、調節片等用的金屬搪瓷復合涂層:通過添加氧化鋁解決了搪瓷涂層的軟化問題,通過添加金屬解決了搪瓷與金屬之間的相容性問題,這一涂層具有良好的抗海洋環境高溫腐蝕,同時具有優異的抗熱振性;發動機壓氣機葉片用梯度多層TiAlN涂層:用HfSi改善涂層的抗氧化性能和耐磨性,通過梯度多層結構降低涂層應力,制備了抗海洋環境腐蝕和耐磨的涂層。上述涂層都是與團隊成員朱圣龍、辛麗、王文、王成、陳明輝、鮑澤斌、王世臣一起完成;海洋高溫腐蝕基礎研究主要由李瑛和劉莉完成。應該說,我們團隊發展的高溫涂層為我們國家的國防建設做了一定貢獻。

除了高溫涂層外,我們團隊還在鋁、鎂合金表面處理,包括化學轉化膜、微弧氧化方面做了大量工作。其中張濤與于寶興研制的化學轉化膜用于華為鋁、鎂合金的3C產品上;張偉開發的鋁合金微弧氧化技術用于兵器208所的步槍等產品上。同時我們團隊還參加了725所吳建華作為首席科學家負責的國防973項目“XX長效防腐防污涂層研究,其中防腐涂層部分由李瑛和我負責。在這期間,我們提出填料與樹脂、樹脂與金屬表面,這兩個主要界面實現化學鍵合的想法,并通過樹脂接枝和機械化學力實現了化學鍵合。這兩個界面實現化學鍵合后,涂料的各種性能都得到了提升。其中用機械化學力方法實現化學鍵合技術由邵亞薇負責,已經在成都天合科技發展公司獲得應用;樹脂接枝實現化學鍵合技術由吳航負責,目前正在武漢雙虎涂料進行轉化。

記者:您是中國腐蝕與防護學會的第九屆、第十屆理事長,作為學會的主要領導人之一,請您談談如何做好學會的工作、帶領學會走向更輝煌的明天?

王教授:我認為學會就是本領域科教工作者之家,作為學會領導要讓每個人都要有家的感覺,讓每個人都要體會到家的溫暖。中國腐蝕與防護學會第九、十屆理事會繼承了前幾屆理事會的光榮傳統,在全國腐蝕界同仁的大力支持下,特別是在李曉剛教授和杜翠薇教授兩任秘書長的共同努力下,更有凝聚力。我覺得學會要做好如下工作:

1)辦好兩年一屆的全國腐蝕大會

承辦全國腐蝕大會是本學會最重要的工作之一,學會要下大力氣做好組織工作,特別要做好學術交流工作,讓大家有所收獲,爭取讓絕大多數與會者感到滿意。

2)抓好科普教育工作

科普教育工作也是學會的重要任務??破战逃浅V匾?,要讓全民都認識到腐蝕的危害,讓全民學會用一些簡單的方法減輕腐蝕危害是非常必要的。

3)做好防腐工程師的培訓工作

防腐工程師培訓要認真做好,要找有真才實學和豐富經驗的老師授課,讓被培訓人員學到真東西,讓他們到工作崗位上能真正地解決實際問題。

4)做好科技獎和冠名獎的評審工作

學會科技獎和冠名獎的評審工作也是腐蝕界的大事,要把那些真正優秀的科研成果評出來,并推薦出去,讓科研成果真正為國民經濟和國防建設作貢獻;要把那些成果突出、德高望重的老科學家和學風嚴謹、成績優異的青年學者評選出來,要讓評選出的老科學家成為大家學習的榜樣,讓青年學者成為未來的國家棟梁,評選結果要經得起檢驗。

記者:請您談談高溫腐蝕與防護領域未來的發展趨勢?

王教授:我認為高溫腐蝕與防護主要應該關注以下幾個領域:(1)航空航天發動機及燃氣輪機熱端部件,主要是核心部件葉片。航空航天熱端部件主要關注高溫,特別是隔熱問題,要求涂層抗隔熱效果好、抗剝落;燃氣輪機葉片關注抗熱腐蝕,特別是要求長壽命。(2)超超臨界電站過熱器、再熱器用材料的腐蝕問題。超超臨界電站的運行參數越來越高,目前溫度達到600度,壓力26MPa左右。未來的發展目標溫度650-700度,壓力達到30MPa,這對材料的抗高溫腐蝕提出了更高要求,目前應用得奧氏體不銹鋼很難滿足要求。管外要求材料抗燃氣熱腐蝕,內部抗高溫高壓水蒸汽腐蝕。所以發展新材料,或者是用于現有不銹鋼的表面涂層技術來解決這一環境的高溫腐蝕問題非常急需。(3)核電站中高溫高壓水蒸汽腐蝕問題。雖然這一環境腐蝕的溫度和壓力遠低于超超臨界電站腐蝕,但由于對安全性的要求更高,所以對材料的抗高溫腐蝕要求也特別高。(4)垃圾焚燒及石油化工中的高溫腐蝕也應值得關注。

記者:在您的科研生涯中,取得了諸多科研成果。但目前我國科技成果轉移轉化不暢的問題多年來并未得到解決。無論是高校與科研院所下設的科技成果轉移機構,還是第三方科技服務機構設立的技術轉化,都遇到了各種問題,整體處于探索發展階段。請談談您對這一問題的看法和建議。

王教授:我不認為這是個問題。首先我認為一個真正“有價值”的科研成果不會存在轉移轉化問題。實際上不能實現轉移轉化的科研成果多數是“無價值”的“所謂”成果而已,它不能給社會創造價值,或者說是不成熟,不完整的階段成果。到目前為止我們團隊的幾項科研成果都得到了實際應用。如多弧離子鍍NiCoCrAlYHfSi涂層在貴陽170廠渦輪葉片上、Pt-Al涂層在株洲331廠渦輪葉片上、金屬搪瓷復合涂層在沈陽410廠密封片等多個部件上、化學鍵合涂料在成都天合科技發展公司生產并在遼寧艦上等都獲得了實際應用。我覺得我們要做出那些能給社會創造價值的完整科研成果。

后記

工欲善其事,必先利其器??萍际菑妵?,科技強則國家強。建設世界科技強國并不是一蹴而就,千秋基業,人才為先,唯有大力培養造就創新型科技人才,優化科技創新布局,方能高奏世界科技強國號角。

黃沙百戰穿金甲,不破樓蘭終不還。無數的祖國科技工作者們正在科技創新的道路上不畏艱難險阻,勇于攀登高峰,為實現中華民族偉大復興的中國夢而不斷地奮斗!我們堅信,在他們的共同努力下,不久的將來,我們國家定會揚眉吐氣,傲立于世界科技強國之林。

 

人物簡介

 

王福會,博士,男、606月生。原中國科學院金屬腐蝕與防護研究所副所長,中國科學院金屬研究所金屬腐蝕與防護國家重點實驗室主任,96年度國家杰出青年基金獲得者。兼任中國腐蝕與防護學會理事長,中國科協先進材料學會聯合體首屆主席團副主席,國際雜志《npj: MATERIALS DEGRADATION》副主編、《ANTI-CORROSION METHODS & MATERIALS》、《INTERNATIONAL JOURNAL OF MATERIALS & PRODUCT TECHNOLOGY》、《TRANSACTIONS OF NON-FERROUS METALS SOCIETY OF CHINA》、《JOURNAL OF IRON AND STEEL RESEARCH INTERNATIONAL》編委、《腐蝕科學與防護技術》主編。2008年被聘為國際高溫腐蝕與防護會議顧問委員(Member of International Advisory Committee of International Symposium of High-Temperature Corrosion and Protection of Materials,國際高溫腐蝕領域最重要的系列國際會議會,每四年一次,都在法國召開),主要從事高溫腐蝕與防護研究。最早提出高溫合金通過納米化實現自防護的概念,同時開辟了固態鹽和水蒸氣綜合作用對材料中溫腐蝕的影響研究的新方向(海洋環境高溫腐蝕),揭示一些與傳統相悖的新現象,特別是在鹽和水蒸氣綜合作用下,隨Cr含量增加Fe-Cr合金的耐蝕性反而惡化,并提出了動態水膜理論揭示這一腐蝕規律。帶領的團隊發展的CoNiCrAlYHfSi涂層、金屬復合搪瓷涂層、耐高溫自修復涂料、化學鍵合重防腐涂料等成功應用于幾個國防重大型號工程上。他1992年獲中國科學院院長獎學金特別獎、1993年獲國際材料聯合會頒發的青年科學家與工程師獎、1994年獲中國科學院有突出貢獻的中青年專家稱號、1995年獲中國科學院首屆優秀青年稱號、1996年入選首屆國家百千萬人才工程的第一二層次、2001年獲中國科學院青年科學家獎、2005年獲中國優秀博士后稱號、2010年獲遼寧省自然科學一等獎、2012年獲全國優秀科技工作者稱號。發表SCI收錄論文350多篇,授權發明專利100多項。

秘書處辦公室地點:北京東四西大街46號(中國金屬學會)

電話:010-65260492 ? 010-65133925 ? 郵箱:amac@csm.org.cn

備案號:京ICP備06036139號-10
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