韩恩厚教授带来腐蚀控制专题讲座

神舟十三号在太空飞行,如何抵挡太空环境腐蚀?港珠澳大桥“泡”在海水里,如何做到屹立不倒?核电站如何“强健体魄”,实现长期安全服役?

近日,华南理工大学材料科学与工程学院“麟鸿论坛”举行第35场学术报告会。由材料科学与工程学院教授、博士生导师韩恩厚带来题为“腐蚀控制——定量评定、防护技术与未来趋势”的专题报告。

报告会现场

三十余年深耕腐蚀控制领域

金属的癌症、无焰的火灾、隐蔽的杀手……腐蚀在学术界可谓“臭名昭著”,如此声名狼藉主要源自其拥有的巨大破坏力。“由腐蚀引发的危害和经济损失,几乎遍及所有制造业。同时,它还会造成环境危害、工程寿命缩短、产品质量低劣,甚至酿成重大灾难性事故。”韩恩厚介绍道。据统计,我国每年为材料腐蚀付出的经济代价占国内生产总值比重为3.4%~5%,远大于所有自然灾害损失的总和;世界腐蚀组织的数据表明,腐蚀代价占全球GDP的3%~5%。

在腐蚀控制领域深耕三十余年,韩恩厚的科研生涯基本与腐蚀紧密相关,不仅是通过腐蚀防控技术服务于国家重大工程实施,他还希望能够推动腐蚀学科的发展。尽管已经是享誉国际的学者,在每年四月的世界腐蚀日,韩恩厚还会亲自给中小学生等群体做有关腐蚀的科普讲座,坚持十二年,从未间断。

“作为腐蚀防护领域的顶级科学家,韩老师为人非常谦和,和我们年轻老师交流讨论也是一点架子都没有。”十五年前,也是在华南理工大学,彼时还是青年教师的杜军和韩恩厚在一场“环黄海国际镁合金会议”上有过初次交流。

正是这种在科学和同行面前认真而谦逊的态度让韩恩厚不断捕捉科研的灵感,研发出高性能、低成本腐蚀控制技术。

1998年,从麻省理工学院回国的韩恩厚,脑子里一直在考虑“纳米”这个概念。是不是可以尝试将纳米技术运用到涂料里?这一想法得到了金属所柯伟院士的支持。有了好的想法就要去实现它,不到四十岁的他,和院士们同台PK,作为首席科学家,拿下了科研路上的首个973项目。“用科学的方法解决发展中遇到的实际问题”是在场专家的评价。随后,经过三期973项目的持续研究,韩恩厚不断创新,解决了飞机、管道、核电站等行业中存在的关键难题。

以韩恩厚为第一完成人的项目“纳米氧化物浓缩浆与纳米复合涂料”,也让他在2006年首次获得国家技术发明二等奖。此后,他带领团队攻克了传统镁合金防护涂层无法同时满足高性能防腐和导电的难题。

韩恩厚教授带来精彩报告

自主研发技术获得国外同行“点赞”

工业越发达对腐蚀技术的需求越旺盛。目前,我国在运行的核电站数量全球第二,在建的核电站数量为全球第一,对于保障核电站安全运转有着迫切需求。

国内某大型核电站核一级弯头经过近19年的服役后,发生故障,可能对环境造成安全隐患。但那时中国人在百万千万大型商用核电站核岛关键部件的原因分析与解决办法上缺乏话语权与自主权,甚至外国工程师在处置过程中都不允许中国人看。针对该损伤事件,外国专家给出了“氧致腐蚀疲劳”的结论,认为是我国核电厂运行不好导致的问题。如果以此结论,不仅要采用更高成本的运行参数,而且需要大量更换弯头,这将造成极大的经济损失。在这个没有中国科学家涉足的领域,韩恩厚的团队基于前期承担国家973等重大项目的良好科研积累,推本溯源,发现真正的原因其实在于沿晶应力腐蚀开裂,属于制造质量不好导致的问题。外国专家也不得不服气,韩恩厚证明了中国人有能力解决关键核岛的问题。

核电站认为:“在国内首次牵头完成百万千瓦级核反应堆一回路关键管道部件的安全评定与寿命预测”,从而实现了我国核电站核岛关键部件服役安全及剩余寿命评价的从无到有,一举打破国际垄断。相关成果已成功用于我国自主三代核电材料国产化的评定和现役核电站运行许可证延续中。

“我们遇到的技术问题必须依靠中国科学家自主来解决。”这种使命感和责任感的驱动下,韩恩厚率领研究团队研制出模拟核电设备腐蚀失效的系列原位测试装备与技术,实现了国产化材料的系统评价,国外同行认为“在这个领域位于国际领先行列”,并荣获2018年国家技术发明二等奖。

2016年,韩恩厚获得腐蚀领域的个人最高成就——惠特尼奖,成为该奖项设置七十多年来首位获奖的华人。国际腐蚀工程师协会评价他:“韩恩厚教授在环境促进开裂、涂料、寿命预测等方面取得了显著成就……特别是把这些研究结果应用于油气管道、老龄飞机、核电站中。他在腐蚀科学与腐蚀工程领域是全球著名的科学家。他发明了多种与众不同的实验室模拟新技术,并且是使用这些新技术研究高温高压水中材料腐蚀的引领者。”

防腐蚀技术护航“大国重器”

在航天领域,防腐蚀技术也同样重要。韩恩厚提到,航天器除了满足地面指标与储存时的耐腐蚀外,还一定要应对空间原子氧腐蚀、冷热循环、辐照老化等一系列极端环境挑战。

航天器对材料的重量有极高要求,航天领域需要专用的轻量化材料与防腐蚀技术。那时,我国还没有在航天中试用过镁这种材料,因为不清楚镁的性能在空间环境之下是否符合要求。在韩恩厚牵头承担的国家973项目和国家重点基金项目支持下,研究并掌握了镁合金在模拟空间环境中的多种潜在的损伤行为以及腐蚀控制技术,从而成功推动了镁合金在我国空间装备上的应用。

“传统的镁合金防护涂层无法同时满足高性能防腐和导电的难题,我们自主研制出了一种镁合金表面防腐导电功能一体化的涂层,从神舟五号到神舟十三号,嫦娥、玉兔、天宫空间站、天和核心舱以及天问火星探测器、祝融等,都应用了我们自主研发的先进防腐蚀技术。”韩恩厚自豪地分享道。

“当年全球防腐蚀技术做得最好的11家单位接受国际盲评,最终我们中国人的防腐蚀技术脱颖而出,被评价为技术性能最佳、成本最低,各项指标国际领先,适合规模使用。这种转化膜技术就是我们主动让部件表面生成非常薄的膜层,厚度不到一微米,差不多是头发丝的千分之一,仅仅是这么一点膜层就能够实现腐蚀防护。”

除了导电镀层与转化膜外,韩恩厚团队还发展了镁合金自封孔型微弧氧化技术,耐蚀性比传统技术提高4~5倍,可同时满足地面储存耐腐蚀、在太空使用时抗高低温、强辐射等综合性能要求,已成功在长征系列运载火箭的镁质惯组支架上使用。在航天材料耐腐蚀领域的创新,让韩恩厚获得了“探月工程嫦娥四号任务突出贡献者”称号。

三年前,在广州市黄埔区,韩恩厚牵头创建了广东腐蚀科学与技术创新研究院并担任院长,新研发的防腐蚀涂料及多项技术已达到国内领先。韩恩厚透露,相关技术已应用于国务院重大输水工程项目珠三角水资源配置工程中,为项目高质量建设提供了科技支撑。同时,他期待将以材料基因工程为代表的新研究方法、以人工智能代表的新技术,融入腐蚀防护技术,实现创新发展。

“韩老师不仅是科学家也是实干家。他常说,科学技术不应仅停留在实验室,关键还是要落地应用。”博士生王海涛跟随韩恩厚从沈阳南下广州,他的身上继承了老师严谨的科学精神以及谦虚态度。“韩老师总是能用长远的眼光看待问题,考虑事情全面而细致。跟着他学习、工作让我受益匪浅。”

“做科研就像‘种庄稼’,种子种下后需要时间成长,并且需要灌溉、施肥等长期的投入。”“麟鸿论坛”的现场,韩恩厚鼓励青年科研人员要“坐得住、沉下心”,努力用自己的实际行动,奋力书写科技自立自强的时代答卷。(图/学生记者 富嘉俊 赵求知 文/许颖)

(来源:华南理工大学)