腐蚀问题由来已久，人类3000年前进入铁器时代，铁的锈蚀就困扰着用户， 带来了许多的麻烦，迫使人们与之斗争，3000年前中国大漆的出现，2000年前秦始皇青铜剑采用的“钝化”，300年前发现的缓蚀剂，后来发明的锅炉钢、不锈钢、管道钢等适应环境需求的金属以及发明的电镀、热喷涂、有机涂料，以及近代出现的化学或物理气相沉积都是预防与控制腐蚀的重大措施。中国航空工业集团公司北京航空材料研究院李金桂研究员认为，腐蚀是在服役环境作用下材料及其制品发生的一种自然现象，包括金属的腐蚀、非金属的老化，现在都称之为腐蚀，不可回避，但是可以预防与控制，减少损失，降低危害。

 

    本刊记者| 温　蕊

 

    腐蚀是一门多学科综合的应用科学， 它的形成与发展是近一个世纪的事情。世界著名的科学家Herbert·h·Uhlit 是美国麻省理工学院（MIT）的教授，1936 年从事金属腐蚀的研究，1948 年主编出版《腐蚀手册》，1950 年他以“金属腐蚀及其危害”为题在联合国大会上做了演讲，“腐蚀”传遍世界，由于英国慧星式民用客机、美国F111 战斗机因为应力腐蚀发生空中坠毁的报道，在国际上引起了轰动，腐蚀也会引起机毁人亡！随着高强度、超高强度材料的使用，沿海或海上用飞机的增多， 腐蚀引发的事故不断，更加引起了各国的重视。

 

    腐蚀科学的研究，我国始于20 世纪50 年代的防锈，当时的工业建设是照搬前苏联（处于亚寒带和温带）的技术。由于气候的差异，对于我国处于亚热带及热带的广阔疆域，前苏联的防锈技术能力较低， 照搬来我国之后，问题不断出现，前苏联专家束手无策，甚至提出株洲以南不适于建立航空工业。因为生锈，产品军方不接受， 工厂发不了工资，出现了“防锈工作一放松，一年辛苦一场空”的现象。自此，经过不懈地技术钻研创新与全力实践，如今， 我国的航空工厂遍布全国。

 

    我国腐蚀研究的大力发展，则始于1978 年国家科委方毅主任聘请了27 位科学家和科学工作者成立“腐蚀科学”学科组， 制定规划，成立学会、组织全国腐蚀调查， 成立腐蚀与防护研究所。现在，中国腐蚀科学领域研究站在了世界前沿，为控制腐蚀、减少损失、提高中国材料制品的水平与质量做出了贡献。

 

    腐蚀是一个世界性课题，许多腐蚀事故的发生往往是先行国家“优先”品尝。

 

    20 世纪60 年美国登月成功，可是， 一次次的发射，代价过于高昂，引发了一个新思维的出现，是否可研制一种航天器既能象火箭那样冲向太空，也能象飞船那样在轨道上运行，还能象飞机那样在大气里滑行并自行安全返回地球，多次反复使用。这就是“航天飞机”，而且，还采用波音-747 背着航天飞机，至高空发射，这确实是航天发展史上一个里程碑。但是， 腐蚀问题毁了这个发明。由于固体助推火箭节间起密封作用的O 型橡胶圈，经不住发射地严寒冬天的环境作用，提前老化（弹塑性降低），失去密封作用，主机点火， 火苗窜入、超前点燃火箭，1986 年1 月28 日“挑战者”号航天飞机73 秒发生爆炸； 为了橡胶圈能经受严冬环境，改进了设计， 增加了保温套，没有想到的是起飞时海绵保温套掉块，击破左机翼前缘高温防护用的防热瓦，2003 年2 月16 日“哥伦比亚” 号返航时高温防护层失效处的机翼在高温下瞬间熔化引发爆炸。这两次空难牺牲14 位宇航员。这两次事故作为导火线，结束了美国为期30 年投资2000 亿美元的航天飞机时代。俄罗斯成为唯一拥有能往返于地面和国际空间站的载人宇宙飞船的国家。从这一件事情可以看出，在服役环境作用下，发生的腐蚀、老化，如果预防与控制不了，将会造成重大的经济损失、浪费资源和能源、阻碍技术进步和社会发展、增加环境污染、影响人类的可持续发展。

 

    CPF：针对腐蚀是世界性课题， 我们如何才能真正预防与控制呢？

 

    李研究员回答说：“怎么才能真正做到航空腐蚀的预防与控制呢？贵刊记者曾经来访问过我，在《腐蚀防护之友》2011 年第3 期刊登了《三十年磨一剑》一文， 报道了访谈录，全面介绍了我在创建我国航空腐蚀系统控制的理念及其理论、原则、技术和措施的实际历程和实践的结果。从腐蚀调查开始，我发表几十篇论文和19 部著作，付出了30 年的历程，真可谓30 年磨一剑。请读者查阅那篇文章，在这里我补充说几点：

 

    （一）想要在飞机制造业推行腐蚀预防与控制系统工程，首先我们讲清八个问题：

 

    （1）在高空飞行的飞机为什么会出现腐蚀？ 腐蚀如何发生的？

 

    （2）腐蚀控制要不要、能不能进入设计，如何进入设计？

 

    （3）控制从设计开始，那么设计师的责任，任务和具体设计原则是什么？

 

    （4）制造工程师如何控制制造过程， 才能不带来腐蚀隐患？

 

    （5）如何控制外购材料、外购零部件、 外购整机装配件？

 

    （6）如何从设计、研制、生产、使用直至飞机退役全过程进行全方位控制？

 

    （7）如何统一全机腐蚀控制思想、原则和要求？

 

    （8）如何在组织管理和质量保证体系中采取有力措施？

 

    （二）在这个基础上推行十大原则和十二项技术，在型号总设计师同意的基础上，邀请设计、制造、使用、维护维修和管理工程师和材料腐蚀工程师共同研究和讨论飞机研制全过程中的各种技术细则， 为型号飞机编写《飞机腐蚀控制设计细则》。

 

    （三）根据总设计师的指示精神，以指令性和指导性两部分下达文件给所有设计师和制造工程师，指令性文件必须执行， 指导性文件参考执行。

 

    （四）设立专门机构统一负责组织、管理、实施和监督检查。

 

    采用腐蚀预防与控制系统工程的理念及其理论、原则、技术和措施，在我国某型号实施之后，开创了我国军用飞机超长时间使用不出现重大腐蚀事故的先河，在埋地管线、机场航站楼以及钢结构桥梁减少腐蚀，延长使用寿命方面都取得了一些成效。我国钢结构大桥从不敢确定设计寿命，发展到明确50 年、70 年、100 年甚至120 年的设计寿命，就是在这些方面全面提高的结果。

李金桂研究员一生从事航空材料研究，编撰的相关书籍与著作集

 

    实际上，材料及其制品的失效，不仅是腐蚀造成的，还有摩擦引发的磨损，以及反复使用引发的疲劳断裂。所以，在国家建设中，仅仅实施腐蚀预防与控制系统工程是不够的。

 

    CPF：您的意思是要预防与控制腐蚀、摩擦磨损和断裂这些失效，才能确保可靠使用？

 

    李研究员回答说：需要全面实施材料失效预防与控制系统工程。实际上，材料及其制品（产品、装备、和工程建设项目等） 不能安全、可靠和耐久使用，出现提前损伤、提前破坏、提前失效，失去使用寿命， 除了腐蚀，还有接触界面摩擦引起的磨损和受力构件的断裂，尤其是疲劳断裂。

 

    而且，失效的因素，一般不是单一的， 往往是多种因素综合的，互相协同的、复合作用的结果，例如，摩擦过程中又有环境侵蚀，出现的不是干磨损，而是摩擦与腐蚀的协同作用，是腐蚀加速了的磨损， 是磨蚀，或是接触腐蚀疲劳；又如，在静应力作用下的腐蚀，是显著加速了的腐蚀断裂，称为应力腐蚀；在动应力与腐蚀的同时作用下，是显著加速了的疲劳断裂， 称为腐蚀疲劳；

 

    李研究员认为，要真正认清与处理好材料及其制品的失效，提高其使用可靠性。安全性、经济性和耐久性，必须不断提高学识和把握控制技术，包括5 个方面：

 

    （1）不能只考虑腐蚀，要考虑摩擦磨损和受力构件的强度断裂问题，综合分析在服役环境作用下，这些因素的综合、协同作用及其后果；

 

    （2）认清各种材料的特性，各种材料只能适应某些服役环境的作用，不能超越；

 

    （3）设计师要充分认清和分析上述两点，选好材料的同时进行合理的结构设计、采用合理的保护措施；

 

    （4）制造工程师要如实地复制设计， 所采用的制造工艺不能损伤材料的固有性能；

 

    （5）使用过程要坚持不懈地进行维护保养。这就是材料失效预防与控制系统工程的核心内容。

 

    系统工程运行与管理为当下之路

 

    为了提高材料及其制品使用的可靠性、安全性和耐久性，世界各国都采取了相应的措施，最终发现需要抓好每一个环节， 进行系统控制。

 

    美国20 世纪50 年代中期在各种弹道导弹系统研发过程中形成了系统工程管理的理念，确立了系统的全寿命期，在项目立项到系统被废弃（退役）的整个时间周期内包括方案探索、论证与确认、全面研发、制造、使用和保障。通过推行系统管理的理念成功实施了阿波罗登月计划和F-16、F-18、F-117 飞机和B-2 隐形战略轰炸机的研制。美国系统工程管理科学家Booz·Allen&·HamiltonInc 在《System Engineering Management Guide》一书中指出：只有在型号研制中采用系统工程的原理和方法，才能使工程技术人员和管理人员在给定的任务要求和资源约束条件下， 合理地确定系统的技术要求，选择出最优的技术状态，全面地管理工程的研发，正确地验证系统的技术性能；并使设计出来的系统顺利地投入生产；使生产出来的系统得到经济而又有效的保障。现在，美国已经将其应用于各种军事和民用大型工程系统，超过250 多种专业。

 

“材料延寿与可持续发展的战略研究”咨询项目启动会
 

    我国系统工程管理的思想出现在20 世纪六、七十年代。为了发展”两弹一星“， 我国采用了”全国一盘棋“战略和”共产主义大协作“的精神，强调通过集体智慧”把零金碎玉变成大器“，所以在国力和科研实力比较薄弱的情况下，发展了我国的原子弹、导弹和人造卫星，显著地提高了我国在国际上的地位。钱学森先生开创了我国系统科学与系统工程学的研究。任务是： 确立工程开发目标，分析工程开发的环境， 设计出工程组态与社会环境和自然环境相融合的总体方案，控制最少的物质、人工和时间的均衡投入。大至国家重大工程项目的建设，中至行业的发展（火车、汽车、飞机、轮船等）都有系统工程运行与管理的问题。

 

    预防与控制了失败，迎来的就是胜利。材料失效预防与控制系统工程的核心思想就是有意识地进行全员参与的全过程全方位对可能出现的材料腐蚀（老化）、磨损和断裂进行预防与控制的系统工程及其管理。目的就是使”中国制造“的产品、”中国建造“的工程项目具有使用可靠、安全、经济和耐久的特征，成为世界名牌。中国成为”材料强国“和”制造强国“，资源节约型与环境友好的”和谐社会“，这就是李金桂先生为之奋斗不息的”中国梦“。

 

    CPF：您几十年主编或副主编或参与编写38 部专著，”爬格子写书“是很不容易的，请介绍一下，您是怎么完成的？

 

    李研究员回答说：要完成一部著作， 是很辛苦的事情，首先，要有创新，有需求， 有读者群，有推动力，其次是有知识的积累、思想观念的提升、志同道合专家的组织、再就是课题的立项、经费的申请、出版社的认可等一系列的关卡，任何一道关卡既是促进剂又是阻挡墙，这确实需要不怕艰辛的精神。

 

    20 世纪80 年代开始，为了要让设计师和工程师有理论可指导、有原则可遵循、有技术可使用、有措施可照办。一句话，将腐蚀理论转化为可操作的工艺技术、可执行的具体规范，可遵循的实际章程。编写了腐蚀预防与控制系统工程的专著19 册。

 

    20 世纪90 年代，我在院长和严鸣皋院士领导下，从课题立项、经费申请，专家聘任、确定能写什么不写什么、材料牌号

 

    进入与否的把关等，手册出版后，收到航空欢迎，又以《工程材料实用手册》出版以飨全国，这是10 万航空材料和50 万航空工业建设者研究、设计、生产的结果和多少飞行员飞行考核的结果，我只做了很少的工作，我列入”常务副总主编“。所以， 别看我主编或副主编了很多的著作，但我的能力是有限的，所做的工作是有限的， 不过，是真正去做了的。同样道理，我提出多国材料进入了中国，我国的材料太乱了，太杂了，要理清我国的材料体系，首先是航空材料体系，我起了头，主持编写了《航空发动机材料体系》，这书成了样板、出现了航空材料体系，甚至，《中国军工材料体系》二十多本，目标是搞清家底， 使用先进的，推荐更先进的，限制较差的， 淘汰落后的。这就推动了国防材料的发展。

 

    多年的工作，使我认识到，任何材料制成制品才能使用，使用又使材料制品不可避免要经受服役环境的作用，出现材料腐蚀、摩擦磨损和断裂，致使其失去使用可靠性、安全性、经济性和耐久性，失去使用寿命，于是提出《材料延寿与可持续发展》系列丛书的编写，我从系列丛书的30 本设想、到课题立项、经费申请、专家聘请、各册主编确定、编写宗旨等我这就成为了该系列丛书的总主编。

 

    所以，别看我的著作一大堆，真正编写还是大家共同努力的结果，借此机会， 我衷心感谢所有与我共同经历了多少不眠之夜的专家。

 

    CPF：您进行了许多研究，取得了15 项成果奖，还写了那么多的著作，又有许多业余爱好， 您的业余生活是如何安排的？

 

    我是一个喜欢活动的人，夫人很好， 夫妻和睦；子孙都在各自岗位上尽心， 家庭和谐；我住环山村朋友多多，出门就可以爬山，环境和谐。

 

    1996 年我们三十多人成立了一个爬山队，叫”金色康乐队“，加上退休办组织各种有益于健康的活动，我是坚持了十年的爬山运动，近年又参加了太极拳、太极扇、柔力球的运动，每天晚上坚持走步。我相信生命其实在于平衡的观点，要学会维持”营养平衡、动静平衡、心理平衡。“