2016 年的春天,李永坤老师来到了北京科技大学,距离离开北京科技大学的时间已经是 40 年。40 年在历史的长河中是一瞬,但是腐蚀与防护专业经过 40 年的风荡雨涤,从一个金属腐蚀与防腐教研组成长为一个学院,拥有了独立的办公大楼——腐蚀楼,李老师当年参与筹建的高温腐蚀教研组如今也是一枝竞秀,它从无到有,从小到大,通过老中青几代北京科技大学腐蚀人的努力后,形成了今天的规模和成就。在中国腐蚀与防护学会秘书长、北京科技大学新材料技术研究院副院长李晓刚教授的陪伴下,李老师参观了实验室,看着一台台高端的实验仪器,特别是在一楼大厅张文奇院长雕像前合影留念时,李老师感慨万千:这是当年筹建高温腐蚀教研组时无法想象的。时光静好,往事非如烟,当年筹建高温腐蚀教研组的一幕幕又浮现在李老师的眼前。本刊记者的采访也由此开始——
神圣的使命 难忘的经历
北京科技大学高温腐蚀的研究发展是在上个世纪 70 年代末 80 年代初诞生的,这不是偶然的历史现象,而是北京科技大学腐蚀专业学科发展的一个重要创举,是老一代腐蚀人努力的必然,这里有着渊源深厚的学科发展背景。1978 年是春风回暖的一年,国家科委决定重建腐蚀学科组。12 月在福州三明召开了科委腐蚀学科组重组后的第一次会议,在这次会议上,时任院长张文奇先生被推选为副组长,另外设立了四个分组,其中钢铁学院教授的肖纪美先生被选为第四组组长,这个小组主要从事腐蚀电化学理论、合金耐蚀理论、高温氧化研究。这次会议为北京科技大学高温腐蚀学科的发展种上了一粒蓄势待发的种子。
同年全国科学大会的召开,再次为北京科技大学高温腐蚀学科的发展迎来了春天。在这次大会上,北京钢铁学院的石油化工用耐腐蚀钢—耐高温硫、铁基高温合金相分析计算方法等一系列高温腐蚀科研项目获奖。为适应国家建设的需要,北京钢铁学院以此为契机,开始积极开展高温腐蚀学科的发展。
到了 1979 年,北京钢铁学院的高温腐蚀学科迎来了更大的发展机遇。上海冶金研究所、中科院金属和北京钢铁学院共同承担了国家科委的重点课题“恶性腐蚀破坏事故机理研究”。在这个大课题中有四个子课题,其中高温腐蚀的课题由朱日彰教授负责。在课题开展的过程中,不仅带动了腐蚀领域诸多学科的发展,重要的是高温腐蚀与防腐成为为北京钢铁学院一个重点研究领域之一。这个大课题也带动了北京钢铁学院的腐蚀与防护专业由一个教研组发展成了一个系。
左:李晓刚教授 右:李永坤老师
据李老师回忆,1979 年有一事件,打开了北京科技大学建设高温腐蚀与防腐学科发展的视野。那年冶金部组建了一个以张文奇院长为团长、石声泰先生为副团长,刘翔声、曹楚南、韦镇球等五位组成的中国腐蚀与防护学会首次出国访问的代表团,这也是首次访美的代表团。他们一行来到了当时世界最著名的腐蚀研究机构——美国俄亥俄州立大学 Fantana 腐蚀研究中心。当时 Fantana腐蚀研究中心及其所在的冶金系拥有三位美国科学院院士和多位在腐蚀学科各领域中声名卓著的名教授。其研究的重点基本集中在工程结构材料的各种环境损伤、特别是应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢损伤和高温腐蚀等方面。通过这次考察,不仅进行了学术和工作的交流,更是逐渐了解到美国在高温腐蚀与防护专业发展方面的现状、特点以及差距,同时也为北京钢铁学院高温腐蚀研究领域的发展带来了许多借鉴。
张文奇院长回国后找李老师谈话,问他是否对高温腐蚀感兴趣。李老师原本就是钢铁学院 65 届冶金物理化学专业的毕业生。高温腐蚀与防护本是一门边缘学科,涉及到表面物理、表面化学、半导体物理等多种基础学科的理论知识和研究手段。这些基础知识,李老师均在钢铁学院学习过,从事高温腐蚀研究顺风顺水。
于是,李老师开始英语学习,通过了英语考试后,在张院长的推荐下来到了美国俄亥俄州立大学冶金工程系Fontana 腐蚀中心作访问学者参与为期两年金属高温腐蚀领域的研究和学习。
在那里李老师主要研究氧化和硫化的机理,用电子显微镜观察氧化过程和硫化过程。在开展研究中,高温显微镜是一个非常重要的仪器,它也叫做高温热台显微镜,用于测量炉渣、煤灰的烧结、软化、 融化以及流动性, 也可以定量测量样品的烧结点、变形点、球点、半球点、流动点、接触角、顶角等高温物理参数。在美国学习期间,李老师和一位印度的博士共同研发出了世界上第一套高温显微镜,以用于观察金属的氧化过程和硫化过程。谈起这台显微镜,李老师的自豪之情溢于言表:“这台显微镜当时也曾引起了俄罗斯的关注,他们派了二位专家驻进中心进行短期考察和学习,曾用一个晚上偷偷地全拆,第二天再给装好!”
李老师说,40 多年前的记忆已经有些模糊,也有些支离破碎,但是当年把自己的智慧和精力贡献给高温腐蚀学科的发展,既骄傲又自豪。今天他很感谢当年的张文奇院长高瞻远瞩为他确定了研究高温腐蚀的研究方向,这为他以后从事煤化工技术的研究奠定了基础。
高温腐蚀专业今非昔比
高温腐蚀又称为煤灰腐蚀,它的涉及范围很广泛。
锅炉、反应釜、蒸馏塔、内燃机、涡轮发动机等都是在高温下各种工业介质环境中服役的。高温腐蚀不仅消耗金属材料,还影响着这些生产装备运行的安全性和可靠性,制约着它们的使用寿命,并限制了它们性能的进一步提高,无论是冶金、石油、化工、动力等基础行业,还是代表当代尖端科学技术的航空航天、核能等工程技术,都离不开对高温腐蚀规律的掌握和正确运用。
40 年后,当李老师再次回到北京科技大学,走进腐蚀大楼时他感慨万千,当年的科研条件、办公条件钧不能与今天同日而语。李老师回忆,高温腐蚀与防护课题组最初的团队成员有朱日彰、胡茂圃、黄震中老师。那时候科研经费很少,科研条件艰苦,真是一穷二白。杨德钧教授也依稀记得,当时为了做一个高温腐蚀的实验,高温课题组的老师们用天平改装成简陋的实验仪器,他们把天平的一端码上金属放进高温炉里进行氧化,另一端则放砝码,用最原始的方法记录和观察金属材料的高温腐蚀氧化情况。
李老师回忆说:“尽管高温腐蚀学科最初是白手起家,但团队成员同心同德,共同商议,特别是朱日彰教授兢兢业业、勤勤恳恳为其发展殚精竭虑。为了推动学科发展,张文奇院长一方面选派教师到国外著名大学和科研机构进修、培训,邀请国外知名专家讲学、培训。另一方面组织科研人员参加国际会议。此时北京科技大学的高温腐蚀与防护还处于幼苗状态,尽管稚嫩,但是各方力量都在不断努力下,他们在摸爬滚打中获得了最宝贵的开展高温腐蚀研究的经验。”
历史的潮流滚滚向前,当中国工业化进程中日益加剧,愈来愈多的大型工业装置、设备处在高温、高压、高负荷应力、高热流、高质流、多相流、强腐蚀性环境等苛刻的强化操作条件下运作,高温腐蚀与防腐显得就愈来愈重,北京科技大学的高温腐蚀与防护学科也厚积薄发,从一棵幼苗成长为了参天大树:高温腐蚀学科取得了突飞猛进的发展,综合实力方面是大大提升。如今李老师走进的腐蚀大楼,是北京科技大学的腐蚀与防护中心,也是世界上著名的三大腐蚀中心之一。这里不仅是面积达 6000 平方米的以“腐蚀楼”命名的独立实验大楼,各个实验室里放置了各种实验仪器,有环境扫描电镜、多台不同型号的原子力显微镜、高温高压应力腐蚀试验机、纳米压痕仪、高温高压硫化氢实验装置等等。而高温腐蚀与防护研究也成为北京科技大学腐蚀与防腐中心重要的研究领域之一,从张文奇院长到朱日彰教授到何业东教授,高温腐蚀发展的接力棒一代代地传递着,其发展也在创新中不断地踏上新的征程。看着今日的高温腐蚀专业发展规模和成就,李老师感慨地说:“如今北京科技大学腐蚀与防护专业的发展规模已经远远地超过了当年美国俄亥俄州立大学冶金学院的腐蚀中心发展情况。”正如李老师所说,今天北京科技大学在高温腐蚀领域不但拥有自身技术,而且对行业的发展做出了重要的贡献。特别是何业东教授带领其梯队着手于研究高温腐蚀的热力学和动力学,不仅计算出氧化物的标准单位体积生成自由能图,而且提出合金由外氧化向内氧化转变的理论模型等,同时也发明和发展了多种高温涂层保护技术。
情系高温腐蚀 难忘腐蚀与防护
李老师在北京科技大学担任过第二任金属腐蚀实验室主任;开过研究生课程带过两名学生,其中一名学生叫骆静莉,如今已经成长为加拿大著名的防腐蚀专家,成为国际腐蚀联盟加拿大的首席专家;他也参与过《金属腐蚀》手册中高温腐蚀的翻译工作,尽管所做的工作屈指可数,李老师回忆说:“那是一段美好的岁月。我们在艰苦的岁月中,用青春的笔触抒写出高温腐蚀课题研究组创立之初的诗篇,也用青春的汗水吹响了北京科技大学高温腐蚀与防腐学科发展的前奏。”
离开北京科技大学后,直到 1995 年李老师又回归到煤气化技术研究领域。煤气化技术是煤炭清洁高效转化的核心技术,在十二五期间,被公认为石油化工行业最大的亮点之一,无论是在规模上还是在技术上都得到了突飞猛进的发展。李老师说:
“煤气化材料科学关键也涉及到防腐蚀。
许多煤中含有硫酸盐、卤族元素等有害物质,在高温气化的过程中很容易将气化炉腐蚀而导致停机,目前国内很多使用的煤气化炉包括一些采用国外装备技术,随着发展,虽然最近几年煤气化技术的应用得到了显著的发展。但是要实现‘十三五'
目标, 清洁高效利用煤炭, 发展煤气化技术,腐蚀防护仍然是关键技术之一。”
李老师介绍,美国上世纪 80 年代也面临着能源问题,它们很早就开展了煤气化技术的研发,在工业化示范装置上积累了完整的煤种气化数据库,总结出一套完整的气化用煤理论体系、配煤及配灰方案,拥有了世界上最先进的煤气化技术。而目前我国煤化工走到了一个十字路口,一方面高能耗、高水耗、高碳排放、劣质煤的开采等问题对煤化工发展的环境和资源约束力越来越强,另一方面基于我国能源资源禀赋的特点,现代煤化工脚步又不能停下来,这是中国能源战略转型的必由之路。“十三五”期间,实现煤炭资源的高效清洁转化是我国能源革命的一个重要课题,能否担此重任是对煤化工产业最大的考验。而要实现这一目标,就需要提升并完善煤气化这一关键的核心龙头技术。
李老师认为,北京科技大学腐蚀与防护中心已经积累了许多前沿的防腐蚀技术,把这些技术应用到煤气化技术体系的研发之中,在中国煤气化技术的防腐蚀领域占有一席之地,助力中国煤化工产业的健康环保可持续发展的同时,北京科技大学腐蚀与防护中心的发展必会迈上新台阶!
结语
40 年,北京科技大学的高温腐蚀专业在发展中,用时代的浓墨重笔创作出了一幅幅生动的科技画卷,画卷中几代科研人员相濡以沫、同心同德,用心血和汗水浇筑出了高温腐蚀研究在时代发展中的风华,让我们记住他们,记住那些如歌的岁月。
人物简介
李永坤,浙江人,1965年毕业于北京钢铁学院冶金物理化学专业。1974年北京科技大学金属腐蚀教研组工作。1979年去美国俄亥俄州立大学Fontana腐蚀中心作访问学者两年,1981年回国后在北京科技大学金属腐蚀教研组工作。曾承担过北京科技大学金属腐蚀实验室主任,研究生导师,中国腐蚀协会高温腐蚀协会委员等。在美国访问学者期间,曾与当时美国高温氧化学术权威发表学术论文多篇。
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