学科史话 | 我国腐蚀控制系统工程学的诞生、形成与发展

2017-10-26 15:49:44 作者：李金桂来源：中国航发北京航空材料研究院分享至：

1 腐蚀控制系统工程学的诞生与形成

1.1“腐蚀科学”学科组的成立

1976年10月四人帮倒台，文革结束，全国上下拨乱反正，百废待兴，1978 年国家科委决定成立“腐蚀科学”学科组，作为北京航空材料研究所金属腐蚀与防护研究室副主任的李金桂被单位推荐，进入了“腐蚀科学”学科组。1978 年夏天在福建省三明市召开了学科组成立大会暨电化学腐蚀学术会议，当时一个突出的学术问题是“腐蚀科学”只研究金属的腐蚀问题还是要包括非金属材料的老化问题（塑料、橡胶的开裂、粉化、鼓泡、翘起等），两种观点展开了认真的辩论，最后多数同意：“腐蚀”定义应该为“材料在环境作用下所发生的退化和变质”，这自然就包括金属与非金属，于是就有了非金属专业委员会，研究塑料橡胶等非金属材料在环境作用下出现的退化与变质的学术问题。

学科组下成立了四个分组，其中的机械、航空、航天、电子和兵器工业部（即 1、3、4、5、7 机部）所设计和生产的产品都是在大气环境下服役的，遭遇大气环境的作用，发生退化、变质，降低使用可靠性和耐久性，出现故障，引发事故等大气腐蚀与防护问题的研究和实践，划归为“大气腐蚀”分组，简称第三分组，推选武汉材料保护研究所的总工程师沈增祚先生为组长，李金桂为副组长。

学科组会议确定着手办理三件事：（1）筹备成立中国腐蚀与防护学会。1979 年 11 月，在杭州正式成立；（2）制定“一九七八——一九八五年全国科学技术发展规划（草案）腐蚀科学”部分，1978 年 12 月制定草案，1981 年 7 月完成付印；（3）组织全国腐蚀调查。

根据国家科委学科组 1979 年杭州会议精神，第三分组 1980 年 7 月向冶金、化工、石油、纺织等部门，发出208 份腐蚀调查通知，1981 年 11 月收回 148 份（回收率为73.2%），1981 年 12 月在上海金山召开了腐蚀损失调查汇报会，结果可参见调查报告（请见图 1、2）

1.2开展航空腐蚀调查

李金桂作为学科组成员 ,“大气腐蚀分组”副组长，主要负责组织航空航天腐蚀调查。1980-82 年在航空系统发文调查了 150 多个厂、所、机场，收回 138 份调查报告，调查发现了重大航空腐蚀故障 46 起，其中一些触目惊心，让人久久不能平静案例，例如：⑴某批计划援外的歼击飞机，因飞机 20 号框架电镀锌层，除氢不合格加上校型应力作用，引发氢脆开裂，停在工厂机场不能起飞，影响国际关系；⑵不锈钢叶片热处理不当，使某发动机一级压气机叶片产生晶间腐蚀、点蚀引发应力腐蚀，腐蚀疲劳折断，使得许多飞机带故障飞行，在换件过程中引发多起二等事故（机毁人存）；⑶一个小弹簧片由电镀锌层改为电镀镉层，引发某发动机九级盘“镉脆”断裂，飞出切断飞机，发生一等事故（机毁人亡）。这三件事故，都成为不得不惊动时任总理的周恩来、叶剑英和李先念亲自处理的国家大事！

带着种种疑问和使命感，李金桂进一步深入26个厂、所、机场进行实地调查研究，发现：1970 ～ 1980 期间，腐蚀问题引发的航空故障接连不断，缺乏认识，琢磨不定，人心惶惶，造成过多架飞机坠毁、多架飞机拆机换件、多架飞机带着故障飞行，数十亿元的经济损失！造成过停工、停产、停飞、停止训练、停止交货，对国防、战备、外交造成过不可估量的损失！这些，深深地触动了调查者，也更加坚定了调查者要做好腐蚀控制工作，并为之奋斗一生的信念。为此，不断地召开学术会议、发表学术论文、撰写专著，以不断深入地研究和揭示腐蚀科学与工业实践相结合的科学、技术和管理问题。

1.3“腐蚀必须系统控制”理念的诞生

1.3.1 引人深思的思考

通过对腐蚀调查及事故的分析，我们产生了两个疑问：⑴航空腐蚀故障，尤其是重大事故多是设计不合理、制造不恰当造成的，也有储存使用维护不正确造成的，事故给我们的教训是什么？⑵为什么设计师，制造工程师在腐蚀预防和控制方面会产生那么多的错误？

进一步深入调查，思考、总结，最终发现了四个问题：

⑴工厂管理模式不科学。我国的工业建设是按照苏联模式进行的，航空也不例外，每个工厂，每项重大工程项目都有几个技术人员负责防锈的技术工作，全厂的锈蚀问题都由他们“跟踪”和“全权”处理；他们有腐蚀与防护技术知识，但对所设计制造的产品结构、制造过程中的情况并不十分了解，许多问题难以深入分析，处理问题往往仅处理表面的“生锈”，主要目标是让全厂生产的产品，表面看起来，没有锈蚀，能让用户检验合格，接受工厂的交货。而一些重大的隐患，并不了解，也无法深入认识，无法处理。

⑵工厂产品锈蚀问题，既然是工厂“防锈实验室”全权处理，全面跟踪，那么，设计师就没有预防和控制腐蚀的责任，出了锈蚀问题，也不用前往现场进行处理。

实际上，真正了解所设计产品的结构及其所使用的范围、所遭遇侵蚀环境的是设计师，可是他们没有预防和控制腐蚀的责任，没有责任当然也就不需要去掌握这方面的知识，更不会去把握腐蚀科学与技术的新进展，无知还要去做，没有不出错的，许多故障或事故的出现多是设计师没担责任、不负责任、无知、疏忽造成的。

⑶工厂产品锈蚀问题，既然是工厂“防锈实验室”全权处理，全面跟踪，那么，制造工程师也没有腐蚀预防与控制的责任。现代飞机制造是一个极其复杂的高技术范畴，并非一个人所能控制的，它需要制定和实施一整套的制造工艺和检验规范，锻造、铸造、焊接、胶接、热处理、表面处理、机械加工、装配、工序间处理等等工序的制造工程师们只有执行该工序任务的责任，并没有在该工序执行过程中是否会带来腐蚀损伤或加速腐蚀的隐患，埋下腐蚀事故的问题的思考和技术措施的采用，并没有确定在他们的工序中进行腐蚀预防与控制的责任，没有责任也就没有这方面的知识，更不用说，建立一整套的、在制造过程中进行腐蚀预防与控制的技术规范与措施。

⑷科学要与工业建设结合才能有所作为。由于我国“腐蚀科学”学科组虽然筹备了多年，实际上 1978 年才成立，是一门年轻的学科，新兴的边缘学科，在我国，腐蚀科学与工业建设还没有真正深入的结合起来。

1.3.2 调查产生的认识

通过调查，提高了我们的认识，我们发现：航空腐蚀问题不断出现，主要是由于从温和地带苏联引进的飞机不能适应地处热带、亚热带的苛刻飞行环境；航空腐蚀事故频频发生，主要是设计不合理、制造不得当，甚至使用维护不恰当造成的。追其责任，主要是飞机设计师和制造工程师没有预防与控制腐蚀的责任和知识。

带来了三个启示，用三个“一”来说就是：一个发现，一个理念，一个愿望。

一个发现：要真正进行腐蚀预防与控制，关键在于改革管理模式，首先要让设计师、制造工程师和管理工程师具有预防与控制腐蚀的责任和拥有这方面的理论、技术和知识。

一个观念：要真正控制腐蚀，必须从设计开始，通过设计、制造、储存、运输、使用、维护维修和管理实行全过程、全方位、全员参与的腐蚀控制系统工程。从开始设计，到退役报废为止，全寿命管理，全过程控制。

一个愿望：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，希望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。实际上，这给我们腐蚀与防护工作者自己加了套。

1.3.3 大力进行“腐蚀必须系统控制”的推广

1980-1982 年开展腐蚀调查，1982 年召开了“航空航天腐蚀故障分析研讨会”，在会上明确表达了一个发现：要真正进行腐蚀预防与控制，关键在于改革管理模式，首先要让设计师、制造工程师和管理工程师具有预防与控制腐蚀的责任和拥有这方面的理论、技术和知识，认为要控制腐蚀必须实施“设计牵头，系统进行”的理念，1983 年 1 月立项开展了“《航空产品腐蚀及腐蚀控制手册》编写”课题研究与编写（课题令号：83116），1983 年主编了《航空产品腐蚀故障事例集》书稿，1984 年底 -1985 年初主编出版了170 多万字的《航空产品腐蚀及其控制手册》（上、下册），明确指出：“要真正控制腐蚀，必须由设计、科研、生产、使用、贮运、维修人员共同配合，层层把关，才能达到目的，尤其需要设计人员承担控制腐蚀的主要责任，因为设计人员最了解自己设计的产品结构特性和使用环境。”在我国第一次提出腐蚀控制系统工程的理念及其理论、原则、技术和措施，这是一个全新的理念。这在当时是一个全新的认识，全新的观念，在航空系统就有许多专家并不接受这个理念，这就引发了许多的争论和研究，从而，不断地丰富的这个理念。又相继主编出版了《航空发动机涂层技术与标准文件汇编》（1984 年版）及《航空产品腐蚀试验方法》（1985 年版）。

他们进行了积极而热情的舆论宣传，并于 1988 年又主编出版了《腐蚀和腐蚀控制手册》，在全国公开发行，向全国公开宣传“腐蚀需要系统控制”的新理念，同时，发表了“论腐蚀控制系统工程”“再论腐蚀控制系统工程”等几十篇论文进行宣传。当时，李金桂是北京航空材料研究所（1996年改称研究院）腐蚀与防护研究室副主任，接着又担任该所的副总工程师，积极地推行“腐蚀必须系统控制”的理念，有意识地加强了这一方面的研究，1992 年出版了由袁昌言担任主编，李金桂担任副主审的《民用飞机腐蚀控制》，1994 年出版了曹定国担任总译审，李金桂等担任分译审的《民用飞机结构腐蚀控制设计手册》，1995 年出版了曹定国威主编，李金桂为主审的《舰载飞机腐蚀控制设计指南》，以及几十篇论文（见附件）的宣传，具有强劲的舆论作用。

在当时航空航天工业部主管技术的副部长首肯之下，“腐蚀必须系统控制”的理念被《飞机设计手册》总编委会接受并同意进入该手册，李金桂等人主编的《飞机腐蚀控制设计指南》进入了 1997 年出版《飞机设计手册》（第三册），用于指导各种军用飞机型号的腐蚀控制。

1.3.4 表面工程学的形成和推广应用

腐蚀科学包含腐蚀与防护科学，既有腐蚀现象的揭示研究，又有腐蚀控制技术的研究，表面工程技术作为腐蚀与防护科学的一个分支，是控制腐蚀应用最普遍、最广泛、最受设计青睐的技术。近年来发展迅速，由于 20 世纪 70 年代电子束、离子束和激光束进入表面技术加工领域，这引发了全世界各国的极大兴趣，取得了翻天覆地的进步，李金桂等人以特有的敏感开始关注涂层的发展，1984 年李金桂在编写《航空产品腐蚀及其控制手册》的同时汇编了《航空发动机用涂层技术标准及文件汇编》包括了当时先进的高、中温抗氧化涂层、耐磨涂层，隔热涂层和封严涂层。尤其是2000年主编出版了《现代表面工程设计手册》，在我国首次提出表面的极端重要性，“腐蚀起源于表面、摩擦磨损在表面进行、疲劳因表面缺陷而显著加速，装饰在表面进行、声光磁电等特种性能的转换在表面展开”；“设计师在进行产品设计的同时要进行表面设计”；“只要始终保证表面保护层的完整性，基材就不会受到损害”等重要论述，而受到了 12位院士确定的该书开创了我国“三个第一”的高度评价。

2002 年在国防科工委主编出版《国防科技名词大典（综合）》时界定了“表面工程”“表面工程设计”“表面工程技术”等有关表面工程的相关术语，统一了行业内的认识；2002 年主编出版了《镀覆曾与防锈材料》；2003 年等主编出版了《防腐蚀表面工程技术》，2007 年又主编出版了《表面工程技术和缓蚀剂》，2010 年主编出版了《清洗剂、除锈剂与防锈剂》，2011 年第二次印刷，供不应求，准备再版；2012 年主编出版了《表面保护层设计与加个指南》，为设计师和制造工程师提供了设计制造指南；2014 年主编出版了《现代表面工程技术与应用》，这些都为腐蚀控制系统工程提供了更为丰富的控制技术，讲清了在确保材料及其制品使用可靠性、安全性和耐久性，延长使用寿命，为国家可持续发展，使表面工程技术起到了并将起到更重要作用，深受设计师和工程师的欢迎 , 为腐蚀控制系统工程学提供了有力的技术支撑。

2 改革管理模式，实践腐蚀系统控制

2.1改革现状遭遇问题

出书可以是一个人、几个人或几百人的共同努力，它不涉及“动作”、“关系”、“规章制度”的改变，但是，要将理论付诸实践，真干，许多事情就不那么容易了，我们的体会是要想将我们的认知成为相关部门科技人员的实践活动，需要在哪里生根开花，就要和哪里的人民结合起来，共同研究，共同把可能遭遇的问题处理好，才能将“纸上谈兵”变为“实际行动”。

任何事物的革新和进步，总是要经历不断出现问题、不断解决问题的过程。在腐蚀控制系统工程理念及其理论、原则、技术和措施实施的过程中，碰到了许多问题。

首先遇到的问题就是思维与管理模式的改变。要将腐蚀预防与控制的整体观念和成套技术进入设计与制造，进行人员思维方式的改变，制造公司管理模式的改革，各类人员技术责任的调整，难度是相当大的。需要说服方方面面的部门与人员，办法只有一个，与那里的人民结合起来，共同研究、共同创造。我们的做法以事实说服总设计师和总工程师同意，立项研究。

图6某型机腐蚀控制指南

2.2为型号立项研究“指南”，在航空突破应用

1991 年上级科技部门和型号总设计师同意“腐蚀控制系统工程”的理念进入型号立项研究，我们航材院牵头成立了专项课题组，请飞机设计师和制造、使用工程师共同参加研究，并于1993-94 年主编出版了《歼 XX 飞机腐蚀控制指南》和《军用飞机腐蚀控制设计细则》等两个型号飞机设计指南，作为两个型号飞机设计师和制造工程师的指导性文件，该文件以指令性文件 GD-J10-CL-31“新机腐蚀控制有关具体规定”下达设计师必须执行，其余为指导性文件，人手一册，参照执行，至此，腐蚀的系统控制终于进入飞机的设计与制造。这是一件重大事件，开创了我国腐蚀科学与航空工业建设相结合的新篇章；开创了我国飞机设计制造实施腐蚀控制系统工程的新局面；开创了我国研制的飞机使用 xx 年飞行 xxxx小时不出现重大腐蚀故障的先河。

图7 某型机腐蚀控制设计细则

2.2.1 实践过程中必须处理好八个问题

“指南”和“细则”在实践过程中，需要处理好八大难题，不厌其烦地解释清楚在实践中出现的各种问题，包括：

（1）纯净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，如何才能进入设计 ?

（3）自从设计开始，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 ?

2.2.2 实践过程中需要运用十项技术原则

设计与制造的任务实际上可以归纳为两件事：A. 研制出国家和人民需要功能的产品；B. 这些产品在服役环境中具有耐用、可靠和安全的使用性能。这里要运用十项技术原则：

（1）设计制造的产品，外形美观，更具新颖性，是当代人民的急需，或引人入胜，促进生活水平与质量的提高；

（2）更要防止污染源的进入，不可避免进入的污染源要“上排下泄”设计好排放渠道予以排除；

（3）慎重设计各个零部件的使用应力，重要件、关键件要低于应力腐蚀门槛值；

（4）慎重选用不同金属的匹配，要避免电化学上较正的金属加速较负金属的腐蚀；

（5）制造过程不能损伤材料固有的耐蚀性，只有通过实践或试验证明不会损伤材料固有的耐蚀性的制造工艺才应许使用；

（6）制造过程要注意工序间的防锈和半成品、成品的封存包装；

（7）腐蚀控制相关的试验方法、检验标准与方法等要进入制造过程质量保证体系；

（8）制定外购件采购原则，对其耐蚀性能的要求不能低于置于主机所在位置的耐蚀性能要求；

（9）要按照腐蚀经济学原理，认真核算“投入、产出、性能、价格比”，尽可能地提高耐久性；

（10）通过“腐蚀控制咨询委员会”，严格进行全员、全方位、全过程的系统控制，确保质量水平。

2.2.3 实践过程中需要实施十二项技术

设计、制造公司应该按照用户对所需要的用品、设备、装备、建设工程项目提出的“使用环境”、“使用寿命”、“可能投入的经费”等确定技术方案和相关的策略。

（1）设计部门分析使用性能和运行环境特点，提出“腐蚀预防和控制大纲”总体方案设想和防腐蚀设计等级与策略。

（2）制造公司（设计与制造）按照上述设想，陆续制定《腐蚀控制设计指南》、《不同金属接触设计》、《材料选用指南》、《涂镀层技术规范》；《制造过程腐蚀控制指南》、《腐蚀预防处理手册》、《质保体系腐蚀控制规范》；《腐蚀控制使用维护说明书》；以及《腐蚀预防与控制培训大纲》等等文件。

（3）防腐蚀密封设计：环境隔离密封、电位差异较大金属的隔离密封、防腐蚀密封设计、密封结构、密封材料；

（4）防腐蚀结构设计：通风、排水、导流、外形与构型设计；所设计的使用应力必须低于材料的应力腐蚀门槛值等防止应力腐蚀的原则，以及腐蚀疲劳、异种金属接触与否，防止电偶腐蚀的设计；

（5）阴极保护原理及应用：船舶、埋地管道、码头、海洋用钢结构等阴极保护设计原理、原则、方法与设计技术、设计实例；牺牲阳极与阴极保护电流设计；双保护技术；

（6）耐蚀材料及选择应用：耐蚀材料选用原则、注意事项、与不同环境下材料的耐蚀性及其适用领域，较高强度材料要注重应力腐蚀门槛值及氢脆敏感性；

（7）防护涂层的选择和应用：根据零部件的使用环境，尽可能地选用表面防护层，提高零部件的耐蚀性；按照只有始终保持“合适的防护”，制品或材料“才能长寿命使用”的原则进行选择；

（8）在加工制造过程中，规定了只有那些经过实践或试验证明不会损伤材料本身固有的耐蚀性的工艺技术，才可以使用；预防工序间的锈蚀；腐蚀控制要求的质量保证体系及相关的控制标准和检验方法；外购件访腐蚀技术条件（与主机具有相同的耐腐蚀要求）；

（9）在使用维护过程中，要控制运输、停留、存放和实际使用过程中锈蚀，使用各种防锈与包装技术，特别控制好“电子电器产品的环境适应性”所做的原则规定；

（10）按《腐蚀经济学》原理进行腐蚀控制技术方案的“投入、产出、性能、价格比”的分析，选择最为合理的技术策略和设计原则；

（11）设计牵头，确定所设计产品的环境特点、对策、设计制造原则，对所有人员进行腐蚀控制系统工程技术与管理要求、统一思想和技术的培训；

（12）成立“腐蚀控制咨询委员会”，下设制造公司牵头的“制造方腐蚀控制执行小组”和“使用方腐蚀控制监督小组”进行全机防腐蚀技术问题的协调、实施和监督。

2.3全国推广腐蚀控制系统工程，取得显著经济效益

腐蚀科学与工业实际相结合，形成的航空腐蚀控制系统工程在我国歼 -XX 飞机设计和制造中得到实践并取得成功之后，我们又与三个民营企业合作，将“腐蚀控制系统工程”的理念及其理论、原则、技术和措施推广和发展，经过二十多年在民用工程上的大量应用，尤其是经过“北京中腐防蚀工程技术有限公司”在遍布全国 1000 多项埋地管道阴极保护工程的应用；经过“江苏凯星防腐防火工程有限公司”在上海浦东磁悬浮列车工程、上海宝钢大型钢结构装置、新疆八一钢铁公司煤气柜及管道、金陵石化烷基苯项目防火工程等一百多项大型工程上的应用；“北京百利达防腐工程有限公司”在“首都机场 1 ＃、2 ＃、3 ＃楼航站楼”、“成都双流机场”、“广州新白云机场航站楼”、“八一大厦”等五十多项国家重大工程的防腐蚀工程的应用，不断研究、补充、完善和提高了腐蚀控制系统工程的内容。

2.4系统工程推行的效益

2.3.1 在军用飞机上的应用

该研究成果在歼 xx 飞机设计制造的实际应用，使歼 xx可望使用 XX 年飞行 XXXX 小时不出现重大的腐蚀故障，从过去航空事故频频发生，琢磨不定，人心慌慌，出现过停飞、停工、停产，对国防、外事和经济上造成过难以估量的损失，现在该理念及其一整套理论、原则、技术和措施，《军用飞机腐蚀控制设计细则》进入研制型号的系统控制，《飞机设计手册》进入指导航空全行业系统控制，腐蚀故障的显著减少，使用可靠性、安全性的显著提高，使用寿命的显著延长，节约了资源和能源，支持了国家可持续发货，其国防效益、经济效益和社会效益极其显著；2.3.2 在民用工程上的应用该研究成果在三个防腐蚀工程公司一千一百多项民用工程项目上的具体应用，获得了显著的经济效益：总计新增产值 42275 万多元；新增利税 5857 万多元；年增收节支1601 万多元，通过延长寿命、减少故障，不出重大事故、不污染环境，为国家取得的经济效益、社会效益极其显著。

3《腐蚀控制设计手册》构成“腐蚀控制系统工程学”

在上述理论与实践的运行过程中，腐蚀控制系统工程的内容进行了加深研究、得到了补充、完善和提高，在这个基础上，2006年我们主编出版了《腐蚀控制设计手册》（见图8），该手册全面阐述了“要真正控制腐蚀，必须从设计开始，通过设计、制造、储存、运输、使用、维护维修和管理实行全过程、全方位、全员参与的控制系统工程。从开始设计，到退役报废为止，全寿命管理，全过程控制”理念及其理论、原则、技术和措施。

一部可供设计、制造、使用、维护维修和管理工程师使用的“有理论指导、有原则可遵循、有技术可使用、有措施可照办”的“腐蚀控制系统工程学”设计制造手册形成了，图8 2006年主编出版图9 2009年主编出版实现了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 2009 年我们主编出版了《腐蚀控制系统工程学概论》（参见图 9）从 1980 年航空腐蚀调查，到 2009 年《腐蚀控制系统工程学概论》的出版，李金桂为首的研究团队先后主编出版了专著 18 部，汇编 1 部，合编 1 部，参与编写 4 部共计 24 部的专著（参见图 10），形成了我国腐蚀控制系统的完整的理念及其理论、原则、技术与措施。发表了一千万字的著作，为在我国揭示、提出、推行腐蚀控制系统工程、形成了一门新的学问《腐蚀控制系统工程学》。

图10 所出版的“腐蚀控制系统工程”专著

《腐蚀控制系统工程学》属于“腐蚀科学”，又超越“腐蚀科学”，它是“腐蚀科学”与工业建设的设计、制造、使用相结合而形成的“腐蚀控制系统工程学”。它首先在航空领域发现、认知、总结、提高，并首先在歼 -XX等两个型号新型飞机的设计与制造中实施，后来又在我国的舰载飞机、水上飞机以及其他各种类型的飞机，都先后由研制单位的副总设计师领导制定并实施该型号飞机的腐蚀控制设计指南。

图11 肖纪美院士亲自撰写推荐信科技手册”

这是在整个一个领域取得的胜利。肖纪美院士亲自撰写的推荐信指出：“这本书是我国第一本全面、系统而有新意的控制腐蚀系统的实用在航空两种飞机型号上实践之后，在埋地管道、钢结构桥梁、大型航站楼、钢结构建筑等民用工程上进行了推广。三十年磨一剑，形成、实施和发展了我国腐蚀控制系统工程学。肖纪美、柯伟、徐滨士、侯保荣等四位院士和 10 位教授分别函审，一致认为该手册的出版，形成了我国的”腐蚀控制系统工程学“，该手册的研究、编写和应用”具有新颖性“，”填补了国内空白“，”具有国际领先水平“。

我国航空工业为了对在职设计师和工程师实施”再教育“，在岗培训，在我国南昌洪都飞机公司江西航空职业技术学院成立了”中航工业洪都培训基地“，李金桂教授负责讲授《腐蚀控制系统工程学》和《现代表面工程学》，从2001 年开始，一直到今年，年年授课，不辞辛苦地培养年轻人。目的就是要求不断培养”腐蚀控制系统工程“的继承人。

4 国外情况

1989 年 10 月中国科学院学科发展战略研究报告《腐蚀科学与工程》（内部资料）和 1989 年 10 月中国科学院金属腐蚀与防护研究所《腐蚀科学与工程》（国外情况调查），在谈及国外腐蚀与防护学科近年研究情况时，指出，这些年国外研究和实施的”防护系统工程学“（Terotechnology）指出：”为了确保工程设施长期安全运行，国外已发展了“防护系统工程学”，它是把腐蚀工程与管理学相结合而形成的一门新学问。成立一个由设计、腐蚀控制和管理等方面的专家组成的小组，他们从工程设计开始，就考虑整个工程中可能引起腐蚀的因素做到精心设计、合理选材确定符合发展了访腐蚀要求的加工方法等，并提出在包装、运输、施工。安装运行等阶段中，经济、安全、可靠的综合性防腐措施。“，这种情况与本课题所发表的”腐蚀控制系统工程学“，实事求是地说，1984 年出版的《航空产品腐蚀及其控制手册》理念及其理论、原则、技术与措施，已经在全面性、深入性、科学性和实用性超越了他们，进入 21 世纪这样的腐蚀控制系统工程我国已经由腐蚀专家牵头，进展到工程项目的副总工程师牵头；从个别型号进展到所有飞机型号；其他行业也是进展到全部工程项目，例如钢结构大桥，石油管道，中大钢结构建筑都必然包括腐蚀控制从设计开始的局面；从内容上，不仅控制腐蚀，还系统控制摩擦磨损磨蚀、疲劳和腐蚀疲劳，达到全面提高材料制品使用可靠性、安全性、耐久性，全寿命管理，最大限度地延长其使用寿命，节约资源。节约能源，支持国家可持续发展。

2007 年 9 月 14 日中国航空工业发展研究中心提供的查新报告结论是：”《腐蚀控制设计手册》的研究、编写和应用的研究内容、编写内容及其应用研究等均具有新颖性。“

5 获奖情况

5.1 1984年底主编出版《航空产品腐蚀及其控制手册》评为中航工业科技进步二等奖

1984年底主编出版《航空产品腐蚀及其控制手册》（上、下册）1988 年进行了书面函审，时任中国腐蚀与防护学会理事长北京钢铁学院副院长张文奇，以及火时中，朱永昌、吴纯素、叶康民、费秉方等 13 位教授，总工的评审意见是：这是我国第一部腐蚀科学与工业建设相结合的系统著作，属于国内首创，填补了空白，具有新颖性。

评为中航工业科技进步 1988 年度二等奖。

5.2”军用飞机腐蚀控制系统工程研究及其应用“评为中航工业科技进步二等奖

项目研究完成了：（1）1991 ～ 1994 年，编写《军用飞机腐蚀控制设计细则》（为 J10）和《歼八 x 型飞机腐蚀控制指南》指导性文件以及 GD-J10-CL-31《新机腐蚀控制有关具体规定》指令性文件；（2）1994 ～ 1999 年两型机全面推行和实施上述文件，从设计开始，贯穿飞机设计、制造、使用、维护维修全过程。主要由下述单位完成：中国航空工业第一集团北京航空材料研究院、成都飞机设计研究所、沈阳飞机设计研究所、成都飞机工业（集团）有限责任公司、沈阳飞机工业（集团）有限公司。主要完成人：李金桂、魏曾、陈家珠、毛立信、章怡宁、邹长林、戴树成、郭显华等 15 位，突破了如下关键技术：

（1）提出了腐蚀控制的新理念及其一整体的理论、原则、技术和措施，是腐蚀科学的创新；

（2）解决了腐蚀控制要不要、能不能以及如何进入设计、制造过程，是飞机制造业的创新；

图13 中航工业科技进步二等奖

（3）将一个大工厂几个防锈室人员办不了的”腐蚀控制“按照客观规律转移给了设计、制造、使用维护方面的所有技术人员负责等等。实现了”腐蚀预防与控制“责任的创新和转移。

经过两院院士师昌绪（2010 年我国最高科学技术奖获得者）先生为首的专家组的验收与评审，”军用飞机腐蚀控制系统工程的研究及其应用“荣获 2000 年航空科技进步二等奖。

5.3”《腐蚀控制设计手册》的研究、编写与应用“荣获2008年度国防科技进步二等奖

5.3.1 创新点

”《腐蚀控制设计手册》的研究、编写与应用“具有九个”第一次“（1982 年），九个创新点：

1，第一次在我国揭示：”腐蚀故障的发生主要源于设计、制造不当造成的“；

2，第一次在我国提出：”腐蚀必须系统控制“”必须由设计牵头“的理念；

3，第一次在我国提出：”制造过程中不能损伤材料固有的耐蚀性，只有通过实用或试验证明了不损伤的工艺才可以使用“”腐蚀控制种种规定，要进入质量保证体系进行管理“。

4，第一次在我国提出 :”在复杂的产品制造过程中，外购件要与其在主机位置的环境要求相适应。“

5，第一次在我国提出：在工厂或重大工程项目的建设过程中要成立”腐蚀控制咨询委员会“，下设制造公司牵头的”制造方腐蚀控制执行小组“和”使用方腐蚀控制监督小组“进行全机防腐蚀技术问题的协调、实施和监督。

6，第一次在我国提出：要采用《腐蚀经济学》的原理进行腐蚀控制技术方案的”投入、产出、性能、价格比“的分析，选择最为合理的技术策略和设计原则。

7，第一次在我国提出：”由设计牵头，确定所设计产品的环境特点、对策、设计制造原则，对所有人员进行腐蚀控制系统工程技术与管理要求、统一思想和基本技术的培训。“

8，第一次在我国提出："腐蚀控制必须由设计牵头，设计、制造、储存、运输、使用、维护、维修实施全过程、全方位、全员参加的系统控制。"

9，第一次在我国提出："任何产品，从设计开始到退役或报废为止，要实行全寿命腐蚀控制。"

5.3.2 贡献点

1，打破了”只有防锈室管防锈“的传统观念，提出了设计牵头、设计、制造、使用维护，人人有责的”腐蚀控制系统工程“的完整观念，填补了空白。

2，打破了”防锈与设计、制造无关“传统误区，确立了腐蚀控制必须进入设计与制造，以及设计与制造工程师必须拥有预防与控制腐蚀的责任和知识

3，打破了航空腐蚀故障琢磨不定、频频发生的局面，在高技术的航空系统首先实施了这个系统工程，进入了型号研制，取得了显著的效益。

4，主编了《飞机设计手册》中的《飞机腐蚀控制设计指南》篇，武装了各航空工厂和辅机设计所，在航空系统全面推行腐蚀控制系统工程的新篇章。

5，打破了”民用工程有点腐蚀在所难免，无关紧要“的错误看法，在民用工程行业进行了”腐蚀控制系统工程“的广泛试用，成果明显，受到了普遍的欢迎。

5.3.3 评审意见

我国腐蚀科学界肖纪美、柯伟、徐滨士、侯保荣等四位院士和十位教授、研究员对该项成果进行了评审，认为：”经过二十多年的努力，全面解决了控制腐蚀如何进入设计、制造、使用、维护，做到“精心设计、精心制造、精心维护”，进行全员、全方位、全过程的控制的新局面，现在形成了一整套腐蚀控制系统工程的理论、原则和措施，完整的体现于《腐蚀控制设计手册》巨著之中。结果表明：“《腐蚀控制设计手册》的研究、编写和应用”的研究内容、编写内容及其应用研究等均有新颖性。”

腐蚀科学界五位院士和十位教授、教授级高级工程师一致同意通过鉴定，并一致认为：经过二十多年的辛勤耕耘，通过两型飞机和一千多项民用工程的实践，所发表的《腐蚀控制设计手册》研究成果，创造性地为我国建立了“腐蚀控制系统工程学”，丰富了我国的腐蚀科学，为我国的国防建设和工业建设做出了重大贡献，取得了显著的经济效益和社会效益，具有先进性、创新性和普遍的实用性，对我国 21世纪的工业建设具有普遍的指导实用意义，填补了国内空白，一位专家认为达到国际先进水平，一位没有指出，其它13 位专家一致认为具有国际领先水平。

“同行专家一致推荐该项成果申报中航一集团、国防科工委科技进步奖，并向国家申报科技进步奖或自然科学奖。"

5.3.4 获奖

“《腐蚀控制设计手册》的研究、编写与应用 ”荣获2008 年度航空科技进步二等奖，同时荣获 2008 年度国防科技进步二等奖，相关证书和奖章见下图

5.3.5 立功

《军用飞机腐蚀控制设计细则》作为指令性和指导性文件下发到每个设计师、制造工程师、使用维护工程师和管理工程师，在航空系统和空军部队实施腐蚀控制系统工程，从而，是该型号飞机在使用 xx 和飞行 xxxx 小时不出现中大腐蚀故障而收到奖励，李金桂荣立三等功，图 17-19 是荣立三等功的证书、奖牌和奖章。

5.3.6 相关奖励

（1）在 1983 年申报了多年研究成功的“金属材料腐蚀性能试验方法 10 项”，“金属材料腐蚀性能试验方法”的研究荣获 1983 年年度航空科技进步四等奖，并于 1983 年汇编为《航空产品腐蚀试验方法》。（参见图 20）。

（2）1993 年参加水上飞机研究所总工程师研究和编写舰载飞机腐蚀控制设计指南有关的学术研究及防护措施的研究，1995 年编写出版了《舰载飞机腐蚀控制设计指南》，并研究了相关的适用性标准，后来以“舰载飞机腐蚀控制设计指南适用性标准简介”为项目申报，荣获 2002 年度航空科技进步三等奖。（参见图 21）

（3）收到“飞机设计手册总编委会”2007 年 4 月赠送的“荣誉证书”，标明该手册（第三版）800 多名专家历时 15载完成，特颁发荣誉证书，以做纪念。（参见图 22）

（4）在歼 xx 实施腐蚀控制系统工程的过程中，由飞机设计师牵头，制定了国军标 GJB 2635-96 “军用飞机腐蚀防护设计和控制要求”。

6 腐蚀系统控制的发展

腐蚀科学家认为：材料及其制品在服役环境作用下，出现退化或变质，就是腐蚀，这是一种自然科学现象，最常见、最普遍，最应该受到人民的关注，中国工程院 1999 年开始的“腐蚀调查”，2003 年 10 月出版《中国腐蚀调查报告》指出：中国的腐蚀损失占 GDP 的 5%（加上间接损失 2001年约为 5000 亿人民币元，2006 年约为 10596 忆元）；

摩擦科学家认为：摩擦是运动的必要条件，没有摩擦就没有运动，2006 年的摩擦学调查表明，摩擦消耗掉全世界1/3 的一次性能源，约有 80% 的机器零部件都是因为磨损而失效；2006 年我国工业领域因摩擦磨损造成的损失约占GDP 的 4.5%（约 9,700 亿元人民币）；疲劳科学家尚未发表其损失的调查报告，但是，在有些院士的研究报告中称：80% 的机器零部件是因为疲劳而失效。

这些科学家揭示了一个共同的问题就是材料及其制品在服役环境作用下，出现的变质或退化是一个复杂的科学问题，不仅有金属腐蚀（含非金属老化）；还有摩擦磨损，以及摩擦与腐蚀介质的协同作用下，产生的磨蚀；循环应力作用下的疲劳、以及循环应力与腐蚀介质协同作用下的腐蚀疲劳，静应力与腐蚀介质协同作用下的应力腐蚀；温度与时间协同作用下的蠕变，要想尽可能地减少腐蚀损失、摩擦磨损损失、疲劳损失，提高材料及其制品的使用可靠性、安全性、耐久性，尽可能地延长其使用寿命，节约资源，节约能源，减少环境污染，支持国家可持续发展。

近年来，在中国工程院干勇、师昌绪、周廉等院士的领导下，开展了《材料延寿与可持续发展战略研究》重大咨询项目和《材料延寿与可持续发展》系列丛生的编写与出版。前者已经完成了项目的研究，主编出版了专著《材料延寿与可持续发展战略研究》，后者，在国家出版署的支持了已经出版了十九册专著，2017 年计划再出版 11 册 , 其中包括我们主编的《材料失效系统控制》。目的就是呼唤腐蚀科学家、摩擦学家、力学科学家等等材料科学家与各种材料及其制品的设计、制造专家共同携手，研究材料及其制品在服役环境作用下失效的综合机理及其控制理论、原则、技术和措施。建议科学家和工程师们共同携手，在工业部门产品研制，特别是重大工程项目研制，执行设计牵头，通过设计、制造、运输、储存、使用、维护维修全过程，实施全方位、全员参与的对材料及其制品失效（腐蚀、老化、磨损和断裂）的系统控制。

预防与控制了失效，迎来的就是成功。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”，与环境友好的“和谐社会”，实现美好的“中国梦”。

● 人物简介

李金桂，中国航发北京航空材料研究院研究员，我国航空腐蚀控制系统工程的创始人，表面工程和腐蚀控制专家，航空材料科学家。

1962 年毕业于北京航空学院，1985-1987 年为美国匹兹堡大学访问学者、研究顾问。历任中国航空工业总公司航空材料研究院副总工程师、科技委副主任、学位委员会委员，总公司科学技术委员会成员，总公司航空材料、热工艺及理化测试技术发展中心常务副主任，航空（材料、制造技术）预研专家组副组长，兼任国家科委腐蚀科学学科组成员、中国腐蚀与防护学会副理事长、北京航空航天大学兼职教授、中国表面工程学会常务理事、航空表面工程专业委员会主任委员、《材料工程》杂志副主编、《航空稀土》杂志主编，现任《材料保护》和《中国表面工程》、《表面科学与工程》杂志编委，出版出版专著 39 部，其中担任总主编 1 部（30 册）、主编 21 部、常务副主编 2 部、副主编 6 部，参与部分编写或审定9 部，例如：《材料延寿与可持续发展》系列丛书（30 册）、《腐蚀控制系统工程学概论》、《腐蚀控制设计手册》、《现代表面工程设计手册》、《飞机设计手册》第三册第三篇。在国内、外公开发表论文一百多篇，荣获国家、国防科工委、省部级重大科技进步奖，十六项，享受国务院政府特殊津贴。

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