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解码中国制造“防腐密码” 数据护航让耐蚀新材料从实验室走出去顺利“上岗”
2026-10-18 来源:央视网

央视网消息:一座座跨海大桥、高铁线路、海上风电大国工程拔地而起,大家惊叹它们宏伟壮观,却常常忽略一个看不见的考验:海风、高温、潮湿,无时无刻不在侵蚀这些工程材料。这些大型装备究竟是如何做到历经数十年依旧能够坚固耐用的?走进国家材料腐蚀与防护科学数据中心,看他们如何用大数据打造中国制造的“防腐密码”。

这里是国家材料腐蚀与防护科学数据中心,它正源源不断采集着我国天南海北各类极端环境下的腐蚀老化数据

新疆吐鲁番是我国最热的地方之一,一年中超过100天的最高气温在35℃以上,盛夏地表温度常常超过70℃,年降水量只有十几毫米。高温、干旱、强日照,这样的环境对大多数材料来说都称得上严酷。也正因如此这里成了一座天然的材料装备干热失效数据采集场。

火焰山山脚下太阳非常毒辣,在这个超大的露天实验场,要进行一场针对车辆的极限测试。窗外的灰尘非常大,在这样的极端路况下测试的就是车辆的密封性还有稳定性,以及零部件材料能否应对极端路况环境。

在这座试验场里接受检验的远不止汽车。

这一个个小房子就是家用空调的一个个小“考场”。这里是光伏组件暴露测试区,这里是综合材料实验区,小到衣食住行日常生活,大到国家工程装备都在这里接受着暴晒考验。

在这里,每一种材料的腐蚀情况,连同温度、湿度、日照等环境数据都被持续记录、汇总。

样品之中,有一组高楼玻璃幕墙上常见的结构密封胶,它在这里已经放了14年。

新疆吐鲁番材料腐蚀与装备安全国家野外站站长郭春云介绍,它要在这做将近50年的极限实验,它是一个很漫长的过程,但是数据是最真实的数据。

这么漫长的实验图什么?研究人员表示,只有跨越几十年才能看清它在整个服役寿命里的真实规律。这是任何实验室加速试验都替代不了的。把这些数据汇集起来,就可以构建起腐蚀预测的大模型。这样一来,材料腐蚀规律就不用再动辄等待十年、二十年,通过仿真和预测,几年甚至更短时间就能得到结果。今天在戈壁滩上一待就是几十年的“慢”,恰恰是为了让以后的新材料研发变得更“快”。

郭春云表示,这项工作是长期性,通过野外观测人员一代接着一代干,功成不必在我,但功成必定有我。

每年酷暑,地表温度高达七八十摄氏度,科研人员也常常一守就是一整天,而正是在年复一年的积累之上,试验场里后来有了一排排新型传感器。它们通过电化学原理实时监测金属腐蚀状态,每分钟自动采集一条数据,实时传回位于北京的数据中心。 

数据网里的“防腐密码”

吐鲁番只是全国27个国家级野外试验站中的一个。从沿海到高原,从川藏铁路到海上风电,在全国共有4000多个站点上的传感器日夜不息地采集数据,它们汇入国家材料腐蚀与防护科学数据中心,构成一张覆盖国土的材料观测网络。这些数据汇聚到一起究竟能做什么?答案,就藏在实验室里。

除了吐鲁番的干热环境,这里还有高原、高寒、海洋等我国各种极端环境。包括重大工程装备在内的4000多个站点的数据全部汇总在这里,可以说这里就是我国腐蚀大数据的“心脏”。

国家材料腐蚀与防护科学数据中心主任李晓刚介绍,一年态数据能达到5亿条,这是目前世界上最大的动态腐蚀数据库。

一年5亿条动态数据,平均每1分钟就有近千条新记录从全国各地的站点汇入这里。如此不间断采集靠的是一种关键装置——传感器。

国家材料腐蚀与防护科学数据中心副主任骆鸿介绍,过去常规腐蚀研究都通过室外暴露,它是周期性的取样,比如说有1个月、3个月、5个月取样,在这个过程中很难反映它中间状态。通过这套系统,每一分钟都可以反映出这个材料到底是一个什么样的腐蚀状态。

这枚传感器采集到的除了材料腐蚀参数,还有周围环境数据,这样一来,哪一种环境因素在什么条件下加速了材料的腐蚀,后台分析一目了然。如今,实验室已经研发了36种腐蚀老化传感器,被广泛安装在我国的高铁线路、跨海大桥、海上风电平台和油气管道上,对这些重大工程的结构腐蚀状态进行实时监测。

不过,实验室盯着的可不只是大桥和风机这些大家伙,实验室还把目光落在了更小,也更棘手的对象上。

这是一块电路板,上面这些极微小的结构就是芯片。腐蚀也是对于芯片的一大威胁,但是微纳米的极小尺度上观测它的腐蚀非常难。该怎么解?答案就在这套实验室自主研发的设备,通过它我国科研人员首次观测到了芯片的动态腐蚀变化。

在放大数千倍的画面里,电路芯片腐蚀第一次有了清晰可辨的轨迹:它沿着电场方向缓慢延伸,直到连通相邻的导线,让一块精密的芯片彻底失效。

看清了腐蚀的来龙去脉,防护才有了方向。靠着长期积累的数据和对机理的深入研究,一串串来自野外的数字正在被“算”成更耐久的新材料,从实验室走向广阔的应用现场。

从实验室走出的耐蚀新材料

在实验室里,4000多个站点汇聚来的数据被一次次计算、建模,最终变成了一种种耐蚀新材料。这些材料用到了哪里,它们是否真的能像预期那样,在严酷环境里扛住时间的考验?走进正在建设中的狮子洋大桥,看看那些从实验室里走出来的耐蚀钢是怎样“上岗”的。

这里是广州南沙,这座大桥正以2180米的主跨一跨过江。

狮子洋大桥是全球首座主跨跨径最长、塔高最高、车道最多、主缆直径最大,以及锚钉规模最大的双层悬索桥。

悬索桥靠什么把主缆拉住?答案在大桥两端的锚碇里。

国家材料腐蚀与防护科学数据中心粤港澳大湾区分中心技术总工杨小佳介绍,这里的氯离子含量是非常高,大概1%左右。氯离子对于整个钢材腐蚀非常危险,经过大数据技术研发了耐蚀钢,耐蚀性能较传统的桥梁钢提升80%,综合的寿命是提升大概5到10倍。

这背后是数据中心几十年积累的野外数据。研究人员摸清了氯离子对钢材的腐蚀规律,调整钢材成分和微观结构,研发出这种耐蚀钢。从锚固结构用钢到螺栓、铆钉、焊接件,全套防腐蚀方案都出自实验室。

科研人员还将在整座大桥上设置60多个监测点位、200多个传感器,实时采集数据。哪里出现异常数据中心第一时间就能看到。

从4000多个站点采集的一组组数据到数据中心里一次次建模计算,从实验室自主研发的腐蚀监测技术到近百种耐蚀钢新品种,实验室正在把多年的野外积累变成腐蚀人工智能理论和技术,让中国基础建设站得更久、走得更远,让世界看到中国制造的耐久与力量。

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