中国工程界的一名,复旦研发

2020-02-09 12:22 来源:未知

将于11月举行的2012中国国际工业博览会上,复旦大学材料科学系的杨振国教授团队将展示其自主研发的高分子复合粘合剂,该成果可以使核电装备关键器件克服在复杂工况环境下外包材料被腐蚀的情况,从而极大降低由于材料腐蚀所造成的有害物质泄漏风险,提高核电站的综合安全系数。

杨振国:中国机械工程学会失效分析专家。主要研究方向为复合材料 (聚合物基、陶瓷基、金属基)、失效分析 (金属材料、非金属材料)、印制电子 (导电墨水、有机材料)。

复旦专家介绍,一些在国外经过测试寿命长达40年的传热管,到了中国可能“水土不服”。杨振国带领科研团队经过反复的材质检测和试验后,研发出一种高分子复合粘合剂,可给传热管容易“受伤”的“皮肤”涂上一层保护“药膏”。它的专业名称叫做“多组分多官能团嵌段聚合拼混树脂”,是应用于重防腐设备和管道表面涂覆工程的理想材料。来源:中核网

人生病要吃药打针,重大设备发生故障同样也需要医生“望、闻、问、切”。我校就有一位医术精湛的“全科医生”:杨振国教授。自1988年3月博士毕业后,他就开始从事失效分析,主治各类重大设备的“疑难杂症”,目前已是中国工程界顶尖的失效分析专家之一,主要涉及核电、火电、石化、化工、钢铁、汽车、微电子、印制电路等八大领域,已经连续四届应邀在“全国失效分析学术会议”上作大会报告。

近五年来,杨振国教授作为通讯作者在国际期刊上发表论文57篇、申请并拥有发明专利16项、获得省部级科技进步奖和技术发明奖6项。他还主持了两门本科生精品课程《材料科学导论》和《材料失效分析》,学生评分接近满分。

解决疑症难症

“失效分析是一门跨学科、跨行业的综合性学科,责任性极强,具有挑战性。”杨振国说。失效每时每刻在生活中发生,小到锂电池损耗、电子产品老化,大到桥梁断裂、房屋倒塌、容器爆炸等。据估计,世界各国每年因失效造成的经济损失占该国GDP的2~4%,失效分析因此也一直受到人们的广泛重视和研究。

2012年9月,浙江嘉兴某电厂投入运转仅一年的百万千瓦级超超临界火电机组进口循环水泵突发事故——这个从日本进口的循环水泵设计寿命原为30年。事故调查随即展开,中日双方同时派出专业团队开展失效分析。“这个调查的结果将涉及到5000多万元赔偿的归属。”杨振国说。拥有CNAS资质(中国合格评定国家认可委员会)的某电力研究院被邀请做中方代表,浙江省浙能集团公司同时邀请杨振国教授作为高校专家同步参与调查。“某知名电力研究院最后没有找到事故的原因。”杨振国说,“他们的调查结果具有法律效力,因此不敢贸然下结论。”杨振国表示失效分析的目的之一就是找出失效的根本原因。

永利集团304手机版,“完整的失效分析一般包含八个方面,设计、材料、制造、安装、检验或检测、操作、维护和环境。”杨振国率先找出失效的因果关系,并将分析过程归纳为一张“鱼骨图”。

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“在失效分析领域有一个规矩叫双规。”杨振国所说的“双规”是指,在规定的时间内完成规定的失效分析工作。浙江省浙能集团公司要求半个月出初步结果,一个月出正式结论。杨振国带上研究生到现场取样、调查、测试、分析和评定,“用一个星期给出了正确的结果。”

9月27日,日方三人小组认为循环水泵设计未考虑结构的共振,存在一定的欠缺,但把主要原因归结为当地(冷却用)海水含盐量高、双相不锈钢质量及中方管理等某些疏忽。“宝钢生产的双相不锈钢质量合格,问题出在日方焊接的法兰与接管没有被完全焊透。”杨振国当场反驳了日方结论,“焊缝坡口设计不合理导致了焊接处存在人为的制造缺陷;而氮气保护不良使得不锈钢内碳元素氧化,双相组织分布不均匀,从而使抗疲劳强度大大下降。”金属材料也怕疲劳载荷,尤其在没有完全焊透的情况下极易发生疲劳开裂。最终,在丰富、准确的样品试验数据及其断口实物面前,日方认可了杨振国教授的分析结论,当场表示“承担全部责任”,全额赔偿中方所有损失并重新设计安装火电机组的冷却系统。“日方这次还特意提供了整个焊接过程的工艺操作流程。”杨振国笑着说。

“嘉兴索赔”并不是杨振国第一次与发电设备打交道,在此之前他遇到过难度更大的挑战——秦山进口核电装置RCW热交换器传热钛管的异常失效问题。“我喜欢做有挑战的事情。”杨振国通过综合运用二十多种测试方法及其数据分析,最终找到了六种失效机制并一一提出了具体的解决方案,经厂方现场实施后效果显著,从而成功解决了这一困扰我国核电安全领域的这起复杂的工程材料失效难题。“做科学研究就是要透过现象看本质。”杨振国说。

2011年,我国最大的年产100万吨聚乙烯的上海赛科石油化工公司有一个设计寿命为八年的八台热交换器设备,其传热管使用不到一年就发生了几十根管子的异常泄漏,不得不停产返修。某高校科研团队给出的分析报告认为这是由设备材料性能不良引起的。厂方同时找到了杨振国,希望他为此结论提供数据支撑。

“科学研究必须实事求是,这是我始终坚守的基本原则。”杨振国来到该化工生产基地现场,深入基层调研,充分了解聚乙烯生产装置的全部工艺流程,通过一线的生产记录及其现场取样的断口观察和分析,他得出截然不同的结论。“设备材料本身没有问题,酸碱中和处理工艺不当才是主要原因。”杨振国指出酸碱交替腐蚀作用是导致传热管发生过早异常泄漏的主要起因。这一分析结果使负责的经理大跌眼镜,但最后还是接受了杨振国的整改建议——酸碱中和的碱性液体添加方式及其用量必须实行计量化,结果实施后取得了很好的效果,最终解决了这一棘手的失效难题。一年后,该领导专门以赛科总部的名义发出了感谢信。

“在做失效分析的过程中,我们受到的压力是很大的,但科学结论一定要以事实为依据。” 杨振国特别强调说。

开发三元复合管

失效分析不仅对社会稳定、安全生产和国民经济发展有保障作用,而且对新材料的研发也有重要指导意义。

一次对神华集团“煤制油”项目的失效分析让杨振国受到启发,希望开发出同时具有抗磨损抗腐蚀的管道材料。“我综合考虑到各种材料具有的性能,尽量做到优势互补。”杨振国说。三元复合管就是把三种不同的材料有机地反应复合在一起,充分发挥各自材料的特有性能及复合后的综合效应。金属作为承载结构件具有高强度和可焊接性,陶瓷起到抗冲刷、抗磨损、抗腐蚀的作用,高分子材料填补陶瓷的孔隙和裂纹,提高管道材料的完整性及其抗腐蚀性,这样的复合改进比常规钢管和二元复合管耐用得多,使用寿命可以高出数十倍,因而被宝钢、金山石化、高桥石化、吴泾电厂、镇海石化等企业应用。2013年,他凭借“高耐磨耐蚀三元复合管道系列产品的开发及其工程应用”项目获得了科技部中国技术市场协会金桥奖。

“目前三元复合管可以做到承受100摄氏度左右的高温。”杨振国表示将会进一步提升该管道材料的耐热性,从而可以广泛地应用于复杂工况的化工生产领域。“我的科研成果很多源于实际研究中的经验总结及其协同创新。”

诠释“失效”新理论

杨振国教授长期从事失效分析研究,积累了丰富的实践经验。但他并未将失效分析作为一项单纯的技术科学,而是将其视作一门面向工程、面向实际、面向未来、面向国民经济主战场的新兴学科,在工程实践中不断完善和提高,促进理论的完善和发展。

“失效是指有形的产品(构件)因结构、形状、尺寸发生变化而不能满意地达到规定的功能。根据其严重性,失效也可称为事件、事故或故障。”这是杨振国提出的有关“失效”的最新定义,又将应邀于今年9月在大连举行的“2013全国失效分析学术会议”上做大会报告。

“断裂、腐蚀、磨损、变形、衰减,这是失效模式的五种基本类型。”失效模式相当于医学上的“病症”,其中衰减是杨振国教授首次提出的新概念,主要适用于功能型非金属材料。“另外,失效分析除了确定失效模式外,还需要界定失效缺陷、鉴定失效机理、判定失效起因,并提出有效的解决对策,防止同类失效事故的再发生。”杨振国表示材料失效分析相当于材料诊断学。

“从本质上讲,任何材料的失效过程一般会经历从产品到构件、从构件到损伤、可靠性下降以至失效等两个阶段,即六品、五件、四化。”杨振国说。所谓六品(产品)即制品、成品、半成品、物品、次品、废品;五件(构件)即零件、部件、组件、元件、器件;四化(损伤)即劣化(微观)、退化(细观)、脆化(宏观)、老化(外观)。这一理论在国际上也属首次提出。正确理解失效分析的内涵及其相互关系,这对于开展有效的失效分析是至关重要的。

“材料科学不能只研究材料,仅发表论文。”杨振国表示材料研究必须与设备、工艺相结合,特别是与产品相结合,这样才能达到科技转化为生产力的目的。“失效分析的作用是为研制出更好的产品指明方向。”“我现在正将研究视线逐步从传统的金属材料转向新型的功能材料上,印制电子便是如此,目前课题组有一半研究生正在从事这一极具挑战性的新兴领域。”杨振国说。

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