金属腐蚀数据库建设与未来发展

刘建容 张万灵 蔡 捷 黄先球

（武钢研究院 湖北 武汉：430080）

腐蚀是材料破坏的主要形式之一，对国民经济和国防建设中的各个部门造成的损失很大［1－2］。一个国家或企业要发展经济，提高自身的经济效益，就必须了解腐蚀损失情况。大量有关腐蚀损失的调查表明，每年因材料腐蚀原因给工业发达国家造成的经济损失占其国民经济产值的2%－4%［3］。首届在北京召开的中国国际腐蚀控制大会报道，我国仅1998年因金属腐蚀造成的经济损失达2800亿［4－5］。利用已积累的腐蚀数据，正确选用耐蚀材料和防腐措施，进行合理的防腐结构设计，可延长设施、设备使用寿命，有效地降低腐蚀损失。因此，腐蚀数据的利用和开发已受到越来越多的重视［6］。

1 腐蚀数据的积累

腐蚀数据的积累和管理包括如下环节：选择材料和环境进行挂片试验和实验室评价，记录、收集和整理获取腐蚀原始数据（也称一次数据）、对原始数据进行分析和加工形成二次数据。为此，世界上主要发达国家先后建立起了各种腐蚀性能评价方法和评价标准，并建设了大规模的材料腐蚀试验站网，系统考察和评价材料在各种典型环境下的腐蚀性能。

美国材料试验学会（ASTM）从1906年开始建立材料大气腐蚀试验网，并进行多种材料的大气腐蚀试验。与美国ASTM合作的ATLAS公司，其下属的佛罗里达曝晒场和亚利桑那曝晒场分别始建于1931年和1948年，其中曝晒的试样包含了从传统金属材料到高分子复合材料、从标准的试样到整个车体的上万种试样。同时日本气候环境试验中心和欧洲以瑞典腐蚀研究所为首的环境腐蚀试验中心至今也已有40多年的历史。这些曝晒场不仅占地面积大，试验设备齐全，测试技术先进，而且配备有室内模拟各种自然环境、加速腐蚀试验设备。近百年的腐蚀研究，积累了大量的腐蚀数据，为了便于管理、利用、开发这些数据资源，美国早在1986年就开始建立大气腐蚀数据库［7］。

随着经济建设发展的需要，我国从上世纪50年代末期开始了材料自然环境腐蚀试验站网的建设工作，现已建成能代表我国城市、乡村、海洋及工业大气的腐蚀试验站10个；海水腐蚀试验站4个；土壤腐蚀试验站22个。1983－1984年在全国材料环境腐蚀试验站网投入试验材料353种。共积累了6大类常用材料在大气、海水环境中8－10年，中、碱性土壤环境中30－35年的腐蚀数据和自然环境因素测定数据40多万个，这些数据在腐蚀基础性研究、重大工程设计选材上都起到了非常重要的作用。

腐蚀数据的管理大体上经历了从手册（数、表、曲线）管理到数据库管理两个阶段。在计算机和数据库技术出现之前，人们主要采用了数据、表、曲线的手册式管理方式，即经典的数据管理方式。在数据的管理过程中耗费大量的人力和物力资源，若是要使用某些数据，要费时费力地查找。这种经典的数据管理与使用方式，在数据的搜集、整理，特别是共享使用方面，存在着很大的局限性，造成了数据资源和人力物力的浪费。随着科技进步和新材料的发展，腐蚀数据呈爆炸速度迅猛增加，构成了庞大的数据系统。因此，对这些庞大数据的整理、管理和利用是否充分，是体现数据价值的关键环节。21世纪，是以计算机技术为特征的高科技飞速发展的世纪，必将对腐蚀防护的研究与应用产生更深刻的影响［8－10］。随着计算机和互联网的发展，给腐蚀数据的积累和传播提供了一个快捷的操作平台。为大量腐蚀数据的管理、分析和使用提供了科学而高效的手段。建立腐蚀数据库，使腐蚀数据更加规范、合理，极大地提高了利用率。网络技术的出现和发展，已使数据库技术从分散的独立数据库管理向统一的网络化数据管理发展。实现及时的数据传递和交流，广泛的数据共享已成为可能。

2 腐蚀数据库的建设

材料数据库最早可追溯到二十世纪七十年代中期，随着计算机技术，特别是数据库技术的出现与发展，美国﹑欧洲﹑日本均先后开展了材料数据库的开发工作。继1982年在美国、1984年在荷兰和1985年在德国几次材料数据库国际讨论会，1986年，美国材料试验协会ASTM成立了材料性能数据计算机化委员会，为数据库在材料领域中的应用制定相关标准，并组织了国际计算机网络。于1987年在美国费城召开了第一届国际材料数据库会议，同时各国展开了国际或国家范围的数据库联合开发项目，如美国NACE和NIST合作开发计算机化的腐蚀数据管理系统，进行腐蚀数据的收集、评定和传播。德国DECHEMA也开发了大型的腐蚀数据库，可以提供在各种工业部门中结构材料腐蚀行为方面的信息。欧盟的材料高温性能数据库、日本的国家金属研究所和日本科技信息中心合作开发的材料数据库，美国的MPD数据库网络等。到了二十世纪九十年代末期，由于计算机及信息网络技术的迅猛发展，材料数据库的开发已遍及各大学、研究所、公司等。

我国对材料数据库技术的研究开始于80年代初期。1986年10月在北京召开了第一次全国材料数据库会议，并且在中国全国委员会的领导下成立了材料数据组。在科技部和国家自然科学基金委员会的领导下，在各有关工业部门的大力支持和协助下，全国材料环境腐蚀试验站网根据材料和自然环境分类，先后建立起了20个与材料腐蚀相关的数据库。腐蚀数据库的建立，极大地方便了数据的记录与管理，提高了数据的采集、分析效率和应用。另外，一些科研院所和企业也根据各自行业特点和积累的数据，建立起了各种数据库［11－21］，如：独山子石化腐蚀数据管理评价系统；典型机场地面腐蚀环境数据库；CO2腐蚀数据库；飞机结构环境腐蚀数据库及管理系统；航空轻质材料腐蚀防护工艺网络数据库设计；硫化氢腐蚀数据库、宝钢产品环境腐蚀网络数据库等。

3 国内典型腐蚀数据库简介

一个数据库的应用价值取决于它的功能。为了更好地服务于用户，腐蚀数据库除了具有一般数据库都有的数据查询、检索、数据的增删、修改、输出等功能外，还应有数据处理、数据比较和数据检测等功能。

3.1 屈祖玉等开发的材料自然环境腐蚀数据库［19］

数据库内收集、整理、贮存了3种自然环境（大气、海水、土壤）、6大类353种材料5个周期的腐蚀数据、环境腐蚀因子数据，另外，还有材料自然环境腐蚀相关文献和资料信息等子库。

数据库具有一般腐蚀数据库的共性，即包括材料、环境、腐蚀和数据源，其中：

①材料包括材料名称、牌号、样品编号、热处理状态、外观、尺寸、重量、化学成分和力学性能等。

②环境包括试验场地点、时间、温度、湿度、气象因素、腐蚀性介质和污染物等。

③腐蚀包括腐蚀类型、腐蚀面积、腐蚀程度、失重、腐蚀率、最大孔蚀深度和应力状态等。

④数据源包括各试验站数据报表、汇编、分析报告、腐蚀试验规程和标准、期刊文献等。

数据库由13个分库，几十个子库组成，采用模块结构，兼容性好，用管理程序文件连接和调库，并通过相应的界面完成对数据的访问和维护。该数据库提供数据查询与检索、数据的表选与输出、数据处理、数据管理和数据库维护五种功能。

3.2 宝钢钢铁产品腐蚀数据库

该数据库主要包含以下四方面功能：①数据添加及整理功能，数据可以分不同等级的用户进行录入和整理工作；②数据查询及共享功能，此为数据库最主要的功能，能够将用户所关注的特定类型的腐蚀数据进行展示；③数据分析功能，通过网络图形化工具，直接使用户可以在网络中进行图表对比分析，并能直接生成报表；④专家系统，即数据预测功能，可以根据不同的环境下的不同钢铁产品的腐蚀过程进行预测，并给出具有相当参考价值的结论。

3.3 北京化工大学张锋等开发的材料腐蚀数据库［20］

腐蚀数据库贮存近百种常用金属材料、非金属材料在一千余种介质中的腐蚀基础数据、腐蚀图、防腐蚀成果、腐蚀破坏案例及腐蚀基础知识等内容，所有查询操作都可通过互联网实现，拓宽了用户获取腐蚀数据及相关信息的渠道，扩大了腐蚀数据的推广范围。可以提供以下查询：①已知材料、介质以及介质的浓度和温度查询腐蚀图表；②用户指定一定的限制条件，由系统进行数值计算和数据筛选，可以得到较为合理的解决方案，如指定介质、介质的浓度、介质温度以及材料在此介质中允许的腐蚀程度，则系统显示满足使用条件的材料列表；③可以进行材料的物理性能和化学构成等其它一些辅助查询。

3.4 王守琰等开发的金属材料海洋环境腐蚀数据咨询管理及预测诊断系统［21］

系统主要由以下三个模块组成：图文数据库管理、腐蚀预测和腐蚀形貌诊断。腐蚀图文库中包含青岛、厦门、榆林和舟山实海暴露的19种金属材料的成分、机械性能、腐蚀数据、腐蚀后材料的形貌图像以及相应的环境因素等，可以使用户方便地实现对腐蚀数据、腐蚀形貌特征和相应图像的添加、修改、删除和查询等操作。腐蚀预测可以对新材料或材料在其他海域的腐蚀行为以及材料的长期腐蚀状况进行预测。腐蚀形貌分析则由图文库中图像的灰度值分布或图像的分形特征值和对应的腐蚀形貌作为知识库，通过模糊模式识别理论建立的，可以对材料的腐蚀形貌进行诊断。

4 现有腐蚀数据库的问题和未来发展趋势

由于从事数据库开发的单位和人员较多，现已经开发的数据库主要是分散的单机版数据库，在应用方面局限性较大，主要体现在用户范围小，数据服务功能单一，数据整体效应小。由于数据库编制时间上的差异，在腐蚀数据的规范化管理方面还没有统一的标准，其运行平台从DOS到Windows9X样样具全，数据库编制软件包括各不相同Foxbase、dbase2.0、VFP3.0等等。随着计算机网络技术的发展，数据库技术目前正在经历从分散的独立数据库向系统的网络数据库发展的历史阶段。这就使得我们有可能跨越建立分散的独立数据库，直接进入到建设先进的基于计算机网络技术平台的腐蚀网络数据库。通过网络数据库，可以容易地实现授权的数据网上传送、数据修改和管理、数据异地共享等。从而可实现产品开发和研制人员、用户服务人员、产品销售人员和用户的数据共享。目前，科技部已经开展了“国家材料科学数据共享服务网的建设”和“国家材料（制品）腐蚀试验站网与数据库”等针对数据共享的重大和重点项目的研究工作，目的是通过internet平台，建立能满足国家建设和材料环境腐蚀科学发展要求的全国材料自然环境腐蚀站网，以实现数据积累应用的共享，能根据需要及时了解相关产品的耐蚀性能，并可方便地对现有数据进行分析和加工，用于指导相关的工作，实现腐蚀数据价值的最大化。数据库的建设，对企业、行业，甚至是国家都具有重要的意义。

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