你也許沒(méi)有親身經(jīng)歷，但一定見(jiàn)過(guò)這樣的畫(huà)面：地震時(shí)頃刻間轟然倒塌的樓房、海嘯過(guò)后一片狼藉的海灘、……，它們時(shí)時(shí)刻刻警示著我們大自然憤怒的力量。可是，很少有人會(huì)去注意工地旁膨脹的鋼筋，樓道里生銹的水管，甚至廚房里發(fā)黑的廚具。
的確，與自然災(zāi)害相比，腐蝕絲毫算不上“驚天動(dòng)地”，但就是在無(wú)聲無(wú)息中，它侵入人們生活的方方面面，帶來(lái)極大的破壞。
今天（4月24日）是第九個(gè)“世界腐蝕日”。究竟什么是“腐蝕”？如何避免它帶來(lái)的危害？這個(gè)很多人眼里避之不及的家伙，是否還有造福人類的可取之處？快跟小編一起來(lái)看看吧↓
腐蝕危害不容忽視
腐蝕現(xiàn)象很常見(jiàn)，但腐蝕科學(xué)對(duì)大多數(shù)人而言比較陌生。腐蝕究竟是什么呢？
簡(jiǎn)單而言，腐蝕指的是材料與所處環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或者電化學(xué)作用，導(dǎo)致材料發(fā)生變質(zhì)和破壞。腐蝕會(huì)使有用的材料變成廢料，使重要裝備提前報(bào)廢，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。
中國(guó)工程院院士柯偉介紹，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界范圍內(nèi)腐蝕帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失約占國(guó)家GDP的3%到4%，由于中國(guó)對(duì)腐蝕問(wèn)題的研究起步相對(duì)較晚，十年前中國(guó)因腐蝕問(wèn)題付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)約占GDP的5%。
生活中隨處可見(jiàn)腐蝕的身影，圖為北京一處電力設(shè)備箱體銹跡滿布。
“這是一個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題，但是人們的重視程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。”中科院沈陽(yáng)分院院長(zhǎng)、中科院金屬所研究員、世界腐蝕組織主席韓恩厚說(shuō)，“2008年汶川大地震造成的損失是0.85萬(wàn)億元，同年中國(guó)因腐蝕付出的代價(jià)約達(dá)1.5萬(wàn)億元，接近地震造成經(jīng)濟(jì)損失的兩倍。到了2016年，這個(gè)數(shù)字比2008年翻了一番”。
除了直觀的經(jīng)濟(jì)損失之外，腐蝕還容易導(dǎo)致工程裝備、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)設(shè)施損壞，進(jìn)而引發(fā)災(zāi)難性事故。1981年，我國(guó)臺(tái)灣民航客機(jī)B-737失事，其原因是機(jī)身下部高強(qiáng)度鋁合金結(jié)構(gòu)件多處發(fā)生嚴(yán)重的晶間腐蝕和剝蝕，進(jìn)而形成裂紋；2013年，青島輸油管道爆炸，造成嚴(yán)重傷亡，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)7.5億元，其原因是腐蝕減薄使管道發(fā)生破裂，引發(fā)爆炸。“腐蝕問(wèn)題沒(méi)有爆發(fā)前，大家都不太關(guān)注，只有發(fā)生事故之后，回頭看才會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的重要性。”韓恩厚說(shuō)。
日常生活里，腐蝕帶來(lái)的負(fù)面影響也不可小覷。腐蝕產(chǎn)生的重金屬離子會(huì)污染飲用水、土壤和農(nóng)作物等，進(jìn)而通過(guò)飲食攝入影響人類健康。韓恩厚說(shuō)：“瑞典斯德哥爾摩監(jiān)測(cè)了近50年土壤中銅離子的濃度，發(fā)現(xiàn)隨時(shí)間推移呈線性增長(zhǎng)。人體內(nèi)金屬元素的平衡對(duì)人體健康至關(guān)重要，腐蝕破壞了自然環(huán)境中這些元素的平衡，導(dǎo)致重金屬過(guò)量，危害人體健康。”
青島八大峽地標(biāo)性建筑“海上皇宮”因受海水腐蝕，不得不接受大規(guī)模施工維護(hù)。
讓科學(xué)家為難的是，在不同環(huán)境中，即便同樣的材料，腐蝕情況也會(huì)千差萬(wàn)別。“用同一種防腐技術(shù)處理樓房，內(nèi)陸地區(qū)可能幾十年都沒(méi)事，但海景房很快就會(huì)被腐蝕，影響居住。再比如說(shuō)，中國(guó)擁有國(guó)際上最先進(jìn)的高鐵涂料防腐技術(shù)，但目前中國(guó)高鐵上用的涂料放到新加坡就不一定有效。什么原因呢？新加坡氣候跟我們不同，氣溫高、鹽霧高、濕度大，防腐技術(shù)不能照搬。”中科院金屬所研究員劉福春說(shuō)，“這給腐蝕危害的研究和防治增加了難度”。
腐蝕危害該如何防控？
腐蝕危害幾乎無(wú)處不在，因此必須采取有效措施。韓恩厚認(rèn)為，應(yīng)該抓住兩個(gè)重點(diǎn)：預(yù)防和控制。
提高腐蝕科學(xué)與技術(shù)的科研和應(yīng)用水平是預(yù)防的基礎(chǔ)。由于腐蝕的速率取決于材料和環(huán)境的搭配組合，因此分析具體環(huán)境，調(diào)整材料中的化學(xué)元素成分、微觀結(jié)構(gòu)、腐蝕產(chǎn)物膜的性質(zhì)，對(duì)于提升材料耐腐蝕性至關(guān)重要。
當(dāng)然，預(yù)防腐蝕，還有簡(jiǎn)單有效的方法，比如金屬防銹，可以使用金屬防銹液，它成本低，效果好，操作簡(jiǎn)單，安全可靠，受到用戶廣泛歡迎。
經(jīng)過(guò)近40年的努力，在基礎(chǔ)研究方面，中國(guó)已經(jīng)基本達(dá)到了與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家并跑的水平，在個(gè)別重大工程材料領(lǐng)域甚至做到了世界領(lǐng)先。2017年建成的港珠澳跨海大橋，采用了涂料+陰極保護(hù)+原位檢測(cè)三重腐蝕控制技術(shù)，能最大程度降低海水與橋體金屬材料間的電化學(xué)反應(yīng)速率，使橋梁的設(shè)計(jì)使用壽命達(dá)到120年。此外，中國(guó)自主研發(fā)的納米復(fù)合涂料技術(shù)已廣泛運(yùn)用于飛機(jī)、電網(wǎng)、大型船舶等工程，高鐵納米復(fù)合涂料也已研發(fā)成功，即將投入使用。
為避免腐蝕危害，公共基礎(chǔ)設(shè)施需要定期保養(yǎng)。圖為工人在為北京一處欄桿涂抹防腐劑。
然而，如何將先進(jìn)的防治技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，我國(guó)和歐美發(fā)達(dá)國(guó)家還存在較大差距。“研究成果的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程，往往取決于企業(yè)的積極性。能產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益的事情，企業(yè)比較愿意去做。對(duì)于一些周期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢的產(chǎn)品，生產(chǎn)企業(yè)不愿意多投入，也不太關(guān)心防腐新技術(shù)的推廣。”韓恩厚說(shuō)，“防腐問(wèn)題不僅是個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，更涉及環(huán)境保護(hù)、社會(huì)資源等諸多公共利益。因此，政府部門(mén)也要積極參與進(jìn)來(lái)，通過(guò)政策扶植推動(dòng)企業(yè)對(duì)新技術(shù)的運(yùn)用，做好技術(shù)研發(fā)和實(shí)際生產(chǎn)的銜接工作”。
結(jié)構(gòu)健康的監(jiān)測(cè)與檢測(cè)，是腐蝕控制環(huán)節(jié)的決定性因素。材料的服役安全評(píng)價(jià)，是作出維護(hù)決策的重要依據(jù)，全世界的腐蝕研究都密切關(guān)注這一問(wèn)題。在這一世界性難題上，中國(guó)的研究處在領(lǐng)先位置。2015年，首次由中國(guó)科學(xué)家牽頭，在大亞灣核電站完成了百萬(wàn)千瓦商用堆核島關(guān)鍵部件的安全分析與壽命評(píng)價(jià)。中國(guó)的管道損傷安全評(píng)估評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，比之前采用的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)更先進(jìn)，能夠幫助國(guó)家節(jié)約大量資源。
其實(shí)，只要人們提高對(duì)腐蝕知識(shí)的認(rèn)識(shí)，就能顯著降低腐蝕帶來(lái)的損失。比如，長(zhǎng)期閑置的自來(lái)水管中，存儲(chǔ)的水有更多重金屬離子析出，所以，剛放出來(lái)的水就不適合飲用；鹽和醋對(duì)不銹鋼有較強(qiáng)的腐蝕性，因此有鹽醋的食物不適宜長(zhǎng)期放置在不銹鋼鍋中，而應(yīng)放到陶瓷的鍋碗中；室內(nèi)暖氣片中的水含有緩蝕劑，能降低水介質(zhì)在相對(duì)封閉環(huán)境中的腐蝕性，因此不能隨意更換等等。這些生活中的小技能，也是老百姓在個(gè)人層面上防止腐蝕危害的有效手段。
科技創(chuàng)新轉(zhuǎn)“危”為“機(jī)”
腐蝕是材料回到熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)的過(guò)程，無(wú)法抗拒，腐蝕也以沉默而驚人的破壞力帶給人類巨大的損失。是否人類必將陷入腐蝕無(wú)聲無(wú)息的危機(jī)中呢？事實(shí)上，凡事必有兩面，科技創(chuàng)新正在巧妙利用腐蝕原理轉(zhuǎn)“危”為“機(jī)”。
在醫(yī)學(xué)手術(shù)上，腐蝕技術(shù)被巧妙利用。許多骨折患者在做完一次骨科手術(shù)后，往往需要在恢復(fù)之后再上一次手術(shù)臺(tái)，取出起到固定作用的“鋼釘”“鋼板”，這給患者造成了二次痛苦。現(xiàn)在，科學(xué)家們根據(jù)腐蝕的原理，設(shè)計(jì)出以鎂、鋅等活潑金屬元素制成的可降解骨內(nèi)固定器，它們?cè)诨颊呖祻?fù)后，會(huì)自動(dòng)被人的體液腐蝕，無(wú)需手術(shù)取出。而且，這些材料對(duì)人體無(wú)害，大大降低了手術(shù)安全隱患。
根據(jù)同樣的原理，科學(xué)家們還設(shè)計(jì)出可降解的人體心血管支架，可以精確計(jì)算腐蝕完畢的時(shí)間，成為心血管疾病患者的福音。針對(duì)廢棄塑料袋造成的“白色污染”，科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出了在特定環(huán)境下腐蝕速率極快的材料，在根源上杜絕塑料制品降解難的問(wèn)題。科技創(chuàng)新，讓腐蝕從無(wú)聲無(wú)息的“破壞分子”轉(zhuǎn)化為功成身退的“能工巧匠”。
就在人們不亦樂(lè)乎地“改造”腐蝕之時(shí)，腐蝕修復(fù)技術(shù)也在突飛猛進(jìn)地發(fā)展。中科院金屬所研究員宋影偉表示，正是腐蝕防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)的突破，汽車(chē)才能實(shí)現(xiàn)輕量化，容納更多功能。在修復(fù)飛機(jī)機(jī)體腐蝕方面，工程師們更是“與時(shí)俱進(jìn)”，采用了3D打印技術(shù)，讓飛機(jī)“逆生長(zhǎng)”，可以更安全穩(wěn)定地執(zhí)行飛行任務(wù)。此外，類似于青島輸油管道爆炸這樣的事故，也將可以通過(guò)腐蝕修復(fù)避免。
“現(xiàn)在，我們不僅需要做到材料自身能耐腐蝕，還要根據(jù)具體環(huán)境下的需要隨意控制腐蝕的速率，更好地滿足各種場(chǎng)景的需求。”韓恩厚說(shuō)，“這就要求我們更深入地研究腐蝕科學(xué)，探索新材料新技術(shù)，特別是更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)工程結(jié)構(gòu)的安全服役壽命”。
腐蝕是全人類共同面對(duì)的難題，可喜的是，這個(gè)難題是有解的。科學(xué)家指出，至少30%由腐蝕造成的損失可以通過(guò)科普、研究、技術(shù)運(yùn)用實(shí)現(xiàn)降低損失、降低資源消耗、降低污染。要解好這道難題，需要政府、企業(yè)和全民共同關(guān)注，從認(rèn)識(shí)腐蝕、重視腐蝕做起。
