海洋環境的腐蝕苛刻性、復雜性與危害性有目共睹。海洋環境的腐蝕苛刻性不僅來自海水因含有大量的鹽類所具備的強電解質溶液性質,而且與溶解氧、波浪潮流運動、生物等因子密切相關。海洋環境的物理、化學、生物等因子的變化具有三大梯度特征,包括從赤道到兩極的維度梯度、從海面到深海海底的深度梯度、從沿岸到開闊大洋的水平梯度。由于腐蝕是材料與環境相互作用的結果,環境的復雜變化可引起腐蝕過程的復雜變化。人們習慣上以海面到深海海底的深度方向為基準,將海洋環境劃分為五個腐蝕區帶:大氣區、浪花飛濺區、潮差區、全浸區和海泥區,每個區帶的腐蝕行為與機制存在顯著差異。海洋環境因子在維度與水平方向的變化,可作為一變化參量融入上述五個腐蝕區帶中。海洋環境的腐蝕苛刻性與復雜性,導致了其嚴重的腐蝕危害性。一方面海洋腐蝕造成巨大經濟損失。根據我國最新的腐蝕調查結果,2014 年由腐蝕造成的經濟損失約占當年 GDP 的 3.34%,而海洋腐蝕損失占總腐蝕損失的三分之一左右、數值超過 7000 億元,相當于當年整個甘肅省的 GDP 被海洋腐蝕損失掉。另一方面海洋腐蝕威脅人身安全與海洋生態環境。由海洋腐蝕引起的英國北海“亞歷山大基定德”號鉆井平臺坍塌、英國石油公司墨西哥灣“深水地平線”鉆井平臺爆炸、山東黃島排水暗渠爆炸等事故分別造成 123、11 和 62 人遇難,“深水地平線”鉆井平臺爆炸還造成了超過 400 萬桶的原油泄漏環境災害。
我國基于環境特點的海洋腐蝕防護研究取得了長足發展,但依然存在一些限制與不足。以全浸區為例,人們研究了壓力、溫度、溶解氧濃度、鹽度、流速、營養鹽濃度、微生物等環境因子對材料腐蝕行為的影響規律,并對腐蝕影響機制進行了探討。
同時,也研究了涂層、陰極保護等腐蝕防護技術在不同海洋環境因子作用下的服役行為與失效機制。這些工作極大地推動了人們對全浸區環境中材料腐蝕防護的認知,對豐富海洋環境腐蝕理論與科學開發海洋環境腐蝕防護技術起到了重要作用。
但由于海洋環境的復雜性,人們往往簡化體系,以 3.5% NaCl 溶液或其他人工海水來替代天然海水。這存在一定的不足,如忽視了天然海水的 pH 緩沖能力、鈣鎂沉積物、生物因子等的影響,造成所研究體系的材料腐蝕過程與在天然海水中的可能存在差異。因此,立足海洋環境特點,盡可能的構建與實際海洋環境相近的研究體系可以更好的揭示海洋環境中材料的腐蝕機制,進而為海洋環境腐蝕防護技術提供更科學的指導。
特殊海洋環境的認知催促海洋環境腐蝕防護研究的與時俱進。海洋科考設備的進步促進了人們對海洋環境更全面的認知,一些極端環境被發現并正被更深層次的研究,深海熱液區與冷泉區就是其中的典型代表。相較于普通的高壓、低氧、低溫、黑暗、生物量貧瘠的深海環境,深海熱液區溫度可高達幾百度、且存在以嗜熱硫還原菌為基礎生產鏈的生物量豐富的復雜生物群落,深海冷泉區盡管溫度與普通深海環境接近、但存在以甲烷氧化菌與硫酸鹽還原菌為初級生產者的復雜生物群落、是另一種“海底綠洲”。深海熱液區、冷泉區與普通深海區環境特點的巨大差異,必然會導致材料腐蝕過程的差異,但具體差異如何需要人們的進一步研究。此外,人類生產活動也會導致海洋環境的特殊現象,比如自 2007 年開始襲擾青島的滸苔綠潮,其爆發會引起所處海域環境的變化、且具有生長周期依賴性,置于滸苔綠潮爆發海域的工程設施的腐蝕過程會發生怎樣的變化也是擺在人們面前的一個問題。因此,腐蝕的環境依賴性與海洋環境的多變形使得海洋環境腐蝕防護研究處于不斷發展中。
綜上,根植環境特點研究海洋環境腐蝕防護,是一項極具趣味性、挑戰性、持續性的工作,我愿盡自己全力與腐蝕界同行共同推進其發展。
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