鄭萌 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所腐蝕中心 助理研究員

    腐蝕之害，令人咂舌

    在日常生活中，“生銹”的現(xiàn)象想必大家再熟悉不過(guò)。每天騎的自行車(chē)、路邊的廣告牌、操場(chǎng)周?chē)蔫F網(wǎng)還有馬路中間的護(hù)欄，時(shí)間久了就會(huì)露出茶紅色的斑點(diǎn)。如果我們放任這些斑點(diǎn)不管，它們就會(huì)逐漸擴(kuò)大，使表面變得非常難看。這些我們平時(shí)說(shuō)的“生銹”現(xiàn)象，它的學(xué)名叫做“腐蝕”。

    據(jù)歐美國(guó)家統(tǒng)計(jì)，全世界每 90 秒鐘就有一噸鋼鐵被腐蝕為鐵銹，駭人聽(tīng)聞。按照腐蝕損失占 GDP（ 國(guó)民生產(chǎn)總值 ） 比例 3% 來(lái)粗略計(jì)算，我國(guó)每年因腐蝕產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失比全國(guó)的自然災(zāi)害造成的損失還要多。

圖1 腐蝕的損失和各種自然災(zāi)害的對(duì)比圖

    濱海和內(nèi)陸，相形見(jiàn)絀

    圖 2 為青島海邊剛使用一年的海濱浴場(chǎng)護(hù)欄，僅一年的時(shí)間就變成了一副慘不忍睹的樣子，每年都需要工人來(lái)修補(bǔ)上漆。而在北京，街道隨處可見(jiàn)的金屬護(hù)欄，經(jīng)過(guò) 2-3 年依然光潔亮麗，銹點(diǎn)都屈指可數(shù)（圖 3）。海邊的鋼鐵比內(nèi)陸的銹得快，這個(gè)現(xiàn)象很多人都知道。但這是什么原因呢？

圖2 青島第一海水浴場(chǎng)濱海人行道護(hù)欄銹跡斑斑

圖3 北京長(zhǎng)安街金屬護(hù)欄潔白無(wú)瑕

    這要可以從“生銹”的化學(xué)反應(yīng)說(shuō)起。鋼鐵中含有碳的微粒，鐵原子和碳微粒可以聯(lián)通形成一個(gè)個(gè)微小的電池，會(huì)幫助電子的逃逸。鐵原子在有水分的情況下，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)——失去一些電子變成鐵離子。鐵離子本身就是紅色的，也就是我們看到的鐵銹顏色。我們?nèi)粘Ｉ钪泻芏嗟胤接玫纳罴t色顏料，都是添加了氧化鐵。

    那么為什么濱海地區(qū)的金屬生銹特別嚴(yán)重？

    這是因?yàn)榭諝庵懈缓郑瑫?huì)在鋼鐵的表面形成一些微小而薄的液體膜，而濱海的空氣中鹽分較多，會(huì)增加這些液體膜的導(dǎo)電性，因此會(huì)加速鐵原子失去電子變成鐵離子的過(guò)程。所以說(shuō)，濱海的空氣中含有的水分和鹽分是吃掉金屬的“真兇”。

    防銹對(duì)策，各顯神通——新材料和“保護(hù)衣”

    鋼鐵生銹后，就會(huì)“影響市容”，從而影響海邊游人的心情。所以要想辦法解決“生銹問(wèn)題”。工程人員會(huì)想到兩個(gè)方法：一個(gè)是換用不容易腐蝕的材料，另一個(gè)是給材料穿上一層“保護(hù)衣”。

新生產(chǎn)的鋼筋在露天下腐蝕     廢舊的鋁材基本無(wú)腐蝕

圖4 鋼材料和鋁材料在大氣中的腐蝕對(duì)比

圖5 涂料也不是萬(wàn)能的——濱海便民座椅銹跡斑斑

圖6 海濱浴場(chǎng)的陽(yáng)傘支撐架也沒(méi)能幸免

    鋁和鋁合金都是不容易生銹的材料。中學(xué)時(shí)候?qū)W習(xí)過(guò)，鋁是很活潑的金屬，在鋁的表面會(huì)形成一層氧化層，相當(dāng)于穿上了天然的“防銹外衣”，這樣就可以保持漂亮的外表了。

    然而鋁的質(zhì)地比較軟，容易變形，有些地方還是得用鋼鐵這種傳統(tǒng)材料。因?yàn)殇撹F容易生銹，所以用到鋼鐵材料的地方，必須給材料穿上一層“保護(hù)衣”，也就是我們通常說(shuō)的涂料。

    涂料可以隔絕鋼鐵和空氣中的水分和鹽分，減慢鐵的腐蝕。涂料的主要成分一般是樹(shù)脂，就是一層粘度很高的“油脂膜”，這層“油脂膜”可以牢牢吸在鋼鐵表面，防止大氣中的鹽分水分“進(jìn)攻”到鋼鐵的表面。

    但是這層“油脂膜”如果長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，經(jīng)歷風(fēng)吹日曬和熱脹冷縮，慢慢的就像人的皮膚一樣，也會(huì)老化和干裂。這時(shí)候空氣中的“殺手”就會(huì)滲透到鋼鐵表面，使鋼鐵遭受腐蝕了。

    不銹鋼的優(yōu)勢(shì)與弱點(diǎn)

圖7 濱海地下通道的便民扶手

圖8 某濱海鋼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)板的包覆防護(hù)前和防護(hù)后的對(duì)比

圖9 某海灣大橋拉索的的包覆防護(hù)前和防護(hù)后的對(duì)比

    讀到這里，讀者肯定還會(huì)想到另外一種材料——“不銹鋼”。那么不銹鋼為什么不容易生銹呢？

    首先，不銹鋼里含碳少，不容易形成前面所說(shuō)的微小的鐵碳電池。另外，不銹鋼不銹的本領(lǐng)，主要是來(lái)自于它含有的鉻元素，會(huì)在不銹鋼表面形成一層很薄但很堅(jiān)硬的膜，使空氣中的水分、鹽分難以進(jìn)入。

    不過(guò)，批量生產(chǎn)的不銹鋼都有規(guī)則的形狀，比如不銹鋼管、不銹鋼板等等，要把它們粘接在一起，就必須使用焊接的工藝。焊接的時(shí)候要用到其他的金屬，這些金屬中還可能含有碳或者其他雜質(zhì)。在有雜質(zhì)的地方就會(huì)形成一個(gè)個(gè)小電池，使不銹鋼也變成了“生銹鋼”。除此之外，不銹鋼的固定材料中如果使用了其他的金屬，也存在同樣的問(wèn)題。上面的照片中，不銹鋼管還是完好無(wú)損的，但連接到大理石上的部分卻流出了紅色的銹水。

    應(yīng)對(duì)腐蝕的新技術(shù)

    為了應(yīng)對(duì)海濱城市中嚴(yán)重的腐蝕情況，技術(shù)人員想到了各種各樣的辦法。比如，現(xiàn)在出現(xiàn)的新型的包覆技術(shù)，能夠很好地對(duì)抗嚴(yán)苛的海洋腐蝕環(huán)境。

    針對(duì)海洋大氣腐蝕環(huán)境的 OTC 技術(shù)（氧化聚合型包覆防腐技術(shù)），由防蝕膏、防蝕帶及外防護(hù)劑三層配套體系組成。簡(jiǎn)單易懂地說(shuō)，就是在金屬結(jié)構(gòu)的表面，涂抹一層具有防止腐蝕功能的化學(xué)藥膏，然后在外面纏繞兩層具有同樣防腐效果的無(wú)紡布帶，最后再在表面刷涂一層“涂料”，這層特殊的“涂料”可以在空氣中自然氧化聚合，形成堅(jiān)韌的皮膜，還具有防老化防各種特殊氣候的功能。可以說(shuō)是給金屬物體穿了“金鐘罩”，水分子和鹽離子都無(wú)法侵入。

    OTC 材料柔軟易貼合，可以廣泛適用于各種復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)、設(shè)備，防腐壽命可以達(dá)到 25-30 年以上，當(dāng)之無(wú)愧地稱為“可纏繞的重防腐涂料”。

    相信在不久的將來(lái)，技術(shù)研究人員會(huì)有越來(lái)越多的新發(fā)明，用來(lái)阻擋高濕度高鹽分的海洋空氣，不讓金屬被它無(wú)情的“吃掉”。請(qǐng)大家拭目以待！

    ● 人物簡(jiǎn)介

    鄭萌，2008 年中國(guó)海洋大學(xué)材料物理與化學(xué)專業(yè)碩士畢業(yè)，同年受?chē)?guó)家留學(xué)基金委“建設(shè)高水平大學(xué)”項(xiàng)目資助，赴日本國(guó)立北海道大學(xué)（日本排名前 8）攻讀博士學(xué)位，2012 年 3 月獲工學(xué)院材科科學(xué)博士學(xué)位。2012 年 7 月起在中國(guó)科學(xué)院海洋研究所腐蝕中心（現(xiàn)海洋環(huán)境腐蝕與生物污損重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）任助理研究員。以第一作者在腐蝕學(xué)科著名雜志Corrosion Science等SCI刊物發(fā)表論文3篇。多次在國(guó)際會(huì)議進(jìn)行學(xué)術(shù)報(bào)告，發(fā)表會(huì)議論文 5 篇。申請(qǐng)發(fā)明專利 2 項(xiàng)。2012 年以來(lái)，先后參與“海洋公益項(xiàng)目——環(huán)境友好型海洋防腐蝕和防附著新技術(shù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品化”，“國(guó)家海洋腐蝕防護(hù)工程技術(shù)研究中心”，“我國(guó)腐蝕成本及控制戰(zhàn)略研究”等項(xiàng)目。參與撰寫(xiě)《我國(guó)腐蝕狀況》等專著。