我們常用鋼鐵般的意志來(lái)形容一個(gè)人堅(jiān)強(qiáng)無(wú)畏、無(wú)堅(jiān)不摧。但實(shí)際上，鋼鐵也會(huì)受到“威脅”，而這種威脅就是腐蝕。在日常生活中，人們經(jīng)常可以看到被腐蝕的設(shè)施或者工具，比如生銹的管道。

    然而，鮮為人知的是，在腐蝕之初，卻很難被人們察覺(jué)。“腐蝕本身從微觀而起，如果沒(méi)有得到及時(shí)糾正，就會(huì)由微觀轉(zhuǎn)向宏觀。”中國(guó)科學(xué)院金屬研究所博士譚季波告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。

    從專(zhuān)業(yè)角度講，腐蝕是材料與周?chē)h(huán)境（介質(zhì)）之間相互作用，而引起的材料的破壞或變質(zhì)，腐蝕讓材料回到熱力學(xué)穩(wěn)定的狀態(tài)，是金屬冶煉的逆過(guò)程。如果不及時(shí)處理，腐蝕所帶來(lái)的不僅是金屬外觀的變化，而且會(huì)形成隱患，甚至?xí)劤纱蟮湣?/span>

    腐蝕無(wú)處不在

    時(shí)光退回到2013年11月22日凌晨3點(diǎn)，中石化輸油儲(chǔ)運(yùn)公司濰坊分公司輸油管線由于腐蝕引起破裂泄漏，進(jìn)而在黃島區(qū)沿海河路和齋堂島路交匯處發(fā)生爆燃，共造成62人死亡、136人受傷，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)7.5億元。

    除了油氣輸送管道面臨腐蝕威脅，核電站、高鐵、橋梁等設(shè)施上也都曾經(jīng)因?yàn)楦g出現(xiàn)過(guò)事故。

    位于美國(guó)舊金山的San Mateo-Hayward跨海大橋，處于浪濺區(qū)的預(yù)制橫梁因鋼筋銹蝕產(chǎn)生破壞，使用不到20年就必須耗巨資進(jìn)行修補(bǔ)。“我國(guó)在役的許多海洋橋梁、碼頭在建設(shè)初期未能進(jìn)行腐蝕全面控制，投運(yùn)3～15年之后，一般都會(huì)發(fā)生鋼筋銹蝕、混凝土沿筋開(kāi)裂，有的甚至?xí)崆斑M(jìn)入劣化期，導(dǎo)致計(jì)算簡(jiǎn)圖徹底改變，結(jié)構(gòu)的承載力喪失。”中科院金屬研究所副研究員魏英華表示，對(duì)于嚴(yán)重腐蝕的結(jié)構(gòu)，目前尚無(wú)成熟的修復(fù)技術(shù)，即使投入大量資金，其結(jié)果也只是阻止加速腐蝕進(jìn)程，但橋梁必須降級(jí)使用。

    如果腐蝕發(fā)生在核電站，則更加危險(xiǎn)。位于美國(guó)俄亥俄州的戴維斯—貝斯核電站曾經(jīng)在2002年因?yàn)閲?yán)重的腐蝕而被迫關(guān)閉長(zhǎng)達(dá)兩年之久。

    除了工程中容易出現(xiàn)腐蝕，日常生活中，腐蝕也無(wú)處不在。比如金屬物品“聚會(huì)”的廚房，廚具一旦發(fā)生腐蝕，不僅折損使用壽命，而且腐蝕產(chǎn)生的重金屬離子會(huì)影響人們的健康。

    在戶(hù)外，腐蝕產(chǎn)生的重金屬離子污染土壤、植物和水。例如，戶(hù)外雕塑、銅屋頂?shù)纫蚋g產(chǎn)生銅、鉛等離子，都會(huì)通過(guò)雨雪沖蝕到土壤中。有調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在瑞典的斯德哥爾摩，每年屋頂釋放的銅就有1.4g/m2。在美國(guó)、德國(guó)、日本、印度、中國(guó)等國(guó)家都有在水中檢測(cè)出重金屬離子的證據(jù)。

    當(dāng)然，腐蝕并不完全是壞事。

    2009年，一種可降解的鎂合金心血管支架問(wèn)世，它與普通的金屬支架不同，后者一般會(huì)長(zhǎng)期存留于血管壁內(nèi)，不利于病變血管的晚期重構(gòu)，但鎂合金心血管支架卻可以在體內(nèi)被腐蝕降解。科學(xué)家們還在它的外層，制備了攜帶藥物的可降解聚合物涂層，其在血管病變部位緩慢釋放抑制內(nèi)膜增生的雷帕霉素藥物，達(dá)到同步治療作用。

    偷走GDP的“賊”

    盡管腐蝕可以利用，但是大部分腐蝕帶給人類(lèi)的都不是利好的消息，甚至當(dāng)我們振臂高呼GDP連續(xù)上升之時(shí)，腐蝕已經(jīng)從中“偷走”了我們的勞動(dòng)成果。

    去年6月1日，中國(guó)腐蝕狀況及控制戰(zhàn)略研究重大咨詢(xún)項(xiàng)目組在北京發(fā)布階段性研究成果：2014年中國(guó)腐蝕總成本超過(guò)2萬(wàn)億元，約占當(dāng)年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的3.34%，相當(dāng)于每個(gè)中國(guó)人當(dāng)年承擔(dān)1555元的腐蝕成本。

    然而，長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)腐蝕的重視程度不夠。“對(duì)于腐蝕，我們最好做到事前防控，才能最大限度地減少損失。”譚季波說(shuō)道。

    防腐才是重中之重

    中科院金屬研究所在腐蝕與防護(hù)工作上就作出了自己的成績(jī)，針對(duì)我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆（PWR）核電技術(shù)“華龍一號(hào)”“CAP1400”，開(kāi)展了相應(yīng)結(jié)構(gòu)材料的高溫高壓水腐蝕基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累；探索了通過(guò)改善核電站一回路水化學(xué)條件，控制核電結(jié)構(gòu)材料腐蝕的方法。

    “現(xiàn)在的核電站關(guān)鍵部件幾乎都在使用以鎳基合金、不銹鋼、低合金鋼、鋯合金為主要的結(jié)構(gòu)材料。”譚季波介紹說(shuō)，較之前使用的蒸汽發(fā)生器用600合金傳熱管、目前使用的690合金傳熱管在高溫高壓水環(huán)境中更能保持穩(wěn)定狀態(tài)，具有應(yīng)用前景的800合金傳熱管的高溫高壓水腐蝕性能也正在評(píng)價(jià)中。

    一般來(lái)說(shuō)，腐蝕包括均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等。均勻腐蝕也叫全面腐蝕，腐蝕分布整個(gè)金屬材料表面；點(diǎn)蝕則是指在金屬表面局部出現(xiàn)縱深發(fā)展的腐蝕小坑，其余區(qū)域不腐蝕或發(fā)生輕微腐蝕。

    “點(diǎn)蝕坑的形成，會(huì)導(dǎo)致材料表面發(fā)生應(yīng)力集中，一般點(diǎn)蝕是應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞裂紋的優(yōu)先萌生位置，可能對(duì)核電關(guān)鍵設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕損傷。”譚季波解釋道，應(yīng)力腐蝕是指敏感材料在腐蝕環(huán)境中，在恒定應(yīng)力的作用下發(fā)生失效的現(xiàn)象。由于應(yīng)力腐蝕萌生一直難以預(yù)測(cè)、應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率快，可能導(dǎo)致核電關(guān)鍵設(shè)備瞬間失效斷裂，產(chǎn)生災(zāi)難性后果。

    那么，如何預(yù)測(cè)材料應(yīng)力腐蝕裂紋萌生壽命呢？面對(duì)這個(gè)全世界的難題，譚季波表示，無(wú)法預(yù)測(cè)核電站關(guān)鍵設(shè)備、部件何時(shí)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，因此無(wú)法建議核電站針對(duì)此進(jìn)行保養(yǎng)。

    “一般來(lái)說(shuō)，核電站會(huì)遵循相關(guān)規(guī)定，定期停堆進(jìn)行維修、保養(yǎng)；但也可能在正常運(yùn)行過(guò)程中，由于核電結(jié)構(gòu)材料腐蝕開(kāi)裂而被迫停堆；停堆一天，對(duì)核電站造成的經(jīng)濟(jì)損失大約為1000萬(wàn)元。”譚季波說(shuō)。

    鑒于此，研究人員建議，要做到事前防控，才能最大限度地減少損失。技術(shù)人員要診斷出腐蝕發(fā)生的“病因”。企業(yè)要在生產(chǎn)過(guò)程中規(guī)范防腐蝕設(shè)計(jì)、合理選擇耐蝕材料和防腐蝕方法，才能最大程度地減少腐蝕帶來(lái)的損失或腐蝕事故。當(dāng)然，在日常生活中，如果人們要是具備腐蝕相關(guān)知識(shí)，就能顯著降低腐蝕帶來(lái)的損失，同時(shí)也會(huì)明顯減少重金屬離子的攝入，對(duì)健康有利。

    《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 （2017-05-12 第3版 科普）

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