鄭萌 中國科學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”的現象想必大家再熟悉不過。每天騎的自行車、路邊的廣告牌、操場周圍的鐵網還有馬路中間的護欄，時間久了就會露出茶紅色的斑點。如果我們放任這些斑點不管，它們就會逐漸擴大，使表面變得非常難看。這些我們平時說的“生銹”現象，它的學名叫做“腐蝕”。

    據歐美國家統計，全世界每 90 秒鐘就有一噸鋼鐵被腐蝕為鐵銹，駭人聽聞。按照腐蝕損失占 GDP（ 國民生產總值 ） 比例 3% 來粗略計算，我國每年因腐蝕產生的經濟損失比全國的自然災害造成的損失還要多。

圖1 腐蝕的損失和各種自然災害的對比圖

    濱海和內陸，相形見絀

    圖 2 為青島海邊剛使用一年的海濱浴場護欄，僅一年的時間就變成了一副慘不忍睹的樣子，每年都需要工人來修補上漆。而在北京，街道隨處可見的金屬護欄，經過 2-3 年依然光潔亮麗，銹點都屈指可數（圖 3）。海邊的鋼鐵比內陸的銹得快，這個現象很多人都知道。但這是什么原因呢？

圖2 青島第一海水浴場濱海人行道護欄銹跡斑斑

圖3 北京長安街金屬護欄潔白無瑕

    這要可以從“生銹”的化學反應說起。鋼鐵中含有碳的微粒，鐵原子和碳微粒可以聯通形成一個個微小的電池，會幫助電子的逃逸。鐵原子在有水分的情況下，會發生氧化反應——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。我們日常生活中很多地方用的深紅色顏料，都是添加了氧化鐵。

    那么為什么濱海地區的金屬生銹特別嚴重？

    這是因為空氣中富含水分，會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，會增加這些液體膜的導電性，因此會加速鐵原子失去電子變成鐵離子的過程。所以說，濱海的空氣中含有的水分和鹽分是吃掉金屬的“真兇”。

    防銹對策，各顯神通——新材料和“保護衣”

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

新生產的鋼筋在露天下腐蝕     廢舊的鋁材基本無腐蝕

圖4 鋼材料和鋁材料在大氣中的腐蝕對比

圖5 涂料也不是萬能的——濱海便民座椅銹跡斑斑

圖6 海濱浴場的陽傘支撐架也沒能幸免

    鋁和鋁合金都是不容易生銹的材料。中學時候學習過，鋁是很活潑的金屬，在鋁的表面會形成一層氧化層，相當于穿上了天然的“防銹外衣”，這樣就可以保持漂亮的外表了。

    然而鋁的質地比較軟，容易變形，有些地方還是得用鋼鐵這種傳統材料。因為鋼鐵容易生銹，所以用到鋼鐵材料的地方，必須給材料穿上一層“保護衣”，也就是我們通常說的涂料。

    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“進攻”到鋼鐵的表面。

    但是這層“油脂膜”如果長時間暴露在空氣中，經歷風吹日曬和熱脹冷縮，慢慢的就像人的皮膚一樣，也會老化和干裂。這時候空氣中的“殺手”就會滲透到鋼鐵表面，使鋼鐵遭受腐蝕了。

    不銹鋼的優勢與弱點

圖7 濱海地下通道的便民扶手

圖8 某濱海鋼結構加強板的包覆防護前和防護后的對比

圖9 某海灣大橋拉索的的包覆防護前和防護后的對比

    讀到這里，讀者肯定還會想到另外一種材料——“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的微小的鐵碳電池。另外，不銹鋼不銹的本領，主要是來自于它含有的鉻元素，會在不銹鋼表面形成一層很薄但很堅硬的膜，使空氣中的水分、鹽分難以進入。

    不過，批量生產的不銹鋼都有規則的形狀，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。在有雜質的地方就會形成一個個小電池，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，也存在同樣的問題。上面的照片中，不銹鋼管還是完好無損的，但連接到大理石上的部分卻流出了紅色的銹水。

    應對腐蝕的新技術

    為了應對海濱城市中嚴重的腐蝕情況，技術人員想到了各種各樣的辦法。比如，現在出現的新型的包覆技術，能夠很好地對抗嚴苛的海洋腐蝕環境。

    針對海洋大氣腐蝕環境的 OTC 技術（氧化聚合型包覆防腐技術），由防蝕膏、防蝕帶及外防護劑三層配套體系組成。簡單易懂地說，就是在金屬結構的表面，涂抹一層具有防止腐蝕功能的化學藥膏，然后在外面纏繞兩層具有同樣防腐效果的無紡布帶，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，形成堅韌的皮膜，還具有防老化防各種特殊氣候的功能。可以說是給金屬物體穿了“金鐘罩”，水分子和鹽離子都無法侵入。

    OTC 材料柔軟易貼合，可以廣泛適用于各種復雜形狀的結構、設備，防腐壽命可以達到 25-30 年以上，當之無愧地稱為“可纏繞的重防腐涂料”。

    相信在不久的將來，技術研究人員會有越來越多的新發明，用來阻擋高濕度高鹽分的海洋空氣，不讓金屬被它無情的“吃掉”。請大家拭目以待！

    ● 人物簡介

    鄭萌，2008 年中國海洋大學材料物理與化學專業碩士畢業，同年受國家留學基金委“建設高水平大學”項目資助，赴日本國立北海道大學（日本排名前 8）攻讀博士學位，2012 年 3 月獲工學院材科科學博士學位。2012 年 7 月起在中國科學院海洋研究所腐蝕中心（現海洋環境腐蝕與生物污損重點實驗室）任助理研究員。以第一作者在腐蝕學科著名雜志Corrosion Science等SCI刊物發表論文3篇。多次在國際會議進行學術報告，發表會議論文 5 篇。申請發明專利 2 項。2012 年以來，先后參與“海洋公益項目——環境友好型海洋防腐蝕和防附著新技術開發和產品化”，“國家海洋腐蝕防護工程技術研究中心”，“我國腐蝕成本及控制戰略研究”等項目。參與撰寫《我國腐蝕狀況》等專著。