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腐蚀,身边的破坏者

作者:admin发布时间:2019-05-02 17:16

手表上的秒针每转过一圈,就有1吨钢腐蚀成铁锈——

腐蚀,身边的破坏者

经济日报·中国经济网记者 沈 慧

上图 2018年正式通车运营的港珠澳大桥能够问鼎多项世界之最,其先进的腐蚀控制技术功不可没。

(新华社发)

左图 中国科学院金属研究所工作人员为小学生演示腐蚀实验。

(资料图片)

您知道吗?在我们身边潜伏着一位破坏者,它无处不在,无时不在。小到锈迹斑斑的螺丝钉,大到坑坑洼洼的桥梁……凡是使用材料的地方,都有它的身影,稍不注意,你的安全可能就会被它“吃掉”——它就是腐蚀

生活中,腐蚀无处不在。它虽是一位静悄悄的破坏者,却常常令人措手不及——手表上的秒针每转过一圈,就有1吨钢腐蚀成铁锈;在美国,每年有三分之一的化学设备因局部腐蚀停工;在我国,每年有30%的钢铁因腐蚀而报废;全世界每年由钢铁腐蚀造成的经济损失约为1万亿美元,目前这个数字还在逐年升高。

为唤醒每个人认识到腐蚀的存在及巨大危害,4月24日被定为“世界腐蚀日”。就让我们一起跟随前世界腐蚀组织主席、中国科学院沈阳分院院长韩恩厚走近腐蚀、了解腐蚀。

无处不在的腐蚀

金属的癌症、无焰的火灾、隐蔽的杀手,腐蚀在学术界可谓“臭名昭著”。如此声名狼藉主要源自其拥有的巨大破坏力。中国工程院在2003年完成的《中国腐蚀调查报告》指出,我国每年为腐蚀付出的成本约占GDP的5%,其代价已大于当年所有自然灾害损失的总和。其他国家同样饱受腐蚀折磨:美国的腐蚀损失占其GDP比例约为4.2%,欧盟为3.8%,印度为4.2%,阿拉伯国家为5.0%……一言以蔽之,腐蚀是全人类共同面对的问题。

“由腐蚀引发的危害和经济损失,几乎遍及所有制造业。同时,它还会造成环境危害、工程寿命缩短、产品质量低劣,甚至酿成重大灾难性事故。”韩恩厚说。

以环境污染为例,在瑞典斯德哥尔摩,每年屋顶因腐蚀释放的铜达1.4克/平方米。而金属腐蚀产生的重金属离子会污染土壤、植物和水,从而进入食物链,对人民安全、健康和生活造成重大影响。又比如,汞直接进入肝脏会危害人类神经系统,轻则四肢麻木、运动失调、听力困难等,重则心力衰竭引发死亡。而镉在人体中积累会引起急、慢性中毒,导致高血压,引起心脑血管疾病,还有可能破坏骨钙,引起肾功能失调。

这些仅是问题的冰山一角。韩恩厚说,中华民族创造了辉煌的物质文明和精神文明,留下了无数的文物瑰宝,却因为腐蚀导致大量珍贵文物受损——我国著名文物沧州铁狮子,就因狮腿严重腐蚀不得不靠铁架子支撑站立。美国的自由女神像亦未能幸免。在一次偶然检修中,工作人员发现女神像存在腐蚀穿孔、松动问题,最终耗时两年、耗资约3亿美元才完成修复。法国的埃菲尔铁塔也遭遇过同样困境。这座1889年建成的建筑高324米,有250万个铆钉。100多年来,它因为腐蚀侵害已经涂漆19次,平均每7年一次,每年的维护费用高达1370万欧元。

悄无声息的威胁

提起2013年的石油管道泄漏事故,很多人或许仍记忆犹新:由于腐蚀,中国石化输油储运公司潍坊分公司输油管线破裂泄漏,并在黄岛区沿海河路和斋堂岛路交会处发生爆燃,直接经济损失达7.5亿元。

2001年,四川宜宾市南门大桥突然两端断裂,预计百年寿命而实际仅仅使用了11年——事故原因便是承重钢缆的应力腐蚀。此外,核电站、飞机等设施也难逃腐蚀“魔掌”……

都是腐蚀惹的祸。根据韩恩厚提供的数据,高速公路、桥梁、建筑等基础设施领域是腐蚀的重灾区,占比44%;其次是石油化工,占比22%;机械行业和交通运输则各占13%;能源领域占8%。

当然,硬币都有两面,腐蚀也不例外。当我们学会正确认识腐蚀的时候,就会发现它其实也可以为我所用、造福人类。比如,日常生活中,电热水器中的镁棒是热水器内胆的一个“挡箭牌”,所有发生的水垢、水碱腐蚀,都可由镁棒这个“挡箭牌”来完成。在医用领域,可降解镁合金可以作为植入人体内的心脏支架和骨固定材料,随着植入时间的延长,它会发生缓慢的腐蚀而降解,多余的腐蚀产物会通过人体正常新陈代谢排出。在工业领域,利用铜在三氯化铁溶液中的腐蚀作用,可以得到人们所需的电路板……

君子生非异也,善假于物也。“对于腐蚀,我们要做的就是趋利避害,既要找到合适的方法来抑制有害的腐蚀,又要善加利用腐蚀的有益之处。”韩恩厚表示。

科学“反腐”是关键

面对凶猛来袭的腐蚀,我们该何去何从?韩恩厚说,生活中,至少30%的腐蚀是可以通过科普、科研与技术应用来实现降低损失、降低资源消耗和降低污染的。

其中,耐腐蚀材料的选择是科学反腐的关键。比如,可以通过调整钢铁材料中的化学元素成分、微观结构、腐蚀产物膜的性质,降低电化学反应速度,从而显著改善钢铁的耐腐蚀性。“腐蚀速度取决于材料环境介质的搭配组合,因而了解材料与环境的搭配关系,合理选材很重要。”韩恩厚表示。

除此之外,还可采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高部件的耐腐蚀性。与此同时,在金属表面涂覆一层耐水、氧、离子渗透的材料,以及注重工程装备使用过程中的日常维护保养等,也是应对腐蚀的有效方法。

然而有些尴尬的是,我国对腐蚀的重视程度还远远不够。韩恩厚说,国外的工程装备之所以能延长寿命,与日常注意维护保养有很大关系。主动前瞻性安排维护可以节约大量成本——以美国桥梁的腐蚀为例,早期维护可以降低约三分之一的维护成本。

令人欣慰的是,认识腐蚀、科学“反腐”,如今中国正积极行动。

历经10余年努力,中国科学院金属研究所科研人员建立了模拟核电站服役条件与服役过程中可能的材料性能退化行为系列测试评价技术,并在此基础上,开拓性建立了核电站关键部件的服役安全评价技术。该成果已于2016年起在我国核电站启用,为保障核电站运行安全提供了成套技术。

2018年10月23日,全球最长跨海大桥港珠澳大桥正式开通。其中,先进的腐蚀控制技术成为让港珠澳大桥长寿的秘诀。支撑港珠澳大桥的基础钢管复合桩防腐情况复杂,腐蚀情况包括海泥环境中的微生物腐蚀、海水中泥沙海浪的冲刷腐蚀、浪花飞溅区的腐蚀、水面之上紫外线照射导致涂层老化,以及海洋大气导致的各种腐蚀等。为此,科学家采用高性能防腐涂层加阴极保护的联合防护方法来确保服役可靠性;大桥混凝土也采用新一代高性能环氧涂层钢筋,为保证大桥达到120年的超长寿命发挥了关键作用。

与此同时,我国型号众多的航天器——神舟、天宫、嫦娥等也都需要解决腐蚀防护问题。以嫦娥四号为例,其腐蚀包括:地面存放时的腐蚀问题,太空中原子氧导致材料氧化失效,强辐射导致的高分子材料老化,等等。为此,嫦娥四号使用了中国自主研发的镁质航天器部件,表面采用具有防腐、导电、电磁屏蔽的多功能镀层防护。该镀层在大的昼夜温差下仍有很好的结合力,确保了嫦娥四号成功发射。

“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。”守护人类生存的美好家园,科学反腐蚀,我们还需再接再厉。