經(jīng)濟日報·中國經(jīng)濟網(wǎng)記者 杜 芳 實習(xí)生 顧橋孜
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地震時頃刻間轟然倒塌的樓房，海嘯過后一片狼藉的海灘，時時刻刻警示著我們大自然憤怒的力量?？墒牵苌儆腥藭プ⒁夤さ嘏耘蛎浀匿摻?，樓道里生銹的水管，甚至廚房里發(fā)黑的廚具。的確，與自然災(zāi)害相比，腐蝕絲毫算不上“驚天動地”，但就是在無聲無息中，它侵入人們生活的方方面面，帶來極大的破壞。
今年4月24日是第九個“世界腐蝕日”。究竟什么是“腐蝕”？如何避免它帶來的危害？這個很多人眼里避之不及的家伙，是否還有造福人類的可取之處？經(jīng)濟日報·中國經(jīng)濟網(wǎng)記者走進中科院采訪。
腐蝕危害不容忽視
腐蝕現(xiàn)象很常見，但腐蝕科學(xué)對大多數(shù)人而言比較陌生。腐蝕究竟是什么呢？
簡單而言，腐蝕指的是材料與所處環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或者電化學(xué)作用，導(dǎo)致材料發(fā)生變質(zhì)和破壞。腐蝕會使有用的材料變成廢料，使重要裝備提前報廢，給國民經(jīng)濟造成重大損失。
中國工程院院士柯偉介紹，據(jù)統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)腐蝕帶來的經(jīng)濟損失約占國家GDP的3%到4%，由于中國對腐蝕問題的研究起步相對較晚，十年前中國因腐蝕問題付出的經(jīng)濟代價約占GDP的5%。
“這是一個非常嚴重的問題，但是人們的重視程度還遠遠不夠?！敝锌圃荷蜿柗衷涸洪L、中科院金屬所研究員、世界腐蝕組織主席韓恩厚說，“2008年汶川大地震造成的損失是0.85萬億元，同年中國因腐蝕付出的代價約達1.5萬億元，接近地震造成經(jīng)濟損失的兩倍。到了2016年，這個數(shù)字比2008年翻了一番”。
除了直觀的經(jīng)濟損失之外，腐蝕還容易導(dǎo)致工程裝備、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)設(shè)施損壞，進而引發(fā)災(zāi)難性事故。1981年，我國臺灣民航客機B-737失事，其原因是機身下部高強度鋁合金結(jié)構(gòu)件多處發(fā)生嚴重的晶間腐蝕和剝蝕，進而形成裂紋；2013年，青島輸油管道爆炸，造成嚴重傷亡，經(jīng)濟損失達7.5億元，其原因是腐蝕減薄使管道發(fā)生破裂，引發(fā)爆炸?！案g問題沒有爆發(fā)前，大家都不太關(guān)注，只有發(fā)生事故之后，回頭看才會發(fā)現(xiàn)其中的重要性?！表n恩厚說。
日常生活里，腐蝕帶來的負面影響也不可小覷。腐蝕產(chǎn)生的重金屬離子會污染飲用水、土壤和農(nóng)作物等，進而通過飲食攝入影響人類健康。韓恩厚說：“瑞典斯德哥爾摩監(jiān)測了近50年土壤中銅離子的濃度，發(fā)現(xiàn)隨時間推移呈線性增長。人體內(nèi)金屬元素的平衡對人體健康至關(guān)重要，腐蝕破壞了自然環(huán)境中這些元素的平衡，導(dǎo)致重金屬過量，危害人體健康?！?/p>
讓科學(xué)家為難的是，在不同環(huán)境中，即便同樣的材料，腐蝕情況也會千差萬別?！坝猛环N防腐技術(shù)處理樓房，內(nèi)陸地區(qū)可能幾十年都沒事，但海景房很快就會被腐蝕，影響居住。再比如說，中國擁有國際上最先進的高鐵涂料防腐技術(shù)，但目前中國高鐵上用的涂料放到新加坡就不一定有效。什么原因呢？新加坡氣候跟我們不同，氣溫高、鹽霧高、濕度大，防腐技術(shù)不能照搬?！敝锌圃航饘偎芯繂T劉福春說，“這給腐蝕危害的研究和防治增加了難度”。
多管齊下預(yù)防控制
腐蝕危害幾乎無處不在，因此必須采取有效措施。韓恩厚認為，應(yīng)該抓住兩個重點：預(yù)防和控制。
提高腐蝕科學(xué)與技術(shù)的科研和應(yīng)用水平是預(yù)防的基礎(chǔ)。由于腐蝕的速率取決于材料和環(huán)境的搭配組合，因此分析具體環(huán)境，調(diào)整材料中的化學(xué)元素成分、微觀結(jié)構(gòu)、腐蝕產(chǎn)物膜的性質(zhì)，對于提升材料耐腐蝕性至關(guān)重要。
經(jīng)過近40年的努力，在基礎(chǔ)研究方面，中國已經(jīng)基本達到了與歐美發(fā)達國家并跑的水平，在個別重大工程材料領(lǐng)域甚至做到了世界領(lǐng)先。2017年建成的港珠澳跨海大橋，采用了涂料+陰極保護+原位檢測三重腐蝕控制技術(shù)，能最大程度降低海水與橋體金屬材料間的電化學(xué)反應(yīng)速率，使橋梁的設(shè)計使用壽命達到120年。此外，中國自主研發(fā)的納米復(fù)合涂料技術(shù)已廣泛運用于飛機、電網(wǎng)、大型船舶等工程，高鐵納米復(fù)合涂料也已研發(fā)成功，即將投入使用。
然而，如何將先進的防治技術(shù)應(yīng)用于實際生產(chǎn)，我國和歐美發(fā)達國家還存在較大差距?！把芯砍晒漠a(chǎn)業(yè)化過程，往往取決于企業(yè)的積極性。能產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益的事情，企業(yè)比較愿意去做。對于一些周期長、見效慢的產(chǎn)品，生產(chǎn)企業(yè)不愿意多投入，也不太關(guān)心防腐新技術(shù)的推廣。”韓恩厚說，“防腐問題不僅是個經(jīng)濟問題，更涉及環(huán)境保護、社會資源等諸多公共利益。因此，政府部門也要積極參與進來，通過政策扶植推動企業(yè)對新技術(shù)的運用，做好技術(shù)研發(fā)和實際生產(chǎn)的銜接工作”。
結(jié)構(gòu)健康的監(jiān)測與檢測，是腐蝕控制環(huán)節(jié)的決定性因素。材料的服役安全評價，是作出維護決策的重要依據(jù)，全世界的腐蝕研究都密切關(guān)注這一問題。在這一世界性難題上，中國的研究處在領(lǐng)先位置。2015年，首次由中國科學(xué)家牽頭，在大亞灣核電站完成了百萬千瓦商用堆核島關(guān)鍵部件的安全分析與壽命評價。中國的管道損傷安全評估評價標準，比之前采用的美國標準更先進，能夠幫助國家節(jié)約大量資源。
其實，只要人們提高對腐蝕知識的認識，就能顯著降低腐蝕帶來的損失。比如，長期閑置的自來水管中，存儲的水有更多重金屬離子析出，所以，剛放出來的水就不適合飲用；鹽和醋對不銹鋼有較強的腐蝕性，因此有鹽醋的食物不適宜長期放置在不銹鋼鍋中，而應(yīng)放到陶瓷的鍋碗中；室內(nèi)暖氣片中的水含有緩蝕劑，能降低水介質(zhì)在相對封閉環(huán)境中的腐蝕性，因此不能隨意更換等等。這些生活中的小技能，也是老百姓在個人層面上防止腐蝕危害的有效手段。
科技創(chuàng)新轉(zhuǎn)“危”為“機”
腐蝕是材料回到熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)的過程，無法抗拒，腐蝕也以沉默而驚人的破壞力帶給人類巨大的損失。是否人類必將陷入腐蝕無聲無息的危機中呢？事實上，凡事必有兩面，科技創(chuàng)新正在巧妙利用腐蝕原理轉(zhuǎn)“?！睘椤皺C”。
在醫(yī)學(xué)手術(shù)上，腐蝕技術(shù)被巧妙利用。許多骨折患者在做完一次骨科手術(shù)后，往往需要在恢復(fù)之后再上一次手術(shù)臺，取出起到固定作用的“鋼釘”“鋼板”，這給患者造成了二次痛苦。現(xiàn)在，科學(xué)家們根據(jù)腐蝕的原理，設(shè)計出以鎂、鋅等活潑金屬元素制成的可降解骨內(nèi)固定器，它們在患者康復(fù)后，會自動被人的體液腐蝕，無需手術(shù)取出。而且，這些材料對人體無害，大大降低了手術(shù)安全隱患。
根據(jù)同樣的原理，科學(xué)家們還設(shè)計出可降解的人體心血管支架，可以精確計算腐蝕完畢的時間，成為心血管疾病患者的福音。針對廢棄塑料袋造成的“白色污染”，科學(xué)家們設(shè)計出了在特定環(huán)境下腐蝕速率極快的材料，在根源上杜絕塑料制品降解難的問題?？萍紕?chuàng)新，讓腐蝕從無聲無息的“破壞分子”轉(zhuǎn)化為功成身退的“能工巧匠”。
就在人們不亦樂乎地“改造”腐蝕之時，腐蝕修復(fù)技術(shù)也在突飛猛進地發(fā)展。中科院金屬所研究員宋影偉表示，正是腐蝕防護關(guān)鍵技術(shù)的突破，汽車才能實現(xiàn)輕量化，容納更多功能。在修復(fù)飛機機體腐蝕方面，工程師們更是“與時俱進”，采用了3D打印技術(shù)，讓飛機“逆生長”，可以更安全穩(wěn)定地執(zhí)行飛行任務(wù)。此外，類似于青島輸油管道爆炸這樣的事故，也將可以通過腐蝕修復(fù)避免。
“現(xiàn)在，我們不僅需要做到材料自身能耐腐蝕，還要根據(jù)具體環(huán)境下的需要隨意控制腐蝕的速率，更好地滿足各種場景的需求?！表n恩厚說，“這就要求我們更深入地研究腐蝕科學(xué)，探索新材料新技術(shù)，特別是更準確地預(yù)測工程結(jié)構(gòu)的安全服役壽命”。
腐蝕是全人類共同面對的難題，可喜的是，這個難題是有解的?？茖W(xué)家指出，至少30%由腐蝕造成的損失可以通過科普、研究、技術(shù)運用實現(xiàn)降低損失、降低資源消耗、降低污染。要解好這道難題，需要政府、企業(yè)和全民共同關(guān)注，從認識腐蝕、重視腐蝕做起。
