——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
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您知道嗎?在我們身邊潛伏著一位破壞者,它無處不在,無時不在。小到銹跡斑斑的螺絲釘,大到坑坑洼洼的橋梁……凡是使用材料的地方,都有它的身影,稍不注意,你的安全可能就會被它“吃掉”——它就是腐蝕
生活中,腐蝕無處不在。它雖是一位靜悄悄的破壞者,卻常常令人措手不及——手表上的秒針每轉(zhuǎn)過一圈,就有1噸鋼腐蝕成鐵銹;在美國,每年有三分之一的化學(xué)設(shè)備因局部腐蝕停工;在我國,每年有30%的鋼鐵因腐蝕而報廢;全世界每年由鋼鐵腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約為1萬億美元,目前這個數(shù)字還在逐年升高。
為喚醒每個人認(rèn)識到腐蝕的存在及巨大危害,4月24日被定為“世界腐蝕日”。就讓我們一起跟隨前世界腐蝕組織主席、中國科學(xué)院沈陽分院院長韓恩厚走近腐蝕、了解腐蝕。
無處不在的腐蝕
金屬的癌癥、無焰的火災(zāi)、隱蔽的殺手,腐蝕在學(xué)術(shù)界可謂“臭名昭著”。如此聲名狼藉主要源自其擁有的巨大破壞力。中國工程院在2003年完成的《中國腐蝕調(diào)查報告》指出,我國每年為腐蝕付出的成本約占GDP的5%,其代價已大于當(dāng)年所有自然災(zāi)害損失的總和。其他國家同樣飽受腐蝕折磨:美國的腐蝕損失占其GDP比例約為4.2%,歐盟為3.8%,印度為4.2%,阿拉伯國家為5.0%……一言以蔽之,腐蝕是全人類共同面對的問題。
“由腐蝕引發(fā)的危害和經(jīng)濟(jì)損失,幾乎遍及所有制造業(yè)。同時,它還會造成環(huán)境危害、工程壽命縮短、產(chǎn)品質(zhì)量低劣,甚至釀成重大災(zāi)難性事故?!表n恩厚說。
以環(huán)境污染為例,在瑞典斯德哥爾摩,每年屋頂因腐蝕釋放的銅達(dá)1.4克/平方米。而金屬腐蝕產(chǎn)生的重金屬離子會污染土壤、植物和水,從而進(jìn)入食物鏈,對人民安全、健康和生活造成重大影響。又比如,汞直接進(jìn)入肝臟會危害人類神經(jīng)系統(tǒng),輕則四肢麻木、運(yùn)動失調(diào)、聽力困難等,重則心力衰竭引發(fā)死亡。而鎘在人體中積累會引起急、慢性中毒,導(dǎo)致高血壓,引起心腦血管疾病,還有可能破壞骨鈣,引起腎功能失調(diào)。
這些僅是問題的冰山一角。韓恩厚說,中華民族創(chuàng)造了輝煌的物質(zhì)文明和精神文明,留下了無數(shù)的文物瑰寶,卻因?yàn)楦g導(dǎo)致大量珍貴文物受損——我國著名文物滄州鐵獅子,就因獅腿嚴(yán)重腐蝕不得不靠鐵架子支撐站立。美國的自由女神像亦未能幸免。在一次偶然檢修中,工作人員發(fā)現(xiàn)女神像存在腐蝕穿孔、松動問題,最終耗時兩年、耗資約3億美元才完成修復(fù)。法國的埃菲爾鐵塔也遭遇過同樣困境。這座1889年建成的建筑高324米,有250萬個鉚釘。100多年來,它因?yàn)楦g侵害已經(jīng)涂漆19次,平均每7年一次,每年的維護(hù)費(fèi)用高達(dá)1370萬歐元。
悄無聲息的威脅
提起2013年的石油管道泄漏事故,很多人或許仍記憶猶新:由于腐蝕,中國石化輸油儲運(yùn)公司濰坊分公司輸油管線破裂泄漏,并在黃島區(qū)沿海河路和齋堂島路交會處發(fā)生爆燃,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)7.5億元。
2001年,四川宜賓市南門大橋突然兩端斷裂,預(yù)計(jì)百年壽命而實(shí)際僅僅使用了11年——事故原因便是承重鋼纜的應(yīng)力腐蝕。此外,核電站、飛機(jī)等設(shè)施也難逃腐蝕“魔掌”……
都是腐蝕惹的禍。根據(jù)韓恩厚提供的數(shù)據(jù),高速公路、橋梁、建筑等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域是腐蝕的重災(zāi)區(qū),占比44%;其次是石油化工,占比22%;機(jī)械行業(yè)和交通運(yùn)輸則各占13%;能源領(lǐng)域占8%。
當(dāng)然,硬幣都有兩面,腐蝕也不例外。當(dāng)我們學(xué)會正確認(rèn)識腐蝕的時候,就會發(fā)現(xiàn)它其實(shí)也可以為我所用、造福人類。比如,日常生活中,電熱水器中的鎂棒是熱水器內(nèi)膽的一個“擋箭牌”,所有發(fā)生的水垢、水堿腐蝕,都可由鎂棒這個“擋箭牌”來完成。在醫(yī)用領(lǐng)域,可降解鎂合金可以作為植入人體內(nèi)的心臟支架和骨固定材料,隨著植入時間的延長,它會發(fā)生緩慢的腐蝕而降解,多余的腐蝕產(chǎn)物會通過人體正常新陳代謝排出。在工業(yè)領(lǐng)域,利用銅在三氯化鐵溶液中的腐蝕作用,可以得到人們所需的電路板……
君子生非異也,善假于物也。“對于腐蝕,我們要做的就是趨利避害,既要找到合適的方法來抑制有害的腐蝕,又要善加利用腐蝕的有益之處?!表n恩厚表示。
科學(xué)“反腐”是關(guān)鍵
面對兇猛來襲的腐蝕,我們該何去何從?韓恩厚說,生活中,至少30%的腐蝕是可以通過科普、科研與技術(shù)應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)降低損失、降低資源消耗和降低污染的。
其中,耐腐蝕材料的選擇是科學(xué)反腐的關(guān)鍵。比如,可以通過調(diào)整鋼鐵材料中的化學(xué)元素成分、微觀結(jié)構(gòu)、腐蝕產(chǎn)物膜的性質(zhì),降低電化學(xué)反應(yīng)速度,從而顯著改善鋼鐵的耐腐蝕性?!案g速度取決于材料環(huán)境介質(zhì)的搭配組合,因而了解材料與環(huán)境的搭配關(guān)系,合理選材很重要?!表n恩厚表示。
除此之外,還可采用化學(xué)的、物理的方法改變材料或工件表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高部件的耐腐蝕性。與此同時,在金屬表面涂覆一層耐水、氧、離子滲透的材料,以及注重工程裝備使用過程中的日常維護(hù)保養(yǎng)等,也是應(yīng)對腐蝕的有效方法。
然而有些尷尬的是,我國對腐蝕的重視程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。韓恩厚說,國外的工程裝備之所以能延長壽命,與日常注意維護(hù)保養(yǎng)有很大關(guān)系。主動前瞻性安排維護(hù)可以節(jié)約大量成本——以美國橋梁的腐蝕為例,早期維護(hù)可以降低約三分之一的維護(hù)成本。
令人欣慰的是,認(rèn)識腐蝕、科學(xué)“反腐”,如今中國正積極行動。
歷經(jīng)10余年努力,中國科學(xué)院金屬研究所科研人員建立了模擬核電站服役條件與服役過程中可能的材料性能退化行為系列測試評價技術(shù),并在此基礎(chǔ)上,開拓性建立了核電站關(guān)鍵部件的服役安全評價技術(shù)。該成果已于2016年起在我國核電站啟用,為保障核電站運(yùn)行安全提供了成套技術(shù)。
2018年10月23日,全球最長跨海大橋港珠澳大橋正式開通。其中,先進(jìn)的腐蝕控制技術(shù)成為讓港珠澳大橋長壽的秘訣。支撐港珠澳大橋的基礎(chǔ)鋼管復(fù)合樁防腐情況復(fù)雜,腐蝕情況包括海泥環(huán)境中的微生物腐蝕、海水中泥沙海浪的沖刷腐蝕、浪花飛濺區(qū)的腐蝕、水面之上紫外線照射導(dǎo)致涂層老化,以及海洋大氣導(dǎo)致的各種腐蝕等。為此,科學(xué)家采用高性能防腐涂層加陰極保護(hù)的聯(lián)合防護(hù)方法來確保服役可靠性;大橋混凝土也采用新一代高性能環(huán)氧涂層鋼筋,為保證大橋達(dá)到120年的超長壽命發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
與此同時,我國型號眾多的航天器——神舟、天宮、嫦娥等也都需要解決腐蝕防護(hù)問題。以嫦娥四號為例,其腐蝕包括:地面存放時的腐蝕問題,太空中原子氧導(dǎo)致材料氧化失效,強(qiáng)輻射導(dǎo)致的高分子材料老化,等等。為此,嫦娥四號使用了中國自主研發(fā)的鎂質(zhì)航天器部件,表面采用具有防腐、導(dǎo)電、電磁屏蔽的多功能鍍層防護(hù)。該鍍層在大的晝夜溫差下仍有很好的結(jié)合力,確保了嫦娥四號成功發(fā)射。
“路漫漫其修遠(yuǎn)兮,吾將上下而求索?!笔刈o(hù)人類生存的美好家園,科學(xué)反腐蝕,我們還需再接再厲。
?。ㄔd于《經(jīng)濟(jì)日報》 2019-05-02 07版)
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