图① 生活中随处可见腐蚀的身影,图为北京一处电力设备箱体锈迹满布。记者杜芳摄 图② 为避免腐蚀危害,公共基础设施需要定期保养。图为工人在为北京一处栏杆涂抹防腐剂。记者杜芳摄 图③ 青岛八大峡标帜性建筑“海上皇宫”因受海水腐蚀,不得不接受大规模施工维护。(资料图片)
地震时顷刻间轰然倒塌的楼房,海啸过后一片狼藉的海滩,时时刻刻警示着我们大自然愤怒的力量。可是,很少有人会去注意工地旁膨胀的钢筋,楼道里生锈的水管,甚至厨房里发黑的厨具。的确,与自然灾害相比,腐蚀丝毫算不上“惊天动地”,但就是在无声无息中,它侵入人们生活的方方面面,带来极大的破坏。
今年4月24日是第九个“世界腐蚀日”。究竟什么是“腐蚀”?如何避免它带来的危害?这个很多人眼里避之不及的家伙,是否还有造福人类的可取之处?经济日报·中国经济网记者走进中科院采访。
腐蚀危害不容忽视
腐蚀现象很常见,但腐蚀科学对大多数人而言比较陌生。腐蚀究竟是什么呢?
简单而言,腐蚀指的是材料与所处环境介质发生化学或者电化学作用,导致材料发生变质和破坏。腐蚀会使有用的材料变成废料,使重要装备提前报废,给国民经济造成重大损失。
中国工程院院士柯伟介绍,据统计,世界范围内腐蚀带来的经济损失约占国家GDP的3%到4%,由于中国对腐蚀问题的研究起步相对较晚,十年前中国因腐蚀问题付出的经济代价约占GDP的5%。
“这是一个非常严重的问题,但是人们的重视程度还远远不够。”中科院沈阳分院院长、中科院金属所研究员、世界腐蚀组织主席韩恩厚说,“2008年汶川大地震造成的损失是0.85万亿元,同年中国因腐蚀付出的代价约达1.5万亿元,接近地震造成经济损失的两倍。到了2016年,这个数字比2008年翻了一番”。
除了直观的经济损失之外,腐蚀还容易导致工程装备、关键结构以及基础设施损坏,进而引发灾难性事故。1981年,我国台湾民航客机B-737失事,其原因是机身下部高强度铝合金结构件多处发生严重的晶间腐蚀和剥蚀,进而形成裂纹;2013年,青岛输油管道 ,造成严重伤亡,经济损失达7.5亿元,其原因是腐蚀减薄使管道发生破裂,引发 。“腐蚀问题没有爆发前,大家都不太关注,只有发生事故之后,回头看才会发现其中的重要性。”韩恩厚说。
日常生活里,腐蚀带来的负面影响也不可小觑。腐蚀产生的重金属离子会污染饮用水、土壤和农作物等,进而通过饮食摄入影响人类健康。韩恩厚说:“瑞典斯德哥尔摩监测了近50年土壤中铜离子的浓度,发现随时间推移呈线性增长。人体内金属元素的平衡对人体健康至关重要,腐蚀破坏了自然环境中这些元素的平衡,导致重金属过量,危害人体健康。”
让科学家为难的是,在不同环境中,即便同样的材料,腐蚀情况也会千差万别。“用同一种防腐技术处理楼房,内陆地区可能几十年都没事,但海景房很快就会被腐蚀,影响居住。再比如说,中国拥有国际上先进的高铁涂料防腐技术,但目前中国高铁上用的涂料放到新加坡就不一定有效。什么原因呢?新加坡气候跟我们不同,气温高、盐雾高、湿度大,防腐技术不能照搬。”中科院金属所研究员刘福春说,“这给腐蚀危害的研究和预防增加了难度”。
多管齐下预防控制
腐蚀危害几乎无处不在,因此必须采取有效措施。韩恩厚认为,应该抓住两个重要:预防和控制。
提高腐蚀科学与技术的科研和应用水平是预防的基础。由于腐蚀的速率取决于材料和环境的搭配组合,因此分析具体环境,调整材料中的化学元素成分、微观结构、腐蚀产物膜的性质,对于提升材料耐腐蚀性至关重要。
经过近40年的努力,在基础研究方面,中国已经基本达到了与欧美发达国家并跑的水平,在个别重大工程材料领域甚至做到了世界先进。2017年建成的港珠澳跨海大桥,采用了涂料+阴极保护+原位检测三重腐蚀控制技术,能较大程度降低海水与桥体金属材料间的电化学反应速率,使桥梁的设计使用寿命达到120年。此外,中国自主研发的纳米复合涂料技术已广泛运用于飞机、电网、大型船舶等工程,高铁纳米复合涂料也已研发成功,即将投入使用。
RC-002锈转化剂在造船行业的应用
然而,如何将先进的预防技术应用于实际生产,我国和欧美发达国家还存在较大差距。“研究成果的产业化过程,往往取决于企业的积极性。能产生直接经济效益的事情,企业比较愿意去做。对于一些周期长、见效慢的产品,生产企业不愿意多投入,也不太关心防腐新技术的推广。”韩恩厚说,“防腐问题不仅是个经济问题,更涉及环境保护、社会资源等诸多公共利益。因此,政府部门也要积极参与进来,通过政策扶植推动企业对新技术的运用,做好技术研发和实际生产的衔接工作”。
结构健康的监测与检测,是腐蚀控制环节的决定性因素。材料的服役安全评价,是作出维护决策的重要依据,全世界的腐蚀研究都密切关注这一问题。在这一世界性难题上,中国的研究处在先进位置。2015年,开发 由中国科学家牵头,在大亚湾核电站完成了百万千瓦商用堆核岛关键部件的安全分析与寿命评价。中国的管道损伤安全评估评价标准,比之前采用的美国标准更先进,能够帮助国家节约大量资源。
其实,只要人们提高对腐蚀知识的认识,就能显著降低腐蚀带来的损失。比如,长期闲置的自来水管中,存储的水有更多重金属离子析出,所以,刚放出来的水就不适合饮用;盐和醋对不锈钢有较强的腐蚀性,因此有盐醋的食物不适宜长期放置在不锈钢锅中,而应放到陶瓷的锅碗中;室内暖气片中的水含有缓蚀剂,能降低水介质在相对封闭环境中的腐蚀性,因此不能随意更换等等。这些生活中的小技能,也是老百姓在个人层面上防止腐蚀危害的有效手段。
科技创新转“危”为“机”
腐蚀是材料回到热力学稳定状态的过程,无法抗拒,腐蚀也以沉默而惊人的破坏力带给人类巨大的损失。是否人类必将陷