原標(biāo)題：用科學(xué)的武器應(yīng)對(duì)腐蝕

腐蝕不僅僅給國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，還會(huì)對(duì)人們的安全、健康和生活質(zhì)量造成重大影響。

韓恩厚

世界腐蝕組織副主席

中國科學(xué)院金屬研究所研究員

2015年4月24日是第五個(gè)“世界腐蝕日”，設(shè)立世界腐蝕日的宗旨是喚醒政府、工業(yè)界以及我們每個(gè)人，認(rèn)識(shí)到腐蝕的存在——由于腐蝕引起的經(jīng)濟(jì)損失在各國每年的GDP中平均超過3%（中國約達(dá)5%）。腐蝕不僅僅給國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，還會(huì)對(duì)人們的安全、健康和生活質(zhì)量造成重大影響。我們要重視腐蝕問題，用科學(xué)的武器應(yīng)對(duì)腐蝕。

腐蝕：無聲無息的威脅

腐蝕造成的損失大于所有自然災(zāi)害的損失之和。腐蝕導(dǎo)致工程裝備、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)設(shè)施損壞，進(jìn)而引起災(zāi)難性事故。

1981年我國臺(tái)灣民航客機(jī)B-737空中失事，其原因是機(jī)身下部高強(qiáng)度鋁合金結(jié)構(gòu)件多處發(fā)生嚴(yán)重的晶間腐蝕和剝蝕，進(jìn)而形成裂紋；2001年四川宜賓市南門大橋轟然斷裂成三截，預(yù)計(jì)百年壽命實(shí)際僅僅使用了11年就發(fā)生斷裂，事故原因是承重鋼纜的應(yīng)力腐蝕；2013年青島管道爆炸，造成62人死、136人傷，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)7.5億，其原因是腐蝕導(dǎo)致泄漏而進(jìn)一步引起爆炸。

因此，無論是在自然環(huán)境（大氣、土壤、海水等）中，還是在苛刻工業(yè)環(huán)境（石油化工、核電、火電等）中，都需要開展系統(tǒng)研究，掌握材料的腐蝕損傷規(guī)律，研發(fā)各類低成本環(huán)保型腐蝕控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)降低腐蝕損失的目的。

腐蝕不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)影響人類健康。腐蝕產(chǎn)生的重金屬離子會(huì)污染飲用水、土壤和農(nóng)作物等，進(jìn)而通過飲食攝入而影響人類健康。美國、德國、日本、印度、中國等國家都有檢測證據(jù)。

腐蝕是材料與環(huán)境之間發(fā)生的化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)造成的，材料與環(huán)境的組合顯得很重要。在何種環(huán)境中使用何種材料具有較好的抗腐蝕性和安全壽命，需要進(jìn)行研究。例如，由于月球環(huán)境與火星環(huán)境存在明顯差異，同樣是航天部件對(duì)于其耐腐蝕性就有不同的要求。

下面介紹一些我們生活中遇到的腐蝕，包括腐蝕導(dǎo)致的問題和如何利用腐蝕。

別讓腐蝕“吃”了你的廚房

廚房是非常容易發(fā)生腐蝕的地方，下水管道的蝕孔隨時(shí)可能淹沒了你的廚房。如果你在日常生活中沒有注意各種廚具的使用，很多腐蝕小問題也會(huì)接踵而至，在不經(jīng)意間“吃”掉你的廚房。

腐蝕不僅會(huì)讓廚房顯得破舊不堪，而且廚具一旦發(fā)生腐蝕，就會(huì)大大折損它們的使用壽命。同時(shí)，有些金屬在腐蝕過程中會(huì)釋放對(duì)人體有害的物質(zhì)，是身體健康的一大隱患。

不過，也不必太過擔(dān)心廚房里的腐蝕，只要注意以下幾點(diǎn)就可以避免把自己的廚房“吃”掉。銹蝕的過程中需要金屬與水和空氣的共同作用，所以廚具在清洗之后一定要擦干后放好，避免水分的蓄積；在清洗廚具的過程中，不能用強(qiáng)堿性或強(qiáng)氧化性的蘇打、漂白粉、洗滌劑等進(jìn)行長時(shí)間洗滌，避免這些物質(zhì)與金屬發(fā)生反應(yīng)，加速腐蝕的速度；此外不宜長時(shí)間將食物放置于金屬廚具中，避免金屬中的有毒物質(zhì)滲入食物中；而長時(shí)間不用的廚具可以表面涂一層食用油，避免廚具與水和空氣的直接接觸。

酸雨腐蝕危害自然示意圖

道路融雪劑的腐蝕威脅

在我國北方地區(qū)，由于冬季低溫期漫長，強(qiáng)降雪造成的積雪和冰凍嚴(yán)重影響著道路通暢，播灑道路融雪劑成為冬季除雪融冰的必要手段。

融雪劑主要有兩種：有機(jī)融雪劑和無機(jī)氯鹽類融雪劑。有機(jī)融雪劑主要成分是醋酸鉀，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施腐蝕作用較小，但是價(jià)格昂貴，只是在機(jī)場、高爾夫球場等場所少量使用；氯鹽類融雪劑主要成分是氯化鈉、氯化鈣和氯化鎂等氯鹽的混合物，價(jià)格便宜（約為有機(jī)融雪劑的1/10），應(yīng)用廣泛，但是對(duì)金屬、混凝土等物質(zhì)腐蝕作用強(qiáng)烈。

當(dāng)含有氯鹽的冰雪融水滲透到混凝土中，可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋的腐蝕，銹蝕產(chǎn)物的體積會(huì)膨脹數(shù)倍，使混凝土保護(hù)層發(fā)生沿鋼筋開裂、脫落的狀況，進(jìn)而更多鋼筋受到氯鹽侵蝕，如此惡性循環(huán)導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承載力嚴(yán)重下降或喪失。

氯鹽融雪劑對(duì)瀝青路面同樣也存在危害，鹽類物質(zhì)與瀝青相互作用，大大減小瀝青材料與沙石料的黏合能力，造成瀝青表面開裂脫落，在行車荷載的作用下大面積路面破損，嚴(yán)重縮短道路的使用壽命。此外，道路金屬護(hù)欄、路燈基座、變電箱體和車輛底盤等金屬部件也都時(shí)刻面臨著氯鹽腐蝕的嚴(yán)重威脅。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國融雪劑年使用量高達(dá)60萬噸以上，因融雪劑使用產(chǎn)生的腐蝕問題十分突出。近年來，人們已逐漸意識(shí)到道路融雪劑所造成的腐蝕危害和土壤鹽堿化等環(huán)境問題。目前世界各國解決融雪難題的思路是研發(fā)新型廉價(jià)、無害、高效的環(huán)保融雪劑，并大力發(fā)展機(jī)械、熱能等其他除雪方法。

混凝土的腐蝕與城市供水系統(tǒng)

除金屬外，混凝土也會(huì)發(fā)生腐蝕。如日本新干線使用不到10年，即出現(xiàn)了大面積的混凝土剝落和開裂現(xiàn)象。我國沿海港口工程的調(diào)查也表明，80%以上都發(fā)生了較嚴(yán)重的破壞，結(jié)構(gòu)使用壽命遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

混凝土的化學(xué)腐蝕主要包括粉化和硫酸鹽腐蝕。粉化過程主要是混凝土中的氫氧化鈣與環(huán)境中的二氧化碳反應(yīng)導(dǎo)致pH值的降低，破壞堿性環(huán)境，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。硫酸鹽腐蝕是一種復(fù)雜的物理化學(xué)過程，會(huì)生成結(jié)晶體積較大的鹽類（如鈣礬石等），從而使混凝土膨脹產(chǎn)生裂縫。

最近科學(xué)家發(fā)現(xiàn)城市供水系統(tǒng)也存在混凝土的腐蝕問題。自來水廠從自然水系中取水后，會(huì)進(jìn)行化學(xué)消毒與物理混凝兩種處理，以使水質(zhì)達(dá)標(biāo)。物理混凝劑主要為明礬（水合硫酸鋁鉀）。明礬在水中會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)生成氫氧化鋁膠體懸浮，膠體微粒帶正電荷，天然水中雜質(zhì)通常帶負(fù)電荷，二者相互吸引，顆粒變大，從而受重力作用沉降，水就會(huì)變得澄清。但是，該過程中加入的硫酸根離子不僅會(huì)導(dǎo)致上述的硫酸鹽腐蝕，還會(huì)在下水管道中硫酸鹽還原菌的作用下經(jīng)過一系列復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，最終還原為硫離子，在城市下水管道的酸性環(huán)境中產(chǎn)生硫化氫，而硫細(xì)菌會(huì)將其氧化成硫酸，進(jìn)一步促進(jìn)腐蝕過程。據(jù)研究，在此環(huán)境下，混凝土管道的腐蝕速率大約為每年幾毫米，因此管道壽命大約在50年左右，即每年須更換2%的管道，由此帶來的全球經(jīng)濟(jì)損失將超過10億美元。

目前，科學(xué)家正在尋找新式混凝劑來代替明礬的作用，從而減少城市下水系統(tǒng)中的硫含量，進(jìn)而緩解其腐蝕問題。

腐蝕的利用

任何事物都具有兩面性, 腐蝕也有其對(duì)人類有益的一面。

最常見的例子就是利用銅刻蝕技術(shù)來制作電路板，這就利用了銅在三氯化鐵溶液中的腐蝕作用。將銅箔鍍?cè)谟呻娔尽⒗w維編織布及環(huán)氧樹脂壓制而成的絕緣板材上，然后使用硝基磁漆涂覆需要保護(hù)的部分，再用三氯化鐵溶液刻蝕掉未被涂覆硝基磁漆的部分，將硝基磁漆溶解掉后，就得到了人們所需的電路板。

另外一個(gè)例子就是利用腐蝕來降解材料，如可降解鎂合金心血管支架、骨內(nèi)固定器件及可降解食品袋等。可降解鎂合金心血管支架在植入體內(nèi)環(huán)境初期時(shí)會(huì)對(duì)病變血管起到一定的支撐作用而防止病變血管發(fā)生負(fù)性重構(gòu)。隨著植入體內(nèi)環(huán)境中時(shí)間的延長，支架會(huì)發(fā)生緩慢的腐蝕而降解，可以避免血管內(nèi)膜增生及再窄的發(fā)生。

同樣是利用材料在人體內(nèi)的腐蝕行為，鎂合金可降解體內(nèi)固定物，不僅具有良好的力學(xué)性能與生物安全性，在使用一定時(shí)間后該合金自動(dòng)消失，避免了傳統(tǒng)上需要進(jìn)行二次手術(shù)取出固定物對(duì)患者造成的痛苦及經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

當(dāng)然腐蝕還有許多其他應(yīng)用，比如金相侵蝕、化學(xué)加工及電解拋光等。我們所要做的就是要趨利避害：既要找到辦法來抑制有害的腐蝕，又要對(duì)腐蝕善加利用。（韓恩厚 孫曉英 李毅豐 馬成 明洪亮）

（其他作者系中國科學(xué)院金屬研究所研究生）