鉭精礦測試實驗室

大橋被腐蝕的現狀

我們常用鋼鐵般的意志來形容一個人堅強無畏、無堅不摧。但實際上，鋼鐵也會受到“威脅”，而這種威脅就是腐蝕。在日常生活中，人們經常可以看到被腐蝕的設施或者工具，比如生銹的管道。

然而，鮮為人知的是，在腐蝕之初，卻很難被人們察覺。“腐蝕本身從微觀而起，如果沒有得到及時糾正，就會由微觀轉向宏觀。”中國科學院金屬研究所博士譚季波告訴《中國科學報》記者。

從角度講，腐蝕是材料與周圍環境（介質）之間相互作用，而引起的材料的破壞或變質，腐蝕讓材料回到熱力學穩定的狀態，是金屬冶煉的逆過程。如果不及時處理，腐蝕所帶來的不僅是金屬外觀的變化，而且會形成隱患，甚至會釀成大禍。

腐蝕無處不在

時光退回到2013年11月22日凌晨3點，中石化輸油儲運公司濰坊分公司輸油管線由于腐蝕引起破裂泄漏，進而在黃島區沿海河路和齋堂島路交匯處發生爆燃，共造成62人死亡、136人受傷，經濟損失達7.5億元。

除了油氣輸送管道面臨腐蝕威脅，核電站、高鐵、橋梁等設施上也都曾經因為腐蝕出現過事故。

位于美國舊金山的San Mateo-Hayward跨海大橋，處于浪濺區的預制橫梁因鋼筋銹蝕產生破壞，使用不到20年就必須耗巨資進行修補。“我國在役的許多海洋橋梁、碼頭在建設初期未能進行腐蝕全面控制，投運3～15年之后，一般都會發生鋼筋銹蝕、混凝土沿筋開裂，有的甚至會提前進入劣化期，導致計算簡圖徹底改變，結構的承載力喪失。”中科院金屬研究所副研究員魏英華表示，對于嚴重腐蝕的結構，目前尚無成熟的修復技術，即使投入大量資金，其結果也只是阻止加速腐蝕進程，但橋梁必須降級使用。

如果腐蝕發生在核電站，則更加危險。位于美國俄亥俄州的戴維斯—貝斯核電站曾經在2002年因為嚴重的腐蝕而被迫關閉長達兩年之久。

除了工程中容易出現腐蝕，日常生活中，腐蝕也無處不在。比如金屬物品“聚會”的廚房，廚具一旦發生腐蝕，不僅折損使用壽命，而且腐蝕產生的重金屬離子會影響人們的健康。

在戶外，腐蝕產生的重金屬離子污染土壤、植物和水。例如，戶外雕塑、銅屋頂等因腐蝕產生銅、鉛等離子，都會通過雨雪沖蝕到土壤中。有調查發現，在瑞典的斯德哥爾摩，每年屋頂釋放的銅就有1.4g/m2。在美國、德國、日本、印度、中國等都有在水中檢測出重金屬離子的證據。

當然，腐蝕并不完全是壞事。

2009年，一種可降解的鎂合金心血管支架問世，它與普通的金屬支架不同，后者一般會長期存留于血管壁內，不利于病變血管的晚期重構，但鎂合金心血管支架卻可以在體內被腐蝕降解。科學家們還在它的外層，制備了攜帶藥物的可降解聚合物涂層，其在血管病變部位緩慢釋放抑制內膜增生的雷帕霉素藥物，達到同步治療作用。

偷走GDP的“賊”

盡管腐蝕可以利用，但是大部分腐蝕帶給人類的都不是利好的消息，甚至當我們振臂高呼GDP連續上升之時，腐蝕已經從中“偷走”了我們的勞動成果。

去年6月1日，中國腐蝕狀況及控制戰略研究重大咨詢項目組在北京發布階段性研究成果：2014年中國腐蝕總成本超過2萬億元，約占當年國內生產總值的3.34%，相當于每個中國人當年承擔1555元的腐蝕成本。

中科院沈陽分院院長、中科院金屬所研究員韓恩厚曾經在一次報告中提到，我國的腐蝕問題，44%集中在高速公路、橋梁、建筑等基礎設施領域，石油化工領域則占22%，其他則是交通運輸、能源和機械行業。

然而，長期以來人們對腐蝕的重視程度不夠。“對于腐蝕，我們做到事前防控，才能限度地減少損失。”譚季波說道。

防腐才是重中之重

為了讓人們重視腐蝕帶來的危害，腐蝕組織（WCO）于2009年確定每年的4月24日為“腐蝕日”。在今年腐蝕日，韓恩厚特意強調，腐蝕造成環境污染，直接威脅人們的生活質量；腐蝕導致災難性事故，直接威脅人們的安全；腐蝕不斷損害和威脅著中華民族留下的無數文物瑰寶。他表示，期望通過科普、研究與技術應用，實現降低損失、降低資源消耗、降低污染30%的目標，同時腐蝕也可以有效利用，服務于人類。

中科院金屬研究所在腐蝕與防護工作上就作出了自己的成績，針對我國具有自主知識產權的先進百萬千瓦級壓水堆（PWR）核電技術“華龍一號”“CAP1400”，開展了相應結構材料的高溫高壓水腐蝕基礎數據積累；探索了通過改善核電站一回路水化學條件，控制核電結構材料腐蝕的方法。

“現在的核電站關鍵部件幾乎都在使用以鎳基合金、不銹鋼、低合金鋼、鋯合金為主要的結構材料。”譚季波介紹說，較之前使用的蒸汽發生器用600合金傳熱管、目前使用的690合金傳熱管在高溫高壓水環境中更能保持穩定狀態，具有應用前景的800合金傳熱管的高溫高壓水腐蝕性能也正在評價中。

一般來說，腐蝕包括均勻腐蝕、點蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞等。均勻腐蝕也叫全面腐蝕，腐蝕分布整個金屬材料表面；點蝕則是指在金屬表面局部出現縱深發展的腐蝕小坑，其余區域不腐蝕或發生輕微腐蝕。

“點蝕坑的形成，會導致材料表面發生應力集中，一般點蝕是應力腐蝕、腐蝕疲勞裂紋的優先萌生位置，可能對核電關鍵設備造成嚴重的腐蝕損傷。”譚季波解釋道，應力腐蝕是指敏感材料在腐蝕環境中，在恒定應力的作用下發生失效的現象。由于應力腐蝕萌生一直難以預測、應力腐蝕裂紋擴展速率快，可能導致核電關鍵設備瞬間失效斷裂，產生災難性后果。

那么，如何預測材料應力腐蝕裂紋萌生壽命呢？面對這個全的難題，譚季波表示，無法預測核電站關鍵設備、部件何時會出現應力腐蝕開裂，因此無法建議核電站針對此進行保養。

“一般來說，核電站會遵循相關規定，定期停堆進行維修、保養；但也可能在正常運行過程中，由于核電結構材料腐蝕開裂而被迫停堆；停堆，對核電站造成的經濟損失大約為1000萬元。”譚季波說。

鑒于此，研究人員建議，要做到事前防控，才能限度地減少損失。技術人員要診斷出腐蝕發生的“病因”。企業要在生產過程中規范防腐蝕設計、合理選擇耐蝕材料和防腐蝕方法，才能程度地減少腐蝕帶來的損失或腐蝕事故。當然，在日常生活中，如果人們要是具備腐蝕相關知識，就能顯著降低腐蝕帶來的損失，同時也會明顯減少重金屬離子的攝入，對健康有利。

《中國科學報》 (2017-05-12 第3版 科普)

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