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材料科学研究，尤其是近十几年的新材料研究，在对未来的腐蚀控制方面已经提供了极大的帮助并展现出了足够的希望和信心。

腐蚀是一个非常复杂的物理化学过程，其中包括了普通化学、电化学甚至生物学等反应。这些具有摧毁性的腐蚀化学过程每年都会给全球带来巨大的经济损失。

根据NACE的《国际预防、应用和腐蚀技术经济学》（International Measures of Prevention, Application, and Economics of Corrosion Technology，简称IMPACT）研究，全球腐蚀总成本估计为2.5万亿美元。多种因素（包括材料的微观结构，化学成分和环境因素等）会共同决定某种特定材料发生腐蚀的可能性以及相应的后果。

因此，对新材料的研究技术、腐蚀防护及评估方法的需求一直呈不断增长的趋势。近年来，材料科学领域出现了一些新的发展和发现，其中许多在耐腐蚀性和防护性方面取得的进步可能会让人们对于腐蚀防护重新充满信心。

在本文中，我们将重点探讨材料科学行业的一些最新和最有前途的发展，并讨论它们对未来腐蚀控制意味着什么。

关于镍金属的新发现

镍是一种近似银白色、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素。镍属于亲铁元素，是地球上最丰富的天然金属之一。由于其理想的性能，被广泛应用于许多行业。镍除了具有耐用性、磁性和有效的热和电导性能外，还具有极强的耐腐蚀性。尽管科学家们早就认为镍金属具有极好的耐蚀性，但在某些情况下仍可被腐蚀。最近，来自德克萨斯州农工大学的一组研究人员发现了镍的一种新型腐蚀发生方式，这是以前从未观察到的。

已知一般金属的腐蚀会优先发生在金属的晶界处，从而导致被称之为晶间腐蚀的现象。以前的研究认为，镍金属中一种特殊类型的晶界（被称之为相干孪晶界）是耐腐蚀的。但是，在近来一系列实验中，研究人员在阴极充电的情况下观察到了这些相干孪晶界处的可见腐蚀现象。这一发现颠覆了数十年来对金属腐蚀的推理假设，因为多年来，材料科学家一直致力于制造包含尽可能多的连贯孪晶界的金属。这项研究有可能帮助研究人员增进对金属腐蚀机理的进一步了解，从而进行更好的腐蚀分析、预测，甚至生产出更多的耐腐蚀合金材料。

自修复金属氧化物

某些特殊金属因暴露于空气和湿气中时会产生保护性金属氧化物层而闻名。这些氧化物层一般会起到阻挡层作用，可有效防止空气和湿气进一步与金属表面接触，从而防止腐蚀现象的发生。

尽管人们普遍认为氧化铝、氧化铬和氧化铁是高效的耐腐蚀金属氧化物，但直到麻省理工学院的研究人员使用特殊仪器观察到它们后，这些氧化物的抗腐蚀原理才被完全理解。

环境透射电子显微镜（E-TEM）是传统透射电子显微镜（TEM）的改进版本，通过使用这一仪器，科学家们能够有效观察金属样品并使其受到机械应力，从而模拟应力腐蚀开裂（SCC）条件。

研究人员在实验中观察到由于压力引起的金属挠曲会导致这些保护性氧化物层发生破裂。反过来，这又使氧气能够穿透隔离层并开始产生腐蚀。但是，麻省理工学院的研究人员观察到氧化铝薄层（大约2至3纳米厚）还表现出了类似流动的行为。这样可以使自修复的金属氧化物在压力下拉伸或伸长至其原始长度的两倍，从而消除了氧化物层中的裂纹并保证了基材得到了有效的覆盖和保护。

这一发现有可能彻底改变防腐蚀涂层的应用，特别是在工业罐、工艺容器和核反应堆等承压结构上。

成分复杂的合金

一些成分复杂的合金（CCA）的发现推动了人们对该类材料的益处和应用的诸多研究。与包含相对少量合金元素的常规合金不同，CCA一般含有五个或五个以上的金属元素，在原子比例上是相等的或接近相等的。例如高熵合金（HEA）和多主元素合金（MPEA）等，这些合金因为具有独特的微观结构和一系列理想的性能而闻名，包括固有的高耐腐蚀性等。

尽管人们尚未完全了解CCA的腐蚀防护机理，但人们认为它们具有优异的耐腐蚀性可能是由于它们具有高反应性引起的，因为高反应性可以导致金属表面快速氧化并促进保护性氧化膜的快速形成及发展。此外，参与钝化膜形成的多种元素也有助于提高氧化膜的有效性。

尽管CCA是一个热门话题，但研究人员尚未完全明白这类材料的属性和性能关系以将其更好的用于工程应用方面。为了使这些复杂合金的耐腐蚀机理和表面氧化膜的性能结合起来，相关技术人员正在进行大量的研究。但是，毫无疑问，这些材料将在未来的腐蚀防护技术中发挥出至关重要的作用。

钢筋混凝土中钢的可替代物

图1 旧钢筋混凝土结构，图中可看到有破损和生锈的金属钢筋。

影响钢筋混凝土耐久性的主要因素之一就是传统钢筋的腐蚀问题。这个问题在海洋环境中尤为重要，因为在海洋环境中，盐可能会渗透到多孔混凝土结构中，并逐渐影响钢筋的性能水平。

图1 旧钢筋混凝土结构，图中可看到有破损和生锈的金属钢筋。

解决钢筋腐蚀的一种有效方法是采用不易腐蚀的材料来代替钢筋。虽然目前可以用镀锌钢、不锈钢和环氧涂层增强材料等来进行替代，但它们的价格一般都非常昂贵。

目前在使用合成纤维作为混凝土结构加固形式方面正在不断取得技术进展。这些纤维会分布在整个混凝土构件中，将其转变为一种纤维增强复合材料。其中纤维主要用于增加材料的剪切强度和拉伸强度。

由于合成纤维不包含任何金属元素，因此它们不会受到腐蚀的影响，因此无论暴露在何种环境下（即使是在含盐量较高的海洋环境中），它们都可以保持优异的性能。虽然合成纤维目前仅用作一些普通方面的增强剂，但关于拓展这些纤维的适用用途的相关研究一直都在继续探索当中。

总结

材料科学研究，尤其是近十几年的新材料研究，在对未来的腐蚀控制方面已经提供了极大的帮助并展现出了足够的希望和信心。虽然有些技术以及产品还没有商业化和普及化，但它们有望彻底改变整个腐蚀控制行业。