悉尼海港大桥

    桥梁和建筑是腐蚀重灾区

    有中国考察团赴澳大利亚开展腐蚀调查发现，建于1932年的悉尼海港大桥经过80多年的风吹日晒还光彩如新，得益于从设计之初就开始实施的集选材、耐蚀结构设计、表面防腐体系设计、使用维护等全过程的腐蚀控制计划。在设计之初就配套建设了后期维修的辅助架构，使用过程中也进行了桥梁腐蚀状态记录，为大桥的腐蚀监测、维护维修、防护技术更新提供足够依据。

    与之相反的是，2007 年美国明尼苏达州首府明尼阿波利斯市郊外35号洲际公路的一座大桥坍塌，约50辆汽车坠入密西西比河。德国汉堡的Kohlbrand Estruary 桥由于斜拉索腐蚀严重，建成的第三年就更换了全部的斜拉索，耗资是原来造价的四倍。

    由于腐蚀具有渐进性、隐蔽性，因此其带来的是“静悄悄的破坏”。以钢材为例，每腐蚀减薄1毫米，强度会下降5%至10%。不是说这块金属腐蚀完了才会发生破坏，当壁厚因腐蚀减薄到一定程度，在载荷或压力等作用下，就可能会发生破坏事故。除金属外，混凝土也会发生腐蚀。日本新干线使用不到10年即出现了大面积混凝土剥落和开裂。

    美国著名材料学家Mebta曾说：“今天， 世界面临重大问题之一是基础设施的破坏， 主要是桥梁、公路，特别是钢筋腐蚀引起的混凝土的破坏。整个世界正在进行着基础设施防腐蚀的战斗。”

    美国的腐蚀调查表明， 腐蚀对经济的影响在1998年时就已达2760亿美元， 占GDP的3%以上，相当于每年每人约支出1000美元。2014年中国工程院也公布了我国腐蚀调查结果，每个国人当年承担约1555元的腐蚀成本。

    在我们日常生活中，腐蚀现象非常常见，我国北方地区冬季都要在道路、桥梁和街道上撒“融雪剂”，氯盐是其主要成分，氯盐就有很强的腐蚀性，会造成金属结构、混凝土中钢筋、排水装置以及地下管线等加速腐蚀。

    人们通常以为现在的建筑里面是钢筋，外面是水泥，不会腐蚀，这是不对的。雨雪渗透到水泥中，如果钢筋没有做好防腐，就会产生锈蚀，锈蚀的钢筋会膨胀，损坏水泥，破坏建筑物的结构，很可能发生重大安全事故。

    近年来北京的大型建筑在防腐蚀方面下了很大功夫，据中国腐蚀与防护科学传播专家团学科首席传播专家李晓刚介绍，鸟巢在建时就要求涂料的防腐蚀年限要在25年以上，经过三轮严格招标最后中标企业用了6个品种1000多吨的涂料共进行了23道工序前后涂刷了六遍。国家大剧院的屋顶选用了优良的钛及其合金，钛具有很好的耐腐蚀性，能抵御城市污染、工业辐射和极端侵蚀，可以百分之百回收，是一种绿色环保材料，能抗百年腐蚀而不用维护和修理。

    航天高科技离不开防腐蚀

    说到腐蚀，有一个领域的“反腐”工作极为重要，这就是航天。

    前苏联建造的和平号空间站在长达15年的在轨时间里，共发生近2000处故障，70%的外体遭到腐蚀，由于无力承担巨额维修费用，2001年3月不得不将其坠毁。

    美国哥伦比亚号航天飞机于2003年2月1日折返途中解体。尽管调查排除了航天器腐蚀造成事故的可能，但却提出了采取长期腐蚀检测措施的议案。

    为了确保航天器的安全运行，世界各国材料方面的科学家对减少航天器材料腐蚀这一课题进行了积极的研究和探索。北京科技大学腐蚀与防护中心副教授吴俊升表示，腐蚀是航天领域必须解决的关键问题。在陌生的外太空环境中，航天器所处的服役环境非常复杂，影响航天器材料服役安全的因素很多，材料的失效轻则会影响设备、装置的功能效果，重则会导致灾难性事故。

    正在太空执行任务的“神舟十一号”身披高科技外衣，这件外衣做了非常严密的防腐蚀处理，其中轨道舱由多层隔热材料组件构成，厚度约2厘米，它能够高效隔离空间环境与轨道舱舱壁之间的换热量，极大地减少舱体表面的漏热，同时降低轨道外热流剧烈变化 对舱体温度的影响，在多层隔热组件的外表面，还有一层华丽的复合膜，其功能是提高飞船对轨道原子氧等粒子的防护能力。

    返回舱承担着将航天员安全带回地面的重任，需要耐受返回过程中穿越地球大气层时的高温烧蚀，所以返回舱外衣的里层是厚厚的网格状的防烧蚀材料，在外表面再喷涂特殊高计的有机热控涂层。

    推进舱是非密封舱段，里面密集布置了多种设备，主动流体回路的散热辐射器也安装在推进舱，因此推进舱对散热的要求特别高。因此推进舱的外衣被设计加了一圈浅绿色的有机涂层散热面，此外在舱体上安装的辐射器外表面则选用了纯白色的热控涂层，这身清爽的“散热衣”极大地提高推进舱的辐射散热能力。在推进舱的底部安装有大推力的发动机，这一区域设计了多层隔热材料，以有效抑制发动机点火后的高温对推进舱内的影响。其能够隔离的最高温度为900 ，被称为“高温隔热衣”。

    据悉，中国科学院金属研究所的科研团队自主研发出镁合金化学镀技术，其耐蚀性比传统技术提高4到5倍，可同时满足地面储存耐腐蚀、使用时高低温、强辐射等综合性能要求，目前已在长征系列运载火箭的镁质贯组支架上使用。

    核电站防腐蚀成了新课题

    美国俄亥俄州的戴维斯-贝斯核电站曾经在2002年因为严重的腐蚀而被迫关闭长达两年之久。2011年，日本福岛核事故，除地震原因外，原子炉压力容器的中性子脆化，压力抑制室出现腐蚀也是诱因。

    中科院金属研究所谭季波博士介绍，核电站的安全性在很大程度上取决于核电材料在复杂环境中长期服役的可靠性，由于核设备长期处于高温高压流动水或饱和蒸汽、强烈辐照等运行工况下，尤其管路杂质沉积容易引起塞积，应力腐蚀开裂甚至破裂，这些局部腐蚀、磨蚀、腐蚀疲劳、辐照脆化等老化现象都会导致设备整体或部分部件失效而引发事故。

    大多数核电站建在海边，核电设备长期受到海水侵蚀，由于海水中成分复杂且含有较多海生物，这些海生物进入设备、管道后滋生导致设备工作效率下降，维修费用增加，寿命缩短。因此会引用次氯酸纳溶液来杀死海生物，由于次氯酸纳溶液中氯离子有很强氧化性，也加重了管理和设备腐蚀。

    针对我国具有自主知识产权的先进百万千瓦级压水堆核电技术“华龙一号”CAP1400，中科院金属研究所开展了相应结构材料的高温高压水腐蚀基础数据积累；探索了通过改善核电站一回路水化学条件，控制核电结构材料腐蚀的方法。

    谭季波介绍，我国正处于核电大发展时期，不久后将成为世界上核电机组最多的国家之下，我国有关科研单位正在致力于核材料防护研究，解决核电站工程应用的实际问题，尽可能预防并把问题解决在萌芽状态，确保核电站安全运行。

    善加利用 腐蚀也有“温情”一面

    任何事物都具有两面性， 腐蚀也有其对人类有益的一面。

    最常见的例子就是利用铜刻蚀技术来制作电路板，这就利用了铜在三氯化铁溶液中的腐蚀作用。将铜箔镀在由电木、纤维编织布及环氧树脂压制而成的绝缘板材上，然后使用硝基磁漆涂覆需要保护的部分，再用三氯化铁溶液刻蚀掉未被涂覆硝基磁漆的部分，将硝基磁漆溶解掉后，就得到了人们所需的电路板。

    此外利用腐蚀来降解材料，如可降解镁合金心血管支架、骨内固定器件及可降解食品袋等。可降解镁合金心血管支架在植入体内环境初期时会对病变血管起到一定的支撑作用而防止病变血管发生负性重构。随着植入体内环境中时间的延长，支架会发生缓慢的腐蚀而降解，可以避免血管内膜增生及再窄的发生。

    同样是利用材料在人体内的腐蚀行为，镁合金可降解体内固定物，不仅具有良好的力学性能与生物安全性，在使用一定时间后该合金自动消失，避免了传统上需要进行二次手术取出固定物对患者造成的痛苦及经济负担。

    腐蚀还有许多其他应用，比如金相侵蚀、化学加工及电解抛光等。对此人们所要做的就是要趋利避害：既要找到办法来抑制有害的腐蚀，又要对腐蚀善加利用。

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责任编辑：王元

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