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“世界腐蚀日”,谁在腐蚀和破坏我们的生活?
2017-04-25 14:33:53 来源: 作者: 【 】 浏览:155次 评论:0

你也许没有亲身经历,但一定见过这样的画面:地震时顷刻间轰然倒塌的楼房、海啸过后一片狼藉的海滩、……,它们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。

今天(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?快跟小编一起来看看吧↓

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%。

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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。

  

“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,青岛输油管道爆炸,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,引发爆炸。“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。”

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  青岛八大峡地标性建筑“海上皇宫”因受海水腐蚀,不得不接受大规模施工维护。

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,中国拥有国际上最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防治增加了难度”。

腐蚀危害该如何防控?

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,应该抓住两个重点: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。

当然,预防腐蚀,还有简单有效的方法,比如金属防锈,可以使用金属防锈液,它成本低,效果好,操作简单,安全可靠,受到用户广泛欢迎。

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领先。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,能最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。

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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。

然而,如何将先进的防治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,中国的研究处在领先位置。2015年,首次由中国科学家牵头,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。是否人类必将陷入腐蚀无声无息的危机中呢?事实上,凡事必有两面,科技创新正在巧妙利用腐蚀原理转“危”为“机”。

在医学手术上,腐蚀技术被巧妙利用。许多骨折患者在做完一次骨科手术后,往往需要在恢复之后再上一次手术台,取出起到固定作用的“钢钉”“钢板”,这给患者造成了二次痛苦。现在,科学家们根据腐蚀的原理,设计出以镁、锌等活泼金属元素制成的可降解骨内固定器,它们在患者康复后,会自动被人的体液腐蚀,无需手术取出。而且,这些材料对人体无害,大大降低了手术安全隐患。

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根据同样的原理,科学家们还设计出可降解的人体心血管支架,可以精确计算腐蚀完毕的时间,成为心血管疾病患者的福音。针对废弃塑料袋造成的“白色污染”,科学家们设计出了在特定环境下腐蚀速率极快的材料,在根源上杜绝塑料制品降解难的问题。科技创新,让腐蚀从无声无息的“破坏分子”转化为功成身退的“能工巧匠”。

就在人们不亦乐乎地“改造”腐蚀之时,腐蚀修复技术也在突飞猛进地发展。中科院金属所研究员宋影伟表示,正是腐蚀防护关键技术的突破,汽车才能实现轻量化,容纳更多功能。在修复飞机机体腐蚀方面,工程师们更是“与时俱进”,采用了3D打印技术,让飞机“逆生长”,可以更安全稳定地执行飞行任务。此外,类似于青岛输油管道爆炸这样的事故,也将可以通过腐蚀修复避免。

“现在,我们不仅需要做到材料自身能耐腐蚀,还要根据具体环境下的需要随意控制腐蚀的速率,更好地满足各种场景的需求。”韩恩厚说,“这就要求我们更深入地研究腐蚀科学,探索新材料新技术,特别是更准确地预测工程结构的安全服役寿命”。

腐蚀是全人类共同面对的难题,可喜的是,这个难题是有解的。科学家指出,至少30%由腐蚀造成的损失可以通过科普、研究、技术运用实现降低损失、降低资源消耗、降低污染。要解好这道难题,需要政府、企业和全民共同关注,从认识腐蚀、重视腐蚀做起。


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