王洪奎

(天津自行車三廠，天津 300163)

引 言

在我國國家標準GB10123-88金屬腐蝕及防護術(shù)語中，關(guān)于腐蝕的定義是“金屬與環(huán)境間的物理-化學作用，其結(jié)果是使金屬的性能發(fā)生變化，并常導(dǎo)致環(huán)境或由他們作為共同組成部分的技術(shù)體系功能受到損傷”。在世界經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，腐蝕造成的材料損耗、資源耗竭、水土環(huán)境污染及對人類的健康威脅日益嚴重。本文擬對世界腐蝕日及現(xiàn)代腐蝕防控技術(shù)作以簡單介紹和討論。

1 世界腐蝕日的確立

世界腐蝕日是由世界腐蝕組織確定的［1］。世界腐蝕組織是于2006年在紐約注冊成立的非營利學術(shù)組織，由美國腐蝕工程師國際學會、中國腐蝕與防護學會、歐洲腐蝕聯(lián)盟和澳大利亞腐蝕協(xié)會4個組織聯(lián)合發(fā)起，是一個代表地方及其國家的科學家、工程師和其他團體的世界性組織。在腐蝕和防護的研究中，世界腐蝕組織致力于知識的發(fā)展和傳播。2009年經(jīng)過世界腐蝕組織各成員的討論，一致通過了在世界范圍內(nèi)確立每年的4月24日作為世界腐蝕日，其宗旨是喚起各國政府、工業(yè)界及地球上每個人認識到腐蝕的存在，同時指出控制和減緩腐蝕的方法。

2 腐蝕的危害

在地球上，腐蝕時刻都在發(fā)生。凡是使用材料的地方都存在著不同程度和不同形式的腐蝕，腐蝕帶來的破壞和經(jīng)濟損失十分驚人。據(jù)統(tǒng)計，全世界鋼產(chǎn)量的十分之一由于腐蝕而損耗掉。2003年，《中國腐蝕調(diào)查報告》顯示，我國每年腐蝕造成的經(jīng)濟損失高達5000億元人民幣，約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的5%［2］。有人把腐蝕比喻為金屬的癌癥、無焰的火災(zāi)、隱蔽的殺手。由腐蝕引發(fā)的危害和經(jīng)濟損失幾乎遍及所有的制造業(yè)。腐蝕不僅造成材料的損耗，還會造成環(huán)境危害，工程壽命縮短，產(chǎn)品質(zhì)量低劣，甚至釀成重大的災(zāi)難性事故。

1986年1月28日，美國挑戰(zhàn)者號航天飛機由于火箭推進器的一個零件腐蝕失效，導(dǎo)致發(fā)射73s后在空中爆炸解體墜落，機上7名宇航員全部遇難，該航天飛機的造價和發(fā)射費用在70億美元以上。

2011年2月日本東京電力公司和福島第一原子力發(fā)電所完成了一份對福島第一核電站1號機組的分析報告，指出該機組出現(xiàn)了一系列老化現(xiàn)象，包括原子爐壓力容器的中性子脆化，壓力抑制室出現(xiàn)腐蝕，熱交換區(qū)氣體廢棄物處理系統(tǒng)出現(xiàn)腐蝕。為此制定了保守運行的方案。沒有料到，3月11日日本近海發(fā)生9.0級地震并引發(fā)海嘯，受地震影響，福島第一核電站機組廠房發(fā)生爆炸，造成重大核泄漏事故，核輻射殃及鄰國。

2004年4月16日，我國重慶天原化工總廠2號儲氯氣罐冷凝器出現(xiàn)穿孔，引發(fā)氯氣泄漏和爆炸事故，造成9人死亡，3人受傷，大批居民被疏散。處理事故中由部隊協(xié)助將3個有危險的氣罐摧毀，才消除了安全隱患。

還可以列舉出由腐蝕導(dǎo)致的火災(zāi)、機毀、沉船、橋梁斷塌及工程失效的實例。從這些事故案例中不難看出，腐蝕不僅影響經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，而且嚴重威脅人類的生活和安全。

3 腐蝕與腐蝕防護科學簡介

3.1 腐蝕的分類及表現(xiàn)形式

腐蝕與防護是一門綜合性學科，它與化學、電化學、物理學、冶金學、材料力學及環(huán)境科學等有密切的關(guān)系。腐蝕按作用機理可以分為化學腐蝕與電化學腐蝕;按破壞形態(tài)可分為全面腐蝕與局部腐蝕;按使用環(huán)境又可分為自然環(huán)境(大氣、土壤、水及微生物等)腐蝕和工業(yè)(酸性、堿性、鹽類、熔鹽、液態(tài)金屬及工業(yè)用水等)腐蝕等［2-3］。不同研究領(lǐng)域?qū)Ωg的分類有不同，但是腐蝕的表現(xiàn)形式都具有相同或相似的特征，歸納起來有以下幾種:

1)均勻腐蝕。指材料與環(huán)境接觸的表面以相同損壞速度進行的腐蝕。如鋼鐵材料或各種鍍層暴露在自然環(huán)境中的腐蝕。

2)點蝕。又稱孔蝕。指材料在環(huán)境中微小區(qū)域產(chǎn)生并向內(nèi)部擴散的點狀或孔狀腐蝕。點狀腐蝕在材料表面先形成微米級亞穩(wěn)狀態(tài)的微型凹坑，當腐蝕介質(zhì)濃度或溫度變化時腐蝕速度明顯加快。

3)晶間腐蝕。指材料在工作環(huán)境中沿晶粒邊界發(fā)生并向內(nèi)部持續(xù)發(fā)展的腐蝕。晶間腐蝕破壞了晶粒間的結(jié)合，大大降低了金屬的機械性能，腐蝕發(fā)生后材料表面仍保持金屬光澤，并無破壞跡象，但力學性能惡化，甚至受到敲擊即斷裂。

4)電偶腐蝕。又稱接觸腐蝕，指兩種不同電極電位的金屬在接觸處組成原電池產(chǎn)生電流流動，引起負電位的金屬發(fā)生腐蝕。如用不同材料制成的復(fù)合管在使用中易發(fā)生電偶腐蝕。

5)選擇性腐蝕。指二元或多元合金材料在工作環(huán)境中，其中一種組分發(fā)生溶解而腐蝕。如黃銅材料脫鋅、鑄鐵材料發(fā)生鐵素體溶解造成石墨在表面富集，均屬于選擇性腐蝕。

6)縫隙腐蝕。指發(fā)生在金屬與金屬或金屬與非金屬材料連接縫隙之間發(fā)生的腐蝕。其原因是由于縫隙間有電解質(zhì)進入，使縫內(nèi)外形成了微電池所致?？p隙腐蝕常發(fā)生在鉚接、螺紋及法蘭盤的連接部位。

7)應(yīng)力腐蝕。指金屬材料在拉伸應(yīng)力與環(huán)境介質(zhì)共同作用產(chǎn)生的腐蝕或裂紋。如電鍍中對鋼鐵制件酸蝕過度或電沉積過程氫脆造成的腐蝕。

8)疲勞腐蝕。指材料受交變循環(huán)應(yīng)力和環(huán)境介質(zhì)共同作用產(chǎn)生的腐蝕。疲勞腐蝕會使軸類、彈簧及鋼絲繩在使用中突然斷裂;還可以造成植入人體的金屬關(guān)節(jié)損壞失效。

此外，還有磨損腐蝕、土壤腐蝕、海水腐蝕及微生物腐蝕等。

3.2 現(xiàn)代腐蝕防護技術(shù)

由腐蝕發(fā)生的機理可知，金屬防腐蝕的途徑主要為改善材料本身的抗蝕性能;把被保護的材料與腐蝕介質(zhì)隔離;對金屬材料表面施加保護層;改善引起腐蝕的環(huán)境及電化學防護手段等。

1)研制新型材料，提高材料本身的抗蝕性能，這是最直接的防腐蝕方法。根據(jù)用途不同，在一種金屬中添加合金元素形成有均勻成分、平衡態(tài)組織的耐蝕合金。在鋼中添加鉻、鎳或鈦等元素制成不銹鋼就是典型的例子。

2)利用物理、化學和電化學等方法，使材料表面形成保護屏障，避免形成微電池的條件，達到防腐蝕的目的。a.表面轉(zhuǎn)化膜。如磷化膜、氧化膜、鈍化膜及陽極氧化膜等。b.非金屬涂層。油漆、塑料、搪瓷、陶瓷、熱噴涂及凝膠膜等。c.鍍覆金屬或合金鍍層。電鍍、化學鍍、電刷鍍、熱浸鍍、蒸鍍、離子鍍及濺射鍍等。d.材料表面改性。利用等離子、電子束、激光束及離子注入和化學、物理氣相沉積技術(shù)，改變材料表面形貌、化學成分、微觀結(jié)構(gòu)及應(yīng)力狀態(tài)，使材料表面獲得各種優(yōu)異的特性，增強材料的耐蝕性。e.根據(jù)電化學原理采用犧牲陽極法和附加保護電流法對工程結(jié)構(gòu)件進行保護，有效扼制腐蝕的發(fā)生。

3)改善腐蝕環(huán)境。通過清潔生產(chǎn)，控制生產(chǎn)環(huán)境的溫度、濕度和腐蝕介質(zhì)的濃度，減輕和防止材料腐蝕。還可以將緩蝕劑加入到腐蝕環(huán)境中，延緩腐蝕速度。

4 關(guān)于腐蝕與防控的幾點思考

4.1 提高全社會的防腐蝕意識

世界腐蝕組織設(shè)立世界腐蝕日，倡導(dǎo)地球人關(guān)注腐蝕問題。腐蝕每時每刻都在發(fā)生，腐蝕問題關(guān)系到地球上的所有國家和每個人。對個人而言，首先要學習一點腐蝕和腐蝕防控的基本知識，從我做起，從點滴做起，樹立節(jié)約資源和保護環(huán)境的意識，提倡綠色生活和綠色消費，使節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料成為自覺行為。對國家而言，要普及腐蝕防控知識，提高全民科學素養(yǎng)，要像關(guān)注環(huán)境保護、減災(zāi)救災(zāi)和發(fā)展醫(yī)療事業(yè)一樣關(guān)注腐蝕防控事業(yè)。

據(jù)報道，全世界每年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失約為7000億美元［4］，主要來自于基礎(chǔ)設(shè)施的破壞，如公路、鐵路、橋梁、油氣輸送管網(wǎng)、地下管線及重要建筑物等，這是國家經(jīng)濟發(fā)展的依托和人民生存的保障;而腐蝕則是影響這些基礎(chǔ)設(shè)施使用壽命和安全的主要因素。我國在經(jīng)歷半個多世紀的經(jīng)濟建設(shè)之后，基礎(chǔ)設(shè)施的老化和腐蝕問題會日益顯現(xiàn)出來。做到未雨綢繆，才能有備無患。才有利于加快資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的建設(shè)步伐。

4.2 把腐蝕防控產(chǎn)業(yè)做大做強

落實科學發(fā)展觀，自改革開放以來，我國的經(jīng)濟建設(shè)取得了舉世矚目的成就，但同時在一些領(lǐng)域存在高消費、高污染、高投入、低產(chǎn)出的粗放式的經(jīng)濟增長方式，如果任憑這種狀態(tài)存在，我國的資源和環(huán)境將不堪重負，經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展將難以為繼。腐蝕防控產(chǎn)業(yè)的基本功能是節(jié)約資源和提高資源利用率，提高材料和工程項目的壽命和安全、減少環(huán)境污染，這就凸顯出腐蝕防控的重要性?？梢哉f，腐蝕防控是現(xiàn)代經(jīng)濟建設(shè)中不可缺少，也不能被取代的行業(yè)，是保持國民經(jīng)濟健康和可持續(xù)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一。落實建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，要擺正腐蝕防控在國民經(jīng)濟中的地位。換言之，就是使腐蝕防控從輔助性、服務(wù)性的地位，轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)鍵性、主導(dǎo)性的地位上來，使腐蝕防控產(chǎn)業(yè)自強自立，得到更好更快的發(fā)展。一句話，就是要把腐蝕防控產(chǎn)業(yè)做大做強。

強化腐蝕防控產(chǎn)業(yè)，具體地講，就是要在工程建設(shè)中注重腐蝕與防控的科學性、技術(shù)性、經(jīng)濟性、持久性和創(chuàng)新性，走出一條低碳、環(huán)保、綠色的防腐蝕新路。在建設(shè)實踐中，將工程防腐蝕作為重點攻關(guān)內(nèi)容，從設(shè)計、施工和維護各環(huán)節(jié)中，確立全力、全員、全方位和全過程的管理模式，形成一個大的防腐蝕工作體系。這種防腐蝕的大手筆作為，在我國近幾年的重點工程建設(shè)中已有體現(xiàn)。例如，在躋身于世界大港之列的上海洋山深水港規(guī)劃和建設(shè)中，樹立“百年大計、質(zhì)量第一”的理念，優(yōu)化海洋條件下的腐蝕防控，成為防腐蝕工程的一個良好范例。在國家體育場(鳥巢)建設(shè)中，遵循“科技奧運、人文奧運、綠色奧運”的理念，采用新型低合金高強度鋼(Q460)及太陽能伏電發(fā)電等多項新技術(shù)，在防腐、節(jié)能和環(huán)保方面均有創(chuàng)新性，已成為中國建筑發(fā)展的歷史見證，曾被英國《泰晤士報》譽為“最強悍工程”，這反映了我國在腐蝕防控科技上的實力。但同時還應(yīng)該看到，我國在腐蝕防控的工藝、技術(shù)、產(chǎn)品、設(shè)備及工程施工中防腐蝕處理手段與世界工業(yè)發(fā)達國家相比，仍有一定的差距，只有把腐蝕防控產(chǎn)業(yè)做大做強，大力發(fā)展防腐蝕技術(shù)，才能趕上世界先進水平。

4.3 加強防腐蝕科技隊伍的建設(shè)

發(fā)展腐蝕防控科學，關(guān)鍵在人才。腐蝕科學是建立在相關(guān)科學技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，并越來越突出地反映了多學科相互交叉特性和極強的實用性。因此應(yīng)大力培養(yǎng)具有電化學、金屬學、熱力學、動力學和材料力學等多學科的復(fù)合型人才。從基礎(chǔ)教育入手，在高等院校及中等職業(yè)學校中設(shè)立相關(guān)的專業(yè)和課程，培養(yǎng)新型的腐蝕防控工作者。據(jù)悉，國家有關(guān)部門已提出加強腐蝕與防控工程師、技師及防腐操作工的職業(yè)培訓(xùn)，并把防腐蝕作為特殊工種通過考核后發(fā)放職業(yè)資格證書。今后防腐蝕作為特殊工種將持證上崗，以滿足腐蝕與防控專業(yè)人才的迫切需求，促進腐蝕科學的應(yīng)用、提高和創(chuàng)新。

4.4 表面處理行業(yè)是腐蝕防控戰(zhàn)線的生力軍

表面處理是一個古老又新穎的科學。3000年前，古人就開始應(yīng)用油漆、鎏金和熱鍍錫等技術(shù)。我國表面處理技術(shù)迅速發(fā)展時期是在新中國成立以后，特別是20世紀80至90年代，形成了表面處理技術(shù)的開發(fā)研究應(yīng)用熱潮，幾乎涉及到了工業(yè)制造的各個領(lǐng)域。采用電鍍、涂覆及復(fù)合處理等工藝，可以有效地防止和控制表面腐蝕，提高表面性能，延長工件和設(shè)備的使用壽命，成為現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的配套加工技術(shù)之一。

表面處理不僅是現(xiàn)代制造業(yè)基礎(chǔ)加工工藝，近年來同時又成為信息技術(shù)、航空航天和生物工程等高新技術(shù)的發(fā)展提供技術(shù)支撐。如許多電子產(chǎn)品的集成電路依賴于電鍍、涂覆、薄膜及表面改性技術(shù)才能制造完成;生物工程中的人體髖關(guān)節(jié)替代修補用高分子材料聚乙烯鍍鈷-鉻合金，使用壽命可達20年以上;再如人造衛(wèi)星外部采用隔熱涂層、防火涂層和抗燒蝕涂層等復(fù)合技術(shù)，在10000℃工作條件下能正常運行［5］。隨著高新技術(shù)的研發(fā)表面處理技術(shù)相關(guān)學科相互促進，為高新技術(shù)產(chǎn)品提供工程材料，根據(jù)需要賦予產(chǎn)品具有導(dǎo)電、絕緣、阻燃、防輻射、防污染、吸音防噪、存儲記憶及聲光磁電轉(zhuǎn)換等特殊功能［6］。此外，表面處理技術(shù)應(yīng)用于再制造工程中，可以使磨損失效和腐蝕損壞的產(chǎn)品獲得重生，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益十分可觀。

綜上所述，我國的表面處理技術(shù)近30年來碩果累累，取得了長足的進步。表面處理技術(shù)與腐蝕防控科學的關(guān)系十分密切，表面處理技術(shù)的進步會推動腐蝕防控科學的發(fā)展。表面處理行業(yè)是腐蝕防控戰(zhàn)線的一支生力軍。21世紀，我國的表面處理技術(shù)在應(yīng)對地球資源緊張和滿足環(huán)境質(zhì)量要求的大環(huán)境下，將繼續(xù)發(fā)揮潛力，實現(xiàn)更快的發(fā)展和新的跨越，在腐蝕防控事業(yè)中發(fā)揮更大的作用。

5 結(jié)束語

世界腐蝕日警示地球上的人們關(guān)注腐蝕問題。腐蝕對經(jīng)濟建設(shè)的影響及人類生活的危害是極其嚴重的，但腐蝕又是可以防控的。腐蝕防控是一項重大的系統(tǒng)工程，是關(guān)系國計民生的大問題。為了保護地球資源，建立人類生存的美好家園，必須要大力發(fā)展腐蝕防控產(chǎn)業(yè)，走出一條綠色、低碳和環(huán)保的防腐蝕之路，促進腐蝕防控科學技術(shù)的提高、創(chuàng)新和跨越，實現(xiàn)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會和促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的目標。

［1］ 柳斌.世界腐蝕日眾院士倡議:關(guān)注腐蝕問題保護人類家園［J］.表面工程資訊，2011，11(4):1-2.

［2］ 李金桂.腐蝕控制系統(tǒng)工程學概論［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2009:3-6.

［3］ 林玉珍，揚德鈞.腐蝕和腐蝕控制原理［M］.北京:中國石化出版社，2012:6-7，130-174.

［4］ 上海正歐涂料有限公司.防腐地坪漆的應(yīng)用領(lǐng)域及范疇［EB/OL］.(2012-07-23)［2012-10-25］.http://www.zheng.cc/news/xinwen23.htm.

［5］ 郭鶴桐，張三元.復(fù)合電鍍技術(shù)［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2007:483-546.

［6］ 酈振聲，楊明安，錢翰城，等.現(xiàn)代表面工程技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007:1-6.