金屬防腐，破解千年難題的挑戰(zhàn)與策略

金屬材料腐蝕防護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新是實現(xiàn)有效防護(hù)的關(guān)鍵。防護(hù)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從單一策略到多元化防護(hù)策略的轉(zhuǎn)變。當(dāng)前，陰極保護(hù)、涂層保護(hù)、材料改性和表面處理等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種工程設(shè)施的腐蝕控制。納米技術(shù)、自修復(fù)材料、生物誘導(dǎo)礦化等前沿技術(shù)的應(yīng)用，為金屬材料腐蝕防護(hù)提供了新的解決方案。

近日，中國科協(xié)會刊《科技導(dǎo)報》刊發(fā)了我國海洋腐蝕與防護(hù)專家、中國工程院院士侯保榮教授的文章《金屬材料腐蝕研究：挑戰(zhàn)、策略與未來》。我們特此摘錄，以饗讀者。

侯保榮院士開展海洋腐蝕防護(hù)調(diào)查

侯保榮，海洋腐蝕防護(hù)專家，主要從事海洋環(huán)境腐蝕機(jī)理與海洋工程裝備防護(hù)技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用研究。1942年1月出生于山東省菏澤市曹縣。1994年畢業(yè)于東京工業(yè)大學(xué)，獲博士學(xué)位。2003年當(dāng)選中國工程院院士。

金屬材料腐蝕研究：挑戰(zhàn)、策略與未來

侯保榮

在人類文明的發(fā)展歷程中，金屬材料以其卓越的物理和化學(xué)性質(zhì)，扮演著不可或缺的角色。從古代的銅器、鐵器到現(xiàn)代的航空航天器和深海探測設(shè)備，金屬材料的應(yīng)用幾乎滲透到了社會的每個角落。然而，伴隨著金屬材料廣泛應(yīng)用的，是腐蝕這一普遍而復(fù)雜的問題。腐蝕不僅影響材料的性能和使用壽命，更可能引發(fā)安全事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染，特別是在海洋、工業(yè)和自然環(huán)境中，腐蝕問題尤為突出。因此，深入研究金屬材料的腐蝕機(jī)理，開發(fā)有效的防護(hù)技術(shù)和材料，不僅是材料科學(xué)領(lǐng)域的一個重大挑戰(zhàn)，也是保障人類社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

01

腐蝕現(xiàn)象的普遍性與嚴(yán)重性

腐蝕是材料與環(huán)境交互作用下的自然現(xiàn)象，幾乎無處不在。金屬材料在自然環(huán)境中的腐蝕行為，如氧化、氫脆、應(yīng)力腐蝕開裂等，不僅影響其機(jī)械性能，還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，特別是在海洋環(huán)境中，高鹽度、波動的溫度和壓力、溶解氧及海洋生物活動等因素，加速了腐蝕過程，對港口設(shè)施、海上平臺、船舶、海底管道等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的完整性和耐久性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。此外，工業(yè)環(huán)境中的腐蝕同樣不容忽視，如化工設(shè)備、電力設(shè)施、交通設(shè)施等方向或領(lǐng)域，腐蝕問題同樣嚴(yán)峻。

02

腐蝕帶來嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失

腐蝕帶來的經(jīng)濟(jì)損失是全球性的問題。據(jù)全球腐蝕調(diào)查報告，腐蝕損失約占全球國民生產(chǎn)總值（GNP）的3.4%。具體到中國，2014年腐蝕總成本高達(dá)21278.2億元人民幣，占國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的3.34%。這一數(shù)字不僅凸顯了腐蝕問題的普遍性和嚴(yán)重性，也表明了開展腐蝕防護(hù)研究的緊迫性。腐蝕導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失包括材料更換、設(shè)備維修、研發(fā)投入等，而間接損失則涉及人員傷亡、環(huán)境破壞、產(chǎn)品質(zhì)量降低等。

03

腐蝕防護(hù)策略

鑒于金屬材料腐蝕的嚴(yán)重性和腐蝕成本的高昂，開展腐蝕防護(hù)研究顯得尤為必要。通過科學(xué)研究，可以深入理解金屬材料的腐蝕機(jī)理，開發(fā)有效的防護(hù)技術(shù)和材料。例如，通過電化學(xué)保護(hù)、涂層防護(hù)、陰極保護(hù)及使用耐蝕合金等方法，可以顯著提高金屬材料的耐腐蝕性能，延長其使用壽命，減少維護(hù)成本和潛在的安全風(fēng)險。據(jù)估計，如果采取有效的腐蝕控制策略，可以避免25%~40%的腐蝕損失，減少5000億~8000億元人民幣的經(jīng)濟(jì)損失。

04

防護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用

金屬材料腐蝕防護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新是實現(xiàn)有效防護(hù)的關(guān)鍵。防護(hù)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了從單一的涂層保護(hù)到多元化防護(hù)策略的轉(zhuǎn)變。當(dāng)前，陰極保護(hù)、涂層保護(hù)、材料改良和表面處理等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種工程設(shè)施的腐蝕控制。納米技術(shù)、自修復(fù)材料、生物誘導(dǎo)的礦化等前沿技術(shù)的應(yīng)用，為金屬材料腐蝕防護(hù)提供了新的解決方案。此外，智能化技術(shù)的發(fā)展，如實時監(jiān)測和微預(yù)警系統(tǒng)，將進(jìn)一步提升防護(hù)效率和響應(yīng)速度。

05

智能化與綠色化防護(hù)

環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的要求，促使金屬材料腐蝕防護(hù)領(lǐng)域向綠色防腐轉(zhuǎn)型。環(huán)境友好型防腐材料和施工技術(shù)的研發(fā)，如生物基涂料、非重金屬防腐體系和生態(tài)兼容的防護(hù)措施，已成為研究的熱點。智能化監(jiān)測技術(shù)，如電化學(xué)噪聲監(jiān)測、超聲導(dǎo)波檢測和光纖傳感技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對腐蝕過程的實時監(jiān)控和早期預(yù)警。大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了腐蝕監(jiān)測的準(zhǔn)確性和效率。

06

國際合作與未來方向

金屬材料腐蝕與防護(hù)是一個全球性問題，需要國際社會的共同努力。加強(qiáng)國際交流與合作，共享研究成果，制定統(tǒng)一的防腐標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對于提高全球防腐技術(shù)水平具有重要意義。未來金屬材料腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域?qū)⒊悄芑⒕G色化和集成化的方向發(fā)展。智能化技術(shù)將實現(xiàn)更精準(zhǔn)的腐蝕預(yù)測和管理；綠色防腐技術(shù)將減少環(huán)境污染和生態(tài)破壞；集成化策略將綜合材料科學(xué)、生物技術(shù)、納米技術(shù)和信息技術(shù)等多學(xué)科成果，形成全方位的腐蝕防護(hù)體系。

面對不斷增長的工業(yè)需求和日益嚴(yán)峻的腐蝕挑戰(zhàn)，必須加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，推動技術(shù)進(jìn)步，完善管理體系，以確保經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展和環(huán)境的長期保護(hù)。

供　　稿：科技導(dǎo)報社

責(zé)　　編：李蕙帆

審　　核：張敬一

值班編委：宋玉榮