科技频道> 知了> 正文

腐蚀:来无影去有踪

2017-05-12 10:05 来源:中国科学报 
2017-05-12 10:05:08来源:中国科学报作者:责任编辑:毕孝斌

  大桥被腐蚀的现状

  ■本报记者 袁一雪

  我们常用钢铁般的意志来形容一个人坚强无畏、无坚不摧。但实际上,钢铁也会受到“威胁”,而这种威胁就是腐蚀。在日常生活中,人们经常可以看到被腐蚀的设施或者工具,比如生锈的管道。

  然而,鲜为人知的是,在腐蚀之初,却很难被人们察觉。“腐蚀本身从微观而起,如果没有得到及时纠正,就会由微观转向宏观。”中国科学院金属研究所博士谭季波告诉《中国科学报》记者。

  从专业角度讲,腐蚀是材料与周围环境(介质)之间相互作用,而引起的材料的破坏或变质,腐蚀让材料回到热力学稳定的状态,是金属冶炼的逆过程。如果不及时处理,腐蚀所带来的不仅是金属外观的变化,而且会形成隐患,甚至会酿成大祸。

  腐蚀无处不在

  时光退回到2013年11月22日凌晨3点,中石化输油储运公司潍坊分公司输油管线由于腐蚀引起破裂泄漏,进而在黄岛区沿海河路和斋堂岛路交汇处发生爆燃,共造成62人死亡、136人受伤,经济损失达7.5亿元。

  除了油气输送管道面临腐蚀威胁,核电站、高铁、桥梁等设施上也都曾经因为腐蚀出现过事故。

  位于美国旧金山的San Mateo-Hayward跨海大桥,处于浪溅区的预制横梁因钢筋锈蚀产生破坏,使用不到20年就必须耗巨资进行修补。“我国在役的许多海洋桥梁、码头在建设初期未能进行腐蚀全面控制,投运3~15年之后,一般都会发生钢筋锈蚀、混凝土沿筋开裂,有的甚至会提前进入劣化期,导致计算简图彻底改变,结构的承载力丧失。”中科院金属研究所副研究员魏英华表示,对于严重腐蚀的结构,目前尚无成熟的修复技术,即使投入大量资金,其结果也只是阻止加速腐蚀进程,但桥梁必须降级使用。

  如果腐蚀发生在核电站,则更加危险。位于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。

  除了工程中容易出现腐蚀,日常生活中,腐蚀也无处不在。比如金属物品“聚会”的厨房,厨具一旦发生腐蚀,不仅折损使用寿命,而且腐蚀产生的重金属离子会影响人们的健康。

  在户外,腐蚀产生的重金属离子污染土壤、植物和水。例如,户外雕塑、铜屋顶等因腐蚀产生铜、铅等离子,都会通过雨雪冲蚀到土壤中。有调查发现,在瑞典的斯德哥尔摩,每年屋顶释放的铜就有1.4g/m2。在美国、德国、日本、印度、中国等国家都有在水中检测出重金属离子的证据。

  当然,腐蚀并不完全是坏事。

  2009年,一种可降解的镁合金心血管支架问世,它与普通的金属支架不同,后者一般会长期存留于血管壁内,不利于病变血管的晚期重构,但镁合金心血管支架却可以在体内被腐蚀降解。科学家们还在它的外层,制备了携带药物的可降解聚合物涂层,其在血管病变部位缓慢释放抑制内膜增生的雷帕霉素药物,达到同步治疗作用。

  偷走GDP的“贼”

  尽管腐蚀可以利用,但是大部分腐蚀带给人类的都不是利好的消息,甚至当我们振臂高呼GDP连续上升之时,腐蚀已经从中“偷走”了我们的劳动成果。

  去年6月1日,中国腐蚀状况及控制战略研究重大咨询项目组在北京发布阶段性研究成果:2014年中国腐蚀总成本超过2万亿元,约占当年国内生产总值的3.34%,相当于每个中国人当年承担1555元的腐蚀成本。

  中科院沈阳分院院长、中科院金属所研究员韩恩厚曾经在一次报告中提到,我国的腐蚀问题,44%集中在高速公路、桥梁、建筑等基础设施领域,石油化工领域则占22%,其他则是交通运输、能源和机械行业。

  然而,长期以来人们对腐蚀的重视程度不够。“对于腐蚀,我们最好做到事前防控,才能最大限度地减少损失。”谭季波说道。

  防腐才是重中之重

  为了让人们重视腐蚀带来的危害,世界腐蚀组织(WCO)于2009年确定每年的4月24日为“世界腐蚀日”。在今年世界腐蚀日,韩恩厚特意强调,腐蚀造成环境污染,直接威胁人们的生活质量;腐蚀导致灾难性事故,直接威胁人们的安全;腐蚀不断损害和威胁着中华民族留下的无数文物瑰宝。他表示,期望通过科普、研究与技术应用,实现降低损失、降低资源消耗、降低污染30%的目标,同时腐蚀也可以有效利用,服务于人类。

  中科院金属研究所在腐蚀与防护工作上就作出了自己的成绩,针对我国具有自主知识产权的先进百万千瓦级压水堆(PWR)核电技术“华龙一号”“CAP1400”,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。

  “现在的核电站关键部件几乎都在使用以镍基合金、不锈钢、低合金钢、锆合金为主要的结构材料。”谭季波介绍说,较之前使用的蒸汽发生器用600合金传热管、目前使用的690合金传热管在高温高压水环境中更能保持稳定状态,具有应用前景的800合金传热管的高温高压水腐蚀性能也正在评价中。

  一般来说,腐蚀包括均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。均匀腐蚀也叫全面腐蚀,腐蚀分布整个金属材料表面;点蚀则是指在金属表面局部出现纵深发展的腐蚀小坑,其余区域不腐蚀或发生轻微腐蚀。

  “点蚀坑的形成,会导致材料表面发生应力集中,一般点蚀是应力腐蚀、腐蚀疲劳裂纹的优先萌生位置,可能对核电关键设备造成严重的腐蚀损伤。”谭季波解释道,应力腐蚀是指敏感材料在腐蚀环境中,在恒定应力的作用下发生失效的现象。由于应力腐蚀萌生一直难以预测、应力腐蚀裂纹扩展速率快,可能导致核电关键设备瞬间失效断裂,产生灾难性后果。

  那么,如何预测材料应力腐蚀裂纹萌生寿命呢?面对这个全世界的难题,谭季波表示,无法预测核电站关键设备、部件何时会出现应力腐蚀开裂,因此无法建议核电站针对此进行保养。

  “一般来说,核电站会遵循相关规定,定期停堆进行维修、保养;但也可能在正常运行过程中,由于核电结构材料腐蚀开裂而被迫停堆;停堆一天,对核电站造成的经济损失大约为1000万元。”谭季波说。

  鉴于此,研究人员建议,要做到事前防控,才能最大限度地减少损失。技术人员要诊断出腐蚀发生的“病因”。企业要在生产过程中规范防腐蚀设计、合理选择耐蚀材料和防腐蚀方法,才能最大程度地减少腐蚀带来的损失或腐蚀事故。当然,在日常生活中,如果人们要是具备腐蚀相关知识,就能显著降低腐蚀带来的损失,同时也会明显减少重金属离子的摄入,对健康有利。

  《中国科学报》 (2017-05-12 第3版 科普)

[责任编辑:毕孝斌]
推荐阅读
    正在加载中......

手机光明网

光明网版权所有

光明日报社概况 | 关于光明网 | 报网动态 | 联系我们 | 法律声明 | 光明员工 | 光明网邮箱 | 网站地图

光明网版权所有

立即打开