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公司新聞
韓恩厚:用科學的武器應對腐蝕發布日期:2015-06-03
腐蝕不僅僅給國民經濟造成巨大損失,還會對人們的安全、健康和生活質量造成重大影響。
韓恩厚
世界腐蝕組織副主席
中國科學院金屬研究所研究員
2015年4月24日是第五個“世界腐蝕日”,設立世界腐蝕日的宗旨是喚醒政府、工業界以及AG亚游官网每個人,認識到腐蝕的存在——由於腐蝕引起的經濟損失在各國每年的GDP中平均超過3%(中國約達5%)。腐蝕不僅僅給國民經濟造成巨大損失,還會對人們的安全、健康和生活質量造成重大影響。AG亚游官网要重視腐蝕問題,用科學的武器應對腐蝕。
腐蝕:無聲無息的威脅
腐蝕造成的損失大於所有自然災害的損失之和。腐蝕導致工程裝備、關鍵結構以及基礎設施損壞,進而引起災難性事故。
1981年我國台灣民航客機B-737空中失事,其原因是機身下部高強度鋁合金結構件多處發生嚴重的晶間腐蝕和剝蝕,進而形成裂紋;2001年四川宜賓市南門大橋轟然斷裂成三截,預計百年壽命實際僅僅使用了11年就發生斷裂,事故原因是承重鋼纜的應力腐蝕;2013年青島管道爆炸,造成62人死、136人傷,經濟損失達7.5億,其原因是腐蝕導致泄漏而進一步引起爆炸。
因此,無論是在自然環境(大氣、土壤、海水等)中,還是在苛刻工業環境(石油化工、核電、火電等)中,都需要開展係統研究,掌握材料的腐蝕損傷規律,研發各類低成本環保型腐蝕控製技術,實現降低腐蝕損失的目的。
腐蝕不僅造成經濟損失,還會影響人類健康。腐蝕產生的重金屬離子會汙染飲用水、土壤和農作物等,進而通過飲食攝入而影響人類健康。美國、德國、日本、印度、中國等國家都有檢測證據。
腐蝕是材料與環境之間發生的化學與電化學反應造成的,材料與環境的組合顯得很重要。在何種環境中使用何種材料具有較好的抗腐蝕性和安全壽命,需要進行研究。例如,由於月球環境與火星環境存在明顯差異,同樣是航天部件對於其耐腐蝕性就有不同的要求。
下麵介紹一些AG亚游官网生活中遇到的腐蝕,包括腐蝕導致的問題和如何利用腐蝕。
別讓腐蝕“吃”了你的廚房
廚房是非常容易發生腐蝕的地方,下水管道的蝕孔隨時可能淹沒了你的廚房。如果你在日常生活中沒有注意各種廚具的使用,很多腐蝕小問題也會接踵而至,在不經意間“吃”掉你的廚房。
腐蝕不僅會讓廚房顯得破舊不堪,而且廚具一旦發生腐蝕,就會大大折損它們的使用壽命。同時,有些金屬在腐蝕過程中會釋放對人體有害的物質,是身體健康的一大隱患。
不過,也不必太過擔心廚房裏的腐蝕,隻要注意以下幾點就可以避免把自己的廚房“吃”掉。鏽蝕的過程中需要金屬與水和空氣的共同作用,所以廚具在清洗之後一定要擦幹後放好,避免水分的蓄積;在清洗廚具的過程中,不能用強堿性或強氧化性的蘇打、漂白粉、洗滌劑等進行長時間洗滌,避免這些物質與金屬發生反應,加速腐蝕的速度;此外不宜長時間將食物放置於金屬廚具中,避免金屬中的有毒物質滲入食物中;而長時間不用的廚具可以表麵塗一層食用油,避免廚具與水和空氣的直接接觸。
道路融雪劑的腐蝕威脅
在我國北方地區,由於冬季低溫期漫長,強降雪造成的積雪和冰凍嚴重影響著道路通暢,播灑道路融雪劑成為冬季除雪融冰的必要手段。
融雪劑主要有兩種:有機融雪劑和無機氯鹽類融雪劑。有機融雪劑主要成分是醋酸鉀,對基礎設施腐蝕作用較小,但是價格昂貴,隻是在機場、高爾夫球場等場所少量使用;氯鹽類融雪劑主要成分是氯化鈉、氯化鈣和氯化鎂等氯鹽的混合物,價格便宜(約為有機融雪劑的1/10),應用廣泛,但是對金屬、混凝土等物質腐蝕作用強烈。
當含有氯鹽的冰雪融水滲透到混凝土中,可能會導致內部鋼筋的腐蝕,鏽蝕產物的體積會膨脹數倍,使混凝土保護層發生沿鋼筋開裂、脫落的狀況,進而更多鋼筋受到氯鹽侵蝕,如此惡性循環導致鋼筋混凝土結構承載力嚴重下降或喪失。
氯鹽融雪劑對瀝青路麵同樣也存在危害,鹽類物質與瀝青相互作用,大大減小瀝青材料與沙石料的黏合能力,造成瀝青表麵開裂脫落,在行車荷載的作用下大麵積路麵破損,嚴重縮短道路的使用壽命。此外,道路金屬護欄、路燈基座、變電箱體和車輛底盤等金屬部件也都時刻麵臨著氯鹽腐蝕的嚴重威脅。
據統計,我國融雪劑年使用量高達60萬噸以上,因融雪劑使用產生的腐蝕問題十分突出。近年來,人們已逐漸意識到道路融雪劑所造成的腐蝕危害和土壤鹽堿化等環境問題。目前世界各國解決融雪難題的思路是研發新型廉價、無害、高效的環保融雪劑,並大力發展機械、熱能等其他除雪方法。
混凝土的腐蝕與城市供水係統
除金屬外,混凝土也會發生腐蝕。如日本新幹線使用不到10年,即出現了大麵積的混凝土剝落和開裂現象。我國沿海港口工程的調查也表明,80%以上都發生了較嚴重的破壞,結構使用壽命遠未達到設計要求。
混凝土的化學腐蝕主要包括粉化和硫酸鹽腐蝕。粉化過程主要是混凝土中的氫氧化鈣與環境中的二氧化碳反應導致pH值的降低,破壞堿性環境,導致鋼筋鏽蝕。硫酸鹽腐蝕是一種複雜的物理化學過程,會生成結晶體積較大的鹽類(如鈣礬石等),從而使混凝土膨脹產生裂縫。
最近科學家發現城市供水係統也存在混凝土的腐蝕問題。自來水廠從自然水係中取水後,會進行化學消毒與物理混凝兩種處理,以使水質達標。物理混凝劑主要為明礬(水合硫酸鋁鉀)。明礬在水中會發生水解反應生成氫氧化鋁膠體懸浮,膠體微粒帶正電荷,天然水中雜質通常帶負電荷,二者相互吸引,顆粒變大,從而受重力作用沉降,水就會變得澄清。但是,該過程中加入的硫酸根離子不僅會導致上述的硫酸鹽腐蝕,還會在下水管道中硫酸鹽還原菌的作用下經過一係列複雜的生物化學反應,最終還原為硫離子,在城市下水管道的酸性環境中產生硫化氫,而硫細菌會將其氧化成硫酸,進一步促進腐蝕過程。據研究,在此環境下,混凝土管道的腐蝕速率大約為每年幾毫米,因此管道壽命大約在50年左右,即每年須更換2%的管道,由此帶來的全球經濟損失將超過10億美元。
目前,科學家正在尋找新式混凝劑來代替明礬的作用,從而減少城市下水係統中的硫含量,進而緩解其腐蝕問題。
腐蝕的利用
任何事物都具有兩麵性, 腐蝕也有其對人類有益的一麵。
最常見的例子就是利用銅刻蝕技術來製作電路板,這就利用了銅在三氯化鐵溶液中的腐蝕作用。將銅箔鍍在由電木、纖維編織布及環氧樹脂壓製而成的絕緣板材上,然後使用硝基磁漆塗覆需要保護的部分,再用三氯化鐵溶液刻蝕掉未被塗覆硝基磁漆的部分,將硝基磁漆溶解掉後,就得到了人們所需的電路板。
另外一個例子就是利用腐蝕來降解材料,如可降解鎂合金心血管支架、骨內固定器件及可降解食品袋等。可降解鎂合金心血管支架在植入體內環境初期時會對病變血管起到一定的支撐作用而防止病變血管發生負性重構。隨著植入體內環境中時間的延長,支架會發生緩慢的腐蝕而降解,可以避免血管內膜增生及再窄的發生。
同樣是利用材料在人體內的腐蝕行為,鎂合金可降解體內固定物,不僅具有良好的力學性能與生物安全性,在使用一定時間後該合金自動消失,避免了傳統上需要進行二次手術取出固定物對患者造成的痛苦及經濟負擔。
當然腐蝕還有許多其他應用,比如金相侵蝕、化學加工及電解拋光等。AG亚游官网所要做的就是要趨利避害:既要找到辦法來抑製有害的腐蝕,又要對腐蝕善加利用。