侯保荣院士开展海洋腐蚀防护调查

金属材料腐蚀研究：挑战、策略与未来

侯保荣

在人类文明的发展历程中，金属材料以其卓越的物理和化学性质，扮演着不可或缺的角色。从古代的铜器、铁器到现代的航空航天器和深海探测设备，金属材料的应用几乎渗透到了社会的每个角落。然而，伴随着金属材料广泛应用的，是腐蚀这一普遍而复杂的问题。腐蚀不仅影响材料的性能和使用寿命，更可能引发安全事故，造成巨大的经济损失和环境污染，特别是在海洋、工业和自然环境中，腐蚀问题尤为突出。因此，深入研究金属材料的腐蚀机理，开发有效的防护技术和材料，不仅是材料科学领域的一个重大挑战，也是保障人类社会可持续发展的关键。

腐蚀是材料与环境交互作用下的自然现象，几乎无处不在。金属材料在自然环境中的腐蚀行为，如氧化、氢脆、应力腐蚀开裂等，不仅影响其机械性能，还可能导致结构失效，特别是在海洋环境中，高盐度、波动的温度和压力、溶解氧及海洋生物活动等因素，加速了腐蚀过程，对港口设施、海上平台、船舶、海底管道等关键基础设施的完整性和耐久性构成了严重威胁。此外，工业环境中的腐蚀同样不容忽视，如化工设备、电力设施、交通设施等方向或领域，腐蚀问题同样严峻。

腐蚀带来的经济损失是全球性的问题。据全球腐蚀调查报告，腐蚀损失约占全球国民生产总值（GNP）的3.4%。具体到中国，2014年腐蚀总成本高达21278.2亿元人民币，占国内生产总值（GDP）的3.34%。这一数字不仅凸显了腐蚀问题的普遍性和严重性，也表明了开展腐蚀防护研究的紧迫性。腐蚀导致的直接经济损失包括材料更换、设备维修、研发投入等，而间接损失则涉及人员伤亡、环境破坏、产品质量降低等。

鉴于金属材料腐蚀的严重性和腐蚀成本的高昂，开展腐蚀防护研究显得尤为必要。通过科学研究，可以深入理解金属材料的腐蚀机理，开发有效的防护技术和材料。例如，通过电化学保护、涂层防护、阴极保护及使用耐蚀合金等方法，可以显著提高金属材料的耐腐蚀性能，延长其使用寿命，减少维护成本和潜在的安全风险。据估计，如果采取有效的腐蚀控制策略，可以避免25%~40%的腐蚀损失，减少5000亿~8000亿元人民币的经济损失。

金属材料腐蚀防护技术的创新是实现有效防护的关键。防护技术的发展经历了从单一的涂层保护到多元化防护策略的转变。当前，阴极保护、涂层保护、材料改良和表面处理等技术已广泛应用于各种工程设施的腐蚀控制。纳米技术、自修复材料、生物诱导的矿化等前沿技术的应用，为金属材料腐蚀防护提供了新的解决方案。此外，智能化技术的发展，如实时监测和微预警系统，将进一步提升防护效率和响应速度。

环境保护和可持续发展的要求，促使金属材料腐蚀防护领域向绿色防腐转型。环境友好型防腐材料和施工技术的研发，如生物基涂料、非重金属防腐体系和生态兼容的防护措施，已成为研究的热点。智能化监测技术，如电化学噪声监测、超声导波检测和光纤传感技术，能够实现对腐蚀过程的实时监控和早期预警。大数据和人工智能技术的应用，进一步提高了腐蚀监测的准确性和效率。

金属材料腐蚀与防护是一个全球性问题，需要国际社会的共同努力。加强国际交流与合作，共享研究成果，制定统一的防腐标准和规范，对于提高全球防腐技术水平具有重要意义。未来金属材料腐蚀与防护领域将朝着智能化、绿色化和集成化的方向发展。智能化技术将实现更精准的腐蚀预测和管理；绿色防腐技术将减少环境污染和生态破坏；集成化策略将综合材料科学、生物技术、纳米技术和信息技术等多学科成果，形成全方位的腐蚀防护体系。

面对不断增长的工业需求和日益严峻的腐蚀挑战，必须加强基础研究，推动技术进步，完善管理体系，以确保经济的健康发展和环境的长期保护。