來源:材料保護1999
1之前
腐蝕科學是壹門與國民經濟和國防建設密切相關的應用科學。從其學科特點來看，它也是壹門與化學(電化學)、物理、力學、冶金、微生物學等多門相關學科交叉的交叉學科，在很多方面與環境科學有很多相似之處。技術上，隨著光學、電子光學和表面科學技術的不斷發展，促進了腐蝕科學和防護技術的發展。本文將討論近年來腐蝕科學與防護技術的幾個值得註意的發展趨勢。
2發展趨勢
2.1金屬/腐蝕介質界面反應的原位研究
基於EIS和AFM、STM、SERS和QCM等電化學方法的最新成果，原位綜合研究了金屬與腐蝕環境介質界面處金屬表面反應的過程和快速步驟，特別是在腐蝕電化學、高溫氧化/腐蝕磨損和熱腐蝕、應力腐蝕開裂和腐蝕疲勞、氫腐蝕等腐蝕過程的研究中，受到了廣泛關註。
例如，近年來，金屬腐蝕與防護國家重點實驗室和瑞典皇家理工學院在該領域開展了廣泛的合作研究，並在薄電解質膜下金屬的大氣腐蝕機理方面取得了許多研究成果。
2.2腐蝕環境中結構的可靠性
隨著工業的發展，越來越多的大型工業裝置/設備在高溫、高壓、高負荷應力、高熱流/高品質流/多相流、強腐蝕環境等惡劣和強化的工況下運行。
上述因素協同作用下的腐蝕損傷很大程度上決定了在用工業裝置/設備的可靠性。因此，在美國休斯敦召開的國際腐蝕會議的主題“在低投資條件下以保證其可靠性為目的的腐蝕控制”以及在英國劍橋和美國檀香山召開的主題為“腐蝕環境中結構的壽命預測”的國際會議都表明，工業裝置/設備的可靠性已成為人們關註的熱點問題。
工業裝備的可靠性決定性地受到腐蝕損傷的制約的例子數不勝數，軍事裝備的可靠性也普遍受到腐蝕損傷的制約，直接影響甚至喪失其作戰能力。比如1990年，美國空軍的電子設備因腐蝕失效，占其總數的20%。同年，全球與腐蝕相關的電子設備維護費用達到50×108美元，而且這個數字還會與日俱增[1]。空軍電子設備在最好的工作環境下腐蝕依然如此，工業設備在更惡劣的環境條件下腐蝕的嚴重程度可想而知。
事實上，當大氣中的汙染成分遠低於環保要求時，電子設備就會被腐蝕破壞。例如，環境保護規定的大氣中二氧化硫和硫化氫的上限分別為1 000×10-9和10 000×10-9，而不腐蝕電子設備的二氧化硫和硫化氫的安全濃度上限分別只有30×10-9和65438。保證電子設備正常運行需要環境腐蝕性，甚至遠遠超過保證人體健康的要求。
2.3設備腐蝕/維護的在線檢測/評估
為了及時發現腐蝕損傷，特別是及時發現造成巨大經濟損失和嚴重社會後果的惡性腐蝕損傷事故隱患，對工業裝置/設備進行在線、實時、無損的檢測/評估和腐蝕預測，並在此基礎上對工業裝置/設備進行及時維護，是保證大型工業裝置/設備在惡劣、密集工況下運行可靠性的關鍵。在過去的10年中，作者領導的實驗室為了滿足這壹需求，已經開發並繼續開發壹系列在線、實時、無損檢測/評估和預測腐蝕的技術。
根據全世界的統計，海上作業費用占海上油氣開發費用的20%。這個數字的年增長率為11%，海上作業費用的30%用於支付主要對抗腐蝕破壞的檢查/維修/維護(IRM)[4]。這壹統計表明，IRM在生產的技術經濟和安全保障方面起著重要的作用。
2.4材料優化的新方法——LCC[5]
新的選材方法——工業裝置/設備在使用壽命期內的總成本分析，LCC(Life cycle costs)不同於傳統的選材方法，LCC考慮了裝置/設備在整個使用壽命期內的所有成本，直到完全更新。包括材料采購、運費、建築安裝、運行、維護、停工、易損件磨損更換等費用及其殘值，後者主要考慮以材料購置成本為主的初期投資。
LCC可以通過以下公式計算:
其中AC——指材料采購成本，包括材料采購和運費。
IC-建築安裝費
Cj——第壹年的運營費用，包括生產、停工和維護費用。
rj-第I個不可用系統的替換成本
r-實際利率，%除以100。
A——整個生命周期中的更換次數。
N——給定年份中設備安裝的生命周期數。
從表1 ~ 3 [6]中引用的壹些例子可以清楚地看出，用高級耐腐蝕合金建造的設備，其造價只比用低級碳鋼或低合金鋼建造的設備貴幾倍甚至近10倍，但建造和安裝費用卻接近。前者基本是免維護設備，不需要花費大量後續費用。後者上面列出的其他費用往往高於最初的投資節省。
表1煉油廠列管式冷凝器LCC計算(碳鋼完全腐蝕)
材料cs 316l SAF 2304 SAF 2205 SAF 2507
每根冷凝管的成本是1.0 6.5 5.5 7.0 9.5。
每根冷凝管的結構和安裝費用為3.0 3.5 3.5 3.5 4.0。
總安裝費為4.0 10.0 9.0 10.5 13.5。
壽命(室溫)10個月> 5年> 5年> 5年> 5年> 5年。
Cl-，Cl-，150℃ <10+00月< 1年> 5年> 5年> 5年。
Cl-，180℃ < 10月< 1年< 1年> 5年> 5年。
Cl-，300℃ < 10月< 1年< 1年< 1年> 5年。
每5年更換數量，無Cl-6.0 < 1.0 < 1.0 < 1.0 < 1.0。
每5年更換數量，包括Cl-(SCC) 6.0 5.0 < 1.0。
t<150 ℃ <1.0
t<180 ℃ <1.0
t<300 ℃
5年成本，不含CL-28.0 10.0 9.0 10.5 13.5。
5年成本，包括Cl-(SCC) 28.0 60.0 9.0。
t<150 ℃ 10.5
t<180 ℃ 13.5
t<300 ℃
註:CS為碳鋼；SAF為山特維克奧氏體/鐵素體雙相鋼；成本值基於每套凝汽器碳鋼管成本為1(下同)的相對值。
表2海洋平臺高壓管道系統LCC計算
CuNi材料
90/10奧氏體
6MoN碳鋼+
混凝土SAF
2507
密度(克/立方厘米)8.9 8.0 7.9 7.8
彈性模量(kN/mm2) 132 200 203 200
0.2Y.S .，20 ℃(牛頓/平方毫米)90 300 241 550
UTS，20 ℃(牛頓/平方毫米)290 650 414 800
0.2Y.S(重量)10.1:1.037 . 5:1.030 . 5:1.070 . 5:1.0。
沒有耐腐蝕性。
20年內更換次數1-4-
安裝費用(m) 4.0 1.5 1.0 1
總成本比較3.00 0.75 1.00 0.50
表3高壓管道系統(含氯化物，140℃)
該材料被塗覆
碳鋼316L
戰略空軍（Strategic Air Force的縮寫）
2304
管道成本(1G) 1.0 6.5 6.0
管道費用(米)1.0 6.5 3.0
膨脹環+支架1.3 1.4 1.1
+塗層材料
+安裝
總安裝成本(m) 3.3 7.9 4.1
使用壽命< 10月< 12月> 5年。
每5年更換壹次6 5-
5年內成本(m) 23.0 47.0 4.1
可以看出，基於LCC的新材料選擇方法在技術和經濟上明顯比傳統方法更合理，更有競爭力。
2.5保護系統工程(泰羅科技)
近年來，隨著工業的發展，為了保證在高參數惡劣環境條件下運行的大型工程設施的長期安全和生產/使用過程的自動化，需要為其提供壹整套綜合防護措施，防患於未然，防止嚴重腐蝕和惡性破壞事故的發生。為此，發展了壹門現代設計-維護工程和科學管理-保護系統工程的新學科。該學科以腐蝕科學與防護技術為基礎，結合管理科學、冶金學、物理學、機械工程、數學等學科，為大型工程設施的合理設計、正確選材、精心施工、綜合防護技術、腐蝕無損檢測、連續自動腐蝕監測與及時維護、優化財務/運行管理提供了壹整套技術。國外如英國曼徹斯特大學理工學院(UMIST)的腐蝕與防護中心就開設了該學科的研究生學位，培養企業高級管理人員。
保護系統工程的成套技術會因工程項目不同而有很大差異。在國際上，這項技術已經在石化、航空航天、能源工程等部門得到了廣泛的重視和應用。為盡可能以最低的投入保證高產出的大型成套設備的可靠性做出了重大貢獻。
2.6防腐和環境保護
不僅腐蝕破壞引起的工程結構中材料的漏、漏、漏會造成環境汙染，而且金屬給水管道的腐蝕產物、壹些犧牲陽極的溶解產物以及防腐防汙生物的添加劑都會進入水體和土壤，也會影響生物鏈，從而直接或間接進入人體。甚至建築材料(如銅、鍍鋅鋼板、不銹鋼屋頂)和車輛的腐蝕產物在雨水下進入土壤和地表水，也影響了人類的生態環境。因此，歐洲國家組織了大規模的國際合作項目，其中包括對各種建築腐蝕產物汙染對人類生態環境影響的專項研究。
以防腐環保為主題的國際會議等學術交流活動也相當活躍。
2.7微生物腐蝕
MIC是指金屬表面存在微生物膜時，金屬表面與微生物膜界面處的pH值、溶解氧濃度、無機物和有機物的種類和濃度與背景溶液有較大差異，使局部腐蝕環境從根本上改變了腐蝕過程的機理和速度。MIC通常顯示局部腐蝕。此時微生物的代謝產物，如二氧化碳、硫化氫、硫醇、硫醚、二硫化物、氨、有機酸、無機酸等，起到腐蝕去極化劑的作用，加速局部腐蝕過程[7]。同時，還有金屬氧化還原或金屬沈積。
據統計[8]，許多嚴重的腐蝕損傷中有(70 ~ 80)%是由細菌直接引起或與之相關的。其中，特別重要的細菌包括硫酸鹽還原菌(SRB)、鐵細菌、腐生菌和硫細菌。
MIC廣泛存在於土壤、海水、供水系統和油氣環境中，並已造成不同程度的腐蝕破壞。因此，MIC受到了極大的關註，並投入了巨大的精力進行研究。時至今日，MIC已成為腐蝕研究的又壹熱點，關於MIC的國際會議已召開多次。
2.8計算機輔助防腐蝕設計
基於防腐蝕規範提供的設計準則/評價準則和專家經驗，利用計算力學/計算機技術建立了防腐蝕計算機輔助設計(CAD)。例如，陰極保護的計算機輔助設計(CP-CAD)已用於海上平臺和海底長輸管道等大型工程結構的防腐優化設計，改變了過去基於經驗的設計，導致壹些關鍵部位存在過保護或保護不足的弊端。借助於該技術，可以用不同的數字和顏色來標記特定陽極系統對應的平臺的每個節點或長輸管道的每個關鍵點的陰極保護電位。這樣可以改變電極的排列，使各部分達到最佳保護電位，從而優化整個結構的陰極保護設計。我國海底管道的CP-CAD技術是由作者領導的跨部門研究組在5年前完成的[9]，此後成功應用於多條海底管道的CP-CAD中。
2.9鋼筋混凝土結構的防腐[10，12]
鋼筋混凝土作為壹種重要的結構材料，廣泛應用於橋梁、建築、高架公路、大壩、海底隧道和大型海上平臺的建設中。實際情況表明，鋼筋混凝土在使用前不僅會在海洋或地下環境中遭到破壞，還會受到大氣或水的侵蝕。據蘇伊士、香港等地報道，由鋼筋混凝土建成的海底隧道僅使用幾年就發生了嚴重的腐蝕事故。在溫帶地區，沿海鋼筋混凝土結構的嚴重腐蝕事故是由海風引起的，大多數情況下是由鋼筋腐蝕引起的。
因此，鋼筋混凝土結構的發生、發展、主要影響因素和規律、防腐對策和IRM已成為世界各國普遍關註和集中研究的問題。在惡劣的腐蝕環境中，如何采取綜合的防腐措施來保證跨海大橋、大壩、海底隧道、大型海洋平臺等工程結構的可靠性，是近年來防腐技術研發的重點之壹。
2.10海洋工程結構的防腐
海洋是資源的寶庫，是國防的前哨，是海洋和國內交通的重要通道，是21世紀資源開發和國際競爭的重要場所。
鑒於海洋環境對金屬結構的強腐蝕性，海上石油平臺、船舶、港口和海岸工程結構的可靠防腐已成為開發海洋、鞏固國防的最重要前提。然而，嚴重的早期腐蝕破壞仍時有發生。例如，即使按照國際規範和標準采用了相當保守的結構力學設計，在制造和使用過程中采取了壹套嚴格的質量保證(QA)和質量控制(QC)措施，並按照國際規範進行了定期的安全檢查和及時的維護，國內外鋼平臺的最關鍵部位仍然普遍存在早期腐蝕裂紋[12]。
實際上，目前的規範和標準都是基於簡化的模型，與實際情況相差甚遠，不能覆蓋真實的工況。在這種情況下，必然會出現早期腐蝕損壞。因此，開展模擬研究應該是今後這項工作的重點。
2.11防護塗層和緩蝕劑的新發展
防護塗層(鍍層)和緩蝕劑的新發展主要表現在以下幾個方面:
(1)研發適用於耐高溫/高壓、抗高負荷應力、抗多相流、抗強腐蝕等惡劣環境條件的防護塗層(鍍層)和緩蝕劑，效率高、使用壽命長、技術經濟性能優越；
(2)材料的生產、儲存、運輸和使用能滿足嚴格的環保要求。
腐蝕科學與防護技術的發展趨勢突出了其跨學科的特點和較強的應用性。它的發展不僅取決於生產發展的需要，而且在很大程度上得益於許多相關技術的成就。
(編輯詹曉玲)■
作者簡介:杜，出生於1936，畢業於復旦大學化學系，現為中科院金屬所，金屬腐蝕與防護國家級。
重點實驗室研究員、博士生導師；也是中國石油石化工程研究會研究員，聯合國會員。
工業發展組織在職專家等。；在國內外發表論文100余篇；獲得國家科學技術研究成果鑒定2。
項；5 .中科院和省部級鑒定成果；獲全國科學大會和部級重大科技成果2項；中科
學院和中國人民解放軍科技進步二、三等獎；國際發明金獎2項，中國新發明專利2項。
新技術產品金獎3項；聯合國TIPS之星發明創新獎1，遼寧省發明成果壹等獎5。
項目等。
作者:杜(金屬腐蝕與防護國家重點實驗室，沈陽110015)
柯克(中國科學院金屬與防護研究所，沈陽110015)
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關鍵詞:科學防腐蝕防破壞