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4月24日 世界腐蝕日，你必須知道的腐蝕基本知識

2016-04-24 

    2016年4月24日是第六個“世界腐蝕日”，設立世界腐蝕日的宗旨是喚醒政府、工業界以及我們每個人，認識到腐蝕的存在——由于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。我們要重視腐蝕問題，用科學的武器應對腐蝕。

    腐蝕是什么？

    腐蝕是材料與周圍環境（介質）之間發生作用所引起的破壞或變質，如金屬在環境作用下發生銹蝕。金屬之所以會發生腐蝕是因為它們在工作環境下化學性質不穩定。自然界中除了銅和金、銀、鉑等貴金屬在常態下是金屬態以外，從礦石中提煉出來的其他所有金屬，在自然工作環境下它們都是非穩態的。非金屬材料也會發生腐蝕，如涂料、塑料和橡膠的膨脹、變形、開裂、老化等。

    腐蝕：無聲無息的威脅

    腐蝕造成的損失大于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年我國臺灣民航客機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，都需要開展系統研究，掌握材料的腐蝕損傷規律，研發各類低成本環保型腐蝕控制技術，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污染飲用水、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，由于月球環境與火星環境存在明顯差異，同樣是航天部件對于其耐腐蝕性就有不同的要求。

    金屬腐蝕相關知識：

    腐蝕是一種悄悄進行的破壞，卻常常造成令人措手不及的惡性事故。

       一、金屬腐蝕的危害      

       重大的經濟損失（停產損失、產品損失、效率損失 、產品污染 、過度設計 ）     

       災難性重大事故（有毒物質的泄漏，造成環境污染，危及人民健康）

       資源與能源的巨大浪費

       阻礙科技進步，延緩生產發展

       二、金屬腐蝕的定義及分類

       金屬材料由于受到介質的作用而發生狀態的變化，轉變成新相，從而遭受破壞的現象，成為金屬腐蝕。

       腐蝕的分類

       1、按腐蝕的環境分

       干腐蝕、濕腐蝕、無水有機液體和氣體中的腐蝕、熔鹽和熔渣中的腐蝕、熔融金屬中的腐蝕。

       2、按腐蝕機理分

       化學腐蝕、電化學腐蝕

       3、按腐蝕形態分

       全面腐蝕（均勻腐蝕）、局部腐蝕、應力作用下的腐蝕。

       三、金屬腐蝕學的研究內容

       研究并確定金屬材料和環境介質發生的物理化學反應和普遍規律；

       研究在各種條件下防止或控制金屬腐蝕的方法與措施；

       研究金屬腐蝕速率的檢測技術和方法。

       對腐蝕的初步認識－經濟損失

       因腐蝕造成的經濟損失約占當年國民經濟生產總值的1.5％一4.2％。美國國會1978年發表的數字表明：1975年美國因腐蝕造成的經濟損失約700億美元，為美國當年生產總估的4.2％。據1981年國家科委腐蝕科學學科組對全國10家化工企業的腐蝕損失調查表明，1980年這些企業因腐蝕造成的經濟損失約為其當年生產總值的3.9％。

       對腐蝕的初步認識－事故

       1967年12月，位于美國西弗吉尼亞州和俄亥俄洲之間的俄亥俄橋突然塌入河中，死亡46人。事后檢查，是由于鋼梁應力腐蝕破裂和腐蝕疲勞而產生裂縫所致。同年，英國內普羅石油化工公司，環己烷氧化裝置的旁通管發生硝酸鹽應力腐蝕破裂，引起環己烷蒸汽管爆炸，死28人，傷105人，損失達1億美元。1965年3月4日，美國路易安那州輸氣管線破裂著火，死17人，事后檢查是由于管線產生應力腐蝕破裂。1970年，日本大阪地下鐵道的管道因腐蝕破壞而折斷，引起瓦斯爆炸，乘客當場死亡75人。

       部分橋梁腐蝕事故

       2007 年8 月1 日，美國明尼蘇達州首府明尼阿波利斯市郊外35號洲際公路的一座大橋坍塌，約50輛汽車墜入密西西比河。據美國官員8月21日確認，斷橋事故死亡人數為13人，傷者70 多人。我國宜賓的南門大橋，在1990 年11 月建成，2001 年11月7日發生吊桿腐蝕，造成橋面墜落事故，事故調查發現纜索已經嚴重生銹。我國廣州的海印橋，在1988 年年底建成，1995 年5 月25 日發生了9 號索腐蝕斷裂事故。為了防止事故的進一步發生，被迫進行全橋換索工程，耗資2000 萬元，工期半年。德國漢堡的Kohlbrand Estruary 橋，由于斜拉索腐蝕嚴重，建成的第三年就更換了全部的斜拉索，耗資達6000 萬美元，是原來造價的四倍。

       部分國家橋梁腐蝕狀況

       美國：美國是世界上擁有高速公路最長的國家，1993 年美國57.5 萬座橋中，受到腐蝕破壞的橋梁超過一半，40％的橋梁己承載不足。英國：1972 年，英國在一條高速公路上修建了11 座橋梁，然而幾年內就出現了嚴重腐蝕。截至1987 年，15 年來為維修這11座橋梁所花的費用已經相當于建橋資金的1.6倍。英國現有橋梁中的35％～40% 必須修復；丹麥：在哥本哈根地區調查了102 座橋，其中50％有嚴重的鋼筋腐蝕現象。估計全世界每年因腐蝕報廢的鋼鐵設備約相當于年產量的30%，并且約10%的鋼鐵因為腐蝕而一去不復返了，回爐再生的鋼鐵也要消耗大量的能源來重新生產。

       不銹鋼的發明和應用大大促進了硝酸和合成氨工業的發展。

美國的阿波羅登月飛船貯存N2O4的高壓容器曾經發生應力腐蝕破裂，經分析研究加入0.6%NO之后才得到解決。美國著名的腐蝕學家方坦納認為如果找不到這個解決辦法，登月計劃會推遲若干年。

       化學腐蝕：

       指金屬表面與非電解質直接發生純化學作用而引起的破壞。其反應歷程的特點是，金屬表面的原子與非電解質中的氧化劑直接發生氧化還原反應，形成腐蝕產物。腐蝕過程中電子的傳遞在金屬和氧化劑直接進行的，因而沒有電流產生。

       電化學腐蝕：

       是金屬在電解介質中，發生電化學反應而引起的破壞。任何電化學腐蝕反映至少包含一個陽極反應和一個陰極反應，并以流過金屬內部的電子流和介質中的離子流形成回路。其特點是，腐蝕過程可分為兩個獨立并可同時進行的過程。由于在腐蝕的金屬表面上存在著在空間上分開的陽極區和陰極區，腐蝕反應過程中電子的傳遞可通過金屬從陽極區流向陰極區，其結果必有電流產生。 

    來源：中國科學院金屬研究所等網站，由啟瑁編輯整理

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