守護(hù)海洋設(shè)施的“隱形盾牌”

自古以來(lái)，海洋為人類提供漁鹽之利、舟楫之便，而人類探索與開(kāi)發(fā)海洋的歷程始終與材料科技的發(fā)展緊密交織。木材、鋼鐵、混凝土、聚合物等傳統(tǒng)材料在嚴(yán)苛的海洋環(huán)境中長(zhǎng)期服役時(shí)，無(wú)不面臨被腐蝕侵蝕的威脅。但防腐技術(shù)的革新始終與“耕海探洋”的需求同頻共振，一系列新型海洋防腐蝕材料的問(wèn)世，如同為海洋設(shè)施鑄就守護(hù)之盾，為人類遠(yuǎn)航深藍(lán)的征程保駕護(hù)航。

為何海洋環(huán)境會(huì)腐蝕設(shè)施？

你是否留意過(guò)這些海岸景象？混凝土墻體表面凹凸不平，開(kāi)裂破碎，甚至裸露出內(nèi)部包裹的銹跡斑斑的鋼筋。船舶表面的鋼鐵構(gòu)件出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕，船殼表面因黏附著大量的海藻、藤壺和牡蠣而變得坑坑洼洼。這些現(xiàn)象就是海洋腐蝕和生物污損。一般來(lái)說(shuō)，生物污損環(huán)境下，海洋設(shè)施會(huì)面臨更為嚴(yán)重的點(diǎn)蝕破壞，增加船體的載荷，降低儀器儀表的靈敏度，造成船舶油耗升高，船速減慢，管道堵塞，影響航行安全。

海洋是一個(gè)強(qiáng)腐蝕性環(huán)境。海水中豐富的氧氣、無(wú)機(jī)鹽和生物，以及復(fù)雜多變的力，都能對(duì)海洋設(shè)施造成腐蝕破壞。以波浪沖刷區(qū)為例，海水中的混凝土鋼樁受到猛烈的沖擊力和摩擦力，內(nèi)部易產(chǎn)生應(yīng)力失衡，誘發(fā)脆性開(kāi)裂。此時(shí)，溶解氧、氯離子和硫酸鹽等腐蝕因子通過(guò)海水飛沫迅速侵入混凝土表面孔隙，為侵蝕內(nèi)部鋼筋創(chuàng)造通道。鋼筋在混凝土內(nèi)部被腐蝕后會(huì)逐漸累積鐵銹和腐蝕坑，造成混凝土結(jié)構(gòu)膨脹變形，這種結(jié)構(gòu)變形又會(huì)為海洋生物尤其是細(xì)菌附著提供位點(diǎn)，誘發(fā)長(zhǎng)期細(xì)菌腐蝕和化學(xué)腐蝕的協(xié)同效應(yīng)。可謂“千里之堤，潰于蟻穴”。

海洋腐蝕可不是小事一樁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)萬(wàn)億美元，其中海洋腐蝕占據(jù)了相當(dāng)大的比例。在海上，無(wú)論是石油平臺(tái)、港口設(shè)施還是船舶，都面臨嚴(yán)重的腐蝕威脅。所以，海洋腐蝕就像一個(gè)“隱形殺手”，悄無(wú)聲息地侵蝕著我們的海洋設(shè)施。

什么是海洋防腐蝕材料？

如眾多案例所示，腐蝕是材料與周圍環(huán)境接觸后在其表面發(fā)生的物理、化學(xué)、電化學(xué)及生物反應(yīng)的復(fù)雜過(guò)程?；谶@一機(jī)理，如何對(duì)癥下藥，從根本上抑制海洋腐蝕呢？不要著急，我們一步一步來(lái)。首先，可選擇更耐蝕的材料；其次，可隔斷材料與環(huán)境的直接接觸；另外，可抑制材料和環(huán)境間的反應(yīng)進(jìn)程。而能夠通過(guò)上述途徑實(shí)現(xiàn)腐蝕防護(hù)功能的材料，統(tǒng)稱為海洋防腐蝕材料。

根據(jù)這些推斷，我們不難看出，海洋防腐蝕材料通常需要具備幾個(gè)重要的特性。首先，要能夠耐受海水的侵蝕；其次，要能夠抵御波浪的物理沖擊；最后，還要能與金屬表面很好地結(jié)合，形成一層致密的保護(hù)層。只有這樣，才能真正起到防腐蝕的作用。

海洋防腐蝕材料都有哪些？

打鐵還需自身硬，為海洋裝備設(shè)施換上更耐蝕的“身體”是重中之重。海洋環(huán)境中廣泛使用的耐腐蝕材料包括耐海水腐蝕鋼、耐腐蝕鋼筋、雙相不銹鋼、鈦合金、銅合金、復(fù)合材料、高分子材料、高性能混凝土等。其中，金屬和鋼筋混凝土因其優(yōu)良的強(qiáng)度、易加工性能、價(jià)格低廉以及資源儲(chǔ)量大而大量使用于海洋環(huán)境。

涂料是海洋防腐蝕領(lǐng)域內(nèi)最常見(jiàn)的裝備材料的“金鐘罩”和“鐵布衫”。在混凝土、鋼鐵表面均勻地刷上一層涂料，它內(nèi)部含有的特殊的化學(xué)防銹劑和腐蝕抑制劑，能夠隔離基材和空氣、水分、生物的直接接觸，從而防止化學(xué)、電化學(xué)和生物反應(yīng)的發(fā)生。在深遠(yuǎn)海、極地、空天領(lǐng)域內(nèi)高速發(fā)展的材料設(shè)施對(duì)防腐蝕涂料的功能提出了更高的要求：防冰能力、除冰能力、耐磨性、自修復(fù)性能、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、殺菌防污性能、抗老化和超疏水等。越來(lái)越多的天然植物、動(dòng)物提取物，如咖啡因、昆蟲(chóng)抗菌肽等作為涂料的功能組分為新型多功能涂料的開(kāi)發(fā)添磚加瓦，真正實(shí)現(xiàn)了“取自海洋，服務(wù)海洋”。

除此之外，玻璃、陶瓷、塑料、橡膠等傳統(tǒng)耐蝕材料也在海洋防腐蝕領(lǐng)域扮演著重要角色。金屬涂鍍層技術(shù)的突破，更充分釋放了金屬活動(dòng)性順序表中后位金屬元素的資源潛力。礦脂包覆材料、氧化聚合物材料、分子設(shè)計(jì)的殺菌防污材料的應(yīng)用為海洋設(shè)施裝備“彈藥”，使其從被動(dòng)接受腐蝕破壞，到主動(dòng)應(yīng)對(duì)腐蝕，實(shí)現(xiàn)智能防腐、預(yù)測(cè)防腐，為抵御腐蝕風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)建起面向未來(lái)的防線。

海洋防腐蝕材料的作用

海洋防腐蝕材料的作用遠(yuǎn)不止于防止金屬銹蝕，它們還能延長(zhǎng)海洋設(shè)施的使用壽命。想象一下，如果沒(méi)有防腐蝕材料，一艘船可能在幾年內(nèi)就會(huì)因腐蝕而報(bào)廢，而有了防腐蝕材料，它的使用壽命可以延長(zhǎng)幾十年。這不僅節(jié)省了大量資源，還減少了因設(shè)施損壞帶來(lái)的安全隱患。當(dāng)我們站在海邊棧橋上，就能想到棧橋的耐蝕材料（高強(qiáng)度混凝土、耐蝕涂層、鎂鋁鋅基連接構(gòu)件等）在抵御著長(zhǎng)年累月的海水沖刷侵蝕，為海岸旅游、船舶?？俊⒑Ｑ鬂O業(yè)默默奉獻(xiàn)著力量，更不要說(shuō)這些耐蝕材料在深遠(yuǎn)海探索、資源開(kāi)發(fā)、海洋觀測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮的重要作用了。

海洋防腐蝕材料的應(yīng)用

海上石油平臺(tái)是海洋防腐蝕材料應(yīng)用的典型范例。石油平臺(tái)通常位于遠(yuǎn)海區(qū)域，長(zhǎng)期面臨惡劣的海洋環(huán)境腐蝕挑戰(zhàn)。為保障平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全，工程師會(huì)在平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)表面涂上厚厚的防腐涂料。這些涂料能抵御海水的侵蝕并抑制海洋微生物附著。而且，平臺(tái)的底部會(huì)安裝犧牲陽(yáng)極塊（常用鋅合金或鋁合金），這些金屬塊會(huì)優(yōu)先被腐蝕，從而保護(hù)平臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)。通過(guò)這些措施，石油平臺(tái)可以在海洋中安全運(yùn)行數(shù)十年，為人類提供寶貴的石油資源。

船舶也是海洋防腐蝕材料的“大用戶”。為了保護(hù)長(zhǎng)期浸泡在海水中的船底，船廠會(huì)涂覆防腐涂層。這種涂層不僅能抵御海水腐蝕，還可降低船底阻力，提升航行效率。此外，現(xiàn)代船舶還采用不銹鋼和鈦合金等耐蝕材料作為結(jié)構(gòu)部件，進(jìn)一步增強(qiáng)船舶的安全性和使用壽命。

唯有在細(xì)微處筑牢防線，方能避免巨大損失。當(dāng)我們有效遏制材料腐蝕，才能更安全地借助海洋裝備探索深海奧秘，更可持續(xù)地開(kāi)發(fā)利用海洋資源——這既是認(rèn)識(shí)藍(lán)色星球的科學(xué)之鑰，更是實(shí)現(xiàn)人海和諧的發(fā)展之道。

（責(zé)任編輯 / 李銀慧" 高琳" 美術(shù)編輯 / 周游）