“我國每年因為腐蝕而造成的經(jīng)濟損失，相當于兩個汶川大地震?！?/p>

王長罡

中國科學院金屬研究所材料環(huán)境腐蝕研究中心副研究員

首先，我要感謝SELF格致論道講壇提供了這樣一個平臺，讓我可以為腐蝕學做個宣傳。腐蝕實在是太小太小的一門學科了，以至于很多人都質疑這門學科是否有存在的必要。

大家都是普通人。在中國，一個普通人身邊有朋友從事科學研究，這本身就是個小概率事件，所以像我們這樣從事科研工作的人往往會成為一個聚會或者飯局的話題中心，至少是一個子話題的中心。

相關話題往往是這樣開頭的。一兩個內心尚存童趣的年輕女性朋友問我：“你們科學家平時都干什么？”今天上午就有人問過我這個問題。

盡管我遠遠稱不上是科學家，不過我從對方的眼神里看出來，她對接下來的談話是有預期的，甚至已經(jīng)在腦海中形成了一些畫面。

這個畫面很有可能是這樣的。

（圖片來自圖行天下）

也有可能是這樣的。

最起碼也應該是這樣的。

這兩只可愛的猴子實在是太萌了，給我們的科普事業(yè)帶來了巨大的貢獻，很多女性因為它們的關系導致體內激素水平異常，母性大發(fā)，最終甚至愛上了科學。

因為我無法用類似剛才的三張圖片來解釋腐蝕科學，所以我搜腸刮肚想了一些符合邏輯的詞匯，通過語言組織后給對方普及了一下什么是腐蝕。從對方失落的眼神里，我知道她腦中的畫面瞬間變成了這樣的。

生銹的水龍頭

現(xiàn)場變得非常尷尬，我內心的陰影面積也大到無法求證，最終不得不迅速轉入下一個話題。

我特別能理解這些人當時的心情。因為在十多年前，剛接觸腐蝕科學的時候，這種疑惑也曾長時間存在于我心中。

當我和腐蝕之間過了磨合期后，我慢慢喜歡上了它，并且開始覺得，在內心深處我其實是非常喜歡腐蝕的。甚至我強制性地告訴自己，有一種神秘的力量把我和腐蝕拉到一起，冥冥之中，我會在這個領域有所作為。

直到后來有一天，我知道了“一萬小時定律”——如果一個普通人從事某項工作的時長超過1萬小時，這個人即使再笨，也會成為該領域的專家。為此，我心灰意冷，因為我和腐蝕之間的這種微弱的好感可能僅僅是由于太熟悉了。

不過，接觸腐蝕學時間長了以后，“一萬小時定律”好像真的在我身上奏效了。因為當我開始思考一些腐蝕科學的問題時，發(fā)現(xiàn)它觸碰到了我內心深處的人生終極問題。

每個人都有一個人生終極問題。雖然我自覺資質平庸，但是在很小的時候，可能是幼兒園或者是更小的時候，我曾經(jīng)非常嚴肅地問過自己和家人：“人為什么活著？”從此以后，我就把問過類似問題的朋友歸為了人生知己。

慢慢地，我開始接觸哲學方面的著作，了解到在古代，有一個外國人也問過類似的問題，這個人就是柏拉圖。

當然柏拉圖追問的問題和我的問題并不完全相同，他把我的問題分成了三個子問題：我是誰？我從哪里來？我又要到哪里去？自此，我把柏拉圖當成了跨時空的人生摯友。

但是我發(fā)現(xiàn)他并沒有這樣對我，因為除了這三句話，柏拉圖的其他作品，我?guī)缀蹩床惶?。所以到目前為止，我都無法說服自己：我從哪里來？我要到哪里去？

已完成：20% //////////

金屬水龍頭的前世、今生和未來

就在此時，腐蝕科學告訴我如何將復雜的模型簡單化。雖然我無法說服我自己，但是我可以告訴他，一個金屬做的水龍頭，它的前世、今生和未來應該是什么樣的？

金屬水龍頭

我飛快地在腦中搜索材料科學的知識，設想這個金屬水龍頭的前世應該是這樣的：赤鐵礦，紅褐色，主要成分是三氧化二鐵。

赤鐵礦

當人們發(fā)現(xiàn)它以后，會進行開采，并經(jīng)過選礦、冶煉、澆鑄和必要的成型等復雜的、火光四濺的加工環(huán)節(jié)。

加工環(huán)節(jié)

人們這樣做的目的只有一個，就是將晶格中紅色的氧原子，從鐵礦石中拿出來。之后，再經(jīng)過必要的加工，就可以得到這種光鮮亮麗的水龍頭了，盡管這種光鮮亮麗只是暫時的。

晶體結構

為什么呢？因為氧原子雖然被拿了出來，但是它每時每刻都在想方設法重新回到水龍頭中去。所以，幾年之后，水龍頭就變得銹跡斑斑。

再過幾年，它有可能跑到了垃圾堆里。如果有幸可以回爐，它能夠變成新的金屬；如果不幸的話，它會重回大地，等待人們再一次開采，而這種概率是極低的。

回過頭來重新審視一個水龍頭的前世、今生和未來，你會發(fā)現(xiàn)，這種輪回般的宿命和佛教中所討論的人生狀態(tài)極為相似，當然在這里面我們要拋棄所有的神秘色彩。

我只想說一件事情，在座的各位，你身邊所有的金屬，目前的存在狀態(tài)都是非常短暫的，并且是不穩(wěn)定的。

腐蝕才是它們唯一的宿命，腐蝕之后的氧化狀態(tài)才是它們能夠永久存在的穩(wěn)定狀態(tài)。

已完成：40% //////////

腐蝕的代價

你可能想象不到，這樣一個小小的金屬腐蝕的宿命，卻要我們人類付出極大的代價。

這個代價有多大呢？2013年，我國工程院院士柯偉做了這樣一件事，他編纂了一部《中國腐蝕調查報告》。

這部報告對我國因腐蝕而造成的經(jīng)濟損失進行了系統(tǒng)的統(tǒng)計，相當于給腐蝕損耗算了一筆細賬。這筆賬涉及各行各業(yè)，包括我們身邊所有的金屬。

《中國腐蝕調查報告》（截圖）

這個賬是怎么算的呢？我們以一輛汽車的腐蝕損耗為例。據(jù)統(tǒng)計，一輛汽車每年平均花費在腐蝕上的費用是1260元。很多朋友會認為自己從未在汽車的腐蝕方面花過錢，這樣一個有整有零的數(shù)字又是怎么算出來的？

其實大家不了解。除了加油之外，汽車其他所有的保養(yǎng)費用其實都花在了腐蝕上。比如，汽車的發(fā)動機會因為高溫腐蝕、氧化磨損而失效，排氣孔會發(fā)生露點腐蝕，汽車的底盤和表面噴漆也都是為了防腐蝕。

此外，整個車體的老化也是因為腐蝕。所以，一輛汽車每年花在腐蝕上的費用是1260元。

再舉一個例子，是關于北京西直門立交橋的腐蝕問題。我國北方經(jīng)常會下雪，為了除雪，人們常常要往地上撒一些除雪劑。

除雪劑的主要成分是氯化鈉，其中的氯離子對于腐蝕來說是非常可怕的，因為它可以誘發(fā)幾乎所有可能的腐蝕。

所以，當氯離子不斷透過橋體進入到鋼筋的時候，鋼筋就會發(fā)生腐蝕。長此以往，立交橋的承載能力將大大下降。

為了彌補其承載能力的不足，人們要對立交橋進行修復，而修復的費用高達3000萬元人民幣。

林林總總這些事情統(tǒng)計起來后相加，柯偉院士得到了一個非常重要的結論：我國每年因為腐蝕所造成的經(jīng)濟損失，占國民生產(chǎn)總值的5%左右。

這是什么樣的一個數(shù)字呢？我們以2008年這一年為例。這一年的國民生產(chǎn)總值是一個很長的數(shù)字，以至于我們沒法念出來。

其中，腐蝕所造成的經(jīng)濟損失，可以用這個數(shù)字乘以5%，最終得到的金額是1.6萬億元人民幣。雖然這個數(shù)字比較簡單，但對大部分人來說，還是沒什么概念，因為數(shù)值太大了。

我再舉個例子。同樣是在2008年，我國汶川地區(qū)發(fā)生了5·12大地震，這個地震震驚世界，震級達到了8.0級。地震給我國造成的經(jīng)濟損失高達8000億元人民幣。

對比前面的數(shù)字，不難發(fā)現(xiàn)，我國每年因為腐蝕而造成的經(jīng)濟損失，相當于兩個汶川大地震。

當然，汶川大地震給我們國民精神上帶來的傷害是遠遠不能拿經(jīng)濟數(shù)字來衡量的，因為地震會摧毀我們的家園，奪走身邊的親人和朋友，甚至我們自己的生命，這種損失是巨大的。

有人可能會覺得，跟地震相比，每年因腐蝕而“燒”掉的這些錢咬咬牙也是可以接受的。但我要用一個血淋淋的例子告訴大家，當災難真正來臨時，腐蝕可一點都不比地震遜色。

這幅圖是2013年11月22日的青島市黃島區(qū)。黃島區(qū)有一個特點，地下有很多長輸埋地管線，用來運輸石油和天然氣。

就在11月22日這一天，其中一根管線因為腐蝕，發(fā)生了穿孔泄漏，石油源源不斷地流入地下，而且鬼使神差地流到了市政管網(wǎng)中去。

2013年11月22日的青島市黃島區(qū)

在市政管網(wǎng)這樣一個密閉空間，如果里面出現(xiàn)了油氣混合物，就會成為一個巨大的炸彈模型。而且非常不幸的是，這個炸彈確實碰到了明火，所以“嘭”的一聲爆炸了，釀成了如下慘案：整條街道被掀翻，周圍的汽車全都飛起幾米甚至十幾米高，四周房屋的玻璃幾乎都被震碎。這次事故共造成62人死亡，136人受傷。

爆炸現(xiàn)場

當看到這么慘痛的教訓發(fā)生的時候，我們是不是能夠認識到腐蝕其實是很危險的？

回過頭來，翻開《中國腐蝕調查報告》，我們會發(fā)現(xiàn)，這種事故在20世紀并不少見，而且通常發(fā)生在石油或者化工企業(yè)。其實，還有另外一個行業(yè)，也在每時每刻都跟腐蝕進行著博弈。

因腐蝕而發(fā)生的事故

這是1986年之后的切爾諾貝利核電站，因為核泄漏，整個地區(qū)變成了無人區(qū)。

1986年之后的切爾諾貝利核電站

2011年，日本福島核電站也發(fā)生了核泄漏、火災和爆炸。

核能，既可以作為一種清潔、高效的能源，為大家所用，也可以被用來做成世界上最可怕的殺人武器，所以核能時時刻刻在“魔鬼”和“天使”之間變換著自己的身份。如果“天使”碰到了腐蝕，是不是會變成“魔鬼”呢？

在核電站的核反應堆中，幾乎所有的構件都是由金屬構成的，而且很多回路中有水化學環(huán)境。這意味著當電解質碰到金屬后，會形成一個完整的腐蝕體系。

此外，反應堆當中的很多部位處于高溫、高壓的特殊極端環(huán)境中，這對腐蝕來說是極其敏感的。由此不難想象，核反應堆中幾乎涵蓋了所有可能發(fā)生的腐蝕形式，并且這些腐蝕會時常騷擾世界各地的核電站。

腐蝕對世界各地核電站造成威脅

已完成：60% //////////

扼殺腐蝕

在座的各位，如果已經(jīng)開始享受清潔的核能，聽到我的介紹后，會不會對核能的應用有一些顧慮呢？

當然，我講這些不是為了造成恐慌，而是為了告訴大家，特別是告訴那些對從事腐蝕科學研究的我們表示鄙夷的人，應該重視腐蝕。我們也會站出來，用專業(yè)手段將腐蝕扼殺在萌芽當中。

我們的工作和醫(yī)生是完全相同的。雖然可能工作環(huán)境差別很大，但是我們的工作性質很像。醫(yī)生的醫(yī)療對象可能是和藹可親的老奶奶，如果運氣好的話，還會碰到漂亮的姑娘。

但是對于我來說，面對的永遠是冷冰冰的機器設備。當然從某種角度來看，這個大家伙還是很有金屬美感的，有一種美國大片的感覺。

三峽集團水輪機

這個大家伙是三峽集團用來發(fā)電的一個水輪機。當水流沖刷葉片時，帶動水輪機旋轉，將動能轉換成電能。水輪機很大，直徑有20多米長，人站在它的面前顯得非常渺小。

當時，這個機器“生病”了，我用類似聽診器的設備觀察，發(fā)現(xiàn)它“身上”有很多小的孔洞。這種孔洞用專業(yè)術語來說，叫作局部腐蝕，或者叫作點蝕。

它是一種非常特殊的腐蝕形式，跟我們之前看到的金屬整體發(fā)生生銹腐蝕不同，是在一個或者幾個小點上出現(xiàn)孔洞，而且由于它自身的陰離子聚集以及局部酸化所造成的自催化效應，這個點會逐漸在金屬體內快速生長，且難以預測。

局部腐蝕（點蝕）

面對這種情況，我們要做的就如同醫(yī)生在醫(yī)院對患者所做的診療一樣：先給水輪機開了很多單子，讓它做相關檢查，并根據(jù)檢查報告，對其進行“病情”分析，最后針對“病情”，給予適當?shù)摹爸委煛薄?/p>

我們還會開具一份材料采購報告，并為其制定一個“健康的生活規(guī)律”，比如說一份健康的運行報告。

“治療”腐蝕

此外，我們還會附帶其他“治療”手段，比如說緩蝕劑、陰極保護、涂裝等等。如果問題實在太大了，醫(yī)生一般會建議患者進行手術，我們則會建議企業(yè)更換設備。這就是我們如何利用專業(yè)手段抑制腐蝕、并將其扼殺在萌芽當中的工作過程。

除了常規(guī)診治，很多大醫(yī)院的醫(yī)生也會做基礎的科研工作，這些工作也正是我們腐蝕學人的主業(yè)，所以我的工作和醫(yī)生是完全相同的。我們會就某一個腐蝕問題或某一種腐蝕形式進行深入研究，并同時探索如何利用腐蝕做一些對人類有益的事情。

已完成：70% //////////

利用腐蝕

《道德經(jīng)》里面有這樣一句話：“禍兮，福之所倚；福兮，禍之所伏?！币簿褪钦f，所有事物都具有兩面性，而且這兩面是在不斷轉化的。因而，在某些特殊的情況下，腐蝕并不是一個貶義詞，反而會造福人類。

我們來猜一下這些人是什么人，他們在做什么。

醫(yī)生取患者腿骨中的骨釘

他們是醫(yī)生。當人的腿骨發(fā)生骨折的時候，醫(yī)生會往腿骨中植入一個或幾個骨釘，骨釘能起到固定作用，讓腿骨慢慢愈合。

然而，當腿骨愈合之后，骨釘在腿骨上就顯得違和了。首先是不美觀，其次是可能引起一些其他問題，比如說引起炎癥等。這時，醫(yī)生需要把骨釘從患者的腿骨中拿出來。剛才他們做的事情就是把患者腿骨中的骨釘取出來。

我看到這個視頻的時候，真是替患者捏把汗，擔心好不容易長成的腿骨又被敲碎了。

手術的過程還是挺可怕的，盡管我們堅信每個醫(yī)生都有自己的職業(yè)操守和專業(yè)素養(yǎng)，手術肯定是沒問題的。

即使是這樣，如此粗暴的動作肯定會對患者的身心造成不小的傷害。

如果這個過程消失了該有多好。換句話說，如果骨釘能夠消失該多好。

從事結構材料研究的人，對有一種材料是非常討厭的，那就是特別活潑的鎂合金。它活潑到什么程度呢？

如果你把鎂合金丟到海南去，幾個月之后，它連人影都不見了，想要看鎂合金生銹的“尸體”都沒可能。它就是這么活潑。但這不正是我們現(xiàn)在所需要的嗎？

我們可以利用活潑的鎂合金，利用它快速的腐蝕速度，制作成可降解的鎂合金骨釘，再把它植入到患者的腿骨中去。我們可以針對不同的患者、不同的康復周期，制備不同使用壽命的鎂合金骨釘。

當患者的腿骨長好之后，骨釘會自行融化消失，而且在這一過程中釋放出的鎂離子正好是人體所需要的微量元素。多么完美的一個組合！

鎂合金骨釘腐蝕過程

當然，腐蝕的應用遠不止于此，還有可降解的支架或者電路板的刻蝕等等。我相信未來還會有更多的領域等待我們去開發(fā)和探索。

經(jīng)過以上的介紹，大家對腐蝕科學和我們的工作可能已經(jīng)有了一定的了解。一個水龍頭經(jīng)過百千萬億年的等待，經(jīng)過百煉成鋼的浴火重生，它們所追求的僅僅是幾萬個小時的穩(wěn)定服役。

我們腐蝕人也正是致力于此，致力于將每一個金屬的短暫生命發(fā)揮到極致，造福于人，就像美麗的櫻花一樣，絢爛而短暫，向死而生。


關注【深圳科普】微信公眾號，在對話框：
回復【最新活動】，了解近期科普活動
回復【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回復【研學營】，了解最新科普研學營
回復【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復【科普書籍】，了解最新科普書籍
回復【團體定制】，了解最新團體定制活動
回復【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復【觀鳥知識】，學習觀鳥相關科普知識
回復【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情