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

王長(cháng)罡

中國科學(xué)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(gè)平臺，讓我可以為腐蝕學(xué)做個(gè)宣傳。腐蝕實(shí)在是太小太小的一門(mén)學(xué)科了，以至于很多人都質(zhì)疑這門(mén)學(xué)科是否有存在的必要。

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

相關(guān)話(huà)題往往是這樣開(kāi)頭的。一兩個(gè)內心尚存童趣的年輕女性朋友問(wèn)我：“你們科學(xué)家平時(shí)都干什么？”今天上午就有人問(wèn)過(guò)我這個(gè)問(wèn)題。

盡管我遠遠稱(chēng)不上是科學(xué)家，不過(guò)我從對方的眼神里看出來(lái)，她對接下來(lái)的談話(huà)是有預期的，甚至已經(jīng)在腦海中形成了一些畫(huà)面。

這個(gè)畫(huà)面很有可能是這樣的。

（圖片來(lái)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(ài)的猴子實(shí)在是太萌了，給我們的科普事業(yè)帶來(lái)了巨大的貢獻，很多女性因為它們的關(guān)系導致體內激素水平異常，母性大發(fā)，最終甚至愛(ài)上了科學(xué)。

因為我無(wú)法用類(lèi)似剛才的三張圖片來(lái)解釋腐蝕科學(xué)，所以我搜腸刮肚想了一些符合邏輯的詞匯，通過(guò)語(yǔ)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(huà)面瞬間變成了這樣的。

生銹的水龍頭

現場(chǎng)變得非常尷尬，我內心的陰影面積也大到無(wú)法求證，最終不得不迅速轉入下一個(gè)話(huà)題。

我特別能理解這些人當時(shí)的心情。因為在十多年前，剛接觸腐蝕科學(xué)的時(shí)候，這種疑惑也曾長(cháng)時(shí)間存在于我心中。

當我和腐蝕之間過(guò)了磨合期后，我慢慢喜歡上了它，并且開(kāi)始覺(jué)得，在內心深處我其實(shí)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(huì )在這個(gè)領(lǐng)域有所作為。

直到后來(lái)有一天，我知道了“一萬(wàn)小時(shí)定律”——如果一個(gè)普通人從事某項工作的時(shí)長(cháng)超過(guò)1萬(wàn)小時(shí)，這個(gè)人即使再笨，也會(huì )成為該領(lǐng)域的專(zhuān)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(guò)，接觸腐蝕學(xué)時(shí)間長(cháng)了以后，“一萬(wàn)小時(shí)定律”好像真的在我身上奏效了。因為當我開(kāi)始思考一些腐蝕科學(xué)的問(wèn)題時(shí)，發(fā)現它觸碰到了我內心深處的人生終極問(wèn)題。

每個(gè)人都有一個(gè)人生終極問(wèn)題。雖然我自覺(jué)資質(zhì)平庸，但是在很小的時(shí)候，可能是幼兒園或者是更小的時(shí)候，我曾經(jīng)非常嚴肅地問(wèn)過(guò)自己和家人：“人為什么活著(zhù)？”從此以后，我就把問(wèn)過(guò)類(lèi)似問(wèn)題的朋友歸為了人生知己。

慢慢地，我開(kāi)始接觸哲學(xué)方面的著(zhù)作，了解到在古代，有一個(gè)外國人也問(wèn)過(guò)類(lèi)似的問(wèn)題，這個(gè)人就是柏拉圖。

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

但是我發(fā)現他并沒(méi)有這樣對我，因為除了這三句話(huà)，柏拉圖的其他作品，我幾乎看不太懂。所以到目前為止，我都無(wú)法說(shuō)服自己：我從哪里來(lái)？我要到哪里去？

已完成：20% //////////

金屬水龍頭的前世、今生和未來(lái)

就在此時(shí)，腐蝕科學(xué)告訴我如何將復雜的模型簡(jiǎn)單化。雖然我無(wú)法說(shuō)服我自己，但是我可以告訴他，一個(gè)金屬做的水龍頭，它的前世、今生和未來(lái)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(xué)的知識，設想這個(gè)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)現它以后，會(huì )進(jìn)行開(kāi)采，并經(jīng)過(guò)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。

加工環(huán)節

人們這樣做的目的只有一個(gè)，就是將晶格中紅色的氧原子，從鐵礦石中拿出來(lái)。之后，再經(jīng)過(guò)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(shí)的。

晶體結構

為什么呢？因為氧原子雖然被拿了出來(lái)，但是它每時(shí)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(guò)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(huà)，它會(huì )重回大地，等待人們再一次開(kāi)采，而這種概率是極低的。

回過(guò)頭來(lái)重新審視一個(gè)水龍頭的前世、今生和未來(lái)，你會(huì )發(fā)現，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(shuō)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定狀態(tài)。

已完成：40% //////////

腐蝕的代價(jià)

你可能想象不到，這樣一個(gè)小小的金屬腐蝕的宿命，卻要我們人類(lèi)付出極大的代價(jià)。

這個(gè)代價(jià)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(jìn)行了系統的統計，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(gè)賬是怎么算的呢？我們以一輛汽車(chē)的腐蝕損耗為例。據統計，一輛汽車(chē)每年平均花費在腐蝕上的費用是1260元。很多朋友會(huì )認為自己從未在汽車(chē)的腐蝕方面花過(guò)錢(qián)，這樣一個(gè)有整有零的數字又是怎么算出來(lái)的？

其實(shí)大家不了解。除了加油之外，汽車(chē)其他所有的保養費用其實(shí)都花在了腐蝕上。比如，汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機會(huì )因為高溫腐蝕、氧化磨損而失效，排氣孔會(huì )發(fā)生露點(diǎn)腐蝕，汽車(chē)的底盤(pán)和表面噴漆也都是為了防腐蝕。

此外，整個(gè)車(chē)體的老化也是因為腐蝕。所以，一輛汽車(chē)每年花在腐蝕上的費用是1260元。

再舉一個(gè)例子，是關(guān)于北京西直門(mén)立交橋的腐蝕問(wèn)題。我國北方經(jīng)常會(huì )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(lái)說(shuō)是非?？膳碌?，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(guò)橋體進(jìn)入到鋼筋的時(shí)候，鋼筋就會(huì )發(fā)生腐蝕。長(cháng)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(jìn)行修復，而修復的費用高達3000萬(wàn)元人民幣。

林林總總這些事情統計起來(lái)后相加，柯偉院士得到了一個(gè)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(gè)數字呢？我們以2008年這一年為例。這一年的國民生產(chǎn)總值是一個(gè)很長(cháng)的數字，以至于我們沒(méi)法念出來(lái)。

其中，腐蝕所造成的經(jīng)濟損失，可以用這個(gè)數字乘以5%，最終得到的金額是1.6萬(wàn)億元人民幣。雖然這個(gè)數字比較簡(jiǎn)單，但對大部分人來(lái)說(shuō)，還是沒(méi)什么概念，因為數值太大了。

我再舉個(gè)例子。同樣是在2008年，我國汶川地區發(fā)生了5·12大地震，這個(gè)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。

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

當然，汶川大地震給我們國民精神上帶來(lái)的傷害是遠遠不能拿經(jīng)濟數字來(lái)衡量的，因為地震會(huì )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(huì )覺(jué)得，跟地震相比，每年因腐蝕而“燒”掉的這些錢(qián)咬咬牙也是可以接受的。但我要用一個(gè)血淋淋的例子告訴大家，當災難真正來(lái)臨時(shí)，腐蝕可一點(diǎn)都不比地震遜色。

這幅圖是2013年11月22日的青島市黃島區。黃島區有一個(gè)特點(diǎn)，地下有很多長(cháng)輸埋地管線(xiàn)，用來(lái)運輸石油和天然氣。

就在11月22日這一天，其中一根管線(xiàn)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

在市政管網(wǎng)這樣一個(gè)密閉空間，如果里面出現了油氣混合物，就會(huì )成為一個(gè)巨大的炸彈模型。而且非常不幸的是，這個(gè)炸彈確實(shí)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?chē)钠?chē)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。

爆炸現場(chǎng)

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

回過(guò)頭來(lái)，翻開(kāi)《中國腐蝕調查報告》，我們會(huì )發(fā)現，這種事故在20世紀并不少見(jiàn)，而且通常發(fā)生在石油或者化工企業(yè)。其實(shí)，還有另外一個(gè)行業(yè)，也在每時(shí)每刻都跟腐蝕進(jìn)行著(zhù)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(gè)地區變成了無(wú)人區。

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(lái)做成世界上最可怕的殺人武器，所以核能時(shí)時(shí)刻刻在“魔鬼”和“天使”之間變換著(zhù)自己的身份。如果“天使”碰到了腐蝕，是不是會(huì )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(xué)環(huán)境。這意味著(zhù)當電解質(zhì)碰到金屬后，會(huì )形成一個(gè)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(lái)說(shuō)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(huì )時(shí)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(kāi)始享受清潔的核能，聽(tīng)到我的介紹后，會(huì )不會(huì )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(xué)研究的我們表示鄙夷的人，應該重視腐蝕。我們也會(huì )站出來(lái)，用專(zhuān)業(yè)手段將腐蝕扼殺在萌芽當中。

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

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

三峽集團水輪機

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

當時(shí)，這個(gè)機器“生病”了，我用類(lèi)似聽(tīng)診器的設備觀(guān)察，發(fā)現它“身上”有很多小的孔洞。這種孔洞用專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，叫作局部腐蝕，或者叫作點(diǎn)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(gè)或者幾個(gè)小點(diǎn)上出現孔洞，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(gè)點(diǎn)會(huì )逐漸在金屬體內快速生長(cháng)，且難以預測。

局部腐蝕（點(diǎn)蝕）

面對這種情況，我們要做的就如同醫生在醫院對患者所做的診療一樣：先給水輪機開(kāi)了很多單子，讓它做相關(guān)檢查，并根據檢查報告，對其進(jìn)行“病情”分析，最后針對“病情”，給予適當的“治療”。

我們還會(huì )開(kāi)具一份材料采購報告，并為其制定一個(gè)“健康的生活規律”，比如說(shuō)一份健康的運行報告。

“治療”腐蝕

此外，我們還會(huì )附帶其他“治療”手段，比如說(shuō)緩蝕劑、陰極保護、涂裝等等。如果問(wèn)題實(shí)在太大了，醫生一般會(huì )建議患者進(jìn)行手術(shù)，我們則會(huì )建議企業(yè)更換設備。這就是我們如何利用專(zhuān)業(yè)手段抑制腐蝕、并將其扼殺在萌芽當中的工作過(guò)程。

除了常規診治，很多大醫院的醫生也會(huì )做基礎的科研工作，這些工作也正是我們腐蝕學(xué)人的主業(yè)，所以我的工作和醫生是完全相同的。我們會(huì )就某一個(gè)腐蝕問(wèn)題或某一種腐蝕形式進(jìn)行深入研究，并同時(shí)探索如何利用腐蝕做一些對人類(lèi)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(huà)：“禍兮，福之所倚；福兮，禍之所伏?！币簿褪钦f(shuō)，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(gè)貶義詞，反而會(huì )造福人類(lèi)。

我們來(lái)猜一下這些人是什么人，他們在做什么。

醫生取患者腿骨中的骨釘

他們是醫生。當人的腿骨發(fā)生骨折的時(shí)候，醫生會(huì )往腿骨中植入一個(gè)或幾個(gè)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(guān)，其次是可能引起一些其他問(wèn)題，比如說(shuō)引起炎癥等。這時(shí)，醫生需要把骨釘從患者的腿骨中拿出來(lái)。剛才他們做的事情就是把患者腿骨中的骨釘取出來(lái)。

我看到這個(gè)視頻的時(shí)候，真是替患者捏把汗，擔心好不容易長(cháng)成的腿骨又被敲碎了。

手術(shù)的過(guò)程還是挺可怕的，盡管我們堅信每個(gè)醫生都有自己的職業(yè)操守和專(zhuān)業(yè)素養，手術(shù)肯定是沒(méi)問(wèn)題的。

即使是這樣，如此粗暴的動(dòng)作肯定會(huì )對患者的身心造成不小的傷害。

如果這個(gè)過(guò)程消失了該有多好。換句話(huà)說(shuō)，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(gè)月之后，它連人影都不見(jiàn)了，想要看鎂合金生銹的“尸體”都沒(méi)可能。它就是這么活潑。但這不正是我們現在所需要的嗎？

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(cháng)好之后，骨釘會(huì )自行融化消失，而且在這一過(guò)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(gè)組合！

鎂合金骨釘腐蝕過(guò)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(lái)還會(huì )有更多的領(lǐng)域等待我們去開(kāi)發(fā)和探索。

經(jīng)過(guò)以上的介紹，大家對腐蝕科學(xué)和我們的工作可能已經(jīng)有了一定的了解。一個(gè)水龍頭經(jīng)過(guò)百千萬(wàn)億年的等待，經(jīng)過(guò)百煉成鋼的浴火重生，它們所追求的僅僅是幾萬(wàn)個(gè)小時(shí)的穩定服役。

我們腐蝕人也正是致力于此，致力于將每一個(gè)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(guān)注【深圳科普】微信公眾號，在對話(huà)框：
回復【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復【團體定制】，了解最新團體定制活動(dòng)
回復【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復【觀(guān)鳥(niǎo)知識】，學(xué)習觀(guān)鳥(niǎo)相關(guān)科普知識
回復【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情