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卷首语 | 根植环境特点推进海洋腐蚀防护研究
2020-04-13 15:58:25 作者: 张盾 中国科学院海洋研究所 来源:《腐蚀与防护之友》

海洋环境的腐蚀苛刻性、复杂性与危害性有目共睹。海洋环境的腐蚀苛刻性不仅来自海水因含有大量的盐类所具备的强电解质溶液性质,而且与溶解氧、波浪潮流运动、生物等因子密切相关。海洋环境的物理、化学、生物等因子的变化具有三大梯度特征,包括从赤道到两极的维度梯度、从海面到深海海底的深度梯度、从沿岸到开阔大洋的水平梯度。由于腐蚀是材料与环境相互作用的结果,环境的复杂变化可引起腐蚀过程的复杂变化。人们习惯上以海面到深海海底的深度方向为基准,将海洋环境划分为五个腐蚀区带:大气区、浪花飞溅区、潮差区、全浸区和海泥区,每个区带的腐蚀行为与机制存在显著差异。海洋环境因子在维度与水平方向的变化,可作为一变化参量融入上述五个腐蚀区带中。海洋环境的腐蚀苛刻性与复杂性,导致了其严重的腐蚀危害性。一方面海洋腐蚀造成巨大经济损失。根据我国最新的腐蚀调查结果,2014 年由腐蚀造成的经济损失约占当年 GDP 的 3.34%,而海洋腐蚀损失占总腐蚀损失的三分之一左右、数值超过 7000 亿元,相当于当年整个甘肃省的 GDP 被海洋腐蚀损失掉。另一方面海洋腐蚀威胁人身安全与海洋生态环境。由海洋腐蚀引起的英国北海“亚历山大基定德”号钻井平台坍塌、英国石油公司墨西哥湾“深水地平线”钻井平台爆炸、山东黄岛排水暗渠爆炸等事故分别造成 123、11 和 62 人遇难,“深水地平线”钻井平台爆炸还造成了超过 400 万桶的原油泄漏环境灾害。


我国基于环境特点的海洋腐蚀防护研究取得了长足发展,但依然存在一些限制与不足。以全浸区为例,人们研究了压力、温度、溶解氧浓度、盐度、流速、营养盐浓度、微生物等环境因子对材料腐蚀行为的影响规律,并对腐蚀影响机制进行了探讨。


同时,也研究了涂层、阴极保护等腐蚀防护技术在不同海洋环境因子作用下的服役行为与失效机制。这些工作极大地推动了人们对全浸区环境中材料腐蚀防护的认知,对丰富海洋环境腐蚀理论与科学开发海洋环境腐蚀防护技术起到了重要作用。


但由于海洋环境的复杂性,人们往往简化体系,以 3.5% NaCl 溶液或其他人工海水来替代天然海水。这存在一定的不足,如忽视了天然海水的 pH 缓冲能力、钙镁沉积物、生物因子等的影响,造成所研究体系的材料腐蚀过程与在天然海水中的可能存在差异。因此,立足海洋环境特点,尽可能的构建与实际海洋环境相近的研究体系可以更好的揭示海洋环境中材料的腐蚀机制,进而为海洋环境腐蚀防护技术提供更科学的指导。


特殊海洋环境的认知催促海洋环境腐蚀防护研究的与时俱进。海洋科考设备的进步促进了人们对海洋环境更全面的认知,一些极端环境被发现并正被更深层次的研究,深海热液区与冷泉区就是其中的典型代表。相较于普通的高压、低氧、低温、黑暗、生物量贫瘠的深海环境,深海热液区温度可高达几百度、且存在以嗜热硫还原菌为基础生产链的生物量丰富的复杂生物群落,深海冷泉区尽管温度与普通深海环境接近、但存在以甲烷氧化菌与硫酸盐还原菌为初级生产者的复杂生物群落、是另一种“海底绿洲”。深海热液区、冷泉区与普通深海区环境特点的巨大差异,必然会导致材料腐蚀过程的差异,但具体差异如何需要人们的进一步研究。此外,人类生产活动也会导致海洋环境的特殊现象,比如自 2007 年开始袭扰青岛的浒苔绿潮,其爆发会引起所处海域环境的变化、且具有生长周期依赖性,置于浒苔绿潮爆发海域的工程设施的腐蚀过程会发生怎样的变化也是摆在人们面前的一个问题。因此,腐蚀的环境依赖性与海洋环境的多变形使得海洋环境腐蚀防护研究处于不断发展中。


综上,根植环境特点研究海洋环境腐蚀防护,是一项极具趣味性、挑战性、持续性的工作,我愿尽自己全力与腐蚀界同行共同推进其发展。

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