守護海洋設施的“隱形盾牌”

自古以來，海洋為人類提供漁鹽之利、舟楫之便，而人類探索與開發(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)材料在嚴苛的海洋環(huán)境中長期服役時，無不面臨被腐蝕侵蝕的威脅。但防腐技術的革新始終與“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世，如同為海洋設施鑄就守護之盾，為人類遠航深藍的征程保駕護航。

為何海洋環(huán)境會腐蝕設施？

你是否留意過這些海岸景象？混凝土墻體表面凹凸不平，開裂破碎，甚至裸露出內(nèi)部包裹的銹跡斑斑的鋼筋。船舶表面的鋼鐵構件出現(xiàn)嚴重的銹蝕，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。一般來說，生物污損環(huán)境下，海洋設施會面臨更為嚴重的點蝕破壞，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。

海洋是一個強腐蝕性環(huán)境。海水中豐富的氧氣、無機鹽和生物，以及復雜多變的力，都能對海洋設施造成腐蝕破壞。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)生應力失衡，誘發(fā)脆性開裂。此時，溶解氧、氯離子和硫酸鹽等腐蝕因子通過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)部被腐蝕后會逐漸累積鐵銹和腐蝕坑，造成混凝土結構膨脹變形，這種結構變形又會為海洋生物尤其是細菌附著提供位點，誘發(fā)長期細菌腐蝕和化學腐蝕的協(xié)同效應。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，全球每年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失高達數(shù)萬億美元，其中海洋腐蝕占據(jù)了相當大的比例。在海上，無論是石油平臺、港口設施還是船舶，都面臨嚴重的腐蝕威脅。所以，海洋腐蝕就像一個“隱形殺手”，悄無聲息地侵蝕著我們的海洋設施。

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、電化學及生物反應的復雜過程。基于這一機理，如何對癥下藥，從根本上抑制海洋腐蝕呢？不要著急，我們一步一步來。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)境間的反應進程。而能夠通過上述途徑實現(xiàn)腐蝕防護功能的材料，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合，形成一層致密的保護層。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)良的強度、易加工性能、價格低廉以及資源儲量大而大量使用于海洋環(huán)境。

涂料是海洋防腐蝕領域內(nèi)最常見的裝備材料的“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、電化學和生物反應的發(fā)生。在深遠海、極地、空天領域內(nèi)高速發(fā)展的材料設施對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、自修復性能、長期穩(wěn)定性、殺菌防污性能、抗老化和超疏水等。越來越多的天然植物、動物提取物，如咖啡因、昆蟲抗菌肽等作為涂料的功能組分為新型多功能涂料的開發(fā)添磚加瓦，真正實現(xiàn)了“取自海洋，服務海洋”。

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域扮演著重要角色。金屬涂鍍層技術的突破，更充分釋放了金屬活動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、分子設計的殺菌防污材料的應用為海洋設施裝備“彈藥”，使其從被動接受腐蝕破壞，到主動應對腐蝕，實現(xiàn)智能防腐、預測防腐，為抵御腐蝕風險構建起面向未來的防線。

海洋防腐蝕材料的作用

海洋防腐蝕材料的作用遠不止于防止金屬銹蝕，它們還能延長海洋設施的使用壽命。想象一下，如果沒有防腐蝕材料，一艘船可能在幾年內(nèi)就會因腐蝕而報廢，而有了防腐蝕材料，它的使用壽命可以延長幾十年。這不僅節(jié)省了大量資源，還減少了因設施損壞帶來的安全隱患。當我們站在海邊棧橋上，就能想到棧橋的耐蝕材料（高強度混凝土、耐蝕涂層、鎂鋁鋅基連接構件等）在抵御著長年累月的海水沖刷侵蝕，為海岸旅游、船舶停靠、海洋漁業(yè)默默奉獻著力量，更不要說這些耐蝕材料在深遠海探索、資源開發(fā)、海洋觀測等領域發(fā)揮的重要作用了。

海洋防腐蝕材料的應用

海上石油平臺是海洋防腐蝕材料應用的典型范例。石油平臺通常位于遠海區(qū)域，長期面臨惡劣的海洋環(huán)境腐蝕挑戰(zhàn)。為保障平臺結構安全，工程師會在平臺鋼結構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，平臺的底部會安裝犧牲陽極塊（常用鋅合金或鋁合金），這些金屬塊會優(yōu)先被腐蝕，從而保護平臺的主體結構。通過這些措施，石油平臺可以在海洋中安全運行數(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”。為了保護長期浸泡在海水中的船底，船廠會涂覆防腐涂層。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構部件，進一步增強船舶的安全性和使用壽命。

唯有在細微處筑牢防線，方能避免巨大損失。當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)地開發(fā)利用海洋資源——這既是認識藍色星球的科學之鑰，更是實現(xiàn)人海和諧的發(fā)展之道。

（責任編輯 / 李銀慧" 高琳" 美術編輯 / 周游）