“我國(guó)每年因?yàn)楦g而造成的經(jīng)濟(jì)損失，相當(dāng)于兩個(gè)汶川大地震?！?/p>

王長(zhǎng)罡

中國(guó)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(tái)，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學(xué)科了，以至于很多人都質(zhì)疑這門學(xué)科是否有存在的必要。

大家都是普通人。在中國(guó)，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)或者飯局的話題中心，至少是一個(gè)子話題的中心。

相關(guān)話題往往是這樣開頭的。一兩個(gè)內(nèi)心尚存童趣的年輕女性朋友問我：“你們科學(xué)家平時(shí)都干什么？”今天上午就有人問過我這個(gè)問題。

盡管我遠(yuǎn)遠(yuǎn)稱不上是科學(xué)家，不過我從對(duì)方的眼神里看出來(lái)，她對(duì)接下來(lái)的談話是有預(yù)期的，甚至已經(jīng)在腦海中形成了一些畫面。

這個(gè)畫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(yīng)該是這樣的。

這兩只可愛的猴子實(shí)在是太萌了，給我們的科普事業(yè)帶來(lái)了巨大的貢獻(xiàn)，很多女性因?yàn)樗鼈兊年P(guān)系導(dǎo)致體內(nèi)激素水平異常，母性大發(fā)，最終甚至愛上了科學(xué)。

因?yàn)槲覠o(wú)法用類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，通過語(yǔ)言組織后給對(duì)方普及了一下什么是腐蝕。從對(duì)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(chǎng)變得非常尷尬，我內(nèi)心的陰影面積也大到無(wú)法求證，最終不得不迅速轉(zhuǎn)入下一個(gè)話題。

我特別能理解這些人當(dāng)時(shí)的心情。因?yàn)樵谑嗄昵埃瑒偨佑|腐蝕科學(xué)的時(shí)候，這種疑惑也曾長(zhǎng)時(shí)間存在于我心中。

當(dāng)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(nèi)心深處我其實(shí)是非常喜歡腐蝕的。甚至我強(qiáng)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(xiàng)工作的時(shí)長(zhǎng)超過1萬(wàn)小時(shí)，這個(gè)人即使再笨，也會(huì)成為該領(lǐng)域的專家。為此，我心灰意冷，因?yàn)槲液透g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(xué)時(shí)間長(zhǎng)了以后，“一萬(wàn)小時(shí)定律”好像真的在我身上奏效了。因?yàn)楫?dāng)我開始思考一些腐蝕科學(xué)的問題時(shí)，發(fā)現(xiàn)它觸碰到了我內(nèi)心深處的人生終極問題。

每個(gè)人都有一個(gè)人生終極問題。雖然我自覺資質(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(yán)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(xué)方面的著作，了解到在古代，有一個(gè)外國(guó)人也問過類似的問題，這個(gè)人就是柏拉圖。

當(dāng)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(gè)子問題：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(dāng)成了跨時(shí)空的人生摯友。

但是我發(fā)現(xiàn)他并沒有這樣對(duì)我，因?yàn)槌诉@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(wú)法說服自己：我從哪里來(lái)？我要到哪里去？

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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(fù)雜的模型簡(jiǎn)單化。雖然我無(wú)法說服我自己，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(yīng)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(shí)，設(shè)想這個(gè)金屬水龍頭的前世應(yīng)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(dāng)人們發(fā)現(xiàn)它以后，會(huì)進(jìn)行開采，并經(jīng)過選礦、冶煉、澆鑄和必要的成型等復(fù)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(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(jié)構(gòu)

為什么呢？因?yàn)檠踉与m然被拿了出來(lái)，但是它每時(shí)每刻都在想方設(shè)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(huì)重回大地，等待人們?cè)僖淮伍_采，而這種概率是極低的。

回過頭來(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(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(dāng)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)。

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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?nèi)祟惛冻鰳O大的代價(jià)。

這個(gè)代價(jià)有多大呢？2013年，我國(guó)工程院院士柯偉做了這樣一件事，他編纂了一部《中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告》。

這部報(bào)告對(duì)我國(guó)因腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行了系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)，相當(dāng)于給腐蝕損耗算了一筆細(xì)賬。這筆賬涉及各行各業(yè)，包括我們身邊所有的金屬。

《中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告》（截圖）

這個(gè)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(jì)，一輛汽車每年平均花費(fèi)在腐蝕上的費(fèi)用是1260元。很多朋友會(huì)認(rèn)為自己從未在汽車的腐蝕方面花過錢，這樣一個(gè)有整有零的數(shù)字又是怎么算出來(lái)的？

其實(shí)大家不了解。除了加油之外，汽車其他所有的保養(yǎng)費(fèi)用其實(shí)都花在了腐蝕上。比如，汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)因?yàn)楦邷馗g、氧化磨損而失效，排氣孔會(huì)發(fā)生露點(diǎn)腐蝕，汽車的底盤和表面噴漆也都是為了防腐蝕。

此外，整個(gè)車體的老化也是因?yàn)楦g。所以，一輛汽車每年花在腐蝕上的費(fèi)用是1260元。

再舉一個(gè)例子，是關(guān)于北京西直門立交橋的腐蝕問題。我國(guó)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(duì)于腐蝕來(lái)說是非?？膳碌?，因?yàn)樗梢哉T發(fā)幾乎所有可能的腐蝕。

所以，當(dāng)氯離子不斷透過橋體進(jìn)入到鋼筋的時(shí)候，鋼筋就會(huì)發(fā)生腐蝕。長(zhǎng)此以往，立交橋的承載能力將大大下降。

為了彌補(bǔ)其承載能力的不足，人們要對(duì)立交橋進(jìn)行修復(fù)，而修復(fù)的費(fèi)用高達(dá)3000萬(wàn)元人民幣。

林林總總這些事情統(tǒng)計(jì)起來(lái)后相加，柯偉院士得到了一個(gè)非常重要的結(jié)論：我國(guó)每年因?yàn)楦g所造成的經(jīng)濟(jì)損失，占國(guó)民生產(chǎn)總值的5%左右。

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

其中，腐蝕所造成的經(jīng)濟(jì)損失，可以用這個(gè)數(shù)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(shù)字比較簡(jiǎn)單，但對(duì)大部分人來(lái)說，還是沒什么概念，因?yàn)閿?shù)值太大了。

我再舉個(gè)例子。同樣是在2008年，我國(guó)汶川地區(qū)發(fā)生了5·12大地震，這個(gè)地震震驚世界，震級(jí)達(dá)到了8.0級(jí)。地震給我國(guó)造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)8000億元人民幣。

對(duì)比前面的數(shù)字，不難發(fā)現(xiàn)，我國(guó)每年因?yàn)楦g而造成的經(jīng)濟(jì)損失，相當(dāng)于兩個(gè)汶川大地震。

當(dāng)然，汶川大地震給我們國(guó)民精神上帶來(lái)的傷害是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能拿經(jīng)濟(jì)數(shù)字來(lái)衡量的，因?yàn)榈卣饡?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(gè)血淋淋的例子告訴大家，當(dāng)災(zāi)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(qū)。黃島區(qū)有一個(gè)特點(diǎn)，地下有很多長(zhǎng)輸埋地管線，用來(lái)運(yùn)輸石油和天然氣。

就在11月22日這一天，其中一根管線因?yàn)楦g，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(gè)密閉空間，如果里面出現(xiàn)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(chǎng)

當(dāng)看到這么慘痛的教訓(xùn)發(fā)生的時(shí)候，我們是不是能夠認(rèn)識(shí)到腐蝕其實(shí)是很危險(xiǎn)的？

回過頭來(lái)，翻開《中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告》，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，這種事故在20世紀(jì)并不少見，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?yàn)楹诵孤?，整個(gè)地區(qū)變成了無(wú)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(zāi)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(yīng)堆中，幾乎所有的構(gòu)件都是由金屬構(gòu)成的，而且很多回路中有水化學(xué)環(huán)境。這意味著當(dāng)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(yīng)堆當(dāng)中的很多部位處于高溫、高壓的特殊極端環(huán)境中，這對(duì)腐蝕來(lái)說是極其敏感的。由此不難想象，核反應(yīng)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(duì)世界各地核電站造成威脅

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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(huì)不會(huì)對(duì)核能的應(yīng)用有一些顧慮呢？

當(dāng)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(duì)從事腐蝕科學(xué)研究的我們表示鄙夷的人，應(yīng)該重視腐蝕。我們也會(huì)站出來(lái)，用專業(yè)手段將腐蝕扼殺在萌芽當(dāng)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(zhì)很像。醫(yī)生的醫(yī)療對(duì)象可能是和藹可親的老奶奶，如果運(yùn)氣好的話，還會(huì)碰到漂亮的姑娘。

但是對(duì)于我來(lái)說，面對(duì)的永遠(yuǎn)是冷冰冰的機(jī)器設(shè)備。當(dāng)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(guó)大片的感覺。

三峽集團(tuán)水輪機(jī)

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

當(dāng)時(shí)，這個(gè)機(jī)器“生病”了，我用類似聽診器的設(shè)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(shù)語(yǔ)來(lái)說，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(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(yīng)，這個(gè)點(diǎn)會(huì)逐漸在金屬體內(nèi)快速生長(zhǎng)，且難以預(yù)測(cè)。

局部腐蝕（點(diǎn)蝕）

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

我們還會(huì)開具一份材料采購(gòu)報(bào)告，并為其制定一個(gè)“健康的生活規(guī)律”，比如說一份健康的運(yùn)行報(bào)告。

“治療”腐蝕

此外，我們還會(huì)附帶其他“治療”手段，比如說緩蝕劑、陰極保護(hù)、涂裝等等。如果問題實(shí)在太大了，醫(yī)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(shè)備。這就是我們?nèi)绾卫脤I(yè)手段抑制腐蝕、并將其扼殺在萌芽當(dāng)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(huì)做基礎(chǔ)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(yī)生是完全相同的。我們會(huì)就某一個(gè)腐蝕問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(duì)人類有益的事情。

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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(zhuǎn)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。

我們來(lái)猜一下這些人是什么人，他們?cè)谧鍪裁础?/p>

醫(yī)生取患者腿骨中的骨釘

他們是醫(yī)生。當(dāng)人的腿骨發(fā)生骨折的時(shí)候，醫(yī)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(dāng)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(shí)，醫(yī)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(dān)心好不容易長(zhǎng)成的腿骨又被敲碎了。

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

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

如果這個(gè)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(jié)構(gòu)材料研究的人，對(duì)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(duì)不同的患者、不同的康復(fù)周期，制備不同使用壽命的鎂合金骨釘。

當(dāng)患者的腿骨長(zhǎng)好之后，骨釘會(huì)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(gè)組合！

鎂合金骨釘腐蝕過程

當(dāng)然，腐蝕的應(yīng)用遠(yuǎn)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?nèi)ラ_發(fā)和探索。

經(jīng)過以上的介紹，大家對(duì)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)過百千萬(wàn)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(wàn)個(gè)小時(shí)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(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。


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