每年造成约7000亿损失！我们想让这个数字减少一些

出品：科普中国

作者：赵文杰 曹金涛（中国科学院宁波材料技术与工程研究所）

监制：中国科普博览

编者按：为揭开科技工作的神秘面纱，科普中国前沿科技项目推出“我和我的研究”系列文章，邀请科学家亲自执笔，分享科研历程，打造科学世界。让我们跟随站在科技最前沿的探索者们，开启一段段充满热情、挑战与惊喜的旅程。

相信您跟我一定有同样的感受，每当开车行驶在跨海大桥上，都不禁为它的雄伟所感叹，它就像钢铁巨龙般横卧在波涛汹涌的海面上。

港珠澳大桥

（图片来源：新华社记者陈晔华2020年9月11日摄）

但是，在这片广阔的海域中，我们的海洋工程装备正默默承受着一个隐形的威胁—海洋腐蚀。

这是海边的一根普通金属立柱，海水没用多长时间就把它腐蚀成了这锈迹斑斑的模样

（图片来源：Veer图库）

实际上，金属腐蚀问题遍及国民经济的众多领域，据统计，我国每年因腐蚀造成的经济损失高达2万亿元，其中，海洋腐蚀损失约占总腐蚀损失的三分之一，也就是7000亿左右。

怎么才能降低这些损失呢？我们先要了解下海洋腐蚀是如何发生的。

海洋腐蚀是一个缓慢而持续的过程。

**根据不同的海洋环境，可分为大气区、浪花飞溅区、潮差区、全浸区以及海泥区。**这其中，浪花飞溅区腐蚀情况最为严重，在这个区域海工装备不仅要经受盐分氧气和水的电化学腐蚀，还要面对浪花拍打的机械损伤。

这就如同在结痂的伤口处持续击打一样，海水能轻易将海洋工程装备击溃。

以钢管桩为例，它作为海洋工程中最重要的基础结构，支撑着跨海大桥、海上风电那些重大设施。然而，钢管桩在海洋服役过程中面临浪花飞溅区的严峻腐蚀挑战。我们能看到的是，它要承受早潮、晚潮、浪花飞溅、干湿交替环境等复杂恶劣工况的挑战。

那我们看不到的呢？是它要承受盐分、氧气、紫外线的侵蚀、还有浪花拍打、泥沙冲蚀的多重考验。这些损伤因素强耦合在一起，形成了一道世界级的防腐难题。

自人们意识到海洋腐蚀的威力开始，就在研究防护涂层材料，用这些涂层来对抗海洋腐蚀，保护海洋工程装备。可以说，防腐涂料是保障海洋工程与机械装备安全服役的关键材料。

但传统鳞片型防腐涂料存在尺寸大、厚度高、添加量大，与树脂基体相容性差等问题，已达到使役性能极限，在海洋苛刻环境服役过程中易出现开裂、剥离失效等问题，无法满足海洋复杂环境下的防腐需求。

面对这一挑战，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研发了新一代的海洋重防腐涂层材料。这种涂层由有机和无机纤维复合增强高分子树脂而成，能够形成又坚固又强韧的保护层。

在海浪冲蚀下，无机纤维材料如同高强度结构骨架，能有效应对海浪拍打和泥沙冲蚀；有机纤维材料则如同高韧性肌腱，它们贯穿于涂层之中，刚柔并济，形成了强韧一体化的防护网络，这种密集的防护网络既可以有效阻隔腐蚀因子的扩散，同时实现分散和传递海浪的冲击力，减少局部区域的应力集中。

就像人体的骨骼和肌腱一样，使得整个聚合物复合涂层更加坚韧。这种“道法自然”的仿生技术不仅增强了钢管桩在海洋中的抗冲蚀耐磨性能，还延长了维护保养周期。有了它，我们的海洋装备就像涂上来一层防腐拒变的铠甲，拥有了孙悟空那样的不坏金身！

2023年3月21日，水欣麒1号打桩船将涂有这种防腐涂层的钢管桩缓缓沉入海中，长109米的钢管桩如“定海神针”般直插海底，这也标志着杭州湾跨海铁路大桥的首根试验钢管桩沉桩成功。

大尺寸高强度钢管桩及其表面高耐久性防护涂层制造

（图片来源：中国科学院宁波材料技术与工程研究所）

打桩船将钢管桩缓缓沉入海中

（图片来源：中国科学院宁波材料技术与工程研究所）

要知道，杭州湾跨海铁路大桥是通苏嘉甬高铁的关键工程之一。这座大桥是世界最长、建设标准最高的高速铁路跨海大桥，在全球桥梁建设范围内具有里程碑意义。将新一代的海洋重防腐涂层材料应用于这一工程，既代表着工程方和业界对这一材料质量的认可，也将促进研究团队继续前行，研制更多更好的海洋长效防腐材料。

大国重器，材料先行。相信，依靠科技创新的力量，中国人探索深蓝的脚步将更加坚定。而让中华民族在海上创造的每一个奇迹长久矗立、万年尤新，将是我们海洋关键材料重点实验室全体科研人员永恒的追求！