港珠澳大橋像鋼鐵巨龍般橫卧在波濤洶湧的海面上，每當開車行駛在跨海大橋上，我們都不禁感歎它的雄偉。
港珠澳大橋。新華社記者 陳晔華 2020 年 9 月 11 日攝
但是，在這片廣闊的海域中，海洋工程裝備正默默承受着一個隐形威脅——海洋腐蝕。
實際上，金屬腐蝕問題遍及國民經濟的衆多領域，據統計，我國每年因腐蝕造成的經濟損失高達 2 萬億元，腐蝕成本約占當年 GDP 的 3.34%，其中，海洋腐蝕損失約占總腐蝕損失的三分之一，也就是 7000 億元左右。
怎麽才能降低這些損失呢？我們先要了解下海洋腐蝕是如何發生的。
海洋腐蝕是一個緩慢而持續的過程。
根據不同的海洋環境，可分爲大氣區、浪花飛濺區、潮差區、全浸區以及海泥區。這其中，浪花飛濺區腐蝕情況最爲嚴重，在這個區域的海工裝備不僅要經受鹽分、氧氣和水的電化學腐蝕，還要面對浪花拍打的機械損傷，這就如同在結痂的傷口處持續擊打一樣，海水能輕易将海洋工程裝備擊潰。
以鋼管樁爲例，它作爲海洋工程中最重要的基礎結構，支撐着跨海大橋、海上風電那些重大設施。然而，鋼管樁在海洋服役過程中面臨浪花飛濺區的嚴峻腐蝕挑戰。我們能看到的是，它要承受早潮、晚潮、浪花飛濺、幹濕交替環境等複雜惡劣工況的挑戰。那我們看不到的呢？它要承受鹽分、氧氣、紫外線的侵蝕，還有浪花拍打、泥沙沖蝕的多重考驗，這些損傷因素強耦合在一起，形成了一道世界級的防腐難題。
自人們意識到海洋腐蝕的威力開始，就在研究防護塗層材料，用這些塗層來對抗海洋腐蝕，保護海洋工程裝備。可以說，防腐塗料是保障海洋工程與機械裝備安全服役的關鍵材料。
但傳統鱗片型防腐塗料存在尺寸大、厚度高、添加量大、與樹脂基體相容性差等問題，已達到使役性能極限，在海洋苛刻環境服役過程中易出現開裂、剝離失效等問題，無法滿足海洋複雜環境下的防腐需求。
面對這一挑戰，中國科學院甯波材料技術與工程研究所研發了新一代的海洋重防腐塗層材料，這種塗層由有機和無機纖維複合增強高分子樹脂而成，能夠形成堅固強韌的保護層。在海浪沖蝕下，無機纖維材料如同高強度結構骨架，能有效應對海浪拍打和泥沙沖蝕；有機纖維材料則如同高韌性肌腱，它們貫穿于塗層之中，剛柔并濟，形成了強韌一體化的防護網絡，這種密集的防護網絡既可以有效阻隔腐蝕因子的擴散，同時實現分散和傳遞海浪的沖擊力，減少局部區域的應力集中，就像人體的骨骼和肌腱一樣，使得整個聚合物複合塗層更加堅韌。
這種 " 道法自然 " 的仿生技術不僅增強了鋼管樁在海洋中的抗沖蝕耐磨性能，還延長了維護保養周期。有了它，我們的海洋裝備就像塗上了一層 " 防腐拒變 " 的铠甲，擁有了孫悟空那樣的 " 不壞金身 "！
2023 年 3 月 21 日，" 水欣麒 1 号 " 打樁船将塗有這種防腐塗層的鋼管樁緩緩沉入海中，長 109 米的鋼管樁如 " 定海神針 " 般直插海底，這也标志着杭州灣跨海鐵路大橋的首根試驗鋼管樁沉樁成功。
大尺寸高強度鋼管樁及其表面高耐久性防護塗層制造。
圖片來源：中國科學院甯波材料技術與工程研究所
打樁船将鋼管樁緩緩沉入海中。圖片來源：中國科學院甯波材料技術與工程研究所
要知道，杭州灣跨海鐵路大橋是通蘇嘉甬高鐵的關鍵工程之一。這座大橋是世界最長、建設标準最高的高速鐵路跨海大橋，在全球橋梁建設範圍内具有裏程碑意義。将新一代的海洋重防腐塗層材料應用于這一工程，既代表着工程方和業界對這一材料質量的認可，也将促進研究團隊繼續前行，研制更多更好的海洋長效防腐材料。
大國重器，材料先行。我們相信，依靠科技創新的力量，中國人探索深藍的腳步将更加堅定。讓中華民族在海上創造的每一個奇迹長久矗立、萬年尤新，将是海洋關鍵材料重點實驗室全體科研人員永恒的追求！
策劃制作
出品丨科普中國
作者丨趙文傑 曹金濤 中國科學院甯波材料技術與工程研究所
監制丨中國科普博覽
責編丨董娜娜
審校丨徐來 林林
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