21世纪的腐蚀科学1
21世纪的腐蚀科学(1) (美)GSFrankel 自从75年前Wagner一Traud的文章问世以 来,腐蚀科学作为一个学科就开始存在了。在20 世纪后半叶,绝大多数腐蚀科学的课题都聚焦于 新技术的开发与应用(例如,电化学方法、表面分 析、同步加速器辐射技术),腐蚀现象的基础研究 (如钝化和局部腐蚀),或者先进材料的性能(如非 晶态金属和“不锈” A1合金)。最终的研究结果帮助 腐蚀从业人员解决了实际问题,但是对于大多数 研究来说,解决问题往往并不是研究者的初衷。 在现今的形势下,由于经费的限制,基础研究越 来越困难。本文将概括和比较美国刚刚结束或正 在进行/中的三大主要研究活动所采取的方法, 这三大活动分别是核废料储罐材料的腐蚀和预 测,飞机腐蚀预测模型和对结构完整性的影响, 铭酸盐的缓蚀机理和铭酸盐取代。腐蚀科学的未 来将集中于可靠性和寿命预测,表面工程和灵巧 涂层,以及基础设施的改进和维护等领域。 1引言 21世纪的腐蚀科学仅有3年的历史,而未来 还有97年。尽管科学是发展我们对周围世界的认 识并使之更可预见的实践,然而对科学未来的预 测却是与科学自身相矛盾的。毫无疑问,科学本 身是不可预测的;我们丝毫不能明确地确定将会 有什么发现问世。非常有趣的是,腐蚀损失的预 测确是目前和未来研究的一个热门话题。腐蚀预 测模型,无论是随机模型还是确定的模型,都必 须建立在对腐蚀行为的过去和目前状况充分了解 的基础上。类似地,对腐蚀科学未来的任何预测 也必须要建立在该领域过去和目前状况的基础 ±0在下面的内容中,我将对腐蚀科学的状况进 行总结,并对其未来进行大胆的猜测(我们所能做 到最好的!)应汽指出的是这里所做的讨论主要局 限于美国,毫无疑问在国际会议中这样做显得有 些短视。世界上其它地方的经验和情况肯定会有 所不同,但是更多的却是相似。 10多年前,Norman Hackerman访问了位于 纽约 Yorktown Heights 的 IBM Watson 研究中心, 当时我是那里的一个研究人员。很长时间里, Hackerman博士的众多职位(Rice大学,奥斯汀的 Texas大学以及电化学学会等)使之对研究和腐蚀 领域产生了独特的看法。在那次访问的一个学术 交流会上,Hackerman博士的一句话使得我这个 处于奋斗之中的年轻的腐蚀科技工作者惴惴不 安,那就是“腐蚀科学解决不了腐蚀问题”。首先, 应该明确的是他用腐蚀科学作为所有科学研究的 一个范例,而不是将其作为失败的科学分支的一 个代表。下面的讨论将展示此话后面的真实含义。 按照Hackerman的观点,科学家追寻的是问题的 内在机理。 他们探求问题的驱动和抑制因素。与此相反, 工程技术人员将科学家们提供的对问题的基本认 识与实践中的know-how和经济因素等结合起来 解决实际问题。尽管/时我也曾有过担心,但是 我并不认为此话的本意是为那些试图通过缩减研 究经费而达到省钱目的的人们提供借口。他只是 想说对科学家的期望和能力要有清醒的认识。 我部分地同意Hackerman的观点,但不敢完全苟 同。时代改变了,科学和技术之间的区别也越来 越模糊了。现在科学家在解决现实世界的问题过 程中发挥着越来越多的作用。工程方案很少依靠 直觉,而更多的是依靠科学原理。科学家已经成 为了解决现今世界紧迫问题的大规模团队/中的 关键成员。在腐蚀科学的领域内尤其如此。 21世纪的腐蚀科学(2) (美)GSFrankel 过去为了能更好地了解腐蚀科学是如何 改变的以及未来将如何变化,有必要对过去的几 十年进行一下回顾。我们可以将2 0世纪后半叶 大多数腐蚀科学研究项目关注的焦点划分为三个 较宽的范围:新技术的开发和应用、腐蚀现象的 基础研究,以及先进材料的性能研究等。表1给 出的是上述每个范畴之内的一些实例。 公平地来说,在最近的几十年/中,许多研 究活动都集中在表1中所列出的研究课题上,这 些研究并不是为了解决实际问题。/然也有包括 腐蚀科学家在内的团队,意在解决重要实际问题 的大型协作项目的案例。一个例子就是上世纪最 后的几十年中为了解决核能工业中诸多腐蚀和开 裂问题所作的重要努力。大学、政府实验室和公 司实验室的研究形成了许多方法,例如为了减轻 6 0。系列合金的S C C,提山了减少水中的杂 质和开发了全挥发水处理 AVT 技术。然而, 有人会指出现今在解决实际问题的研究队伍中包 括大量的腐蚀研究人员已较过去普遍得多了,那 时研究人员较为典刑的研究初衷是开发一种新技 术、更好地了解机理,或者探求一种新材料的特 性。这种观点的一个证据就是许多科研项日演变 成为了“时尚”或“流行”。腐蚀科学领域典型的时 尚有7 0和8 0年代的金属玻璃和表面科学,以 及8 0年代和9 0年代的非稳态点蚀和“不锈 铝”。这些方向的研究项目并不是为了解决可怕的 实际问题。尽管如此,来自众多国家和实验室不 同类型的研究人员参与了此类研究,部分原因是 想对新的和感兴趣的事物有所作为,同时也为了 提供对这些事物的基本了解和探索能够并且已经 用于解决实际问题的办法。 21世纪的腐蚀科学(3) G S Frankel 从过去到现在,腐蚀科学另一个有趣的现象 是工业研究实验室的介入。在20世纪,腐蚀科学 的主要进展是由一系列隶属于企业的研究中心完 成的。随着时间和财务状况的变化,活跃的工业 实验室不断地消失和变动着。表2中列出了部分 在腐蚀研究领域一直较为活跃的企业名单。 在科学探索中企业研究中心的介入为学术团 体和真实世界建立了重要的联系。这些实验室中 开展的很多都是纯粹的学术研究,与实际应用之 间没有任何联系。这些公司发现,让他们的员工 用部分时间探索科学问题会带来好处。科学活动 以及和世界上其他科学家之间的联系能使研究人 员深入了解问题的实质,从而使得研究者们在解 决实际问题的过程中更好地发挥作用。 现在腐蚀研究目前的状况与10年前上次 UM1ST纪念庆祝的时候相比也大不相同了。在腐 蚀领域里,即使是国家科学基金会(NSF)也极少 资助纯粹是为了研究而进行的研究。就是在最近 的经济萧条之前,作为一种节省开支的措施,很 多公司就已经剥离了昂贵的研究中心。:IBM公司 就是一个现成的例子。上世纪80年代中期IBM 公司因其摇钱树般的产品——大型计算机而赚得 满盆满钵。因此当时IBM有能力组建由数千名科 学家组成的世界顶级研究机构,甚至很多人根本 无需对他们所从事的工作进行考核。由于设备的 尺寸和一些关键材料的反应性能,尤其是磁性材 料,IBM对腐蚀很感兴趣。研究人员很容易确定 对大气腐蚀、薄膜腐蚀、局部腐蚀、缓蚀和钝化 等研究的必要性。研究人员可以得到经费的支持。 但是,90年代初期,随着计算机趋于小型化,如 PC机的出现,情况发生了变化,公司的财务状况 急转直下。到了 90年代的中期,IBM的大多数 研究人员不得不从营运部门获得对项目的支持。 腐蚀科学在IBM的实际应用基本处于救火的状 态,因为新项目在设计阶段很少考虑腐蚀问题。 在电子工业中腐蚀不是引导新产品问世的主要因 素,而仅仅与加工性和可靠性相关。目前,在IBM 已经不再开展任何腐蚀研究了。