出品：科普中國

作者：趙文杰 曹金濤（中國科學院寧波材料技術與工程研究所）

監制：中國科普博覽

編者按：為揭開科技工作的神秘面紗，科普中國前沿科技項目推出“我和我的研究”系列文章，邀請科學家親自執筆，分享科研歷程，打造科學世界。讓我們跟隨站在科技最前沿的探索者們，開啟一段段充滿熱情、挑戰與驚喜的旅程。

相信您跟我一定有同樣的感受，每當開車行駛在跨海大橋上，都不禁為它的雄偉所感嘆，它就像鋼鐵巨龍般橫臥在波濤洶涌的海面上。

港珠澳大橋

（圖片來源：新華社記者陳曄華2020年9月11日攝）

但是，在這片廣闊的海域中，我們的海洋工程裝備正默默承受著一個隱形的威脅—海洋腐蝕。

這是海邊的一根普通金屬立柱，海水沒用多長時間就把它腐蝕成了這銹跡斑斑的模樣

（圖片來源：Veer圖庫）

實際上，金屬腐蝕問題遍及國民經濟的眾多領域，據統計，我國每年因腐蝕造成的經濟損失高達2萬億元，其中，海洋腐蝕損失約占總腐蝕損失的三分之一，也就是7000億左右。

怎么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，可分為大氣區、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為嚴重，在這個區域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，海水能輕易將海洋工程裝備擊潰。

以鋼管樁為例，它作為海洋工程中最重要的基礎結構，支撐著跨海大橋、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、干濕交替環境等復雜惡劣工況的挑戰。

那我們看不到的呢？是它要承受鹽分、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，就在研究防護涂層材料，用這些涂層來對抗海洋腐蝕，保護海洋工程裝備。可以說，防腐涂料是保障海洋工程與機械裝備安全服役的關鍵材料。

但傳統鱗片型防腐涂料存在尺寸大、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，無法滿足海洋復雜環境下的防腐需求。

面對這一挑戰，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研發了新一代的海洋重防腐涂層材料。這種涂層由有機和無機纖維復合增強高分子樹脂而成，能夠形成又堅固又強韌的保護層。

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，它們貫穿于涂層之中，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，使得整個聚合物復合涂層更加堅韌。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涂上來一層防腐拒變的鎧甲，擁有了孫悟空那樣的不壞金身！

2023年3月21日，水欣麒1號打樁船將涂有這種防腐涂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，這也標志著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涂層制造

（圖片來源：中國科學院寧波材料技術與工程研究所）

打樁船將鋼管樁緩緩沉入海中

（圖片來源：中國科學院寧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、建設標準最高的高速鐵路跨海大橋，在全球橋梁建設范圍內具有里程碑意義。將新一代的海洋重防腐涂層材料應用于這一工程，既代表著工程方和業界對這一材料質量的認可，也將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。相信，依靠科技創新的力量，中國人探索深藍的腳步將更加堅定。而讓中華民族在海上創造的每一個奇跡長久矗立、萬年尤新，將是我們海洋關鍵材料重點實驗室全體科研人員永恒的追求！

來源: 中國科普博覽

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