人類大約在使用材料的同時就開始了對腐蝕和腐蝕控制技術(shù)的觀察和研究。人類有效地利用金屬的歷史就是與金屬腐蝕做斗爭的歷史。
我們的祖先對腐蝕科學(xué)作出了卓越的貢獻(xiàn)。春秋戰(zhàn)國時期的武器,秦始皇時代的青銅劍和大量箭鏃,有的至今毫無銹蝕。經(jīng)鑒定,青銅箭鏃表面有一層致密的黑色氧化層(有的表面甚至含鉻高達(dá)2%),這些表面保護(hù)層具有良好的防腐作用,這是中國文明史上的一個奇跡。聞名世界的中國真漆早在3000年前的商朝就已得到廣泛應(yīng)用。越王勾踐的青銅寶劍穿越了2000多年的歷史長河,但劍身絲毫不見銹斑。
盡管對腐蝕及其控制認(rèn)識的歷史悠久,但都是屬于經(jīng)驗性的。材料的腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)實際上是一個涉及多門學(xué)科的綜合性邊緣學(xué)科,它的理論和實踐與金屬學(xué)、冶金學(xué)、材料學(xué)、化學(xué)、電化學(xué)、物理學(xué)、工程力學(xué)、斷裂力學(xué)、流體力學(xué)、化學(xué)工程學(xué)、微生物學(xué)、表面科學(xué)、表面工程學(xué)、電學(xué)等密切相關(guān)。因此,作為獨(dú)立學(xué)科的腐蝕與防護(hù)學(xué)科是隨著各相關(guān)學(xué)科的發(fā)展逐步完善的。
腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)作為一門獨(dú)立的學(xué)科則是在 20 世紀(jì) 20 ~ 30 年代發(fā)展起來的。1911年,Eden 等首次觀察到微動腐蝕現(xiàn)象。1927年,Tomlinson 通過研究首次提出了微動腐蝕的機(jī)理模型。1920~1923年,Tammann、Piilling與 Bedworth 通過研究金屬 Ag、Fe、Pb、Ni等的氧化規(guī)律,提出了氧化動力學(xué)的拋物線定律和氧化膜完整性的判據(jù);Moore 的研究認(rèn)為黃銅季裂是黃銅在含氨環(huán)境中發(fā)生晶間型應(yīng)力腐蝕。1926年,McAdam 開始著手研究腐蝕疲勞。1929年,Evans建立了腐蝕金屬極化圖,并推動了腐蝕電化學(xué)本質(zhì)的定量化研究。1932年,艾文思(U. R. Evans)和霍爾(T. P. Hoar)用實驗證明了金屬表面存在著腐蝕電池,金屬失重與電流量直接有關(guān)。1933年,Wagner 從理論上推導(dǎo)出了金屬高溫氧化膜生長的經(jīng)典拋物線理論。1938年,瓦格納(C. Wagnar)和屈拉德(W. Traud)對同一金屬表面發(fā)生一對以上共軛反應(yīng)的情況提出了混合電位的概念,建立了電化學(xué)腐蝕的混合電位理論,奠定了近代腐蝕科學(xué)與工程的動力學(xué)基礎(chǔ)。同年,Pourbaix 計算和繪制了電位-pH 值圖,奠定了近代腐蝕科學(xué)的熱力學(xué)理論框架。1947年,Brenner 和 Riddell 提出了化學(xué)鍍鎳技術(shù)。1950年,Unilig 提出了點蝕的自催化機(jī)理模型。1957年,Stern 和Geary提出了線性極化技術(shù)。1968年,Iverson 觀察到了腐蝕的電化學(xué)噪聲信號圖像。20 世紀(jì) 60 年代,Brown 首先將斷裂力學(xué)引入到應(yīng)力腐蝕的研究中。1970年,Epellboin 首次用電化學(xué)阻抗譜研究腐蝕過程。
從 20 世紀(jì)中下葉至今的近幾十年里,腐蝕科學(xué)和防護(hù)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。國際學(xué)術(shù)交流日益活躍;局部腐蝕和應(yīng)力作用下的腐蝕行為及其控制的研究備受重視,其對石油化工、海洋工程、航空航天、國防建設(shè)等部門有重要影響;腐蝕學(xué)科吸引了許許多多相關(guān)學(xué)科中的著名科學(xué)家和工程師轉(zhuǎn)入從事腐蝕領(lǐng)域的研究工作,使腐蝕學(xué)科的研究隊伍日益壯大;腐蝕科學(xué)的應(yīng)用學(xué)科——腐蝕工程學(xué)和防腐蝕系統(tǒng)工程學(xué)形成。在這一時期內(nèi)先進(jìn)的表面分析儀器和技術(shù)在腐蝕研究中得到了應(yīng)用,如俄歇電子譜(AES)、X光電子能譜(XPS)、次離子質(zhì)譜(SIMS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM)、電化學(xué)交流阻抗譜(EIS)等,進(jìn)一步揭示了許多腐蝕過程的微觀機(jī)制和本質(zhì)。將物理和化學(xué)學(xué)科的新成就,如滲流理論、非線性動力學(xué)、混沌理論、分形理論、半導(dǎo)體理論、量子化學(xué)等引入腐蝕研究領(lǐng)域后已取得了一系列重要成果。與此同時,計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及人工智能等得到了廣泛應(yīng)用,這一切也相應(yīng)地促進(jìn)和發(fā)展了腐蝕控制技術(shù)。20世紀(jì)60~70年代,電子束、離子束、激光束和等離子技術(shù)等先后引入到表面技術(shù)領(lǐng)域中,使表面技術(shù)取得了飛躍式的進(jìn)步。
腐蝕科學(xué)家的卓越工作,再加上先進(jìn)的儀器設(shè)備和實驗手段的大量采用,其他相關(guān)學(xué)科理論發(fā)展的推動,使腐蝕科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步得到完善、充實和提高。在腐蝕工程方面取得的成果也是十分顯著的。有些腐蝕問題尚未從理論上徹底明了之前,就已經(jīng)在防護(hù)技術(shù)上提出了許多有效的解決方法。在這期間,許多著名的腐蝕科學(xué)家及工程師提出并用實驗論證了點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕等各種類型的局部腐蝕機(jī)理,進(jìn)而提出了相應(yīng)的腐蝕控制措施,發(fā)展了腐蝕研究方法,促進(jìn)了現(xiàn)代腐蝕科學(xué)理論的形成與發(fā)展。目前,已涌現(xiàn)出了各式各樣的表面防護(hù)新技術(shù),推動了現(xiàn)代表面工程技術(shù)及表面工程學(xué)的形成。近年來,納米技術(shù)研究的熱潮又促進(jìn)了多種新的防腐蝕技術(shù)的問世,因此可以說,正是工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了現(xiàn)代腐蝕科學(xué)理論和防護(hù)技術(shù)的形成與發(fā)展。然而,如果沒有腐蝕研究的進(jìn)展和腐蝕控制技術(shù)的成功,許多重要工業(yè)也不可能發(fā)展到今天這個水平。
1949年以來,尤其是改革開放以來,我國腐蝕與防護(hù)的科學(xué)技術(shù)研究工作得到了很大的發(fā)展,在國際本學(xué)科領(lǐng)域中占有重要一席,對我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了巨大的貢獻(xiàn)。中華人民共和國成立初期,國家科委在機(jī)械學(xué)科組內(nèi)成立了腐蝕與防護(hù)分組,于1961年又單獨(dú)成立了國家腐蝕科學(xué)學(xué)科組,負(fù)責(zé)制定我國腐蝕與防護(hù)的發(fā)展規(guī)劃,并召開多次學(xué)術(shù)會議交流會,建立土壤腐蝕試驗點等。這期間,我國一些高校也先后建立了腐蝕防護(hù)專業(yè),一些相關(guān)研究院所先后成立了腐蝕與防護(hù)研究組、室,開展有關(guān)科研工作。改革開放以后,腐蝕與防護(hù)學(xué)科得到了國家的高度重視,于1979 年12 月正式成立了中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會,下設(shè) 10 多個專業(yè)委員會,標(biāo)志著我國的腐蝕與防護(hù)學(xué)科走向了規(guī)范化發(fā)展的快車道。經(jīng)過廣大腐蝕與防護(hù)科技工作者近20年的辛勤耕耘,目前我國已較好地解決了包括石油天然氣開發(fā)、石油化工、化學(xué)工業(yè)、船舶制造、航空航天、核能、冶金、交通、通信、海洋工程、電子、建筑等在內(nèi)的各工業(yè)領(lǐng)域中的腐蝕問題,研究和開發(fā)了許多先進(jìn)的腐蝕控制及監(jiān)測技術(shù),較好地滿足了生產(chǎn)發(fā)展的需要。
