人类大约在使用材料的同时就开始了对腐蚀和腐蚀控制技术的观察和研究。人类有效地利用金属的历史就是与金属腐蚀做斗争的历史。
我们的祖先对腐蚀科学作出了卓越的贡献。春秋战国时期的武器,秦始皇时代的青铜剑和大量箭镞,有的至今毫无锈蚀。经鉴定,青铜箭镞表面有一层致密的黑色氧化层(有的表面甚至含铬高达2%),这些表面保护层具有良好的防腐作用,这是中国文明史上的一个奇迹。闻名世界的中国真漆早在3000年前的商朝就已得到广泛应用。越王勾践的青铜宝剑穿越了2000多年的历史长河,但剑身丝毫不见锈斑。
尽管对腐蚀及其控制认识的历史悠久,但都是属于经验性的。材料的腐蚀科学与防护技术实际上是一个涉及多门学科的综合性边缘学科,它的理论和实践与金属学、冶金学、材料学、化学、电化学、物理学、工程力学、断裂力学、流体力学、化学工程学、微生物学、表面科学、表面工程学、电学等密切相关。因此,作为独立学科的腐蚀与防护学科是随着各相关学科的发展逐步完善的。
腐蚀科学与防护技术作为一门独立的学科则是在 20 世纪 20 ~ 30 年代发展起来的。1911年,Eden 等首次观察到微动腐蚀现象。1927年,Tomlinson 通过研究首次提出了微动腐蚀的机理模型。1920~1923年,Tammann、Piilling与 Bedworth 通过研究金属 Ag、Fe、Pb、Ni等的氧化规律,提出了氧化动力学的抛物线定律和氧化膜完整性的判据;Moore 的研究认为黄铜季裂是黄铜在含氨环境中发生晶间型应力腐蚀。1926年,McAdam 开始着手研究腐蚀疲劳。1929年,Evans建立了腐蚀金属极化图,并推动了腐蚀电化学本质的定量化研究。1932年,艾文思(U. R. Evans)和霍尔(T. P. Hoar)用实验证明了金属表面存在着腐蚀电池,金属失重与电流量直接有关。1933年,Wagner 从理论上推导出了金属高温氧化膜生长的经典抛物线理论。1938年,瓦格纳(C. Wagnar)和屈拉德(W. Traud)对同一金属表面发生一对以上共轭反应的情况提出了混合电位的概念,建立了电化学腐蚀的混合电位理论,奠定了近代腐蚀科学与工程的动力学基础。同年,Pourbaix 计算和绘制了电位-pH 值图,奠定了近代腐蚀科学的热力学理论框架。1947年,Brenner 和 Riddell 提出了化学镀镍技术。1950年,Unilig 提出了点蚀的自催化机理模型。1957年,Stern 和Geary提出了线性极化技术。1968年,Iverson 观察到了腐蚀的电化学噪声信号图像。20 世纪 60 年代,Brown 首先将断裂力学引入到应力腐蚀的研究中。1970年,Epellboin 首次用电化学阻抗谱研究腐蚀过程。
从 20 世纪中下叶至今的近几十年里,腐蚀科学和防护技术得到了迅速的发展。国际学术交流日益活跃;局部腐蚀和应力作用下的腐蚀行为及其控制的研究备受重视,其对石油化工、海洋工程、航空航天、国防建设等部门有重要影响;腐蚀学科吸引了许许多多相关学科中的著名科学家和工程师转入从事腐蚀领域的研究工作,使腐蚀学科的研究队伍日益壮大;腐蚀科学的应用学科——腐蚀工程学和防腐蚀系统工程学形成。在这一时期内先进的表面分析仪器和技术在腐蚀研究中得到了应用,如俄歇电子谱(AES)、X光电子能谱(XPS)、次离子质谱(SIMS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、电化学交流阻抗谱(EIS)等,进一步揭示了许多腐蚀过程的微观机制和本质。将物理和化学学科的新成就,如渗流理论、非线性动力学、混沌理论、分形理论、半导体理论、量子化学等引入腐蚀研究领域后已取得了一系列重要成果。与此同时,计算机技术、网络技术及人工智能等得到了广泛应用,这一切也相应地促进和发展了腐蚀控制技术。20世纪60~70年代,电子束、离子束、激光束和等离子技术等先后引入到表面技术领域中,使表面技术取得了飞跃式的进步。
腐蚀科学家的卓越工作,再加上先进的仪器设备和实验手段的大量采用,其他相关学科理论发展的推动,使腐蚀科学技术进一步得到完善、充实和提高。在腐蚀工程方面取得的成果也是十分显著的。有些腐蚀问题尚未从理论上彻底明了之前,就已经在防护技术上提出了许多有效的解决方法。在这期间,许多著名的腐蚀科学家及工程师提出并用实验论证了点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀等各种类型的局部腐蚀机理,进而提出了相应的腐蚀控制措施,发展了腐蚀研究方法,促进了现代腐蚀科学理论的形成与发展。目前,已涌现出了各式各样的表面防护新技术,推动了现代表面工程技术及表面工程学的形成。近年来,纳米技术研究的热潮又促进了多种新的防腐蚀技术的问世,因此可以说,正是工业和科学技术的发展促进了现代腐蚀科学理论和防护技术的形成与发展。然而,如果没有腐蚀研究的进展和腐蚀控制技术的成功,许多重要工业也不可能发展到今天这个水平。
1949年以来,尤其是改革开放以来,我国腐蚀与防护的科学技术研究工作得到了很大的发展,在国际本学科领域中占有重要一席,对我国国民经济的发展作出了巨大的贡献。中华人民共和国成立初期,国家科委在机械学科组内成立了腐蚀与防护分组,于1961年又单独成立了国家腐蚀科学学科组,负责制定我国腐蚀与防护的发展规划,并召开多次学术会议交流会,建立土壤腐蚀试验点等。这期间,我国一些高校也先后建立了腐蚀防护专业,一些相关研究院所先后成立了腐蚀与防护研究组、室,开展有关科研工作。改革开放以后,腐蚀与防护学科得到了国家的高度重视,于1979 年12 月正式成立了中国腐蚀与防护学会,下设 10 多个专业委员会,标志着我国的腐蚀与防护学科走向了规范化发展的快车道。经过广大腐蚀与防护科技工作者近20年的辛勤耕耘,目前我国已较好地解决了包括石油天然气开发、石油化工、化学工业、船舶制造、航空航天、核能、冶金、交通、通信、海洋工程、电子、建筑等在内的各工业领域中的腐蚀问题,研究和开发了许多先进的腐蚀控制及监测技术,较好地满足了生产发展的需要。
