2025-08-07 18:00:12
【导语】腐蚀，作为材料与环境介质相互作用导致的性能劣化现象，不仅普遍存在于我们的日常生(shēng)活(huó)中(zhōng)，还(hái)对(duì)全球(qiú)经(jīng)济(jì)造(zào)成(chéng)了(le)巨(jù)大(dà)损(sǔn)失(shī)。随(suí)着(zhe)科(kē)技(jì)的(de)进(jìn)步(bù)，腐(fǔ)蚀(shí)问(wèn)题(tí)已(yǐ)成(chéng)为(wèi)制(zhì)约(yuē)新(xīn)技(jì)术(shù)发(fā)展(zhǎn)和(hé)生(shēng)产(chǎn)力提升的关键因素之一。腐蚀科学作为一门交叉学科，旨在研究材料腐蚀的规律、机理及防控方法。近年来，人工智能技术的兴起为腐蚀科学的研究提供了新的契机。本文将探讨腐蚀的危害、腐蚀科学的发展、人工智能在腐蚀领域的应用以及面临的挑战，并提出相应的建议。
腐蚀，是指材料在其所处环境中，与环境介质发生化学、电化学或者物理作用，导致材料性能劣化、失效，甚至(zhì)破(pò)坏(huài)的(de)现(xiàn)象。这是一个复杂、自发的过程，且具有普遍性。比如，常见的钢铁生锈，就是金属腐蚀的例子。
腐蚀是世界各国面临的共同问题，遍及包括我们日常生活在内的各个行业、领域。全球每年因腐蚀导致的经济损失约占全球生产总值（GDP）的3%～5%。在我国，每年因腐蚀导致的经济损失约占GDP的3.4%～5%。可见，对国民经济造成了极大影响。
2008年，在美国国家科学院确定的21世纪文明面临的14项重大工程挑战及其期望实现的工程目标中，有超过三分之一重大工程都面临着腐蚀的挑战，并成为实现预期成果的重大障碍。其实，几十年前，腐蚀科学与电化学专家曹楚南院士就曾发表文章指出，腐蚀可能成为限制新技术发展的因素。人们对腐蚀危害性的认识，已不仅限于在经济层面，而是充分认识到腐蚀可能严重影响环境、安全、产品质量和高新技术发展与应用。如今，腐蚀则将可能成为阻碍发展新质生产力的因素之一。
材料腐蚀过程涉及化学、电化学、生物及固态反应动力学、材料科学、表面科学以及环境化学等多个领域。因此，腐蚀科学是一门交叉学科，旨在研究材料在与环境介质相互作用过程中，由于化学、电化学或物理作用及其协同效应导致的材料损坏和性能劣化规律、机理，以及预防和控制这些过程的方法。
实际上，从石器时代到青铜器、铁器时代，直至今日的信息时代，我们就一直在与腐蚀作斗争。从第一次、第二次和第三次工业革命到如今的工业4.0，人类与腐蚀的斗争贯穿其中。例如，兵马俑兵器的铬盐防腐技术、各种金属饰品及用于家居装饰和大国重器的防腐涂料，都是典型实例。
自意大利物理学家伏打发现原电池原理和法拉第在19世纪提出电化学理论以来，腐蚀科学的理论基础和学科形成得以确立。在腐蚀科学的发展中，吸收了各学科的进步成果和工程技术的创新，并及时应用于实践。近年来，腐蚀学科取得了显著进展，腐蚀控制工程技术得到了巨大提升，为我国国防事业、航空航天工业、海洋工程、新能源开发和环境保护等领域提供了重要保障。
当前，我国科学技术发展向深空、深海和极地进军，新能源产业兴起和减碳战略实施，尤其是人工智能技术的应用，为我国腐蚀科学发展提供了良机，同时也带来了挑战。
作为一个热力学概念，腐蚀预示着某种过程发生的趋势。然而，腐蚀的动力学过程具有概率属性，例如钝化金属表面点蚀的发生。正因如此，人工智能技术在腐蚀科学领域将发挥重要(yào)作(zuò)用(yòng)。这一点，主要体现在极端环境中的材料腐蚀机制及其环境适应性的研究上(shàng)。这(zhè)里(lǐ)的(de)极(jí)端(duān)环(huán)境(jìng)可(kě)分(fēn)为(wèi)宏(hóng)观(guān)和(hé)微(wēi)观(guān)两(liǎng)方(fāng)面(miàn)，前(qián)者(zhě)包(bāo)括(kuò)深(shēn)空(kōng)、深(shēn)海(hǎi)、极(jí)地(de)等(děng)环(huán)境(jìng)中(zhōng)材(cái)料(liào)的(de)环(huán)境(jìng)适(shì)应(yīng)性(xìng)及(jí)腐(fǔ)蚀(shí)机(jī)制研究；后者则涉及基于材料基因工程的新材料研发，以及揭示微纳尺度层面的材料腐蚀机制等。可以预见，若将人工智能技术与(yǔ)极(jí)端(duān)条件下的研究成果与我国大型试验装置的建设有机结合，将发挥更大的效能。
此外，因为腐蚀过程具有多尺度特性，需在不同长度和时间尺度间建立联系，以深化对腐蚀因素的理解，这也是一项艰巨任务。但随着人工智能的发展，在腐蚀科学领域，研究技术已从单纯实验转向实验与数值计算模拟结合，人工智能与数据融合有效推进了科研范式变革，通过多元腐蚀数据构建精确模型，识别和评估腐蚀影响因素，为科学研究指引方向，有力促进了腐蚀控制理论和技术成果的工程化应用，显著提升了我国腐蚀科学的研究水平。
目前，人工智能技术在全球蓬勃发展，全国高等院校非常重视人工智能学科建设、教材编写和人才培养。与数值计算模拟相比，机器学(xué)习(xí)、深(shēn)度(dù)学(xué)习(xí)等(děng)人(rén)工(gōng)智(zhì)能(néng)技(jì)术(shù)基(jī)于(yú)数(shù)据(jù)的(de)概(gài)率(lǜ)统(tǒng)计(jì)基(jī)础(chǔ)，对(duì)未(wèi)来(lái)态(tài)势(shì)进(jìn)行(xíng)数(shù)值(zhí)预(yù)测(cè)，结(jié)果(guǒ)具(jù)有(yǒu)概(gài)率(lǜ)属(shǔ)性(xìng)。因(yīn)此(cǐ)，确(què)保(bǎo)用(yòng)于(yú)人(rén)工(gōng)智(zhì)能(néng)技(jì)术(shù)数据的可信性和可靠性至关重要，同时需要可信数据验证人工智能结果。
然而，数值计算模拟基于理论模型计算，结果准确性取决于模型建立与边界条件设置，虽然需要实验数据验证模型正确性并修正，但本质上两者存在差异。遗憾的是，材料腐蚀与电化学保护领域的数值计算模拟软件均来自国外，如Comsol Multiphysics、Beasy等。在全球人工智能技术竞赛(sài)中(zhōng)，中(zhōng)国(guó)学(xué)者(zhě)能(néng)否(fǒu)创(chuàng)新(xīn)研(yán)制(zhì)完(wán)全自(zì)主可(kě)控(kòng)的(de)人(rén)工(gōng)智(zhì)能(néng)软(ruǎn)件(jiàn)和(hé)算(suàn)法(fǎ)，面(miàn)临(lín)挑(tiāo)战(zhàn)。
为(wèi)此(cǐ)，我(wǒ)认(rèn)为(wèi)，我(wǒ)国(guó)腐(fǔ)蚀(shí)领(lǐng)域的(de)科(kē)研人员一方面不能放弃(qì)必(bì)要(yào)的(de)腐(fǔ)蚀(shí)实(shí)验，重视腐蚀数据收集和整理，建立可信数据源；另一方面，在现有腐蚀过程模拟研究中，要注重模型实验(yàn)验(yàn)证(zhèng)，整(zhěng)理(lǐ)正(zhèng)确(què)模(mó)型(xíng)的(de)模(mó)拟(nǐ)数(shù)据(jù)，作(zuò)为(wèi)人(rén)工(gōng)智(zhì)能(néng)技(jì)术(shù)中(zhōng)深(shēn)度(dù)学(xué)习(xí)和(hé)机(jī)器(qì)学(xué)习(xí)的(de)补(bǔ)充(chōng)数(shù)据(jù)源(yuán)。在(zài)此(cǐ)基(jī)础(chǔ)上(shàng)，开(kāi)发(fā)或(huò)筛(shāi)选(xuǎn)适(shì)合(hé)研(yán)究(jiū)目(mù)标(biāo)和(hé)对(duì)象(xiàng)的(de)人(rén)工(gōng)智(zhì)能(néng)技(jì)术(shù)，结(jié)合建立的腐蚀数据源，验证人工智能研究结果，获得可信、有价值的成果。
此外，在人工智能技术的应用过程中，仍需注意以下问题：首先，应破除对AI技术的过度迷信与崇拜，明确人工智能无法完全替代人类的深度思考与智慧，并非万能。其次，正确认识人工智能技术的作用，即AI是一种强大的工具，旨在提高工作效率，仅能代替人类处理繁琐、重复和枯燥的任务，辅助人类思考，而非完全依赖。第三，重视高校工科高等概率论和工程数学的教学，因为人工智能技术的应用本质上是利用现代计算机的强大计算能力，对数据源进行概率和矩阵的反复计算，而建立各种算法的关键在于数学知识的应用。第四，避免对人工智能技术的过度依赖，以免抑制人的原始创造力和独立思考能力。第五，应尽早制定规章制度，甚至构建法律体系，规范人工智能技术的开发和应用行为。最后，为确保人工智能技术的应用质量和效率，必须规范数据源的来源与构建，确保其高质量和准确性。
（作者：雍兴跃，北京化工大学化学工程学院教授、博士生导师）
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