热带海洋环境下海水中好氧菌与兼性厌氧菌对45钢腐蚀行为的影响

【摘要】在自然环境及工业生产过程中金属表面因微生物的附着而形成生物膜。多样性的生物膜和相应的细菌构成复杂的生物系统,引起金属表面／微生物膜界面理化性质的改变如pH值变化,溶解氧、氯化物、硫化物等浓度梯度变化。由微生物生命活动引起或促进的金属材料的腐蚀称为微生物腐蚀。海南地区属热带海洋气候,其较高的温度有利于微生物的繁殖生长,因此该地区碳钢微生物腐蚀尤为严重。实验室前期工作表明,热带海洋气候条件下,浸泡时间为365天时,25钢在自然海水中的平均腐蚀速率约为无菌条件下的2.6倍。通过对自然海水浸泡后45钢表面腐蚀产物的微生物进行鉴定,发现浸泡7d后,好氧菌氧化硫硫杆菌、假单胞菌和兼性厌氧菌弧菌、铁细菌在腐蚀初期即可达到较高浓度。可见好氧菌与兼性厌氧菌对碳钢的腐蚀作用在腐蚀初期既已发挥相当大的作用。自然界中绝大多数微生物腐蚀过程是一个各种微生物协同作用的过程,但目前国内外研究主要集中于以硫酸盐还原菌(SRB)为代表的厌氧环境中微生物单种细菌的电化学研究。而有关于腐蚀初期即大量存在的好氧和兼性微生物及其协同作用对金属腐蚀的影响和机理尚不明确。本文通过对比45钢在无菌海水、假单胞菌海水和氧化硫硫杆菌海水及这两种菌混菌海水中的腐蚀行为和电化学行为,研究了假单胞菌、氧化硫硫杆菌单菌以及这两种好氧菌之间协同作用对45钢腐蚀行为和电化学行为的影响。同时,通过对比45钢在无菌海水、弧菌海水、铁细菌海水以及弧菌与铁细菌混菌海水中的腐蚀行为和电化学行为,研究了弧菌、铁细菌单菌以及这两种兼性厌氧菌之间协同作用对45钢材料腐蚀行为和电化学行为的影响。30d内,假单胞菌与氧化硫硫杆菌的协同作用降低了45钢平均腐蚀速率,但随着浸泡时间的延长,混菌体系中试样平均腐蚀速率逐渐增大。电化学阻抗谱分析结果表明,1-15d时,假单胞菌与氧化硫硫杆菌混菌体系中电极总阻抗值大于相同浸泡天数的单菌体系,混菌的存在抑制了45钢的腐蚀。随腐蚀时间延长,30d时试样表面膜层由单层变为多层,混菌体系中总阻抗小于单菌体系。同时,极化曲线结果表明,浸泡30d后,混菌体系中电极腐蚀电流密度明显高于单菌和无菌体系,说明随腐蚀时间的延长假单胞菌和硫杆菌混菌体系中碳钢腐蚀速率逐渐增大并且大于单菌和无菌体系。电化学噪声分析结果表明,假单胞菌与氧化硫硫杆菌混菌体系中试样在腐蚀初期就以较小的腐蚀速率发生局部腐蚀。对浸泡30d后样品进行SEM分析,氧化硫硫杆菌和假单胞菌混菌体系中内层腐蚀产物膜平整致密但有明显裂纹且点蚀现象较单菌体系更为严重。弧菌和铁细菌混菌在腐蚀初期对45钢产生缓蚀作用,随着浸泡时间延长两种微生物的协同作用促进金属的腐蚀。浸泡时间分别为7d及30d时弧菌和铁细菌混菌环境中45钢的腐蚀速率分别为无菌环境下的13.6%以及133.8%。腐蚀初期铁细菌和弧菌代谢过程中消耗大量氧气,金属腐蚀受到控制。随浸泡时间延长,1-15d时生物膜-腐蚀产物复合膜膜层电容Qp值上升,表明生物膜在金属表面形成并起到阻挡作用,随后,由于复合膜层产生破裂等局部缺陷,Qp值逐渐减小。同时30d时混菌体系总阻抗值相对15d减小,并小于相同浸泡天数单菌体系,说明随浸泡时间延长,混菌的存在加速了45钢的腐蚀。显微结果表明,铁细菌和弧菌混菌体系中,浸泡30d后的试样表面沉积了大量Fe(OH)3与微生物分泌的胞外聚合物粘结形成的不规则的瘤状沉淀,同时腐蚀产物膜存在明显裂纹,锈瘤及裂纹处均易形成氧浓度差,促进金属局部腐蚀,去腐蚀产物后金属基体上可见较为严重的点蚀现象。
【作者】柯睿；
【导师】吴进怡；
【作者基本信息】海南大学，材料物理与化学，2014，硕士
【关键词】45钢；微生物腐蚀；协同作用；好氧菌；兼性厌氧菌；电化学；

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