湿热海洋环境中铝合金7075-T6霉菌腐蚀机理研究

发布时间：2020-06-28 01:22

【摘要】：铝合金具有密度小、机械性能好、易回收等优良特性,满足了现代科技对材料轻量化的需求,被广泛用于公路设施、汽车、轨道交通、航天器、船舰等领域。铝合金材料服役失效的报道中,霉菌诱导的腐蚀失效屡见不鲜,特别是在海洋湿热环境中尤为严重,受到了科学家们的广泛关注。本文模拟了高温、高盐度、潮湿的海洋腐蚀环境,研究了黑曲霉对铝合金7075-T6腐蚀行为和腐蚀机理的影响,为铝合金霉菌腐蚀防护提供理论依据。本文采用了高效液相色谱质谱联用(HPLC-MS)、气相色谱(GC)、失重、电化学测试(电化学阻抗EIS、极化曲线)、扫描电镜(SEM)、电子能谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)、3D超景深显微镜等手段,系统地研究了霉菌的生长繁殖过程对铝合金早期微生物腐蚀的影响。研究表明,黑曲霉在高温、高盐度的腐蚀介质中能够生长繁殖,并在铝合金7075-T6表面形成生物膜。腐蚀过程中霉菌代谢产物的HPLC-MS检测发现了有机酸和大分子生物质的富集。气相色谱检测出接种黑曲霉后的腐蚀产氢量是空白对照组的7.8倍,表明了铝合金霉菌腐蚀初期析氢反应是主要的阴极反应之一。对腐蚀产物和腐蚀形貌分析发现,空白对比试验中,试片表面腐蚀产物主要是Al2O3和Cu Cl2,腐蚀产物膜致密,致密的腐蚀产物膜的存在一定程度上抑制了基体材料的腐蚀过程;接种黑曲霉的介质中铝合金表面的腐蚀产物主要是Al2O3和Al(OH)3,形成了疏松多孔的、有鳞片物质包裹的棒状生物膜,腐蚀严重。电化学阻抗分析表明,在含有氯化钠的溶液中浸泡初期,有菌和无菌环境电极表面都会同时出现高频容抗弧和低频感抗弧,随着浸泡时间的延长,低频感抗弧消失,出现了Warburg阻抗。接种霉菌的实验组的膜电阻(Rf)和传质电阻(Rct)之和小于空白对照组,说明黑曲霉促进了基体铝合金材料的腐蚀。动电位极化曲线测试结果表明空白对照组腐蚀电流密度(icorr)随浸泡时间的增加变化很小,而实验组的icorr有显著增大的趋势。通过3D显微镜对去除腐蚀产物膜的样品表面作原位表征,接种黑曲霉的样品表面点蚀坑最大深度是空白对照组的22倍,说明黑曲霉加速了铝合金的局部腐蚀。黑曲霉生长代谢消耗了铝合金表面的氧气,生物膜也阻碍了氧气向铝合金表面的扩散,因此在生物膜下形成了局部氧浓差电池。黑曲霉产生了大量有机酸,有机酸电离出H+使生物膜下出现了局部强酸环境,不仅促进了铝合金的局部腐蚀,而且促进了铝合金的化学酸腐蚀。黑曲霉产生的大分子生物质含有羧基、羟基、胺基等官能团,能够络合金属离子,起到了阳极去极化的作用,从而促进了铝合金的腐蚀。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.3;TG146.21
【图文】：

管道腐蚀,海洋环境,船舶,船体

图 1.1 海洋环境中的船舶腐蚀和管道腐蚀1 Ship corrosion and pipeline corrosion in marine environm铝合金的常见腐蚀类型生的全面腐蚀在海洋设施上发生的比较普遍，如船舱内期积水，同时常年受海洋潮湿空气的侵蚀，引起大面积，影响船体的美观和结构性能。船体的水线上区域、水

形貌,静磁场,生物矿化,铁细菌

等[30]]研究了海水中葡萄糖氧化酶对超级奥氏体不锈钢腐蚀电位的影响，加入葡萄糖氧化酶之后，不锈钢的腐蚀电位升至 300mv（E, vs SCE），这主要是因为葡萄糖氧化酶能催化 O2还原成 H2O2。（3）生物矿化。微生物可以在金属表面沉积无机物，也可以选择性地去除金属基体中的合金元素，这种过程叫做生物矿化。Brenda Little 等[31]研究了生物矿化对微生物诱导腐蚀的影响，发现微生物腐蚀就是一个矿化膜形成和溶解的过程，金属表面发生生物矿化既能使腐蚀电位正移又能使腐蚀电位负移，这取决于矿化膜的特性。例如在不锈钢上沉积的氧化锰能使腐蚀电位正移，使腐蚀电位朝点蚀电位移动，诱导金属自发发生点蚀和缝隙腐蚀；硫化物的生物沉积物使腐蚀电位负移，也能加速一些金属和合金的腐蚀；氧化铁能引起沉积层下的腐蚀。刘宏伟等[32]研究了静磁场对铁氧化菌诱导的 Q235 碳钢生物矿化和腐蚀的影响，结果表明静磁场抑制了铁氧化菌的生长，改变了生物矿化膜的形貌使其变得更加致密，有效地抑制了碳钢的腐蚀（如图 1.2 所示）。所以，静磁场在微生物腐蚀防护方面是一种极其有效的物理方法。

【参考文献】