【摘要】：鋁合金具有密度小、機(jī)械性能好、易回收等優(yōu)良特性,滿足了現(xiàn)代科技對(duì)材料輕量化的需求,被廣泛用于公路設(shè)施、汽車、軌道交通、航天器、船艦等領(lǐng)域。鋁合金材料服役失效的報(bào)道中,霉菌誘導(dǎo)的腐蝕失效屢見不鮮,特別是在海洋濕熱環(huán)境中尤為嚴(yán)重,受到了科學(xué)家們的廣泛關(guān)注。本文模擬了高溫、高鹽度、潮濕的海洋腐蝕環(huán)境,研究了黑曲霉對(duì)鋁合金7075-T6腐蝕行為和腐蝕機(jī)理的影響,為鋁合金霉菌腐蝕防護(hù)提供理論依據(jù)。本文采用了高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(HPLC-MS)、氣相色譜(GC)、失重、電化學(xué)測(cè)試(電化學(xué)阻抗EIS、極化曲線)、掃描電鏡(SEM)、電子能譜(EDS)、X-射線衍射(XRD)、3D超景深顯微鏡等手段,系統(tǒng)地研究了霉菌的生長(zhǎng)繁殖過程對(duì)鋁合金早期微生物腐蝕的影響。研究表明,黑曲霉在高溫、高鹽度的腐蝕介質(zhì)中能夠生長(zhǎng)繁殖,并在鋁合金7075-T6表面形成生物膜。腐蝕過程中霉菌代謝產(chǎn)物的HPLC-MS檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了有機(jī)酸和大分子生物質(zhì)的富集。氣相色譜檢測(cè)出接種黑曲霉后的腐蝕產(chǎn)氫量是空白對(duì)照組的7.8倍,表明了鋁合金霉菌腐蝕初期析氫反應(yīng)是主要的陰極反應(yīng)之一。對(duì)腐蝕產(chǎn)物和腐蝕形貌分析發(fā)現(xiàn),空白對(duì)比試驗(yàn)中,試片表面腐蝕產(chǎn)物主要是Al2O3和Cu Cl2,腐蝕產(chǎn)物膜致密,致密的腐蝕產(chǎn)物膜的存在一定程度上抑制了基體材料的腐蝕過程;接種黑曲霉的介質(zhì)中鋁合金表面的腐蝕產(chǎn)物主要是Al2O3和Al(OH)3,形成了疏松多孔的、有鱗片物質(zhì)包裹的棒狀生物膜,腐蝕嚴(yán)重。電化學(xué)阻抗分析表明,在含有氯化鈉的溶液中浸泡初期,有菌和無菌環(huán)境電極表面都會(huì)同時(shí)出現(xiàn)高頻容抗弧和低頻感抗弧,隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),低頻感抗弧消失,出現(xiàn)了Warburg阻抗。接種霉菌的實(shí)驗(yàn)組的膜電阻(Rf)和傳質(zhì)電阻(Rct)之和小于空白對(duì)照組,說明黑曲霉促進(jìn)了基體鋁合金材料的腐蝕。動(dòng)電位極化曲線測(cè)試結(jié)果表明空白對(duì)照組腐蝕電流密度(icorr)隨浸泡時(shí)間的增加變化很小,而實(shí)驗(yàn)組的icorr有顯著增大的趨勢(shì)。通過3D顯微鏡對(duì)去除腐蝕產(chǎn)物膜的樣品表面作原位表征,接種黑曲霉的樣品表面點(diǎn)蝕坑最大深度是空白對(duì)照組的22倍,說明黑曲霉加速了鋁合金的局部腐蝕。黑曲霉生長(zhǎng)代謝消耗了鋁合金表面的氧氣,生物膜也阻礙了氧氣向鋁合金表面的擴(kuò)散,因此在生物膜下形成了局部氧濃差電池。黑曲霉產(chǎn)生了大量有機(jī)酸,有機(jī)酸電離出H+使生物膜下出現(xiàn)了局部強(qiáng)酸環(huán)境,不僅促進(jìn)了鋁合金的局部腐蝕,而且促進(jìn)了鋁合金的化學(xué)酸腐蝕。黑曲霉產(chǎn)生的大分子生物質(zhì)含有羧基、羥基、胺基等官能團(tuán),能夠絡(luò)合金屬離子,起到了陽極去極化的作用,從而促進(jìn)了鋁合金的腐蝕。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG174.3;TG146.21
【圖文】：

圖 1.1 海洋環(huán)境中的船舶腐蝕和管道腐蝕1 Ship corrosion and pipeline corrosion in marine environm鋁合金的常見腐蝕類型生的全面腐蝕在海洋設(shè)施上發(fā)生的比較普遍，如船艙內(nèi)期積水，同時(shí)常年受海洋潮濕空氣的侵蝕，引起大面積，影響船體的美觀和結(jié)構(gòu)性能。船體的水線上區(qū)域、水

等[30]]研究了海水中葡萄糖氧化酶對(duì)超級(jí)奧氏體不銹鋼腐蝕電位的影響，加入葡萄糖氧化酶之后，不銹鋼的腐蝕電位升至 300mv（E, vs SCE），這主要是因?yàn)槠咸烟茄趸改艽呋?O2還原成 H2O2。（3）生物礦化。微生物可以在金屬表面沉積無機(jī)物，也可以選擇性地去除金屬基體中的合金元素，這種過程叫做生物礦化。Brenda Little 等[31]研究了生物礦化對(duì)微生物誘導(dǎo)腐蝕的影響，發(fā)現(xiàn)微生物腐蝕就是一個(gè)礦化膜形成和溶解的過程，金屬表面發(fā)生生物礦化既能使腐蝕電位正移又能使腐蝕電位負(fù)移，這取決于礦化膜的特性。例如在不銹鋼上沉積的氧化錳能使腐蝕電位正移，使腐蝕電位朝點(diǎn)蝕電位移動(dòng)，誘導(dǎo)金屬自發(fā)發(fā)生點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕；硫化物的生物沉積物使腐蝕電位負(fù)移，也能加速一些金屬和合金的腐蝕；氧化鐵能引起沉積層下的腐蝕。劉宏偉等[32]研究了靜磁場(chǎng)對(duì)鐵氧化菌誘導(dǎo)的 Q235 碳鋼生物礦化和腐蝕的影響，結(jié)果表明靜磁場(chǎng)抑制了鐵氧化菌的生長(zhǎng)，改變了生物礦化膜的形貌使其變得更加致密，有效地抑制了碳鋼的腐蝕（如圖 1.2 所示）。所以，靜磁場(chǎng)在微生物腐蝕防護(hù)方面是一種極其有效的物理方法。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2732367