發(fā)布時間：2020-08-20 06:27

【摘要】：在海水環(huán)境中微生物會附著到海洋工程設施的表面并形成生物膜。在生物膜中多種微生物的共同作用下,海洋工程用鋼的腐蝕過程會受到影響,表現出腐蝕受促進或抑制。因此,有必要對多種微生物協同作用下典型海洋工程用鋼的腐蝕進行研究,揭示其腐蝕機理進而為腐蝕防護提供指導。本論文以典型海洋工程用鋼為研究對象,通過實海實驗、實驗室模擬實驗、好氧微生物與產氧微生物協同作用下的腐蝕實驗,研究了其腐蝕行為;通過向基體中加入Cu元素,研究了其對微生物腐蝕(microbiologically influenced corrosion,MIC)的影響和抑制MIC的可行性;通過微生物群落分析、表面形貌觀察、腐蝕產物分析和環(huán)境參數測定等方法對腐蝕機理進行了研究。主要結果如下:(1)揭示了實海環(huán)境下Cu元素的加入對系泊鏈鋼的腐蝕速率和表面微生物多樣性的影響。發(fā)現3種試樣的腐蝕速率不同:R5級鋼的平均腐蝕速率最小,為0.18?0.005 mm/a;較高Cu含量R6級鋼的平均腐蝕速率次之,為0.24?0.01mm/a;低Cu含量R6級鋼平均腐蝕速率最大,為0.34?0.005 mm/a。對試樣表面的微生物群落結構進行分析后發(fā)現,Cu元素的加入使得兩種R6級鋼樣品表面硫酸鹽還原菌的相對豐度均明顯升高,腐蝕加速被認為與硫酸鹽還原菌的富集密切相關。(2)確定了實驗室模擬實際海水條件下多種微生物對系泊鏈鋼與碳鋼腐蝕的影響規(guī)律,并解析了微生物影響的材料依賴性。在滅菌海水中,3種系泊鏈鋼和碳鋼的腐蝕行為接近,均為陰極氧去極化作用下的均勻腐蝕。在有菌海水中,微生物形成的生物膜一定程度上抑制了腐蝕的發(fā)生。但隨著微生物數量的下降,腐蝕抑制作用減弱。Cu元素的加入使得兩種R6級鋼樣品表面的微生物數量確實有所下降,但對腐蝕行為的影響不明顯。碳鋼由于表面發(fā)生了嚴重的點蝕,雖然前期腐蝕受到抑制,但最終平均腐蝕速率與無菌環(huán)境中相差不大。(3)揭示了聚球藻與假交替單胞菌對碳鋼腐蝕的協同作用機制。在單獨聚球藻體系中,聚球藻生長緩慢,溶解氧濃度和pH維持相對穩(wěn)定,導致了碳鋼腐蝕持續(xù)地發(fā)生。在混合體系中,實驗前期由于保護性生物膜的形成和假交替單胞菌好氧呼吸作用消耗溶解氧,使碳鋼的腐蝕受到抑制。到實驗后期,由于假交替單胞菌的死亡、聚球藻的快速繁殖、溶解氧濃度增加和疏松多孔腐蝕產物的形成,腐蝕受到促進且腐蝕失重遠大于單獨聚球藻體系中的。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院海洋研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P755.3
【圖文】：

圖 1.1 生物膜形成過程（Chambers LD，2006）Fig. 1.1 Schematic of biofilm formation (Chambers LD, 2006) 典型海洋工程用鋼海洋工程用鋼在使用時一方面需要滿足海洋這個復雜又苛刻的環(huán)境的要一方面，還需要降低成本滿足經濟效益的要求。因此，海洋工程用鋼一般有高性能的低合金鋼。低合金鋼指的是合金元素含量小于 3.5 %的鋼（Ch，2009），其低廉的價格和優(yōu)良的機械性能使其成為海洋工程用鋼的首選環(huán)境下海洋工程用鋼面臨的第一個挑戰(zhàn)就是海洋工程自身對強度的要求。構筑海洋平臺的平臺鋼還是使平臺系泊定位的系泊鏈鋼，抑或是架設在海線鋼，都需要具有較高的強度，目前使用的高強鋼屈服強度都在 350 MP。而海洋環(huán)境中廣泛存在的波浪、潮流和風暴等則要求低合金鋼具有高韌

圖 1.2 SRB 腐蝕機理模型（Mori et al.，2010）Fig. 1.2 The model of corrosion mechanism induced by SRB (Mori et al., 2010)SRB 具有很強的促進腐蝕的能力，常見的 Q235 碳鋼在 SRB 的作用下就會形成深度達到 5 m 的點蝕坑（Li et al.，2018），而 304 和 316 奧氏鋼在 SRB 存在的情況下也會隨著 FeS 腐蝕產物的形成而腐蝕敏感性Gonzalezetal.，1998；SantanaRodríguezetal.，2006）。雙相不銹鋼比單純體不銹鋼在海洋中具有更好的耐蝕性，但在 SRB 的作用下依然會發(fā)生縫Antonyetal.，2007）。Cu 由于其自身的毒性，在海水中一般認為不發(fā)生 M我們課題組前期研究發(fā)現 SRB 形成的胞外多聚物可以螯合環(huán)境中 Cu2+，可以包覆 SRB 細胞，使其依然可以加速 Cu 的腐蝕（Chenetal.，2014）。由于可以在其基體表面形成十分致密的氧化物保護膜，其腐蝕研究多集中

海洋環(huán)境中微生物協同作用對典型工程用鋼腐蝕的影響 Schutz et al.（2015）的研究均證明了 IRB 在加速腐蝕方面的作用。但與，也報道指出 IRB 可以促進保護性腐蝕產物膜的形成，并進而抑制 X52 的腐蝕，使其腐蝕速率由 20 mm/a 降到 4 mm/a（AlAbbas et al.，2013）。al.（2015）的研究則發(fā)現在有磷酸鹽存在的情況下，IRB 可以通過下面兩保護性磷酸亞鐵層的形成并抑制腐蝕的發(fā)生。FeO·Fe2O3+ 3HPO42 + 8H++ 2e → 3Fe(HPO4) + 4H2O …（1.3Fe(HPO4) → Fe3(PO4)2+ HPO42 + 2H+…（1.因此，Videla（1996a）認為 IRB 在 MIC 中的作用機理取決于溶液/生物膜表面界面處的具體情況及生物膜中具體種類 IRB 的生命活動。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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