海生物污损对碳钢海水腐蚀的影响

论文摘要

生物污损是影响钢铁海水腐蚀的重要因素。近年来污损生物对钢海水腐蚀的影响一直受到腐蚀研究者的关注。大型生物和微生物在钢表面的污损同时存在,相互影响,而共同对腐蚀产生影响。研究生物污损对碳钢海水腐蚀的影响,必须同时考虑大型污损生物和微生物的影响。碳钢在海水中的腐蚀产物和生物污损及其腐蚀机理都随暴露时间发生变化,污损生物的影响也会随着变化。研究生物污损对钢海水腐蚀的影响应考察从开始暴露到长期暴露的各个阶段。本文采用现场挂样,观测了在青岛、厦门海水中暴露0.25~4a的碳钢表面的污损生物和沉积锈层的外观、特性及其与腐蚀形貌的对应关系。检测了污损生物和沉积锈层下的内锈层中的SRB,讨论了生物污损、锈层与碳钢局部腐蚀的关系。通过在现场挂样,暴露不同时间(1～720d)后取样,测量碳钢在不同暴露阶段的自腐蚀电位、动电位极化曲线和交流阻抗谱的变化趋势,研究碳钢在现场海水中的电化学行为,分析碳钢在海水中的腐蚀机制及变化。同时,用SEM观察碳钢在不同腐蚀阶段的内锈层中SRB形貌和分布形态。将碳钢浸泡在自然海水和灭菌海水中,恒温30℃,暴露不同时间(1~90天)后分取样。观察碳钢在不同腐蚀阶段的腐蚀形貌。用腐蚀电位测量、动电位极化曲线和交流阻抗谱测试等技术研究碳钢在海水中的腐蚀行为,分析碳钢在海水中的腐蚀机制及变化。本文的主要结论如下:(1)大型生物污损、锈层外观与碳钢的腐蚀形貌有较好的对应关系。橘红、褐色锈下是腐蚀重的蚀坑和溃疡坑。软壳生物及棕褐色锈下腐蚀较轻,呈浅斑状。大型硬壳生物下腐蚀轻微,表面较平整。(2)在硬壳生物覆盖下的钢/锈界面,SRB活性和氧含量均很低,腐蚀速度低;疏松的橘红色、层覆盖下的钢/锈面,SRB活性高而有一定的氧含量,腐蚀速度较高,而形成蚀坑。(3)在青岛海水中,暴露3d的碳钢内锈层中已有SRB的存在。暴露30d碳钢的腐蚀已受到SRB的显著影响。暴露初期,碳钢在海水中的腐蚀是受氧扩散控制。随着腐蚀产物在表面沉积,阻碍氧向电极表面的扩散,降低碳钢的腐蚀速度。而内锈层中的腐蚀性微生物加速钢的腐蚀速度。随着钢/锈层界面的腐蚀性微生物数量、代谢产物及其反应产物的继续增加,当其加速腐蚀作用大于锈层增加氧扩散的阻力引起的减缓腐蚀作用时,碳钢的腐蚀速度呈现出上升的趋势。(4)电化学测试结果表明,碳钢在两种介质中的作用机制是不同的。在自然海水中,碳钢受到微生物膜和腐蚀产物膜的共同作用,而碳钢在灭菌海水中只有腐蚀产物膜的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 碳钢海水腐蚀的研究进展
• 1.1.1 金属材料海水腐蚀的电化学特征及影响因素
• 1.1.2 碳钢海水腐蚀形态
• 1.1.3 碳钢在海水中腐蚀的过程
• 1.2 海生物污损的研究进展
• 1.2.1 海生物污损的特征
• 1.2.2 海洋宏观污损生物引起的腐蚀研究进展
• 1.2.3 微生物腐蚀的研究进展
• 1.2.3.1 嗜氧菌的腐蚀机制
• 1.2.3.2 厌氧菌（主要是硫酸盐还原菌）的腐蚀机制
• 1.2.3.2.1 阴极去极化理论
• 1.2.3.2.2 浓差电池机理
• 1.2.3.2.3 局部电池机理
• 1.2.3.2.4 代谢产物腐蚀
• 1.2.3.2.5 阳极区固定机理
• 1.2.3.3 环境因素对SRB生长的影响
• 1.2.3.3.1 游离氧的影响
• -浓度的影响'>1.2.3.3.2 Cl^-浓度的影响
• 1.2.3.3.3 金属离子浓度的影响
• 1.2.3.3.4 合金元素的影响
• 1.2.3.3.5 pH值及温度的影响
• 1.2.3.3.6 其它微生物的影响
• 1.3 微生物腐蚀的研究方法与测试技术
• 1.3.1 现代生物学技术
• 1.3.2 电化学技术
• 1.3.2.1 腐蚀电位
• 1.3.2.2 氧化还原电位
• 1.3.2.3 极化电阻技术
• 1.3.2.4 稳态极化曲线方法
• 1.3.2.5 交流阻抗技术
• 1.3.2.6 电化学噪声分析（EN）
• 1.3.2.7 双区电池技术
• 1.3.2.8 电化学表面成像技术
• 1.3.3 现代表面分析技术
• 1.3.3.1 傅立叶红外光谱（FTIR）
• 1.3.3.2 微电极技术
• 1.3.3.3 表面荧光显微技术
• 1.3.3.4 激光共聚焦显微镜
• 1.3.3.5 扫描电子显微镜（SEM）与环境扫描电镜（ESEM）
• 1.3.3.6 原子力显微镜（AFM）
• 1.4 课题来源、研究内容及方法
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 研究内容及方法
• 1.4.2.1 污损生物对碳钢的影响
• 1.4.2.2 碳钢的电化学行为和腐蚀机制研究
• 1.4.2.3 碳钢在自然海水和灭菌海水中的腐蚀行为和腐蚀机制差别
• 2 污损生物对碳钢的影响
• 2.1 试验
• 2.1.1 材料和试样
• 2.1.2 暴露试验条件
• 2.1.3 内锈层中的SRB检测
• 2.1.4 局部腐蚀测量
• 2.1.5 试样表面及SRB形貌观测
• 2.2 试验结果和讨论
• 2.2.1 大型生物污损、锈层外观及其特性
• 2.2.2 不同覆盖层的内锈层中的SRB菌量
• 2.2.3 腐蚀结果
• 2.2.4 碳钢腐蚀形貌与大型生物污损、锈层的对应关系
• 2.2.5 大型生物、微生物污损对碳钢海水腐蚀的影响
• 3 微生物对碳钢海水腐蚀的影响
• 3.1 试验
• 3.1.1 试样及暴露
• 3.1.2 内锈层中SRB数量和FeS含量的测量
• 3.1.3 电化学测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 腐蚀电位
• 3.2.2 碳钢内锈层中SRB数量与形貌
• 3.2.3 碳钢内锈层中 FeS 含量的测量
• 3.2.4 SEM形貌观察与腐蚀产物EDS分析
• 3.2.3 在海水中暴露不同时间的碳钢交流阻抗分析
• 3.2.4 极化曲线分析
• 3.3 小结
• 4 碳钢在自然海水和灭菌海水中的腐蚀行为和腐蚀机制比较
• 4.1 试验
• 4.1.1 试验材料
• 4.1.2 试验介质
• 4.1.3 浸泡
• 4.1.4 电化学测试
• 4.2 试验结果及讨论
• 4.2.1 自腐蚀电位随时间的变化
• 4.2.2 碳钢在两种介质中的SEM形貌观察
• 4.2.3 碳钢在自然海水和灭菌海水中的交流阻抗测试
• 4.2.4 碳钢在自然海水和灭菌海水中暴露不同时间的极化曲线分析
• 4.2.5 碳钢在自然海水和灭菌海水中的机理
• 4.3 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
• 致谢