海洋微生物在船舶用结构钢表面附着成膜过程及其腐蚀研究.pdf

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1、第33卷第1期2015年3月海洋学研究JoURNALoFMARINESCIENCESV01．33NO．1Mar．，2015董耀华，贺中意，郭娜，等．海洋微生物在船舶用结构钢表面附着成膜过程及其腐蚀研究EJ]．海洋学研究，2015，33(1)：39—44，doi：10．3969／j．issn．1001—909X．2015．01．006．DONGYaohua，HEZhong—yi，GUONa，eta1．Theformationprocessofbiofilmofmarinemicroorganismandtheinfluen

2、ceonthecorrosionoftheshipstructuralsteelEJ]．JournalofMarineSciences，2015，33(1)：39—44，doi：10．3969／j．issn．1001—909X．2015．01．006．海洋微生物在船舶用结构钢表面附着成膜过程及其腐蚀研究董耀华，贺中意，郭娜，刘涛，董丽华。(上海海事大学海洋科学与工程学院，上海201306)摘要：通过紫外分光光度计测定了海洋微生物需钠弧菌Vibrionatriegens的生长曲线，通过扫描电镜和原子力显微镜观测了该细菌在船

3、舶用结构钢(DH32)钢样表面成膜过程及试样腐蚀形貌，探讨了生物膜的形成过程及其对材料表面腐蚀的影响。结果表明，生物膜的形成过程与微生物生命活动关系密切。根据对比暴露在菌液和无菌培养基中的试样表面形貌，发现细菌的附着及成膜过程的不均匀性，改变了DH32钢样表面的物理和化学状态。细菌附着区与周围形成的氧浓差电池，以及细菌新陈代谢主要产物对金属离子的络合，共同促进了试样局部腐蚀加速。关键词：海洋微生物；生物膜；腐蚀中图分类号：X17文献标识码：A文章编号：1001～909X(2015)01-0039-06Doi：10．396

4、9／j．issn．1001—909X．2015．01．0060引言海洋船舶用结构钢作为最常见的涉海材料之一，主要包括高强钢AH32、DH32、AH36和DH36等，厚度在12430mm之间，这类船舶用钢强度高，但耐海洋环境生物腐蚀的性能却比较差。海洋微生物活性所引起的微生物腐蚀(microbially—influencedcor—rosion，MIC)已经被公认为是船舶及海洋工程用结构钢腐蚀破坏的重要形式n”。在海洋环境中服役的船舶，由海洋污损导致的燃油消耗增加可达40％，航次总成本增加可达77％，而且每年仅用于全球船只

5、防污剂美观工艺的花费约有7亿美元，此外更为严重的是，船舶海水冷却管道和诸如船舶压载舱等各种液体舱的微生物腐蚀破坏也极大地影响船舶寿命及安全性¨⋯。大量的实验表明，在海洋环境中，与金属直接接触的腐蚀介质并非海水而是微生物，所以可以肯定船舶用钢腐蚀破坏的重要发生因素是微生物通过在材料表面附着及形成的生物膜与其发生相互作用，使得材料表面始终处于非稳定状态，直接或问接参与和影响了金属的腐蚀过程剐，从而导致金属性能的劣化和破坏。MIC是一个相当复杂的生物和化学过程，目前有关MIC的研究层出不穷，例如REMAZEILLESetal_

6、70认为，微生物膜对阴极反应动力学的影响可能导致腐蚀电位的正移，同时微生物膜内形成的氧浓差电池和阴极反应速度的增加使得天然海水比无菌海水更具腐蚀性。JAVAHERDASHTIetalE81认为，金属表面的酸化和微生物膜内的过氧化氢的产生是导致收稿日期：2014—1024修回日期：2014—12一lO基金项目：国家重点基础研究发展计划<973计划)资助(2014CB64330B)；上海自然科学基金项目资助(14ZRl419800)作者简介：董耀华(1983一)，男，湖北潜江市人，博士，讲师，主要从事海洋与船舶工程方面的研究

7、。Email：yhdong@shmtu．edu．cn*通讯作者：董丽华(1964一)，女，教授，主要从事海洋与船舶工程方面的研究。Email：lhdong@shmtu．edu．cn·40·海洋学研究33卷1期材料腐蚀电位正移的原因。BEECH[91研究了腐化海水环境中碳钢的腐蚀行为，提出微生物膜内硫酸盐还原菌(SRB)的存在是加速材料腐蚀的主要原因，他认为SRB释放的硫化氢导致膜内pH值下降，加速了阳极溶解。OSIROetal[1o]也证实了相关的结论，同时提出微生物膜内特殊酶的作用也是影响材料腐蚀行为的主要因素之一。赵

8、军等[1u却认为微生物胞外分泌物(EPS)是影响材料腐蚀行为的主要原因。此外，也有大量学者认为微生物膜的形成可以阻碍溶解氧的扩散或分泌某种具有缓蚀作用的物质，从而抑制材料腐蚀，起到保护材料的作用[12。15

9、。由此可见，目前大部分研究主要着眼于生物膜对金属腐蚀的影响及机制，很少去分析生物膜形成的过程，而事实上，微生物