两株典型芽孢杆菌属细菌对AZ31B镁合金的腐蚀影响及机理的研究

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微生物广泛地存在于我们周围的环境,微生物的存在能够对金属的腐蚀造成一定的影响。19世纪20年代人们开始对微生物腐蚀进行研究,微生物腐蚀也越来越被人们所重视。根据调查,由微生物引起的金属腐蚀约占金属总腐蚀量的百分之二十左右。微生物腐蚀涉及的学科较多,且交叉性强,有复杂性;微生物腐蚀的机理目前尚不清晰,因此人们在这方面难以取得统一的认识。镁合金凭借着其诸多优秀的性能日渐进入人们的生产生活,比如汽车制造、军工、航空航天、化工和火箭等重要行业。但镁合金的耐腐蚀性极差,这就极大阻碍了镁合金的应用。镁合金在应用过程中不可避免要接触到各种各样的微生物,镁合金发生微生物腐蚀也就不可避免,所以研究微生物对镁合金的腐蚀很有必要。本文选取了环境中两株广泛存在的芽孢菌属细菌(枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌)分别进行培养,用分光光度法测量两株菌的生长曲线,再根据生长曲线选取实验测量点,在选取的时间点对海水介质中接种两株菌的AZ31B镁合金进行了电化学测量(开路电位、电化学阻抗、动电位极化和循环极化),并测定各实验组人工海水的pH值,利用荧光和扫描电镜对金属表面进行表征,利用红外和紫外对腐蚀产物进行分析,通过上述方法探究其腐蚀行为。具体结果如下:(1)无菌的人工海水中,镁合金腐蚀速率先增后减。没有接种菌的人工海水的pH随时间的变化有轻微的下降,其可是CO2的微量溶解导致的;AZ31B镁合金的加入使pH则升高,说明镁合金的腐蚀中发生了部分析氢腐蚀。前期因有氧化膜的存在,腐蚀速率较低,随着氧化膜的消失腐蚀速率加快,而后因腐蚀产物在表面的积累,溶液成分变化和pH的升高,腐蚀速率减慢。电化学测量中极化曲线也很好的说明了这一点;拟合的腐蚀电流icorr表现为先增后减。扫描电子显微镜结果显示镁合金表面有较大的裂纹,即镁合金发生了部分龟裂。(2)两株芽孢杆菌的代谢物和胞外多糖类在AZ31B镁合金表面形成生物膜,这层生物膜较为致密,阻碍了人工海水中的离子对镁合金的侵蚀,相比于形成的氧浓差极化作用,菌株形成的生物膜对腐蚀的抑制作用更大一些。总体上来看,两株菌在生物膜形成期间对AZ31B镁合金保护作用占主导地位。(3)对比含有两株菌试样的实验结果,两株菌在镁合金的腐蚀过程中所起的作用相似。两株菌在前期均对腐蚀有加快影响,可能与该菌前期产酸使溶液pH值降低有关;中期随着生物膜的形成,AZ31B镁合金的腐蚀速率降低,可能是由于致密的生物膜覆盖在镁合金表面对腐蚀产生了抑制作用;后期由于生物膜从镁合金表面脱落,腐蚀抑制效果消失。蜡样芽孢杆菌比枯草芽孢杆菌使pH上升的值更高;蜡样芽孢杆菌的icorr比枯草芽孢杆菌的小,蜡样芽孢杆菌的Rt值比枯草芽孢杆菌的大;说明蜡样芽孢杆菌对镁合金的腐蚀抑制更为明显。
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