海洋污损生物环境下钙质层对Q235碳钢腐蚀行为影响研究
进入21世纪，所有沿海国家都将发展海洋摆在十分突出的位置，我们国家提出了建设海洋强国的宏伟战略。然而，海洋环境的强腐蚀性、高生物污损一直是人们开发利用海洋的屏障。如何防腐防污成为一项很有价值的课题。 阴极保护作为一种有效的防腐手段被广泛用于海水全浸区和海泥区金属防腐。阴极保护的结果是金属表面会沉积一层厚度为50～100μm的钙镁沉积层。沉积层可以阻碍氧气到达金属表面提高电流效率，同时还能减轻金属的腐蚀疲劳和氢渗透。具有上述功能的钙质层自然引起工程设计者和研究人员的关注。 污损生物广泛的存在于海洋环境中，浸没在海水中的试样，2小时后表面就会产生生物膜，随后，表面开始有微生物附着。生物污损会影响阴极保护的效率已经被认同，但是生物污损和钙质层间的相互关系却很少有文章涉及。 本课题是从工程实践中存在的客观要求引申而来，探讨Q235碳钢表面沉积钙质层后在生物污损环境中的腐蚀行为，实验分为实验室模拟和实际海洋挂片两个部分。实验室中，采用恒电流法在碳钢表面沉积钙质层。分别采用SEM、XRD和EDS表征沉积效果，在过滤海水中，电流密度为-30μA，沉积72小时获得的钙质层结构致密。 研究钙质层对Q235碳钢在接种SRB的PGC培养基中腐蚀行为的影响，荧光显微镜观察不同时期细菌在试样表面的附着，发现在生物膜形成前期钙质层促进细菌的附着。电化学测试结果表明，在含SRB培养基中，裸钢试样的开路电位变化受微生物代谢活动的影响明显。同时，沉积钙质层的Rct值比裸样的大很多，这说明有钙质层碳钢的腐蚀速率比裸钢试样的低。用SEM和EDS分析浸泡11天后试样的表面，发现沉积钙质层出现破损痕迹，元素含量变化可以证明。裸钢试样表面出现颗粒状的腐蚀产物，较高的Fe、S含量说明腐蚀产物中含有硫化铁，以上现象说明钙质层能够抑制微生物腐蚀。 用电化学、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)等表征方法探讨有、无钙质层碳钢在含双眉藻的f/2培养液中的腐蚀行为。结果表明，钙质层可以抑制金属腐蚀，对碳钢有很好的防护效果。双眉藻及代谢物(EPS)在碳钢表面附着形成生物膜对外界传质有一定阻碍作用，但这层膜对阻碍氧气扩散效果不够明显。钙质层可以促进生物膜附着，形成的复合结构膜对碳钢腐蚀有更为显著的防护效果，且对氧从溶液向金属基体扩散有一定的抑制作用。结果还表明，复合膜层下碳钢腐蚀经历以下过程:首先，溶液渗透到达金属表面引发腐蚀。随后，腐蚀产物在沉积层下部积累使腐蚀速率减小。最后，复合膜层破损对氧扩散抑制减弱，腐蚀加快。 5个月的实际海洋环境下的挂片实验研究牺牲阳极阴极保护形成钙质层对碳钢的防污和腐蚀的影响，同时还考察的在整个实验周期中污损生物的更迭。发现阴极保护形成的沉积层促进了海洋微生物的附着，然而大型污损生物更倾向附着在发生腐蚀的裸钢表面。钙质层的主要成分是碳酸钙，且有少量粘土掺杂。相对生物膜附着，钙质层在碳钢表面沉积具有优先性。用电化学和SEM表征考察阳极保护下碳钢表面钙质层、生物污损和金属腐蚀行为间的相关性，结果表明在没有阴极保护下钙质层对碳钢的保护可以持续4周，生物膜的附着促进了保护效果。在有阴极保护下，碳钢表面出现了轻微的点蚀和缝隙腐蚀，随着浸泡时间的延长腐蚀也将加重。
低碳钢;腐蚀行为;电化学保护;钙质层;海洋污损生物
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
陈守刚
2015
中文
TG174.41
78
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）