海水冷却系统中管线用铜合金的微生物腐蚀与防护研究
海水冷却系统中的循环海水处于不断流动的状态，但在某些特殊情况下冷却水流速降低，甚至可能发生临时停滞，造成海水中悬浮物的沉降，并逐步聚集、成团、形成颗粒沉淀，再加上好养微生物生殖、代谢和死亡分解后的尸体，很容易在管线的底部形成污泥，继而为厌氧微生物的生殖提供庇护场所，大大增加了管线腐蚀的风险。铜及其合金由于具有优良的导热性能、机械加工性能和耐海水腐蚀性能，被广泛用作滨海工厂海水冷却系统的管线材料。相关证据表明，铜合金的防污效果主要表现在对一些大型污损生物如藤壶、贻贝等具有毒害作用，它们对SRB却具有腐蚀敏感性。 目前关于铜合金特别是黄铜材料的微生物腐蚀(MIC)研究还比较少，其腐蚀过程的作用机理还有待进一步发掘。本论文以海水中常见的腐蚀性微生物SRB为实验菌种，采用离线分析的方法在实验室模拟海水冷却系统中SRB的生境，调查了其生长行为及成膜规律。并以管路系统中常用的硅黄铜(HSi80-3)和白铜(BFe10-1-1)为研究对象，结合微生物技术、显微分析技术和电化学研究方法等进一步对比分析了两种铜合金在SRB作用下的腐蚀行为、SRB生物膜在合金表面的生成过程及其对腐蚀产生的影响。研究发现，铜合金在成分上的差异未能改变SRB的附着特性，与HSi80-3相比，SRB更倾向于附着在BFe10-1-1表面，在浸泡初期HS i80-3表面的生物膜更为均匀致密，一定程度上能够抑制腐蚀的进行，但随着时间的延长，两种膜层的差异性越来越小;浸泡28天后，BFe10-1-1表面的蚀坑错落有致，呈离散分布，其直径约为1.0μm，而HS i80-3样品表面的蚀坑分布则较为均匀，排列紧密，蚀孔直径在0.2μm左右，说明BFe10-1-1的点蚀敏感性比HSi80-3较强。相关的电化学测试表明，无菌条件下，两种铜合金均具有一定的自钝化能力，腐蚀过程主要受溶解氧的扩散控制，而生物硫的存在明显降低了合金粒子之间的键合能力，改变腐蚀反应的阴阳极机理，使腐蚀加剧，其作用过程并不是由单一机制控制的，主要由硫化物诱导阳极溶解、SRB阴极去极化作用及EPS键合铜离子等协同进行的。 为进一步增强铜合金管线抗SRB腐蚀的能力，本文利用原子转移自由基聚合(ATRP)反应，在BFe10-1-1铜合金表面制备了经11-溴十一烷基三甲氧基硅烷（BUTS）协助的磺基甜菜碱(SBMA)有机复合膜，并通过多种方法对其防腐防污性能进行探究。相关测试表明，由于SBMA的表面改性，BFe10-1-1的亲水性增强，SRB在表面的附着量下降了约两个数量级，防除抑制率达到96.8％，显示出良好的防污效果;经过修饰改性后，BUTS/SBMA复合膜的极化电阻也提升了将近10倍，缓蚀效率达到92.6％，极大地增强了基体的耐蚀能力。 微生物腐蚀是一个复杂的过程，涉及到的影响因素也是方方面面。本实验课题对比研究了两种管线用铜合金材料在SRB作用下的厌氧腐蚀机制，并以此为指导探索了相关的防护方法，尽管SBMA展示了优良的防污效果，但将其应用于实海防污还需要许多技术的综合调研。
铜合金;微生物腐蚀;磺基甜菜碱有机复合膜;海水冷却系统
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
陈守刚;蔺存国
2015
中文
TG174.46
74
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）