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2205双相不锈钢在含铜绿假单胞菌环境下的腐蚀行为研究

海洋资源是我国未来经济与军事的发展基础,开发和利用海洋资源成为必然的发展趋势,因此海洋环境下材料的腐蚀与防护成为关键问题之一。2205双相不锈钢兼有铁素体和奥氏体不锈钢的优点,具有较高的强度、韧性,以及良好的耐蚀性,广泛应用于海洋采油平台、海港设施等海洋环境中,但2205双相不锈钢仍然面临着微生物引起的点腐蚀的威胁。

铜绿假单胞菌是海洋中常见的一种非常重要的腐蚀性细菌,能够引起海洋环境中碳钢和不锈钢的腐蚀,造成经济和环境上的巨大损失。但是,铜绿假单胞菌引起微生物腐蚀的机制尚不明确,同时目前关于铜绿假单胞菌是否能够导致双相不锈钢的点蚀鲜有报道。

因此,研究2205双相不锈钢在含铜绿假单胞菌的溶液中的腐蚀行为具有代表性和实际的意义。微生物腐蚀研究中常用的电化学测试技术有电化学阻抗谱和动电位极化曲线等,但测试过程中施加的外部扰动可能会对微生物的生物活性产生一定的影响。

因此,本工作研究了电化学阻抗谱、线性极化和电化学噪声三种测试技术在铜绿假单胞菌腐蚀研究中的适用性。研究表明电化学阻抗谱和线性极化测试在测试过程中施加不同程度的扰动,所产生的极化作用确实会影响铜绿假单胞菌的生物活性。

而电化学噪声法在测试过程中无需外界扰动,对铜绿假单胞菌的活性无影响。因此,电化学噪声法在铜绿假单胞菌腐蚀研究中具有良好的适用性。

本工作利用电化学噪声测试,结合希尔伯特-黄分析来研究2205双相不锈钢在含铜绿假单胞菌溶液中的腐蚀行为。电化学噪声测试技术具有独特的优势,能够时时监测腐蚀速率。

同时,希尔伯特-黄分析对电化学噪声进行的时频分析是非常新颖的分析方法,能够将短暂的瞬态变化从原始信号中分离出来。研究表明铜绿假单胞菌能够催化氧化Cr2O3生成CrO3,使位于生物膜底部的钝化膜优先发生溶解,发生点蚀。

因此,铜绿假单胞菌所形成的生物膜能够引发快速的点蚀形核。在铜绿假单胞菌存在的条件下,2205双相不锈钢的点蚀敏感性和形成稳态点蚀的概率均提高,铜绿假单胞菌可能是点蚀成长的关键因素。

针对2205双相不锈钢在含铜绿假单胞菌溶液中的腐蚀行为,在2205双相不锈钢冶炼过程中添加一定含量的金属铜得到2205-Cu双相不锈钢,并且研究了Cu对2205双相不锈钢在含铜绿假单胞菌环境中腐蚀行为的影响。研究表明Cu的加入使2205双相不锈钢在含铜绿假单胞菌环境中的耐点蚀性能明显提高。

Cu具有强大的抗菌抑菌性能,能够有效抑制铜绿假单胞菌在材料表面的吸附以及生物膜的形成。Cu元素的加入使2205双相不锈钢在铜绿假单胞菌中的点蚀敏感性和形成点蚀的概率均显著降低。