海洋污損生物環(huán)境下鈣質(zhì)層對(duì)Q235碳鋼腐蝕行為影響研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)，所有沿海國(guó)家都將發(fā)展海洋擺在十分突出的位置，我們國(guó)家提出了建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)的宏偉戰(zhàn)略。然而，海洋環(huán)境的強(qiáng)腐蝕性、高生物污損一直是人們開(kāi)發(fā)利用海洋的屏障。如何防腐防污成為一項(xiàng)很有價(jià)值的課題。
　　陰極保護(hù)作為一種有效的防腐手段被廣泛用于海水全浸區(qū)和海泥區(qū)金屬防腐。陰極保護(hù)的結(jié)果是金屬表面會(huì)沉積一層厚度為50～100μm的鈣鎂沉積層。沉積層可以阻礙氧氣到達(dá)金屬表面提高電流效率，同時(shí)還能減輕金屬的腐蝕疲勞和氫滲透。具有上述功能

2、的鈣質(zhì)層自然引起工程設(shè)計(jì)者和研究人員的關(guān)注。
　　污損生物廣泛的存在于海洋環(huán)境中，浸沒(méi)在海水中的試樣，2小時(shí)后表面就會(huì)產(chǎn)生生物膜，隨后，表面開(kāi)始有微生物附著。生物污損會(huì)影響陰極保護(hù)的效率已經(jīng)被認(rèn)同，但是生物污損和鈣質(zhì)層間的相互關(guān)系卻很少有文章涉及。
　　本課題是從工程實(shí)踐中存在的客觀(guān)要求引申而來(lái)，探討Q235碳鋼表面沉積鈣質(zhì)層后在生物污損環(huán)境中的腐蝕行為，實(shí)驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)室模擬和實(shí)際海洋掛片兩個(gè)部分。實(shí)驗(yàn)室中，采用恒電流法在碳鋼

3、表面沉積鈣質(zhì)層。分別采用SEM、XRD和EDS表征沉積效果，在過(guò)濾海水中，電流密度為-30μA，沉積72小時(shí)獲得的鈣質(zhì)層結(jié)構(gòu)致密。
　　研究鈣質(zhì)層對(duì)Q235碳鋼在接種SRB的PGC培養(yǎng)基中腐蝕行為的影響，熒光顯微鏡觀(guān)察不同時(shí)期細(xì)菌在試樣表面的附著，發(fā)現(xiàn)在生物膜形成前期鈣質(zhì)層促進(jìn)細(xì)菌的附著。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，在含SRB培養(yǎng)基中，裸鋼試樣的開(kāi)路電位變化受微生物代謝活動(dòng)的影響明顯。同時(shí)，沉積鈣質(zhì)層的Rct值比裸樣的大很多，這說(shuō)明有鈣質(zhì)

4、層碳鋼的腐蝕速率比裸鋼試樣的低。用SEM和EDS分析浸泡11天后試樣的表面，發(fā)現(xiàn)沉積鈣質(zhì)層出現(xiàn)破損痕跡，元素含量變化可以證明。裸鋼試樣表面出現(xiàn)顆粒狀的腐蝕產(chǎn)物，較高的Fe、S含量說(shuō)明腐蝕產(chǎn)物中含有硫化鐵，以上現(xiàn)象說(shuō)明鈣質(zhì)層能夠抑制微生物腐蝕。
　　用電化學(xué)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)等表征方法探討有、無(wú)鈣質(zhì)層碳鋼在含雙眉藻的f/2培養(yǎng)液中的腐蝕行為。結(jié)果表明，鈣質(zhì)層可以抑制金屬腐蝕，對(duì)碳鋼有很好的防護(hù)效果。雙

5、眉藻及代謝物(EPS)在碳鋼表面附著形成生物膜對(duì)外界傳質(zhì)有一定阻礙作用，但這層膜對(duì)阻礙氧氣擴(kuò)散效果不夠明顯。鈣質(zhì)層可以促進(jìn)生物膜附著，形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)膜對(duì)碳鋼腐蝕有更為顯著的防護(hù)效果，且對(duì)氧從溶液向金屬基體擴(kuò)散有一定的抑制作用。結(jié)果還表明，復(fù)合膜層下碳鋼腐蝕經(jīng)歷以下過(guò)程:首先，溶液滲透到達(dá)金屬表面引發(fā)腐蝕。隨后，腐蝕產(chǎn)物在沉積層下部積累使腐蝕速率減小。最后，復(fù)合膜層破損對(duì)氧擴(kuò)散抑制減弱，腐蝕加快。
　　5個(gè)月的實(shí)際海洋環(huán)境下的掛片實(shí)

6、驗(yàn)研究犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)形成鈣質(zhì)層對(duì)碳鋼的防污和腐蝕的影響，同時(shí)還考察的在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期中污損生物的更迭。發(fā)現(xiàn)陰極保護(hù)形成的沉積層促進(jìn)了海洋微生物的附著，然而大型污損生物更傾向附著在發(fā)生腐蝕的裸鋼表面。鈣質(zhì)層的主要成分是碳酸鈣，且有少量粘土摻雜。相對(duì)生物膜附著，鈣質(zhì)層在碳鋼表面沉積具有優(yōu)先性。用電化學(xué)和SEM表征考察陽(yáng)極保護(hù)下碳鋼表面鈣質(zhì)層、生物污損和金屬腐蝕行為間的相關(guān)性，結(jié)果表明在沒(méi)有陰極保護(hù)下鈣質(zhì)層對(duì)碳鋼的保護(hù)可以持續(xù)4周，生物膜的附