摘 要

海洋环境下，船体金属材料的微生物腐蚀日益严重，因此需要重视微生物腐蚀方向的研究。研究需钠弧菌作为海洋典型菌种对海洋工程钢DH36腐蚀行为机理和特性，为海洋环境下金属材料的腐蚀发生规律进行探讨，可以为防治微生物贴附海洋工程材料腐蚀过程提供依据和理论。

本文通过DH36碳钢模拟在海洋环境中的暴露情况，来对碳钢试样片进行腐蚀特征的实验分析。设置无菌海水与需钠弧菌培养基两种腐蚀环境的对照组，来进行特定的典型海洋细菌（需钠弧菌）对DH36碳钢片的腐蚀特性和机理的分析。通过电化学分析方法和表面腐蚀形貌分析方法来研究试样片在不同腐蚀环境下的腐蚀状况。将无菌海水和需钠弧菌培养基中的腐蚀结果进行比较，所得的结果对于在特定海洋情况下船体表面金属的防腐措施具有重要的指导意义。

研究结果表明，DH36钢在需钠弧菌培养基中受到的腐蚀作用更强，且由于需钠弧菌的新陈代谢产生腐蚀产物与锈层形成致密性较差的混合层，裂缝间形成氧浓差电池，加快试样的腐蚀速率。

关键词：DH36碳钢；需钠弧菌；腐蚀特性；电化学分析；腐蚀形貌分析

Abstract

Under the Marine environment, the microbial corrosion of hull metal materials is becoming more and more serious, so it is necessary to pay attention to the research on the direction of microbial corrosion.In order to study the corrosion mechanism and characteristics of Marine engineering steel DH36 by sodium vibrio as a typical Marine bacteria, the corrosion rules of metal materials in Marine environment are discussed, which can provide basis and theory for preventing and controlling the corrosion process of microbial attachment to Marine engineering materials.

In this paper, the corrosion characteristics of carbon steel samples were analyzed by simulating the exposure of DH36 carbon steel to the Marine environment. The corrosion characteristics and mechanism of DH36 carbon steel plates by typical Marine bacteria (Vibrio natriegens) were analyzed in the control group of sterile seawater and Vibrio natriegens medium. By means of electrochemical analysis and surface corrosion morphology analysis, the corrosion conditions of the specimen under different corrosion environments were studied. By comparing the corrosion results of sterile seawater with those of sodium-dependent vibrio culture medium, the results obtained have important guiding significance for the anticorrosion measures of hull surface metal under specific ocean conditions.

The results showed that DH36 steel was subjected to stronger corrosion effect in Vibrio natriegens culture medium, and the corrosion products produced by the metabolism of Vibrio natriegens and the rust layer formed a mixed layer with poor compactness, and the oxygen concentration difference battery was formed between the cracks, which accelerated the corrosion rate of the sample.

Key Words：DH36 Carbon Steel；Vibrio natriegens；Corrosion characteristics；Electrochemical analysis; Corrosion morphology analysis

目 录

目录

1 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外海洋碳钢腐蚀研究进展 2

1.3 海洋生物腐蚀影响分析 3

1.3.1 化学因素 3

1.3.2 物理因素 4

1.3.3 生物因素 4

1.4 论文研究内容 4

2 微生物腐蚀基本理论 5

2.1 微生物腐蚀 5

2.2 微生物碳钢腐蚀的机理 6

2.2.1 代谢产物腐蚀机理 6

2.2.2 局部电池作用机理 6

2.2.3 阳极区固定机理 7

2.3 微生物腐蚀研究方法 7

2.3.1 生物学研究方法 7

2.3.2 微生物腐蚀电化学研究方法 8

2.3.3 腐蚀图像学表面分析方法 10

3 需钠弧菌对船用DH36碳钢的腐蚀特性分析 11

3.1 实验试剂与仪器 11

3.1.1 实验试剂 11

3.1.2 实验仪器 11

3.2 实验设计 12

3.2.1 需钠弧菌来源 12

3.2.2 DH36碳钢试样片 12

3.2.3 电化学实验准备 13

3.2.4 表面形貌分析准备 13

3.3 实验分析 14

3.3.1 DH36钢在无菌海水中的腐蚀行为 14

3.3.2 需钠弧菌对DH36钢的腐蚀影响 18

3.4 需钠弧菌腐蚀机理 23

4 结论 24

参考文献 25

致 谢 28

1 绪论

1.1 研究背景及意义

21世纪的到来使得世界各国将重心都转至发展经济，并且由于陆地之上的物资资源的日益消耗，能源危机成为了迫在眉睫所需要解决的问题。与此同时，人们把目光转向了面积几乎是陆地两倍大小的海洋，开始对这块地球上还未完全开发的“宝地”进行竞争。然而，海洋环境不仅仅涉及到气象学和物理化学等学科，还与流体学以及生物学等多学科领域的因素有着复杂的关系。为了满足海洋船舶装备以及海上工程用材料的使用条件，传统的金属材料并不能很好的胜任工作。盐类离子的腐蚀性、高温高压的特殊情况以及微生物腐蚀的存在都会促使海洋环境变得十分复杂，区别于陆地使用材料，海洋工程金属材料会因为这些因素而受到较大的影响，尤其是对于海上工程材料。腐蚀就是海洋工程用钢中最为常见的破坏形式，其中因海洋微生物引起的微生物腐蚀约占海洋材料腐蚀的70—80％，严重的是，由于海洋中的微生物腐蚀所引起的损失甚至高达上千亿美元^[1]。2018年，据美国、日本、加拿大等国的一项调查数据统计显示，大约国内生产总值的1%的损失都是受金属材料的腐蚀影响。与此同时，美国的一项腐蚀损失数据调查表明，其腐蚀损失占国内生产总值的2.7％，其中约有20％的金属腐蚀与微生物腐蚀(MIC)有关，每年由微生物引发的腐蚀损失约为 30-50亿美元，而我国每年因微生物造成的损失也高达约500亿人民币^[2]。在腐蚀防护领域中，由于特定的微生物腐蚀的难以辨别性、难预测性和较难的控制性，整个行业因而受到了巨大的威胁和经济损失。同样如此这些腐蚀也会发生在海洋船体的表面。

由于各类微生物的腐蚀以及微生物所造成的污损问题，重要的海洋工程项目和船体金属材料发展收到了较大的影响，对这些行业的发展也产生了较为致命的瓶颈。当海洋工程材料因为外部因素收到影响时，海洋工程装备的可靠性和寿命也会因为材料失效而被严重影响。无保护措施的海洋金属水下表面不可避免地受到生物污垢和腐蚀的影响，给海洋工业带来了相当大的经济和环境后果。海洋工业的生物污损成本估计为每年数十亿美元，开发环境友好的防污策略是当今的一个巨大挑战^[3-4]。由图1-1，可以看出微生物吸附对船用碳钢材料造成严重腐蚀。