Ti-6Al-4V合金在硫酸盐还原菌中的腐蚀行为研究

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在海洋环境中,微生物腐蚀是影响海洋工程材料腐蚀行为的主要因素之一。其中硫酸盐还原菌(sulfate-reducingbacteria,SRB)对海洋工程材料的腐蚀影响最为显著,并且SRB在土壤、海水、河水和地下管道等厌氧环境中广泛存在。目前,Ti-6Al-4V钛合金已经大范围运用于海洋工程设备中,现有研究表明Ti-6Al-4V钛合金在纯净海水中的耐腐蚀性能非常良好,但是Ti-6Al-4V钛合金具有良好的生物兼容性,并且这些海洋工程设备长时间浸泡在海水中,这些都大大加剧了Ti-6Al-4V钛合金受到微生物腐蚀的可能性,特别是在SRB细菌的作用下,Ti-6Al-4V钛合金的腐蚀可能性和严重性将大大增加。因此,十分有必要研究SRB对Ti-6Al-4V钛合金的腐蚀行为的影响规律和腐蚀机制,为之后Ti-6Al-4V钛合金在海洋工程装备中的腐蚀防护作基础。目前已经发现的SRB种类较多,已有60个属220多个种,不同种类的SRB形态各异,对金属的腐蚀能力也存在较大差异,其中属于脱硫弧菌属的SRB对金属的腐蚀能力最强。本文研究中采用的初始菌种由广东省微生物菌种保藏中心提供,属于脱硫弧菌属。将SRB活化后进行培养,利用比浊法得出了 SRB的生长曲线,利用荧光显微镜观察SRB在Ti-6Al-4V钛合金表面的附着行为。结果表明,浸泡1d后少量SRB在Ti-6Al-4V钛合金表面吸附,浸泡2d后Ti-6Al-4V钛合金表面出现SRB少量菌落,浸泡5d后大量的SRB吸附在Ti-6Al-4V钛合金表面。采用开路电位、极化曲线、交流阻抗谱等电化学方法研究了硫酸盐还原菌对Ti-6Al-4V钛合金的腐蚀行为过程。结果表明,浸泡0-1d,SRB的代谢产物加速了Ti-6Al-4V钛合金的腐蚀速率,浸泡1-4d,Ti-6Al-4V钛合金表面形成致密的钛的氧化膜,抑制了腐蚀的进行,浸泡4-31d,SRB的代谢产物和腐蚀产物破坏了原有的氧化膜,导致金属腐蚀加剧。当浸泡31d时,试样表面的氧化膜遭到极大的破坏,腐蚀速率大大增加。利用扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope,SEM)对浸泡31d的试样表面腐蚀形貌进行观察,并用X射线荧光光谱分析(X-ray fluorescence,XRF)测定腐蚀过程中的元素变化,用X射线光电子能谱分析(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)测定最终腐蚀产物中的元素价态。结果表明,SRB能够促进Ti-6Al-4V钛合金点蚀的发生,并且在最终的腐蚀产物中检测到Al(OH)3和少量TiS2,本文最终推演出Ti-6Al-4V钛合金在SRB培养基中的腐蚀过程。
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