654SMO超级奥氏体不锈钢搅拌摩擦焊接头微生物腐蚀行为研究

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近年来,金属材料的微生物腐蚀问题逐渐引起了人们重视。微生物腐蚀涵盖范围广且危害巨大,是造成工程材料腐蚀失效的主要原因之一。研发新型耐蚀合金是解决传统金属材料在腐蚀环境中腐蚀失效的有效方法。超级奥氏体不锈钢是一种具有高的Cr、Ni、Mo含量的高合金不锈钢,具有优异的耐蚀性和良好的综合性能,是应对海洋、石油、土壤等环境下材料腐蚀失效问题的理想材料。焊接过程是金属材料在实际应用中必不可少的环节,而焊接过程的热输入可能使焊接接头的耐蚀性能和机械性能下降,导致材料失效。因此选择合适的焊接方式,从而使焊接接头能够适应腐蚀环境是十分必要的。目前对于超级奥氏体不锈钢及其焊接接头的微生物腐蚀行为研究还未见报道,对于这种超级不锈钢的微生物腐蚀行为、腐蚀特点和腐蚀规律还一无所知,因此有必要系统地研究该材料的微生物腐蚀行为,这对于理解高合金不锈钢的微生物腐蚀和拓宽材料的实际应用都具有重要意义。本文的主要研究内容及相关结论如下。654SMO超级奥氏体不锈钢在海洋细菌铜绿假单胞Pseudomonas aeruginosa作用下的微生物腐蚀行为,得到的主要结论如下:(1)在P.aeruginosa存在的条件下,EOCP值明显负移,P.aeruginosa促使654SMO超级奥氏体不锈钢的RP值显著降低和icorr值的大幅度增加,Rct大幅降低,金属溶液界面电荷转移过程加快,可以判断铜绿假单胞菌显著地促进了 654SMO超级奥氏体不锈钢在模拟海洋环境中的腐蚀。(2)极化曲线数据表明,P.aeruginosa使腐蚀电位产生负移,点蚀电位显著降低,说明存在P.aeruginosa时发生点蚀的可能性更大,CLSM结果也证明了这个结论,在含有P.aeruginosa细菌介质中14天后材料的最大点蚀坑深度达到了 2.83 μm,而无菌介质中的最大点蚀深度仅为1.33 μm。(3)通过X射线光电子能谱(XPS)对微生物腐蚀产物的分析发现,P.aeruginosa可以催化形成性质不稳定的CrO3,从而增加基体中Cr的损耗,使不锈钢钝化膜修复能力减弱,钝化膜更容易破裂。研究654SMO超级奥氏体不锈钢搅拌摩擦焊接头在具有产酸能力的喜温嗜酸硫杆菌Acidithiobacilluscaldus SM-1作用下的微生物腐蚀行为,得到的主要结论如下:(1)通过对焊接接头横截面观察发现,焊接接头组织致密,无缺陷。焊接接头可以分成四个区域:母材区、搅拌区、热影响区和热机影响区。搅拌摩擦焊过程使654SMO搅拌区的晶粒显著细化,这得益于固相焊接的低热输入和搅拌摩擦焊的搅拌作用对大晶粒的破坏,热影响区的晶粒相比于母材没有发生晶粒的明显长大。(2)通过SEM、活死染色、CLSM观察了A.caldus SM-1生物膜形态和腐蚀形貌,并测量了点蚀坑深度。发现母材和焊接接头表面都可以形成十分致密的A.caldus SM-1生物膜。A.caldus SM-1可以显著促进不锈钢材料点蚀的发生,焊接接头和母材的最大点蚀坑深度分别达到了 3.86 μm和3.74 μm。通过观察点蚀分布发现焊接接头的热影响区和热机影响区更容易受到点蚀侵袭。(3)通过电化学测量包括线性极化阻抗,循环极化曲线和电化学阻抗谱发现,A.caldus SM-1显著增加材料的腐蚀速率,弱化不锈钢钝化膜性能,增加点蚀发生几率,这与其产酸作用相关,钝化膜局部高浓度H+促使钝化膜被破坏。从电化学数据看搅拌摩擦焊接头与母材的腐蚀速率相近,焊接接头在微生物作用下更易发生点蚀。
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