金属材料海洋环境生物污损腐蚀研究进展
金属材料在海洋环境中腐蚀与防护
金属材料在海洋环境中腐蚀与防护海洋环境中的金属材料腐蚀问题已经成为了一个被广泛关注的话题。
根据统计数据，全球约有60%至70%的金属材料都是在海洋环境中使用，而海洋环境中的腐蚀问题也是最为严重的，因此研究海洋环境中金属材料的腐蚀与防护具有重要的实际意义。
一、金属材料在海洋环境中的腐蚀原因海洋环境中的金属材料腐蚀主要是由于海水中存在着各种金属所能接触到的腐蚀性物质，例如氧化物、盐类、溶氧等。
海水中的氧气能与金属发生氧化反应，形成氧化层，从而促进了金属的腐蚀。
同时，海水中的盐类和其他杂质也容易形成腐蚀性电解质，导致金属的电化学腐蚀。
此外，海洋环境还存在着金属间的微生物腐蚀、海水中的微生物、有机物等引起的微生物腐蚀等，这些都加剧了金属材料在海洋环境中的腐蚀问题。
二、海洋环境中金属材料腐蚀的危害海洋环境中的金属材料腐蚀问题不仅会使金属材料的寿命缩短，还会对海洋环境和人类生命健康造成严重的危害。
首先，海洋环境中的金属材料腐蚀问题导致海洋环境中的重金属和污染物质的释放，对海洋生物的生态健康造成了很大的影响。
此外，腐蚀材料会导致海洋设施的安全性下降，给海上油气勘探和钻井等作业带来了安全隐患，甚至可能导致环境灾难的发生。
三、海洋环境中金属材料腐蚀的防护措施针对海洋环境中的金属材料腐蚀问题，人们采取了多种有效的防护措施，主要包括物理防护、电化学防护和涂层防护。
1.物理防护物理防护是利用特殊的材料、形状或者摆设等来降低海洋环境对金属材料的腐蚀率。
例如，在海洋环境中经常使用的海洋设施的材料就要具有较高的抗腐蚀性能，以减少或者避免腐蚀的发生。
而在海洋设施的设计中，需要合理布局和优化设计的方式，例如采用加厚、缩小或者更改部件的材质等，来防止海水的直接暴露，减少金属的氧化和腐蚀的发生。
2.电化学防护电化学防护是利用电学反应对金属材料进行防护。
常见的电化学防护方式有如下几种：各种阳极保护、复合保护、形成保护膜等。
例如，通过阳极保护，将金属材料上方设置一个电位更负的金属或者合金，被保护的金属就成为阳极，腐蚀反应就可以减缓，从而防止金属的腐蚀。
海洋生物污损的防治方法及研究进展
—３—海洋生物污损的防治方法及研究进展 黄运涛 彭乔 （大连理工大学 大连１１６０１２）摘 要： 本文论述了海洋污损生物的危害，对防治海洋生物污损的方法进行分类，介绍了各种防污方法的原理和最新研究进展。
关键词： 海洋污损生物 防污，生物污损The Prevention Method and Research Development of Marine FoulingＨｕａｎｇ Ｙｕｎｔａｏ Ｐｅｎｇ Ｑｉａｏ（Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０１２） Abstract: Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｗｅ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｈａｒｍ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｍａｒｉｎｅ ｆｏｕｌｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｓｍｓ ａｎｄ ｃｌａｓｓｉｆｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ．Ｗｅａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ．Keywords: ｍａｒｉｎｅ ｆｏｕｌｉｎｇ ｏｒｇａｎｉｓｍｓ；ａｎｔｉｆｏｕｌｉｎｇ；ｂｉｏｆｏｕｌｉｎｇ１ 前言自从人类从事海洋活动以来，海水的腐蚀问题和海洋生物的污损问题就成为限制人们对海洋资源开发利用的两个主要问题。
尤其是近年来，随着航运、海防、水产养殖以及海滨电厂等的发展，海洋生物的污损所带来的危害越来越严重，因此海洋生物的污损问题也越来越受到人们的重视。
２ 海洋生物污损及其危害海洋污损生物，是指附着在海洋人工设施上、并对人类的经济活动带来巨大损失的海洋生物，包括海洋微生物、海洋植物和海洋动物。
海洋污损生物所造成的危害称为海洋生物污损。
对海洋生物污损的防除称为防污［１，２］。
中国沿海已记录６１４种海洋污损生物，主要的类群是藻类、水螅、外肛动物、龙介虫，藤壶和海鞘等［２，１１］。
污损生物的种类和污损的影响程度随海域、海水深度、温度和使用海水的设施的不同而不同。
我国金属材料的海水腐蚀研究现状
我国金属材料的海水腐蚀研究现状一、本文概述我国金属材料在海洋环境中的腐蚀问题，一直是材料科学、海洋工程和防腐蚀技术等领域的研究热点。
金属材料作为海洋工程、船舶制造、石油开采、海洋资源利用等领域的主要结构材料，其耐蚀性能直接影响到设备的使用寿命和安全性。
因此，深入研究和了解我国金属材料的海水腐蚀现状，对于提升我国金属材料在海洋环境中的使用寿命，降低因腐蚀造成的经济损失，保障海洋工程的可持续发展具有重要意义。
本文旨在全面概述我国金属材料的海水腐蚀研究现状，包括腐蚀机理、影响因素、防护技术和研究进展等方面。
对金属材料在海水中的腐蚀机理进行阐述，包括电化学腐蚀、化学腐蚀和生物腐蚀等。
分析影响金属材料海水腐蚀的主要因素，如材料成分、微观结构、海水成分、温度、流速等。
接着，介绍我国目前在金属材料海水腐蚀防护技术方面的研究进展，包括涂层防护、电化学防护、合金化防护等。
展望金属材料海水腐蚀研究的未来发展趋势和挑战，为我国金属材料在海洋工程领域的应用提供理论支持和技术指导。
二、我国金属材料海水腐蚀研究的发展历程我国金属材料海水腐蚀研究的发展历程可以追溯到上世纪五十年代，那时我国开始着手进行海洋环境的腐蚀研究，以支持海洋工程的发展。
初期的研究主要集中在金属材料的耐蚀性测试和评估，通过对不同金属材料在海水环境中的腐蚀行为进行研究，初步建立了我国金属材料海水腐蚀的基础数据库。
进入八十年代，随着我国海洋工程的大规模建设，海水腐蚀问题日益凸显。
此时，我国的金属材料海水腐蚀研究逐渐深入，开始涉及到腐蚀机理的探索和腐蚀防护技术的研究。
研究者们不仅关注金属材料的耐蚀性能，更开始探索如何通过各种技术手段提高金属材料的耐蚀性，如涂层防护、电化学保护等。
进入二十一世纪，我国金属材料海水腐蚀研究迎来了飞速发展的时期。
随着科学技术的进步，研究者们开始运用先进的测试手段和技术，如电化学测试、表面分析、数值模拟等，对金属材料的海水腐蚀行为进行深入分析。
海洋环境下腐蚀钢结构力学性能研究进展
海洋环境下腐蚀钢结构力学性能研究进展发布时间：2023-02-22T02:55:29.932Z 来源：《城镇建设》2022年19期5卷作者：吴春美[导读] 随着我国沿海经济的迅速发展，复盖了10000多公里的海岸线和成千上万个岛屿，吴春美天津博迈科海洋工程有限公司天津 301800摘要：随着我国沿海经济的迅速发展，复盖了10000多公里的海岸线和成千上万个岛屿，钢结构的应用范围越来越大了，钢结构在码头、人工岛屿、海底、管道、水库、码头和平台等领域常见，在海洋环境中，钢结构易受锈蚀影响，影响其机械特性，缩短其使用寿命并导致相应的工程事故，对安全构成巨大的威胁，本文针对海洋环境对结构机械特性的影响进行研究分析。
关键词：海洋环境；腐蚀钢结构；力学性能研究引言钢结构逐渐成为我国现代建筑工程中最常见的结构之一，因为它具有轻便、成本低、施工方便、环保节能、材料回收等优点。
目前的钢通常是合金和低碳钢(Q235和Q345型号)，其腐蚀性低于其他钢。
钢结构，特别是在沿海地区，由于海洋大气，钢结构经常受到海风和盐雾的侵蚀，这可能影响到建筑物和设备的正常运作，并在很大程度上影响到结构的安全。
在施工过程中，如果钢结构存在腐蚀问题，其使用寿命越长，腐蚀程度越高，钢结构的强度和其他特征受到的严重破坏就越大，从而降低了钢结构的荷载性能，钢的疲劳度也会逐渐增加，从而对海洋大气环境中的钢结构保护尤为重要。
1海洋环境下钢的电化学腐蚀机理海洋环境是指任何物理状态，例如温度、风速、日光、氧气含量、盐度、PH值和流速等，可分为不同类型的特性:海洋大气、喷溅、水位变化区域、完全淹没区域和淤泥区域。
钢结构在海洋环境的五个区域呈现电化学腐蚀，电化学腐蚀过程作为电解电池反应，构成这种反应的三个元素是阳极、阴极和导电电解质。
钢是铁和渗滤液的混合物，铁势低，水泥势高，电解溶液作用下的两种不同强度的元素构成微电池网络，其中铁元素为阳极，化油器为产生电流的阴极。
海洋工程材料的耐腐蚀性研究
海洋工程材料的耐腐蚀性研究在人类探索和利用海洋的进程中，海洋工程材料扮演着至关重要的角色。
然而，由于海洋环境的复杂性和苛刻性，材料的耐腐蚀性成为了一个关键问题。
海洋中蕴含着各种盐分、氧气、微生物以及不断变化的温度和压力，这些因素都对海洋工程材料构成了严峻的挑战。
海洋环境对材料的腐蚀作用是多方面的。
首先，海水中的盐分是导致腐蚀的主要因素之一。
盐分能够增加溶液的导电性，加速电化学腐蚀的进程。
其次，氧气在海水中的溶解使得氧化反应易于发生，进一步加剧了材料的腐蚀。
此外，海洋中的微生物附着在材料表面，形成生物膜，不仅会阻碍物质交换，还可能产生酸性物质，加速腐蚀。
不同的海洋工程材料在耐腐蚀性方面表现各异。
例如，钢铁是常用的结构材料，但在海洋环境中容易生锈腐蚀。
不锈钢则相对具有更好的耐腐蚀性，但其成本较高。
铝合金在海洋工程中也有广泛应用，但其耐腐蚀性受到合金成分和表面处理的影响。
钛合金因其优异的耐腐蚀性和高强度而备受关注，但价格昂贵限制了其大规模应用。
为了提高海洋工程材料的耐腐蚀性，科学家们采取了多种方法。
表面处理是一种常见的手段，如电镀、热喷涂、化学转化膜等。
通过在材料表面形成一层保护膜，可以有效地阻挡腐蚀介质的侵入。
此外，合金化也是一种重要的途径。
通过在基础材料中添加特定的合金元素，可以改善材料的组织结构和性能，提高其耐腐蚀性。
材料的腐蚀防护涂层也发挥着关键作用。
有机涂层如环氧树脂、聚氨酯等能够提供物理屏障，防止腐蚀介质接触到材料表面。
无机涂层如陶瓷涂层则具有更高的硬度和耐磨损性，能够增强材料的防护能力。
然而，涂层在长期的海洋环境中可能会出现老化、剥落等问题，因此需要不断改进涂层的性能和耐久性。
在海洋工程材料的耐腐蚀性研究中，实验方法和检测技术的发展也至关重要。
常用的腐蚀实验方法包括浸泡实验、电化学测试、盐雾实验等。
通过这些实验，可以评估材料在不同海洋环境条件下的腐蚀速率和腐蚀形态。
同时，先进的检测技术如扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X 射线衍射（XRD）等能够帮助研究人员深入了解腐蚀的微观机制和过程。
海洋腐蚀防护的现状与未来
海洋腐蚀防护的现状与未来一、本文概述海洋腐蚀防护是一个涉及多学科的重要领域，其研究与实践对于保障海洋工程结构、船舶、海洋能源设施等长期稳定运行具有重要意义。
本文旨在全面概述海洋腐蚀防护的现状与未来发展趋势，通过对当前海洋腐蚀防护技术的研究进展、应用领域及存在问题的深入分析，探讨未来海洋腐蚀防护技术的发展方向和潜在应用。
文章首先介绍了海洋腐蚀的定义、类型及影响因素，随后详细阐述了目前主流的海洋腐蚀防护方法，包括涂层防护、电化学防护、合金化防护等。
在此基础上，文章分析了海洋腐蚀防护技术的应用现状，指出了存在的问题和挑战，并展望了未来的发展趋势。
文章提出了加强海洋腐蚀防护技术研发和应用的建议，以期为我国海洋工程和船舶工业的可持续发展提供有力支撑。
二、海洋腐蚀防护的现状海洋腐蚀防护的研究与实践在全球范围内已经取得了显著的进展，但仍面临着诸多挑战。
目前，海洋腐蚀防护的主要手段包括材料选择、表面处理、防腐蚀涂层以及电化学保护等。
材料选择是海洋腐蚀防护的基础。
通过选用耐腐蚀性能强的材料，如不锈钢、钛合金、高分子材料等，能够在一定程度上减少海洋环境下的腐蚀问题。
然而，这些高性能材料往往成本较高，限制了其在实际工程中的应用。
表面处理技术也是提高材料耐腐蚀性能的重要手段。
例如，通过喷砂、喷丸、化学处理等方法，可以清除材料表面的杂质和应力，提高表面的光洁度和耐蚀性。
表面涂层技术也得到了广泛应用，如镀锌、镀铬、喷涂防腐漆等，这些涂层可以有效隔离材料与腐蚀介质的接触，从而延长材料的使用寿命。
防腐蚀涂层是海洋腐蚀防护的重要措施之一。
目前，已开发出多种高性能的防腐蚀涂层，如环氧涂层、聚氨酯涂层、聚酰亚胺涂层等。
这些涂层具有优异的耐腐蚀性、耐磨损性和耐化学介质性能，广泛应用于海洋工程、船舶、港口设施等领域。
电化学保护是另一种重要的海洋腐蚀防护方法。
通过外加电流或电位差，改变金属材料的腐蚀电位，从而抑制腐蚀反应的发生。
常见的电化学保护方法有阳极保护、阴极保护和外加电流保护等。
金属材料在海洋环境中的腐蚀问题研究
金属材料在海洋环境中的腐蚀问题研究一、前言金属材料在各种环境下的性能及镁合金的制备与应用是当前的研究热点之一。
特别是海洋环境中，暴露在风吹日晒、潮湿、海水侵蚀的金属材料，更易发生腐蚀现象，不仅会影响金属材料的性能，而且还会给海洋经济带来诸多问题。
因此，本文旨在介绍金属材料在海洋环境中的腐蚀问题及其研究现状，并对未来的研究方向进行探讨。
二、海洋环境腐蚀的原因海洋环境对金属材料的腐蚀作用主要来自于海水中的盐。
海水中的氯离子对金属材料的腐蚀作用尤为明显。
此外，海洋环境中的氧和水分子也会参与金属材料的腐蚀反应。
海水对金属材料的腐蚀作用是一个复杂的电化学过程，通常被认为是一种氧化还原反应。
三、金属材料在海洋环境中的腐蚀现象金属材料在海洋环境中的腐蚀现象分为不同的类型，主要包括普通腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀、海洋生物腐蚀等。
1、普通腐蚀普通腐蚀是最常见的一种腐蚀现象，主要表现为金属表面逐渐变薄，出现斑块和坑穴。
由于海水中的氯离子和氧气等对金属表面的作用，会加速金属的腐蚀过程。
2、局部腐蚀局部腐蚀是海洋环境中较为严重的一种腐蚀现象。
局部腐蚀常常发生在金属材料表面的无损区域，而对金属表面形成腐蚀坑。
局部腐蚀通常由于盐分、流体动力学、金属表面形状和材料缺陷等多种因素共同作用所导致。
3、应力腐蚀应力腐蚀是一种由于材料所受的应力而引起的腐蚀过程。
在海洋环境下，金属材料会受到外来应力，例如流体的冲击或者机械载荷的作用。
这些应力会在金属表面产生微小的裂纹或者缺陷，从而加速材料的腐蚀过程。
4、海洋生物腐蚀海洋生物腐蚀是由海洋生物如海藻、蛤壳等产生的物理、化学过程所引起的一种腐蚀现象。
在海洋环境中，这些生物通常附着在金属的表面上，通过分泌酸性物质加速金属材料的腐蚀过程。
四、金属材料在海洋环境中的防腐措施为了减缓海洋环境中金属材料的腐蚀过程，目前常采用的防腐措施主要有物理防护、化学防护和电化学防护。
1、物理防护物理防护主要包括保护涂层、阻氧层和阻隔层等。
金属材料海洋环境生物污损腐蚀研究进展
聚 物 如 丙 酮 酸 或糖 醛 酸 中 的荷 电 基 团 的 存 在 ， 使得 生 物 膜 具
有 离 子 交 换 器 的性 质 ． 所 有 情 况 下 ， Ｐ 在 Ｅ Ｓ都 是 亲 水性 的 ， 因 此 生 物 膜 能 赋 于疏 水 表 面 以 亲 水 性 质 ， 由此 基 体 的 表 面 性 质
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例 如 粘 土 矿 物 、 镁 沉 淀 物 、 蚀 产 物 和 腐 殖 质 等 ．Ｅ Ｓ凝 钙 腐 Ｐ
胶 、 生 物 及 粘 附 沉 积 物 等 共 同 构 成 生 物 膜 ． 然 界 中 生 物 微 自
膜 厚 度 随 环 境 条 件 不 同 而 变 化 很 大 ． 有 强 剪 切 力 的 系 统 在
维普资讯
第２ ２卷 第 ３期
２００ ２年 ６月
中 国腐 蚀 与 防 护 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｉ ｅ ｅ Ｓ ｃ ｅ ｙ ｆ ｒ Ｃｏ ｒ ｓ ｏ ｎ ｏ ｅ ｔｏ ｏ ｒ ａ ｆＣｈ ｎ ｓ ｏ ｉｔ ｏ ｒ ｏ ｉ ｎ ａ ｄ Ｐｒ ｔｃ ｉ ｎ
各 种 环 境 、 行 业 存 在 的 微 生 物 腐 蚀 现 象 【 引， ｎｆｌ［ 等 各 Ｍａ ｓ ｄ３ ・ ｅ 】 介 绍 了 各 种 电化 学 技 术 在 微 生 物 腐 蚀 研 究 中 的 应 用 ． 海 水 中影 响 腐 蚀 的 海 生 物 可 分 为 ３类 ： 类 是 细 菌 和 单 一
金属材料在海洋工程领域的应用研究
金属材料在海洋工程领域的应用研究随着海洋工程的不断发展，金属材料在海洋工程领域的应用越来越广泛。
这些材料具有优异的机械性能和耐蚀性，使得它们在海洋环境下能够承受极端的力和腐蚀，同时也能保证结构的安全性和长寿命。
本文将探讨金属材料在海洋工程中的应用研究，并讨论未来的发展方向。
一、钢材钢材是最常见的金属材料，也是海洋工程中应用最广泛的材料之一。
由于海水和海洋环境中的气候条件比较恶劣，大量的钢材被用于海底管道、桥梁、油田设备和船舶等海洋结构中。
钢材在海洋环境下会遭受到海水的侵蚀和外部物体的摩擦，因此需要选择能够耐蚀的钢材，比如说不锈钢。
除了材料选型外，还有一个重要因素是海洋环境对钢材的腐蚀。
为了避免这种腐蚀，需要采取有效的措施，比如在钢材表面镀上保护层或者进行电镀。
同时，在海洋结构中，与海水接触的部位需要进行定期检查和维护，以确保它们的耐用性和安全性。
二、铝材相比较钢材，铝材的密度更轻，强度更高，同时也具有较好的耐蚀性。
这使得它在海洋结构中应用得更加广泛。
铝船舶和海上浮动桥梁是铝材的两个典型应用。
它们不仅重量更轻，而且维护成本更低，还具有更高的耐久性。
然而，铝材缺点是容易在夹层处出现裂缝。
因此，需要采用合适的设计和生产技术，以确保铝材的安全性和使用寿命。
三、钛材钛材的密度比铝材更轻，强度更高，具有极强的耐腐蚀性和抗氧化性。
这使得它成为海洋工程中应用的理想材料，比如用于海底油气管道和海洋平台等结构中。
钛材的制造难度和成本相对较大，但随着技术的发展和生产技术的改进，钛材的生产成本和应用范围正在不断扩大。
四、镍基高温合金镍基高温合金是用于制造高温、高压及耐腐蚀结构中的特殊材料。
它们在海洋工程中的应用较为常见，如用于海底油田设备、汽轮机组等。
镍基高温合金具有极强的耐高温、耐蚀性和机械性能，能够在极端或恶劣的海洋环境下工作。
这也使得它们成为海洋工程中不可或缺的优质材料。
五、金属复合材料金属复合材料是由两种及以上金属材料组成的复合材料。
海洋腐蚀与防护研究的现状与前景
海洋腐蚀与防护研究的现状与前景海洋作为一个广阔的生态系统，孕育了无尽的生命和资源。
然而，海洋腐蚀却一直对海洋设施和设备的安全性产生威胁。
海洋腐蚀是海水中金属材料受到自然条件和人为因素作用的腐蚀现象。
海洋腐蚀不仅对海洋设施造成经济损失，更会对海洋生态环境造成污染和破坏。
因此，海洋腐蚀的防护研究具有重要的现实意义。
一、海洋腐蚀的现状海洋环境的特殊性导致了海洋腐蚀的复杂性。
海水中的氧、二氧化碳、氯化物、硫酸根离子以及微生物等因素均会加速金属的腐蚀速度。
同时，海水中的温度、压力、流动性等物理因素也会对金属的腐蚀产生影响。
此外，海洋设施的使用年限长，维修难度大，因此海洋腐蚀对海洋设施的破坏作用更加强烈。
由于海洋腐蚀的特殊性，目前还没有一种简单有效的防腐方法。
传统的防腐处理方法主要包括镀锌、喷涂和包覆等，这些方法有效性较低、维护困难且成本高昂。
因此，研究海洋腐蚀的防护技术具有十分重要的意义。
二、海洋腐蚀的防护研究现状在海洋腐蚀防护技术研究方面，近年来涌现出许多新的防腐处理方法。
以下是目前研究较为成熟的几种防腐技术。
1. 金属涂层技术金属涂层技术是常用的一种防腐方法，可以在金属表面形成一层保护膜，从而有效地抵抗海水对金属的腐蚀作用。
目前，采用的金属涂层材料主要是铝、锌、镁、铝锌合金等。
2. 金属钝化技术金属钝化技术通常是采用化学方法将玻璃化膜或氧化膜形成在金属表面，从而降低金属的反应性，提高金属对海水腐蚀的抵抗能力。
3. 器件改进针对海洋设施本身特殊的腐蚀问题，也有一些研究者在器件设计、材料选择等方面进行改进。
例如，采用新型材料进行组装、采用防水涂层、采用防震方案等。
4. 复合材料技术采用复合材料作为海洋设施的建造材料，不仅可以有效降低海洋设施的腐蚀问题，还可以在防水、防震、减重等方面发挥优异的性能。
三、海洋腐蚀防护技术发展前景随着海洋经济的快速发展，对海洋设施的建设和维护需求日益增加，防腐技术研究也进一步加深。
大型海洋污损生物对金属材料腐蚀影响及研究展望
2013年第39卷第1l期工业安全与环保N ovem ber2013I ndust r i al Saf et y a nd Envi r onm e nt al Pr o t ect i on69大型海洋污损生物对金属材料腐蚀影响及研究展望*杨天笑1严涛2陈池1曹文浩2陈如江1程志强2胡煜峰2(1．中海石油(中国)有限公司番禺作业公司广东深圳518067；2．中国科学院南海海洋研究所广州510301)摘要生物污损和腐蚀是海洋环境中常见的自然现象，会妨碍人们开展各种海洋活动。
综述了藤壶、牡蛎、苔藓虫、蜾赢蜚和海藻等大型海洋污损生物的附着对金属材料腐蚀的影响及相关作用机理，并对进一步的问题进行探讨。
关键词大型污损生物金属腐蚀R es e ar ch on t he E f f ect s of1V Iar i ne M acr o．．f oul i ng O r gani s m s on M et al C or r os i on Y A N G E a耐a01Y A NT a02C H ENC hi l C A O W enha02C H E R uj i耐C H E N G蹦币8I谚删vuf,m g(1．Panyu O per at i ng C om pany，C N O O C C hi na L i m i t e d Shen zhen，G uangd ong518067)A bst r act F oul i ng a nd CO／TO SiO／1黜CO／／l／／10lr l pben鲫锄i n／l la／'m e env i r or anen t s and咖s t op t he devdopm ent of ever y m-f i ne act i vi t i e s．1hi s pape r de scr i be s t he ef f ect s of m acro—fouli ng喇黜，i ncluding ac or n ba r nac l e，oyst er s，br yozo ans，c or ophi um s and m ac ro—a l gae，orl me t a l cor r osi onand f u_r t h er di s cuss es t he probl e m s exis t ed．K eyW or ds m ac r o—foul i ng organi s m s m e t a l CO l"rt)s i on0引言腐蚀是金属材料表面与环境因子之间发生相互作用的电化学过程【1J，是一种常见的破坏形式。
海洋环境下金属腐蚀评估与预测研究现状
装 备 环 境 工 程第21卷 第3期·88·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING 2024年3月收稿日期：2024-03-04；修订日期：2024-03-10 Received ：2024-03-04；Revised ：2024-03-10引文格式：党乐, 罗茜. 海洋环境下金属腐蚀评估与预测研究现状[J]. 装备环境工程, 2024, 21(3): 88-96.DANG Le, LUO Xi. Research Status of Metal Corrosion Assessment and Prediction in Marine Environments[J]. Equipment Environmental Engineering, 2024, 21(3): 88-96.海洋环境下金属腐蚀评估与预测研究现状党乐1，罗茜2（1.海装西安局驻西安地区第六军代室，西安 710000；2.西南技术工程研究所，重庆 400039） 摘要：围绕金属在海洋环境中所面临的腐蚀问题，概述了金属海洋环境腐蚀评估与预测研究现状。
首先，探讨了海洋环境中多种化学、物理和生物因素对金属腐蚀的影响，归纳总结了当前常用的金属腐蚀评估方法，涵盖基于试验和检测结果、仿真计算和大数据分析的评估方法。
此外，全面综述了现有经验式、基于物理机制以及数据驱动的金属腐蚀预测模型的特点及应用现状，提出了未来金属海洋环境腐蚀评估和预测的研究方向。
关键词：海洋环境；金属腐蚀；腐蚀环境因素；腐蚀评估方法；腐蚀预测模型中图分类号：TG172 文献标志码：A 文章编号：1672-9242(2024)03-0088-09 DOI ：10.7643/ issn.1672-9242.2024.03.012Research Status of Metal Corrosion Assessment and Predictionin Marine EnvironmentsDANG Le 1, LUO Xi 2(1. No.6 Military Representative Office in Xi'an of the Navy Equipment Xi'an Bureau, Xi'an 710000, China;2. Southwest Institute of Technology and Engineering, Chongqing 400039, China)ABSTRACT: The work aims to review the research progress in the field of metal corrosion assessment and prediction centering on the issue of metal corrosion in the marine environment. It began by investigating the effects of various chemical, physical, and biological factors in the marine setting on metal corrosion, and subsequently offered a systematic summary of com-monly-used methods for corrosion assessment, including the methods based experimental and detection results, simulation, and big-data analysis. A comprehensive review was then conducted on the characteristics and application scenarios of existing em-pirical, physically-based, and data-driven corrosion prediction models for metal. Finally, the future direction of development for corrosion assessment and prediction of metal in the marine environment is proposed.KEY WORDS: marine environments; metal corrosion; environmental factor of corrosion; corrosion assessment methods; cor-rosion prediction model海洋装备（如船舶、岛礁装备等）长期处于严酷的海洋环境中，在高湿度、高氯离子浓度、海水冲刷等海洋环境因素的作用下，装备中的金属构件极易发生点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀等环境腐蚀[1-2]。
铜合金材料在海洋环境中的腐蚀行为研究
铜合金材料在海洋环境中的腐蚀行为研究海水作为铜合金材料最常见的腐蚀环境之一，在海洋环境中使用铜合金材料需要考虑到其腐蚀行为。
本文将就铜合金材料在海洋环境中的腐蚀行为进行研究探讨。
1.铜合金材料的分类铜合金材料是指以铜为主要成分，与其他金属或非金属元素形成合金的材料。
按照合金成分的不同，铜合金材料可以分为黄铜、磷青铜、铝青铜、锌铝铜等多种材料。
不同种类的铜合金材料具有不同的性能，因此其在海洋环境中的腐蚀行为也不尽相同。
2.铜合金材料的腐蚀机制铜合金材料在海水中腐蚀的机制比较复杂，主要包括电化学腐蚀和化学腐蚀两种。
电化学腐蚀是指在海水中，铜合金材料与海水形成电池，产生电流的同时材料发生腐蚀。
化学腐蚀则指在无电阻条件下，海水中的化学物质与铜合金材料产生化学反应而引起的腐蚀。
3.铜合金材料的耐腐蚀性能研究为了提高铜合金材料在海洋环境中的耐腐蚀性能，目前研究主要分为三个方面：3.1 表面处理技术针对铜合金材料在海水中腐蚀的机理，采用不同的表面处理技术可以达到不同的耐腐蚀效果。
目前比较常用的表面处理技术包括阴极保护、阳极氧化、电镀等。
3.2 添加合金元素在铜合金材料中添加不同种类的合金元素可以显著提高其在海水中的耐蚀性能。
目前，添加锡、铝、镍等元素的铜合金材料表现出较好的耐腐蚀性能。
3.3 化学成分调控通过对铜合金材料的化学成分进行调控，可以达到较好的耐腐蚀效果。
比如，通过减少铜的含量，增加合金元素的含量可以提高铜合金材料的耐腐蚀性能。
4.结论铜合金材料作为一种重要的海洋工程材料，在海洋环境中的腐蚀行为备受关注。
针对铜合金材料在海水中的腐蚀机制，目前研究主要集中在表面处理技术、添加合金元素、化学成分调控等方面。
通过不同的技术手段可以显著提高铜合金材料的耐蚀性能，为海洋工程应用提供更可靠的材料保障。
海洋微生物腐蚀研究进展
专 论 Monograph
根据金属材料与海水作用的程度和产物类型 , 金 属可分成易腐蚀型、钝化型和产毒膜型三类。易腐蚀 型金属如低碳钢 , 在海水中不但容易腐蚀而且容易被 生物污损 , 其腐蚀产物层较脆 , 附着生物和腐蚀产物 一样容易被清除 ; 钝化型金属如铝、钛、不锈钢 , 海 水环境表层形成钝化膜 , 腐蚀轻微 , 而微生物附着紧 密 ; 有些金属如铜、银、锌、含铜合金等能产生有毒 腐蚀产物 , 从而抑制生物污损 。 生物作为海洋环境中的重要成员 , 不但造成材料 表面的污损 , 而且影响金属腐蚀过程 , 如改变腐蚀速 度、左右腐蚀形态、变更腐蚀历程等。其中 , 因生物 附着、生长、繁殖、代谢和死亡直接或间接造成的腐 蚀被称为海洋生物腐蚀 . 微生物腐蚀的本质是微生物新陈代谢的产物通 过影响腐蚀反应的阴极过程或阳极过程 , 从而影响 腐蚀速率和类型 , 因此 , 人们常按影响腐蚀的机制的 不同来划分微生物的种类 : 如硫酸盐还原菌 (Sulfatereducing Bacteria , 简称 SRB)、产酸菌 (Acid-producing Bacteria )、产粘泥菌 (Slime-producing Bacteria)、产氨 菌 (Ammonium-producing Bacteria) 等。 目前，海洋环境中与腐蚀相关的微生物主要有 ：铁细菌（Iron Bacteria）、硫酸盐还原菌（Sulfatereducing Bacteria）、产酸菌（Acid-producing Bacteria ）、和腐生菌（Slime-producing Bacteria）等，微生物 通过生命活动，直接或间接地影响金属的腐蚀过程， 主要表现为 3 种方式：新陈代谢影响金属 / 溶液界面 的腐蚀反应过程；改变周围的环境条件，如溶解氧、 盐度、pH 值等；通过代谢产物促进或抑制腐蚀 [3]。 在舰船的舱底积水和海水管系中 , 微生物腐蚀是 重要的腐蚀形式之一。在众多的微生物中以硫酸盐还 原菌 (SRB) 的腐蚀最为严重 , 主要表现为微生物的生 长代谢在金属表面形成生物膜 , 改变了生物膜内的微 环境 , 其代谢产物与金属基体相互作用 , 加速了金属 的腐蚀过程 . 海洋生物污损引起材料腐蚀的机理可以概括如 下； （ 1 ）生物污损阻隔氧扩散 , 降低材料腐蚀速 率；
海洋环境下钢铁腐蚀的影响因素及腐蚀机理研究进展
海洋环境下钢铁腐蚀的影响因素及腐蚀机理研究进展[摘要] 本文阐述了海洋环境下钢铁腐蚀的研究意义及腐蚀影响因素,综述了海洋环境五个不同区带的腐蚀机理的研究进展。
[关键词]海洋腐蚀影响因素腐蚀机理[Abstract] In this paper, research significance of corrosion and influence factors of steels in marine environment were reviewed, and the corrosion mechanism of five different zones in marine environment was summarized.[Key words]Marine corrosioninfluence factorcorrosion mechanism引言海洋中蕴藏着巨大的资源财富,有着极为广阔的发展前景。
海洋资源的开发和利用,离不开海上基础设施的建设。
由于海洋环境是一个腐蚀性很强的环境,海洋大气中相对湿度都高于它的临界值,海洋大气中的钢铁表面很容易形成有腐蚀性的水膜;海水中含有较高浓度的盐分,是一种容易导电的电解质溶液,是腐蚀性最强的天然腐蚀剂之一。
同时波、浪、潮、流又会对金属构件产生低频往复应力和冲击,加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都会对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。
因此,在诸多工程领域广泛使用的钢结构等工程材料容易发生各种灾害性腐蚀破坏。
这不仅仅涉及造成材料的浪费,更严重的是造成灾害性事故,引发油气泄漏,造成环境污染和人员伤亡等,导致巨大经济损失。
作为工业材料,由于钢铁材料韧性大、强度高、价格便宜,因而大量应用于海洋环境中;但是苛刻的海洋腐蚀环境使得钢铁构筑物的腐蚀不可避免,所以海洋环境中的钢铁腐蚀和防护是一个重大课题。
因此,研究钢铁在海洋环境中的腐蚀规律及其防护对策,对于延长海洋钢铁设施的使用寿命,保证海上钢铁构造物的正常运行和安全使用以及促进海洋经济的发展,都具有十分重要的意义。
海洋环境下金属材料在多场多相作用下的空蚀研究进展
第19卷第8期装备环境工程2022年8月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING·75·海洋环境下金属材料在多场多相作用下的空蚀研究进展侯孟扬1,2，秦真波1,2，夏大海1,2，胡文彬1,2（1.天津大学 材料科学与工程学院，天津 300350；2.天津市材料复合与功能化重点实验室，天津 300350）摘要：首先介绍了目前空蚀的几种损伤机制，其中空化气泡以冲击波和微射流形式作用于材料表面，并导致损伤的机械作用占主要地位。
在此基础上，总结归纳了影响海洋环境下金属材料空蚀的影响因素及相关研究进展，将因素按照环境外因与材料性质内因进行划分，系统分析了各种因素对空蚀损伤的作用趋势和机制，明确了各因素间存在协同效应。
最后，提出了今后空蚀研究的发展方向，如调控温度、盐度等各种环境因素，进行空化气泡产生、长大、溃灭及能量释放过程的机制研究；也可以从材料性质入手，设计合成具有优良表面性能和力学性能的新材料等，对如何减少海洋工况下的空蚀损伤的科学研究和工程应用具有一定的参考和指导意义。
关键词：空蚀；多场多相；损伤机制；影响因素；协同作用；环境因素；材料性质中图分类号：TG172.5 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2022)08-0075-15DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2022.08.011Cavitation Erosion of Metallic Materials under Multi-field and Multi-phaseAction in Marine EnvironmentHOU Meng-yang1,2, QIN Zhen-bo1,2, XIA Da-hai1,2, HU Wen-bin1,2(1. School of Materials Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300350, China;2. Tianjin Key Laboratory of Composite and Functional Materials, Tianjin 300350, China)ABSTRACT: This paper aims to firstly introduce several damage mechanisms of cavitation erosion, in which cavitation bub-bles act on the material surface in the form of shock wave and microjet, and the mechanical action leading to damage plays a major role. On this basis, the influencing factors and related research progress of cavitation erosion of metal materials in marine environment are summarized, and the factors are divided into environmental external factors and material properties internal收稿日期：2022–07–17；修订日期：2022–08–15Received：2022-07-17；Revised：2022-08-15基金项目：国家自然科学基金重点基金（52031007）Fund：Key Fund of the National Natural Science Foundation of China (52031007)作者简介：侯孟扬（1999—），男，硕士研究生，主要研究方向为金属材料的空蚀损伤与防护。
海洋环境下铝合金的腐蚀特点及防护对策
《海洋环境下铝合金的腐蚀特点及防护对策》一、介绍在海洋环境下，铝合金作为一种常见的材料，在工程和制造业中得到广泛应用。
然而，海水中的盐分和氧气等因素都会对铝合金造成腐蚀，影响其性能和寿命。
研究海洋环境下铝合金的腐蚀特点及防护对策对于相关行业具有重要意义。
二、铝合金在海洋环境中的腐蚀特点1. 盐分对铝合金腐蚀的影响海水中的盐分是铝合金腐蚀的主要因素之一。
盐分可以形成电解质，加速铝合金的腐蚀速度。
特别是在潮湿的海洋环境中，盐分会使铝合金更容易受到腐蚀。
2. 氧化物对铝合金腐蚀的影响海水中的氧气和氯化物等氧化物也会加速铝合金的腐蚀。
氧化物可以在铝合金表面形成一层氧化膜，阻止铝合金继续氧化，但同时也会加速铝合金腐蚀的速度。
3. 海洋微生物对铝合金腐蚀的影响海洋中丰富的微生物也是铝合金腐蚀的重要因素。
微生物在铝合金表面形成生物膜，降低了铝合金的抗腐蚀能力，加速了腐蚀的发生。
三、海洋环境下铝合金腐蚀的防护对策1. 表面处理在海洋环境下使用的铝合金产品，可以采用阳极氧化、阳极电镀、喷涂或涂覆一层不易腐蚀的保护层等方式进行表面处理，提高铝合金的抗腐蚀能力。
2. 材料选择在海洋环境中需要使用铝合金的工程项目中，可以选择具有更好抗腐蚀性能的铝合金材料，如具有较高铝含量、镁含量的合金材料，来提高材料的抗腐蚀能力。
3. 设计结构在产品的设计过程中，可以合理设计结构，减小潮湿和盐气侵蚀的影响，例如通过适当的排水设计、增加材料厚度等方式来提高产品的抗腐蚀性能。
四、个人观点和理解在海洋环境下，铝合金腐蚀的特点及防护对策是工程和制造业中的一个重要课题。
通过对铝合金在海洋环境中的腐蚀特点进行深入了解，结合合适的防护对策，可以更好地保护铝合金制品，延长其使用寿命，减少维护成本，从而为相关行业的发展提供更好的支持。
海洋环境下铝合金的腐蚀特点及防护对策是一个复杂而重要的课题，需要工程师和科研人员们不断深入研究，寻求更有效的解决方案。
相信通过不断的努力和创新，将会在这一领域取得更多的突破和进展。
海洋工程材料防腐蚀技术应用与发展趋势
海洋工程材料防腐蚀技术应用与发展趋势随着海洋工程的不断发展，海洋工程材料的防腐蚀技术也越来越重要。
在海洋环境中，海水中的氯离子、海盐、海藻等物质以及气候环境等各种因素都会造成海洋结构材料的损坏腐蚀，防腐蚀技术的应用和研究将对海洋工程的可靠性和寿命产生重要影响。
本文将从防腐蚀技术的应用和发展趋势两方面来探讨海洋工程材料防腐蚀技术的现状以及未来的趋势。
一、防腐蚀技术的应用1.金属涂层对于海洋结构的防腐蚀，金属涂层是一种常用的方法。
金属涂层的主要作用是防止海水中的氯离子、海盐等物质侵蚀结构表面。
常用的金属涂层包括锌涂层、铝涂层、不锈钢涂层等。
在实践中，锌涂层是最为常见的防腐蚀涂层，其主要原因是锌具有较高的电化学电位并且易于镀制成薄膜。
2.有机涂层有机涂层是另一种常用的海洋工程材料防腐蚀技术。
有机涂层可以覆盖在结构表面上形成一层保护膜，使其对海水等外界物质的侵蚀具有一定的防护作用。
有机涂层的主要材料包括有机硅涂料、环氧涂料、聚氨酯涂料等。
有机涂层的优点是粘附力强，可起到密封作用，但其寿命较短。
3.玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料是目前应用较为广泛的一种防腐蚀材料。
该材料不仅具有轻质、高强度等优点，还能耐受环境的侵蚀，长期使用不会出现腐蚀损坏。
同时，玻璃纤维增强塑料还容易加工，成型灵活，可以制作成各种不同形状的部件。
这在海洋大型结构的制造中有一定的优势。
二、发展趋势1.功能性涂层传统的涂层材料主要是为了对海水侵蚀起到保护作用，而对于一些海洋结构来说，单单的防护作用已经不能满足需求。
因此，未来的发展方向将会是研究开发具有更多功能性的涂层材料，如自修复、自洁、抗污等特点，以满足海洋工程的更高要求。
2.新型防腐材料随着海洋工程的发展，新型防腐材料的研究将成为未来的一个重点。
这些材料不仅要具有优越的防腐蚀性能，还需要具备轻质、高强度、耐高温等功能，以更好地适应未来海洋工程的需求。
3.先进的材料制造技术先进的材料制造技术是未来海洋工程材料防腐蚀技术的重要保障。
金属在海洋环境中的腐蚀
金属在海洋环境中的腐蚀随着人类经济、科技的不断发展，海洋经济成为全球经济发展的重要组成部分。
然而，海洋环境中的腐蚀问题一直是海洋工程、海洋装备等领域的重大难题。
海洋环境中的腐蚀不仅会导致海洋工程设施的损坏和失效，还会对海洋生态环境造成严重影响。
因此，研究海洋环境中的腐蚀机理和防腐措施，对于保障海洋经济的可持续发展具有重要意义。
一、海洋环境中的腐蚀机理1.1 海水中的离子海水中含有大量的离子，其中氯离子是最主要的腐蚀因素。
氯离子具有很强的腐蚀性，会与金属表面的氧化物或氢氧化物反应，生成金属离子和水。
这些金属离子会进一步与氯离子结合形成金属氯化物，从而使金属表面发生腐蚀。
1.2 海水中的微生物海水中存在大量的微生物，它们会在金属表面形成一层生物膜。
这些生物膜会吸附海水中的离子和有机物质，形成微生物膜腐蚀环境。
微生物膜中的细菌和藻类可以产生酸、碱、氧化剂等化学物质，从而加速金属的腐蚀。
1.3 海水中的氧气海水中的氧气是金属腐蚀的另一个主要因素。
氧气会与金属表面的氧化物反应，形成金属氧化物。
这些金属氧化物会进一步与氧气反应，形成金属氧化物颗粒，从而使金属表面发生腐蚀。
二、海洋环境中的金属腐蚀类型2.1 统一腐蚀统一腐蚀是最常见的金属腐蚀类型之一。
它是指金属表面整体腐蚀，导致金属表面减薄和损坏。
统一腐蚀通常发生在金属表面暴露于海水中的情况下，尤其是在高温高湿的海洋环境中。
2.2 局部腐蚀局部腐蚀是指金属表面的某一部分发生腐蚀，而其他部分没有发生腐蚀。
局部腐蚀通常是由于金属表面存在缺陷或异物所致，如划痕、裂纹、气泡等。
2.3 应力腐蚀应力腐蚀是指金属在受到应力的情况下发生腐蚀。
应力腐蚀通常发生在金属受到拉伸或弯曲应力的情况下。
在海洋环境中，应力腐蚀通常是由于海水中的氯离子和微生物膜的存在所致。
三、海洋环境中的金属腐蚀防护措施3.1 表面处理表面处理是防止金属腐蚀的重要措施之一。
表面处理可以使金属表面形成一层保护膜，从而防止海水中的离子侵蚀。
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收稿日期:2001210201;修订日期:2001212204基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G 19990650),国家自然科学基金重大项目(59899144-3)作者简介:王庆飞,1967年生,男(汉族),博士,研究方向为生物腐蚀电化学金属材料海洋环境生物污损腐蚀研究进展王庆飞1 宋诗哲1,2(1.天津大学材料学院天津300072;2.金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016)摘要:海生物因素是影响海洋环境金属材料腐蚀行为的主要因素之一.综述了金属材料海生物腐蚀研究领域中有关生物膜的结构与功能、海水环境微生物腐蚀机理研究和宏观海生物附着引起的局部腐蚀等几个方面近年来的进展情况.并结合我国开展海生物腐蚀研究的现状提出建议和讨论.关键词:生物腐蚀 生物膜 微生物腐蚀 海洋污损生物中图分类号:TG 174 文献标识码:A 文章编号:100524537(2002)03201842051前言金属材料在海水环境中的腐蚀是一个涉及物理、化学、生物、气象等因素的复杂电化学过程.生物污损腐蚀,包括微生物腐蚀(Microbiologically Induced Corrosion -MIC )及宏观生物附着引起的腐蚀是近年来腐蚀科学工作者广泛关注的课题.随着各种实验技术的发展,人们对生物腐蚀的认识越来越深入.由于生物附着现象存在的广泛性及生物腐蚀的复杂性,这方面有许多问题有待于深入研究.B Little 等综述了各种环境、各行业存在的微生物腐蚀现象[1,2],Mansfeld [3]等介绍了各种电化学技术在微生物腐蚀研究中的应用.海水中影响腐蚀的海生物可分为3类:一类是细菌和单细胞有机质,如各类细菌及藻类;一类是柔软的生长物如海绵体等;第三类是硬质海洋动物,如藤壶、贝类等.各类微有机体很快附着于表面,进而微生物繁殖,微生物膜形成,宏观生物幼体依附于微生物膜逐渐成长,材料表面被生物覆盖,宏观生物死亡腐烂处微生物大量繁殖,3类生长物在金属材料、船舰体及海洋构筑物表面形成污损生物群落.本文主要介绍海洋环境生物腐蚀研究中有关生物膜的结构与功能、微生物腐蚀机理和宏观海生物附着引起的局部腐蚀等几个方面的进展.2微生物膜的结构与功能211海水环境中的生物膜(Biof ilm)微生物附着于金属表面后,由于新陈代谢活动会产生粘稠的细胞胞外高聚物(Extracellular polymer substances 简称EPS ).EPS 由高聚糖及蛋白质、糖蛋白或脂蛋白组成,有一定的强度和粘性,在金属表面的附着性好.于是微生物就包藏于EPS 组成的凝胶中,从而在金属表面与液体环境之间形成凝胶相,EPS 的粘性使得其易粘附一些特殊颗粒物质,例如粘土矿物、钙镁沉淀物、腐蚀产物和腐殖质等.EPS 凝胶、微生物及粘附沉积物等共同构成生物膜.自然界中生物膜厚度随环境条件不同而变化很大.在有强剪切力的系统中,生物膜只有几个微米厚;而很少承受液压的区域,微生物的沉积可达数厘米厚[4].212生物膜的特征与功能凝胶相生物膜除具有一定的透过性能外,还有较好的粘弹性、亲水性、生物学性能以及一定的吸附能力.由于细菌高聚物如丙酮酸或糖醛酸中的荷电基团的存在,使得生物膜具有离子交换器的性质.在所有情况下,EPS 都是亲水性的,因此生物膜能赋于疏水表面以亲水性质,由此基体的表面性质也就发生了变化.生物膜通常具有如下特征:微生物在EPS 组成的凝胶中是静止的且靠近生长表面,各菌种在空间上有固定的微同生现象,细胞相互之间长时间接触;p H 值、氧浓度、基质浓度、代谢产物浓度、有机物浓度及无机物浓度在空间上(垂直和水平的)具有不均匀性,存在浓度梯度;随时间、环境条件的改变,各种微生物可能不断演替,生物膜也发生变化[5].生物膜覆盖在金属表面时,在金属表面与溶液本体间起扩散屏障作用,产生浓度梯度.EPS 基质起扩散屏障作用,一方面有强度,可以保持形态而又柔软,另一方面允许新陈代谢、排泄废物、吸取营养等微生物活动,因此生物膜的存在使金属/本体溶液界面状态发生了很大变化,例如p H 值、氧浓度、基质浓度、代谢产物浓度、溶解盐浓度和有机物质浓度等均与溶液本体不同,加之生物膜凝胶相内各成分也是不均一的,这些界面反应会影响各电化学参数,而这些参数决定着腐蚀机理、腐蚀形态.Little [1,2]等考察了影响生物膜的表面附着力的几种因素.表面粗糙度和成分在生物膜积累的早期,即生物膜的初生阶段,起主要作用.而且,可以影响细胞的积累速度和扩散速率.同时考察了生物膜组成物上电解液的影响.水剪切应力,与流速有关,影响着生物膜内运输、传质和反应速率,同样也影响着分离速率,以及生物膜内的运输过程.Mansfeld 和Little 将微生物技术应用于微生物腐蚀.由于生物膜内的微生物能在异于本体电解质的独特环境中生存下来,MIC 能导致腐蚀产物的产生,这种腐蚀产物不能由非生物环境的第22卷第3期2002年6月 中国腐蚀与防护学报Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection Vol 122No 13J un 12002实验得到,也不能用热力学分析法预测.Meneil和Little考察了在MIC中发现的矿物质腐蚀产物[1].近年来膜功能材料作为能量转换场、信息传递场和特异化学反应场等在生物化工、生物冶金等领域应用推动了对微生物膜的深入研究.J R Lawrence等[6]采用共焦扫描激光显微镜证实复杂的生物膜结构中,微有机体生长于被基质包围的、充水的小孔(voids)隔开的微聚集区中,生物膜从结构、生态功能、化学成分到荷电情况各方面都可能是非均一的,这给尝试定量研究其复杂结构的工作带来困难.Dirk de Beer 等观察了好氧微生物膜结构对空间氧分布及传质过程的影响[7];Z Lewandowski对生物膜的结构与功能的研究报道指出[8],目前阻碍从微观层次进一步研究生物膜的难题是缺少规范化步骤和对观察结果定量化的理论框架,例如生物膜内传质问题及MIC研究中金属/生物膜界面电化学作用本质等.3海洋环境的微生物腐蚀机理微生物腐蚀(MIC)是指由微生物引起或加速的腐蚀,是一个十分复杂的电化学过程,尤其易引起或加速破坏性极强的局部腐蚀.海水是易于微生物生长的介质,海水中金属材料上生物膜的存在具有普遍性,海洋宏观生物就生长于微生物的环境中,在较高级的生物组织如藤壶、贝类等宏观生物附着之前总是微生物先附着成膜,在宏观生物壳表面周围有大量微生物存在,宏观生物死亡、腐烂处更有大量微生物繁殖生长.微生物在金属表面附着、生长、新陈代谢及死亡等生命过程主要从以下几方面影响海水环境中金属的腐蚀过程. 311浓度差异电池形成由于微生物的附着在金属表面形成不规则的聚集地,材料不可避免地形成几何的不均匀性,EPS基质的扩散屏障作用阻碍氧向材料表面的扩散,微生物膜分布及其本身结构的不均匀性、腐蚀产物的局部堆积等形成氧浓度差异电池,微生物的新陈代谢产物和腐蚀产物的向外扩散也同样被阻止.于是形成局部浓度差异电池.另外一种情况是海藻和光合作用细菌利用光产生氧气,积聚于生物膜内.氧浓度的增加,加速了阴极过程,也就加快了腐蚀速度.海藻象其它细菌一样,无论光线强弱,即使在黑暗中也呼吸,将O2转化成CO2.局部的呼吸作用/光合作用可形成氧浓差电池,导致局部阴、阳极区的产生[1].共焦扫描激光显微镜及扫描振荡微电极技术已能给出生物膜的结构、化学组分及电化学特征的一些参数[7,9],E. L’Hostis等采用旋转电极技术分析了金电极上天然海水生物膜内氧扩散动力学[10],氧浓差存在满足了局部腐蚀的初始条件.腐蚀产物及代谢物沉积使局部腐蚀得以发展.312微生物的新陈代谢过程及产物对腐蚀电化学过程的影响生物膜的存在及微生物的新陈代谢活动影响金属腐蚀过程,改变腐蚀机理、腐蚀形态,一方面代谢过程改变腐蚀机制,另一方面代谢产物具有腐蚀性,恶化金属腐蚀的环境. 31211新陈代谢过程对腐蚀行为的影响 生物的新陈代谢活动影响了电化学过程,生物膜内生物的呼吸频率高于氧的扩散速率,则腐蚀的阴极过程机理就发生了变化.在贫氧的生物膜与金属界面上不可能再消耗氧.阴极反应可能转变为消耗水或微生物产生H2S.Thomas等认为生物膜的存在起到弥散屏障作用,减缓了钢在海水中的腐蚀.较均匀分布的微生物EPS膜由于形成界面传质障碍或表层有机体生命活动消耗溶解氧从而对一些材料起缓蚀作用,但自然附着生长的生物粘膜往往是结构复杂而且分布不均匀的,一些条件下降低均匀腐蚀速度,往往造成局部腐蚀破坏.Pedersen 和Hermansson验证了细胞浓度,含氧量和腐蚀速度间的关联作用[11].嗜铁菌、锰沉积菌的代谢过程本身就是去极化反应.31212酸的产生 指有氧区好氧菌代谢产物硫酸和各种有机酸的产生.当细菌代谢养份时,有机物会除去代谢过程产生的电子,在嗜氧菌中,最终的电子接收者通常是氧,有机物发酵时大多数异养细菌代谢分泌有机酸(各种短链脂肪酸).产生的酸的种类和数量依赖于微生物的类型和有效基层分子数.有机酸可能会使腐蚀的发生趋势转变.当酸性代谢物被困在生物膜/金属界面时,对腐蚀影响更加明显.细菌Clostridium aceticum产生的醋酸和硫氧化菌(SOB如Thiobacillus)产生的硫酸对腐蚀有明显的促进作用,如J Al2 hajji等在首届网上腐蚀会议(InterCorr/96,session5,1996)报道了醋酸(模拟生物环境)对含Mo不锈钢腐蚀行为的影响;张炎等研究了两种SOB诱导的几种材料的腐蚀行为[12]. 31213硫化物的产生 局部无氧区厌氧菌代谢生成破坏性极强的硫、硫化物、硫代硫酸盐等,加速局部腐蚀.硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing-Bacteria,SRB)是一类以有机物为养料的、广泛存在于土壤、海水、输运管道、油气井等处的厌氧性细菌,SRB利用硫酸根离子作为最终电子接收者而产生H2S对金属腐蚀重要作用.关于SRB腐蚀研究报道很多,其腐蚀机制的解释因观察场合等不同则主要有4种说法.(1)氢化酶阴极去极化理论:早在三十年代Von Wolzogen Kuhr和Vander Vlugt就提出下列反应机制:4Fe→4Fe2++8e(阳极反应)(1) 8H2O→8H++8OH-(水离解)(2) 8H++8e→8H(吸附)(阴极反应)(3) SO2-4+8H→S2-+4H2O(细菌消耗)(4) Fe2++S2-→FeS(腐蚀产物)(5) 4Fe+SO2-4+4H2O→3Fe(OH)2+FeS+2OH-(总反应)(6)这些方程式是在SRB含有一种氢化酶,它能将氢原子聚集在阴极的理论基础上建立起来的;(2)细菌代谢产物去极化理论,又可分为硫化氢去极化和硫化亚铁去极化理论[13]:在厌氧情况下,腐蚀速度由于阴极产生H2S而上升,并且因形成FeS而加速了阳极反应.H2S+2e→H2+S2-(7) Fe+S2-→FeS+2e(8)许多作者报道钢铁表面有一多孔的FeS层而使腐蚀速度增加;(3)硫铁化合物和氢化酶一起作为去极化剂理5813期王庆飞等:金属材料海洋环境生物污损腐蚀研究进展 论[14];Miller认为SRB对钢铁腐蚀不仅是因为H2S的侵蚀性,也是由于氢化酶活性和代谢产物促进阴极去极化作用;(4)含磷化合物去极化理论[15]:Iveson认为在厌氧情况下, SRB会产生挥发性磷化合物,与基体铁反应生成磷化铁从而导致金属腐蚀.B Little等采用双区生物电池技术证实了氢化酶的作用[16],P Chandrasekaran研究了腐化海水环境中碳钢的腐蚀行为,提出硫化物与氧气共存条件下的腐蚀机制[17].M Eashwar[18]等发现许多宏观污损生物死亡腐烂引起的腐蚀与SRB有关.另外,氢及氨等代谢产物也加速腐蚀.313金属沉积菌作用造成闭塞电池腐蚀近几年,MIC中金属沉积菌(Metal Deposition Bacteria)的作用已引起关注.Ghiorse提出一种关于细菌沉积金属氧化物的观点,认为微生物加速了金属的氧化,有些使非生物性的金属氧化沉淀物积累起来,有些通过氧化金属而获取能量.嘉利翁氏菌属、球衣菌属、铁细菌属、纤毛菌属是常被提到的引起MIC的铁氧化类属.这些有机物将Fe2+氧化成Fe3+或将Mn2+氧化成Mn3+,从而获取能量[19].金属沉积菌的作用使金属表面局部沉积能催化金属氧化的腐蚀产物(如FeS、MnO2等),沉积物下金属成为阳极,微区可能形成闭塞电池腐蚀,腐蚀产物水解及扩散壁垒存在造成闭塞区内p H值降低和Cl-的富集,这种自催化机理腐蚀破坏性极强;同时腐蚀产物沉积可能导致结瘤腐蚀.许多研究发现天然海水金属沉积菌生物膜改变金属/生物膜界面环境使不锈钢类钝化金属的开路电位向贵金属化电位方向移动(Ennoblement),相应伴随着阴极极化电流密度容量的增加,酸度、溶解氧、金属沉积菌代谢产物MnO2、Fe2O3及微量双氧水等都被用来解释这种正移现象[19,20].314细胞外周高分子物质(EPS)凝胶层形成微有机体粘附于金属表面形成胶状细胞外周高分子物质(Extracellular Polymer Substances-EPS),所有粘附于金属表面的微生物都会产生高分子并在其上形成一凝胶基质层.细胞外高分子菌对生物膜的结构完整性起主要作用.凝胶对界面过程有多方面影响:(1)在生物膜/金属界面上滞留水;(2)捕获界面上的金属(Cu、Mn、Cr、Fe)和腐蚀产物;(3)降低扩散速度,使金属/生物膜/海水界面溶解氧及电解质扩散复杂化.这类高分子多为带羧酸官能团的多糖,其可以捕获金属离子从而加速金属腐蚀.G ill G G eesey报道Cu与生物高分子的螯合作用[21].G Chen研究了含Mo不锈钢在天然海水中的微生物腐蚀,观察到MoO2-4与EPS中蛋白质及氨基酸发生作用被还原为Mo5+和MoO2[22].EPS结构中的特征官能团与金属离子的作用是生物化学的新研究课题.315微生物因素与其它海水环境因素协同作用海水环境中腐蚀过程复杂,影响因素多.生物因素与其他因素协同作用影响腐蚀过程.B Little等研究了海水中304不锈钢的电位与微生物附着的关系,阴极极化增加生物量,微生物的聚集及代谢产物形成固定阴、阳极区,造成局部腐蚀[23];K Chidambaram等观察了软钢在几种细菌附着情况下电位变化,指出电位变化与生物量间存在一定关系[24];对于阴极保护下的材料,生物活动、钙质沉淀物与保护电位相互作用,M F L de Mele等指出阴极电流与细菌附着间存在如下关系[25]:(1)在早期阴极保护抑制需氧菌生长;(2)阴极电流有利于厌氧菌的聚集;(3)生物膜与钙质沉淀物的作用取决于温度、溶解氧、有机质浓度及代谢产物.生物膜及微生物生命活动还可能造成缓蚀剂效率降低[1],微生物能使脂肪族胺和亚硝酸盐等缓蚀剂的效率降低,在降低缓蚀作用的同时增加了微生物的数量,微生物还通过在金属表面和本体溶液中的缓蚀剂间造成弥散障碍而降低侵蚀剂的作用.另外,有时一些大面积覆盖的石灰质沉积膜,硬壳海洋动物附着有时破坏涂层.C G Peng和J K Park探讨了化学耗氧量(COD)、SO2-4、CaCO3沉积物及不同菌种作用下碳钢的腐蚀特征[26],证实各因素间的协同效应.S C Dexter等报道了天然海水生物膜对电偶腐蚀的影响[27],证实在一定条件下,生物膜引起金属或构件电位变化,加剧了电偶腐蚀.同时,生物因素与海水物理化学因素及气象因素之间相互影响,不同地理位置海域、不同气象条件下,附着生物分布及活动周期大不相同;海水物理化学性能(盐度、溶解氧、营养成分、耗氧量)影响附着生物生命活动.不同材料上生物附着情况也不相同.综上所述,微生物附着是评价海水环境金属腐蚀性能不可忽视的因素.目前,微生物腐蚀研究大多是定性分析现象,推测可能机理.R Schmidt在尝试基于表面能与附着关系及膜内传质的Monte-Carlo模拟建立生物腐蚀数学模型时指出,由于生物膜结构的不均匀性及微生物腐蚀的复杂性使得理论模型建立十分困难[28].4海洋宏观污损生物引起的腐蚀海洋构件或船舰体被生物污损层覆盖是一种常见现象.海洋生物学家对各海域污损生物进行了广泛调查,对污损生物的生态区系、群落组成及生态活动规律有了一定认识[29],但对特定材料尤其金属和合金材料上附着生物认识较少.近年来,随着电化学技术、表面分析、生物技术及图象处理技术的应用,生物附着与金属腐蚀关系方面基础研究不断深入.一般认为,碳钢、低合金钢在弱碱性的海水中,发生的是氧扩散控制的均匀腐蚀.实际上,实海全浸试样在几年内被海生物所覆盖,例如S Maruthamuthu[30]报道印度Tuticozin 港不同金属材料上主要污损生物及腐蚀状况;在我国各海域主要附着生物有藤壶、贻贝、牡蛎、海鞘、苔藓虫、石灰虫、树枝虫、水螅及藻类等;碳钢、低合金钢实海试样局部腐蚀表现形式为点蚀、缝隙腐蚀、斑蚀、痕蚀、坑蚀、溃疡和穿孔等[31]. Al、Cu、Ti等及其合金也因生物附着而发生各种局部腐蚀,且往往发生在沉积物海生物壳(如贝类)下面或其与金属及其它海生物的缝隙之间.局部腐蚀微环境在材料表面的分布具有一定的偶然性.腐蚀形貌、分布、局部腐蚀深度等与海生物因素的影响密切相关,在一定程度上受“海生物控制”.由于海生物生长周期长,且受多种因素影响,研究难度大,这方面报道较之微生物腐蚀更少,其中藤壶引起局部腐蚀现象最引人注意,M Eashwar等详细考察了不锈钢上藤壶681中国腐蚀与防护学报第22卷生命活动及腐蚀现象,指出死藤壶壳上有机质的分解引起介质酸化,进而形成缝隙腐蚀(Barnacle-induced Crevice Corro2 sion)[18];马士德等通过青岛海域实海暴露试样观察及实验室培育研究了藤壶附着对海水中金属腐蚀的影响,提出“开花腐蚀”机制,揭示了藤壶附着在局部腐蚀中的作用[32].实海腐蚀实验发现生物污损造成局部腐蚀微环境,往往发生在沉积物海生物壳(如贝类)下面或其与金属及其它海生物的缝隙之间;自催化效应、海生物分泌液及死亡腐烂引起溶液酸化(p H值最低可达3～4),进一步加速局部腐蚀的生长和发展.宋诗哲等[33]研究了铝镁合金在不同p H值NaCl溶液中腐蚀行为,揭示海生物造成的局部微酸性环境是厦门港局部腐蚀敏感性强的原因.海生物作用是造成海洋结构材料、构筑物及船舰体局部腐蚀的主要因素,深入研究腐蚀机制,开发有效措施预防污损生物附着具有重要意义且任重道远.5我国海生物腐蚀研究现状及一点思考据估计,生物腐蚀损失占总体腐蚀损失的20%左右,我国有关生物腐蚀造成损失没有受到足够重视.作为一个拥有18000km海岸线的世界海洋大国之一,研究国产海洋结构材料在本国海域内生物腐蚀具有十分重要的理论和现实意义.八十年代以来,国家科委和国家自然科学基金委设立“材料海水腐蚀数据积累及其规律研究”项目,至今已积累了71种材料在典型海域内腐蚀数据四万多个,有关人员对这些数据进行了大量分析研究.微生物腐蚀及污损生物引起局部腐蚀方面也开展了一些工作[12,32～34],微生物腐蚀的研究集中于油田注水系统中硫酸还原菌引起的腐蚀,同时在预防微生物及污损生物附着方面也进行了探索,如防止硫酸还原菌的杀菌剂和防污损生物涂料的开发等.总体来说,由于海生物因素作用复杂,实验周期长,研究难度大,基础研究方面相对较少.近年来,开发海洋腐蚀数据库和海洋环境腐蚀的预测、咨询系统,直至建立完善的专家系统成为热门课题.但是,复杂多变的海生物因素,难以控制和定量描述,腐蚀机理不完全清楚.实海长期暴露实验失重法所得腐蚀速度数据难以全面反映海生物造成局部腐蚀的特征,因而模型研究较少涉及海生物因素的影响(一些异常现象很可能由海生物因素所致).金属材料海水腐蚀性评价中生物因素是问题的焦点之一,忽视或未能准确把握海生物因素的模型预测材料在特定海域腐蚀情况有时会导致错误结论.生物因素及其与其他因素协同作用引起或加速的局部腐蚀破坏性极大.局部腐蚀的分布、深度与生物因素之间关系是问题的关键.建立模拟生物环境的实验方法对评价材料海水腐蚀中生物因素的作用,揭示生物腐蚀的机制具有重要意义,这方面工作较少见诸报道.J Alhajji等在首届网上腐蚀会议(In2 terCorr/96)报道以醋酸模拟的生物环境中含Mo不锈钢的腐蚀特征,F L Roe等报道在低碳钢上沉积生物高分子,研究p H值、溶解氧及电极电位在电极表面分布的方法[9].我们根据生物膜的结构特征,以含羧酸官能团的β-D甘露糖醛酸单元等构成的天然高分子多糖凝胶沉积于电极表面,形成模拟生物膜,介质加以微生物特征代谢产物,初步建立起模拟微生物腐蚀环境的实验方法,并就模拟微生物膜对几种材料在模拟海水中腐蚀性能的影响进行了初步探讨[35].模拟微生物膜的实验方法可为揭示复杂的海水环境腐蚀中微生物因素的早期作用提供信息.海洋生物学家对各海域生物的调查及生态研究为腐蚀工作者研究金属材料生物腐蚀提供了基础知识和丰富信息.有关领域科技人员应联合推动海生物腐蚀研究的开展.广泛调查典型材料上海生物附着的种类、生命活动规律;采用各种电化学及现代表面分析技术深入研究生物膜的结构及其如何影响材料、结构物的腐蚀和影响程度;运用现代数学方法研究实海暴露数据的规律性.为阐明生物腐蚀机制、建立生物因素数学模型、开发包括生物腐蚀因素的咨询预测系统及探索预防措施提供信息.参考文献:[1]Little B,Wagner P,Mansfeld F.Microbiologically influenced corro2sion of metals and alloys[J].Intern.Mater.Revi.,1991,36(6): 253-272[2]Little B,Wagner P,Mansfeld F.An overview of microbiologicallyinfluenced corrosion[J].Electrochemical Acta,1992,37(12):2185 -2194[3]Mansfeld F,Little B.Electrochemical techniques applied to microbi2ologically induced corrosion[J].Corros.Sci.,1991,32(3):247-272[4]Chen L P.Biofilm and biofouling[J].Corrosion and Protection,1996,17(1):3-8(陈六平.生物膜与生物污损[J].腐蚀与防护,1996,17(1):3-8) [5]Flemming H C.Mikrobielle werkstofferrstoyung-biofilm und bio2fouling[J].Werkstoffe und K orrosion,1994,45(1):29-39[6]Lawrence J R,et al.Optical sectioning of microbial biofilms[J].J.Bacteriology,1991,173(20):6558-6572[7]Durk de Beer,Paul Stooldley,et al.Effects of biofilm structures onoxygen distribution and mass transport[J].Biotechnology and Bio2 engineering,1994,43(11):1131-1138[8]Lewandowski Z.Structure and function of bacterial biofilms[A].NACE Corrosion/98[C],Houston,296[9]Roe F L,Lewandowski Z,Funk T.Simulating microbiologically in2duced corrosion by depositing extracellular biopolymers on mild steel surface[J].Corrosion,1996,52(10):744-752[10]L’Hostis E,Compere C,Desloais C.Characterization of biofilmsformed on gold in natural seawater by oxygen diffusion analysis [J].Corrosion,1997,53(1):4-10[11]Pedersen A,Hermansson M.Inhibition of metal corrosion by bacte2ria[J].Biofouling,1991,3(1):1-11[12]Zhang Y,Dai M A.An electrochemical evaluation of steel corrosioninduced by two sulphur-oxidizing bacteria[J].J.Chinese Society for Corrosion and Protection,1994,14(2):168-174(张炎,戴明安.两种硫氧化细菌诱导钢铁腐蚀的电化学评估[J].中国腐蚀与防护学报,1994,14(2):168-174)[13]McNeil M B,et al.Mackinawite formation during microbial corro2sion[J].Corrosion,1990,46(7):599-6007813期王庆飞等:金属材料海洋环境生物污损腐蚀研究进展 。