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金属材料失效本讲稿第一页，共十三页前言 几十年来，微生物对金属材料腐蚀行为的影响越来越受到人们的关注,，特别是硫酸盐还原菌(SRB)引起的腐蚀。SRB的生存能力强，广泛地分布在土壤、海泥、海水、河水、淤泥、地下管道以及油气输送管道和冷却塔等环境中。在厌氧或低溶解氧的环境中，S R B 以吸附在金属表面上的有机物为碳源，将介质中的SO还原成S或HS，与金属离子结合进一步形成金属硫化物。这些包裹在金属表面的生物膜中的代谢产物，是导致金属腐蚀的最重要因素。SRB能促进几乎所有常用金属材料，如铁、铝、锌、铜、镍等及其合金的腐蚀。本讲稿第二页，共十三页工作条件在许多特殊的工作环境下，例如湖底、海底、管道中需要用到金属设施，而硫酸盐还原菌(SRB)往往会在这些地方大量存在。海泥中会存在大量的SRB，这些细菌的存在会促使金属设施的腐蚀破坏，严重的会使零件失效，影响设施的正常工作。本讲稿第三页，共十三页原电池原理氧化还原反应（电子从还原剂转移到氧化剂的过程）氧化还原反应氧化还原反应(oxidation-reduction reaction,)是在反应前后元素的化合价具有是在反应前后元素的化合价具有相应的升降变化的化学反应。在反应过程中相应的升降变化的化学反应。在反应过程中有元素化合价变化的化学反应叫做氧化还原有元素化合价变化的化学反应叫做氧化还原反应。反应。本讲稿第四页，共十三页 两个溶液之间用盐桥(氯化钾饱和溶液)连接,铜棒和锌棒之间用导线连接,这样就构成了原电池.，那么电子就会从负极流向正极。本讲稿第五页，共十三页材料制备 海泥（含SRB和不含SRB两份）实验用菌种来源于海底泥,对SRB进行富集培养。培养基经高温(112C)高压灭菌锅灭菌30min冷却后,加入经细菌过滤器抽滤灭菌的0.004g/L。然后将1g海泥加入50mL培养基中，置于30生化培养箱内培养。培养1一3天后，培养基的颜色变黑并散发出臭鸡蛋气味。将液体培养基添加1.5%的琼脂粉后高温灭菌,冷却至60后制成固体培养基。3-5天后，培养基上出现黑色菌落，挑取单一菌落接种于液体培养基中，再次进行富集培养。通过这样反复多次的培养后，分离出纯种细菌。海泥经高温(121)高压灭菌锅灭菌30min后，按4:1的体积比与培养基均匀混合,一部分用作无SRB实验,另一部分用作含SRB实验，加入富集培养5天后的SRB菌液,其体积按照与加入的培养基按体积比0.08:1 比例，均匀混合。本讲稿第六页，共十三页腐蚀实验 将锌试样分别埋于广口瓶(250mL)中的含菌和无菌海泥中,橡胶瓶盖周围用石蜡密封后置于室温下，分别在密封7天和15天后，在洁净工作台中迅速取出无菌和有菌试样各一个。本讲稿第七页，共十三页扫描电镜观察 锌阳极在含SRB海泥环境中7天(a)和15天(b)的SEM形貌图 本讲稿第八页，共十三页 锌阳极在无SRB海泥环境中7天(a)(b)和15天(c)(d)的SEM形貌图本讲稿第九页，共十三页原因分析 在含有SRB和不含有SRB海泥中，由于电位的不同锌阳极形成一个宏观电池。含菌海泥中的试样因电位较低为阳极，无菌海泥中试样因电位较高而为阴极。本讲稿第十页，共十三页 在1一15 天内，电流值随着时间的延长而越来越大，其原因是，随着实验的进行，SR B的数量越来越多，非常活跃的代谢活动产生的大量产物加速了试样的腐蚀，在15 一20天内，电流开始逐渐变小，其可能的原因是，含菌海泥中试样表面的腐蚀产物越来越厚，阻碍了试样与外界的物质交换，而腐蚀产物对材料的保护作用抑制了腐蚀速度 从第23天开始，电流又开始逐渐变大，可能是腐蚀产物膜的疏松和部分脱落使试样再次暴露腐蚀介质中，加速了腐蚀的进行45天以后，海泥中的细菌开始大量死亡，SRB对试样腐蚀行为的影响越来越小，因而电流逐渐变小并最终趋于稳定。本讲稿第十一页，共十三页保护措施 牺牲阳极的阴极保护法，又称牺牲阳极保护法。具体方法为：将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。在工程中，将一种更为活泼的金属连接到零件上就可以起到保护工作零件的效果。本讲稿第十二页，共十三页 谢谢！本讲稿第十三页，共十三页