收藏本站
《中国海洋大学》 2012年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

海洋环境下铜镍合金的微生物附着腐蚀与防护研究

尹兵  
【摘要】:铜镍锡合金以其高强度、良好导电导热性以及优良的抗热应力松弛等优异性能已经越来越引起人们关注和研究,是非常具有发展前景的铜基材料。这种铜镍锡合金的力学性能优异,尤其是高温抗形变能力在铜基材料中非常出色,且抗海水腐蚀性能较好,有望在存在高温、高压、高盐及厌氧微生物等海洋极端环境下使用,因此研究其海水及微生物腐蚀机制和防护技术显得尤为重要。 本文以一种铜镍锡合金为研究对象,利用电化学、表面分析技术和量子化学计算相结合的方法研究合金组成及结构。采用第一性原理分别计算镍和锡掺杂铜团簇稳定几何构型、电子结构和活性区域,发现掺杂原子影响铜团簇最低能量构型,且锡极易偏析;掺杂原子能够降低团簇能量,使团簇具有比纯铜团簇更低、更稳定能量构型,当Ni含量大于25%,而Sn含量小于10%时结构稳定性更强;掺杂原子会有规律影响团簇活性区域,在氧化性因子作用下,合金活性区域(多为掺杂原子区域)会首先形成一层氧化膜。合金晶粒细小均匀,晶界处缺陷较少,成分元素均匀分布,长期海水腐蚀实验显示合金无晶间腐蚀,腐蚀产物外层为疏松的碱式氯化铜,内层是镍和锡的致密氧化层,正是此致密层提高了耐腐蚀性能。这些优异的抗腐蚀性能为其在海洋领域应用提供了基础条件。 海洋当中除了海水腐蚀,微生物腐蚀也是重要的部分,众所周知,铜及其合金通常具有良好的抗菌性,但是越来越多研究证明其对硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria,以下简称SRB)较为敏感。青岛海域的SRB为脱硫菌株,尤其和Desulfovibrio Caledonians同源性最接近,生长曲线显示其生长过程分四个阶段,细菌的生长使溶解氧减少、pH降低、H2S含量增多,溶液的腐蚀性增强。采用荧光显微镜、原子力显微镜和扫描电镜对合金表面的SRB进行跟踪观测,总结了其在合金表面的附着和成膜过程,并提出相关模型。腐蚀电位、动电位极化曲线及电化学阻抗分析表明,合金钝化使其在SRB培养液浸泡初期耐腐蚀性能上升。但是随着细菌生长以及溶液环境恶化,细菌以个体形式逐渐开始附着、形成菌落到最终生物膜形成,合金进入活化状态腐蚀阶段,腐蚀电位负移、腐蚀电流密度升高及阻抗值降低。对表面腐蚀产物进行电镜分析,合金表面形成的腐蚀产物层多孔疏松,能谱分析发现S含量较高,表面钝化膜被破坏。 因此,若要扩大铜镍锡合金在海洋中应用,对微生物腐蚀进行针对性防护势在必行。首先将PEI阴离子和硝酸银配位作用形成PEI/Ag+复合物,与聚阳离子层层交替自组装后,成功获得装载有银离子的聚电解质多层膜,再用还原剂将银离子原位还原成纳米银,然后利用聚电解质膜表面自然形成的微观粗糙结构,表面化学气相沉积低表面能的氟硅烷分子层,最终制备出内层是包有纳米银颗粒的聚电解质膜,外层覆有低表面能氟硅烷层的有机/无机复合涂层体系。利用扫描电镜、透射电镜、紫外分光光度计、X射线光电子能谱仪、原子力显微镜和接触角测试仪等实验仪器对多层膜进行了相关表征。银被成功装载进多层膜,并且由于还原后形成的单质银微小颗粒受到聚电解质分子的限制作用,聚集和移动都会受到阻碍,难以发生大量团聚,所以聚电解质多层膜中形成了均匀分布的圆球状的纳米银颗粒,且含量随层数、银离子浓度等有规律变化。通过调节层数可以相应改变表面粗糙度,合适层数上建立的硅烷膜表面呈微纳米复合结构,接触角测试达到超疏水状态。这样就在含银的聚电解质膜和腐蚀性的海水之间建立了屏障层。通过对比发现银的添加放大了膜层的生长,对体系微观结构和形貌也有较大影响,不但赋予体系杀菌抑菌功效还对于提高超疏水性能作用明显。 短期抑菌实验和附着实验验证了含银聚电解质膜具有良好的抗菌性,对SRB抑制作用明显,但是持续时间有待提高;而载银超疏水涂层体系短期抑菌效果不明显,但是抗附着性能优越且具有长效性。用X射线光电子能谱仪和电感耦合等离子体质谱仪研究发现,随时间延长聚电解质膜中单质银逐渐转化为氧化银,溶液中银离子浓度逐渐升高,而超疏水涂层随时间延长银离子浓度始终较低。超疏水涂层体系之所以具有良好抗菌耐腐蚀性:(1)聚电解质膜包覆纳米银过程中形成天然粗糙表面,低表面能氟硅烷的沉积获得了超疏水表面;(2)外层氟硅烷层良好的超疏水性能有效抑制微生物和悬浮物附着,同时阻碍银过快释放及腐蚀性离子渗透;(3)内层聚电解质层所含纳米银经过氧化之后,以银离子的形式缓慢释放,对周围的微生物产生杀灭性,从而使体系展现出良好的抗菌、耐附着性能,同时良好杀菌性弥补了外层膜局部缺陷,也避免了表层较高的超疏水性被微生物破坏。抗菌性和超疏水性的合力作用使体系在海洋恶劣环境下具有优异的耐腐蚀性能,有效地保护金属及合金等海洋材料长期安全使用。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TG174.1

知网文化
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜一立;李进;崔连军;赵哲军;;生物膜在B30合金微生物腐蚀中的作用[J];腐蚀科学与防护技术;2007年06期
2 万海清,苏仕军,朱家骅,万雪松,葛长海;硫酸盐还原菌的生长影响因子及脱硫性能的研究[J];高校化学工程学报;2004年02期
3 朱增炎,李成保,赵安珍;培育土壤中硫化细菌和硫酸盐还原细菌的消长特征初探[J];环境化学;1992年05期
4 洪义国,孙谧,张云波,李勃生;16SrRNA在海洋微生物系统分子分类鉴定及分子检测中的应用[J];海洋水产研究;2002年01期
5 祁红璋;安建军;严彪;;Cu-15Ni-8Sn合金的开发与应用现状[J];金属功能材料;2009年04期
6 张学元,王凤平,杜元龙,杨春光;油气工业中细菌的腐蚀和预防[J];石油与天然气化工;1999年01期
7 白金莲;蒲万芬;赵发海;;微生物法去除H_2S的研究进展[J];石油与天然气化工;2008年03期
8 王洪媛,江晓路,管华诗,牟海津;微生物生态学一种新研究方法-T-RFLP技术[J];微生物学通报;2004年06期
9 李天增;一些铜合金浸焊性能的研究[J];西南石油学院学报;1993年02期
10 张小里,陈志昕,刘海洪,郭生武,陈开勋;环境因素对硫酸盐还原菌生长的影响[J];中国腐蚀与防护学报;2000年04期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 林晶;海水中微生物膜下金属材料初期腐蚀行为[D];哈尔滨工程大学;2006年
2 王洪水;纳米银及载银纳米抗菌材料的研究[D];华中科技大学;2006年
3 刘涛;金属基体超疏水表面的制备及其海洋防腐防污功能的研究[D];中国海洋大学;2009年
4 程莎;Vibrio Natriegens对海洋金属腐蚀的影响及抗点蚀方法研究[D];中国海洋大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 郑强;硫酸盐还原菌对铜合金腐蚀电化学行为的影响[D];北京交通大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张以河,李大勇,蒋文玲,臧家庆,孙维钧,刘永礼;新型隔离剂在橡胶管带生产中的应用[J];工程塑料应用;1997年04期
2 周利寅;贺英;张文飞;谌小斑;;LED封装用环氧树脂/环氧倍半硅氧烷杂化材料的研制[J];工程塑料应用;2009年03期
3 狄生奎;杜永峰;;湿陷性黄土地区某地下水工混凝土结构耐久性方案研究及健康监测[J];四川建筑科学研究;2007年01期
4 刘红梅;申唐;;南通既有建筑节能改造技术探讨[J];四川建筑科学研究;2011年06期
5 郑敏;树立“两自”观念 注重课堂实践[J];安徽教育学院学报;2001年03期
6 李桂霞;马汇泉;刘婧;董瑾;;番茄灰霉病高效拮抗菌株鉴定及抗菌活性研究[J];山东农业科学;2007年02期
7 李文;彭香;张京顺;张琛;闫艳春;;硫丹降解菌的筛选及降解性能研究[J];山东农业科学;2009年01期
8 凌琪,王敏;大肠杆菌革兰氏染色影响因素分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2003年04期
9 曹红梅;冯杰;沙莎;刘力;;大西洋鲑腐皮病研究——鳃部病原菌的分离鉴定[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年11期
10 赵跃光;;分子水平上的微生物研究技术与方法进展[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年17期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 林忠华;;Sn~(2+)在Ni-Sn-P合金镀液及镀层中的作用[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
2 阿丽娜;王黎;严巧凤;张皓;关婷;;硫酸盐还原菌的分离及其生理特性研究[A];科技创新与产业发展(A卷)——第七届沈阳科学学术年会暨浑南高新技术产业发展论坛文集[C];2010年
3 朱利林;黄俊生;;香蕉枯萎病拮抗芽孢杆菌的筛选与鉴定[A];植保科技创新与病虫防控专业化——中国植物保护学会2011年学术年会论文集[C];2011年
4 王永;;三种药物治疗奶牛附红细胞体病疗效的比较分析[A];中国畜牧兽医学会家畜内科学分会第七届代表大会暨学术研讨会论文集(下册)[C];2011年
5 郑沛楠;宋翔洲;陈学恩;;2008年初中国南方地区雪灾成因分析[A];“2010年北京气象学会中青年优秀论文评选”学术研讨会论文集[C];2011年
6 朱颖;陆毅;俞立军;李汉荣;牛红光;;海洋战场环境融合显示技术的研究[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
7 马润赓;李喆;刘少峰;;卫星遥感与海洋战场环境空间框架的建设[A];中国测绘学会九届三次理事会暨2007年“信息化测绘论坛”学术年会论文集[C];2007年
8 刘正义;魏兴钊;许麟康;陈灵;潘涵;;石油管材空泡腐蚀失效特征研究[A];2007年全国失效分析学术会议论文集[C];2007年
9 柏云;朱晓红;仲敬荣;褚明福;;铀离子的微生物富集回收技术[A];2006全国核材料学术交流会论文集[C];2006年
10 孙敏;;海洋环境文化建设初探[A];中国海洋学会2007年学术年会论文集(下册)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 唐艳红;基于航海雷达的海浪遥测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 余枫;海上搜救模拟器中近海溢油的实时仿真与可视化研究[D];大连海事大学;2010年
3 陈春涛;多传感器卫星数据黑潮变异研究[D];中国海洋大学;2010年
4 胡利民;大河控制性影响下的陆架海沉积有机质的“源—汇”作用[D];中国海洋大学;2010年
5 徐洪梅;水下非均匀光场的目标探测研究[D];中国海洋大学;2009年
6 王云飞;东海赤潮监测卫星遥感方法研究[D];中国海洋大学;2009年
7 张鑫;深海环境及深海沉积物拉曼光谱原位定量探测技术研究[D];中国海洋大学;2009年
8 宋军;水交换模型的理论方法及应用研究[D];中国海洋大学;2010年
9 赵苑;黄海和东海微微型浮游生物分布研究[D];中国海洋大学;2010年
10 张敬;海岸、河口区三维近岸环流与物质输运数值研究[D];中国海洋大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 万正龙;竹粉/PVC复合材料的制备及性能研究[D];华中农业大学;2010年
2 季爱云;聚β-羟基丁酸酯高产菌株的选育及发酵和提取工艺研究[D];山东科技大学;2010年
3 刘川顺;谷氨酰胺合成酶产酶菌株的筛选[D];安徽农业大学;2010年
4 项宜娟;纤维床固定化酪丁酸梭菌产丁酸的研究[D];浙江理工大学;2010年
5 梁秦秦;有机硅的结构与表面吸附性能的研究[D];浙江理工大学;2010年
6 吕文兵;杜氏盐藻异养转化藻株的鉴定及初步功能分析[D];郑州大学;2010年
7 葛中东;狐阴道加德纳氏菌的分离鉴定及快速诊断方法的研究[D];山东农业大学;2009年
8 张一敏;冷却牛肉假单胞菌生长动力学模型及货架期预测模型的研究[D];山东农业大学;2010年
9 张玮;安徽省部分猪场生猪沙门氏菌带菌情况与耐药性研究[D];安徽农业大学;2010年
10 张亚丽;产γ—谷氨基甲酰胺合成酶的菌株的选育[D];安徽农业大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 冯拉俊,刘毅辉,雷阿利;纳米颗粒团聚的控制[J];微纳电子技术;2003年Z1期
2 赵永生,庞正智;2-己基咪唑作为铜的盐酸酸洗缓蚀剂作用机理的研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2003年01期
3 于向阳,程继健,杜永娟;TiO_2光催化抗菌材料[J];玻璃与搪瓷;2000年04期
4 汪山,程继健;磷酸盐玻璃缓释材料应用进展[J];玻璃与搪瓷;1999年03期
5 梁金生,王静,金宗哲,王家胜;无机非金属材料的抗菌性能[J];山东陶瓷;2003年04期
6 唐和清;;微生物腐蚀中游离氧的作用[J];材料保护;1992年04期
7 刘建华,杨应广,李松梅;A3钢在厌氧环境中的微生物腐蚀电化学特性研究[J];材料保护;2000年11期
8 董泉玉,陈号卫,杨从贵,王志琨,单耕,卢家成;羧酸类铜缓蚀剂的制备及性能测试[J];材料保护;2001年03期
9 俞敦义,彭芳明,刘小武,郑家燊;环境对硫酸盐还原菌生长的影响[J];材料保护;1996年02期
10 王艳辉,汪明朴,洪斌;Cu-15Ni-8Sn导电弹性材料的研究现状与进展[J];材料导报;2003年03期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 段继周;海水和海泥环境中厌氧细菌对海洋用钢微生物腐蚀行为的影响[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2003年
2 王伟;海洋环境中微生物膜与金属电化学状态相关性研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 陈野;硫酸盐还原菌腐蚀的影响因素及其防治方法[D];大连理工大学;2004年
2 周臣;常规水稳剂对铜合金HSn70-1B的腐蚀性能研究[D];南京理工大学;2004年
3 袁斌;铜元素用于防治硫酸盐还原菌腐蚀的研究[D];大连理工大学;2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈云富;尹冠军;;化学刻蚀法制备铝合金基超疏水表面[J];科学技术与工程;2010年27期
2 郭兴林,谢琼丹,赵宁,梁松苗,王笃金,徐坚;仿生高分子的研究进展[J];化学进展;2004年06期
3 粟常红;肖怡;崔喆;刘承果;王庆军;陈庆民;;一种多尺度仿生超疏水表面制备[J];无机化学学报;2006年05期
4 韩海强;方国平;张宏筠;彭金璋;李文;乔冠军;;亚微观粗糙表面润湿各向异性及振动能影响研究[J];湘潭大学自然科学学报;2009年02期
5 段辉;熊征蓉;汪厚植;赵惠中;高殿强;;超疏水性涂层的研究进展[J];化学工业与工程;2006年01期
6 ;简讯[J];弹性体;2007年02期
7 王景明;郑咏梅;江雷;;超疏水网状结构对水中气泡的转移作用[J];高等学校化学学报;2008年12期
8 王帅波;尹衍升;刘涛;滕少磊;;超疏水膜改性Fe_3Al在海水中的腐蚀行为[J];中国腐蚀与防护学报;2009年02期
9 郑傲然;周明;杨加宏;;仿生超疏水表面的制备及润湿性研究[J];功能材料;2007年11期
10 黎卓华;何新华;陈志武;徐浚楠;;化学溶液沉积法制备超疏水氧化锌薄膜[J];人工晶体学报;2009年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 廖张洁;朱钟鸣;郭宏磊;彭懋;;透明抗静电超疏水材料的制备[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
2 朱小涛;张招柱;;兼具耐磨功能和可修复功能的超疏水材料[A];中国化学会第28届学术年会第12分会场摘要集[C];2012年
3 姜程;王齐华;;超疏水表面的研究及制备[A];甘肃省化学会二十六届年会暨第八届中学化学教学经验交流会论文集[C];2009年
4 ;超疏水材料表面的结冰行为研究[A];甘肃省化学会二十六届年会暨第八届中学化学教学经验交流会论文集[C];2009年
5 宋丽云;彭顺金;;超疏水自清洁表面研究进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
6 康志新;;金属表面的有机镀膜及纳米薄膜的超疏水特性[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
7 殷波;方亮;胡佳;唐安琼;魏文侯;何建;;利用超疏水技术改善镁合金耐蚀性能的初步研究[A];2010中国·重庆第七届表面工程技术学术论坛暨展览会论文集[C];2010年
8 张靓;赵宁;徐坚;;氰基丙烯酸甲酯聚合一步制备超疏水涂层[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
9 何周坤;马猛;许相川;王建英;陈枫;傅强;;网络结构对表面的超疏水性质的影响[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
10 王健君;;低温下超疏水防结冰高分子材料的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 科信;超疏水塑料薄膜研制成功[N];中国化工报;2004年
2 王启兵;超疏水纳米二氧化硅研制成功[N];中国化工报;2006年
3 王平;江雷:创造“开关材料”[N];中国工业报;2010年
4 郑千里;纳米新材料实现超疏水/超亲水可逆转[N];科技日报;2004年
5 记者 李琮;纳米复合涂料技术取得新突破[N];中国化工报;2006年
6 刘忠奎 记者 李丽云;孔状铜网小船“水上漂”[N];科技日报;2009年
7 广东科德;异动股点评[N];深圳商报;2004年
8 王颢;新型亲疏水可转换材料问世[N];中国化工报;2009年
9 本报记者 刘洪宇;“水面直升机”蚊子的启示[N];辽宁日报;2011年
10 李大庆;新面料何以冬暖夏凉[N];科技日报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 尹兵;海洋环境下铜镍合金的微生物附着腐蚀与防护研究[D];中国海洋大学;2012年
2 杨周;仿生超疏水功能表面的制备及其性能研究[D];中国科学技术大学;2012年
3 张泓筠;超疏水表面微结构对其疏水性能的影响及应用[D];湘潭大学;2013年
4 吴若梅;超疏水铝合金表面的仿生构建[D];中南大学;2012年
5 赵玉顺;绝缘子超疏水涂层制备方法与防冰性能研究[D];重庆大学;2010年
6 杨昊炜;聚硅氧烷超疏水表面制备及其性能研究[D];复旦大学;2011年
7 张里程;钛内植物表面纳米银超疏水抗菌涂层的构建和评估[D];中国人民解放军军医进修学院;2013年
8 李杰;镁合金及硅基底超疏水表面的制备与性能研究[D];大连海事大学;2012年
9 王帅;静电纺丝法制备功能性超疏水材料[D];吉林大学;2013年
10 郝丽芬;纤维织物基有机(氟)硅超疏水表面的制备与性能研究[D];陕西科技大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孟欣;壳聚糖—海藻酸钠聚电解质膜的制备及性能调控研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2010年
2 王苏浩;超疏水表面的制备及其对不同表面张力液体选择性分离的研究[D];上海交通大学;2010年
3 窦庆乐;铝基超疏水表面制备方法研究[D];大连理工大学;2010年
4 魏增江;仿生超疏水表面的制备及研究[D];山东轻工业学院;2010年
5 殷波;轻合金表面超疏水涂层的制备与性能研究[D];重庆大学;2011年
6 王莉;超疏水防腐蚀技术研究[D];东北石油大学;2011年
7 李佳霖;透明超疏水涂层的制备及应用研究[D];安徽大学;2011年
8 苏冬;改性环氧树脂超疏水涂层的制备、结构与性能研究[D];华南理工大学;2012年
9 陈钰;仿生超疏水表面制备及性能研究[D];武汉工程大学;2012年
10 章园园;超疏水聚合物表面的光控黏附性研究[D];复旦大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026