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《海南大学》 2011年
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热带海洋气候下海水中的微生物腐蚀过程对碳钢力学性能的影响

肖伟龙  
【摘要】:在海洋环境中,环境因素对金属材料的腐蚀有着重要的影响,其中,微生物的附着通常会使材料腐蚀加速,是导致金属局部腐蚀的一个重要因素。金属与海水接触的表面会形成一层生物膜,膜内微生物的存在和其生命活动会引起金属表面状态、局部微环境、金属/海水的界面特性等发生变化,从而加快腐蚀速率并引起局部腐蚀,这给海洋工程材料寿命预测和工程设计带来了困难。因此,研究海洋环境中,材料表面形成的生物膜对材料腐蚀行为和力学性能所产生的影响具有重要意义。 本论文通过对比25钢、45钢和85钢在自然海水和无菌海水中的腐蚀行为,研究了微生物单因素对碳钢材料腐蚀行为和力学性能的影响,并对腐蚀有显著影响的弧菌、假单胞菌进行分离纯化,分别研究了海水中单一弧菌、假单胞菌对45钢腐蚀行为和力学性能的影响。 海水中的微生物显著影响碳钢的腐蚀速率,总体规律是在浸泡初期微生物加速碳钢材料的腐蚀,浸泡28d左右又减缓材料的腐蚀,对碳钢起到一定的保护作用,随着浸泡时间的进一步延长,腐蚀速率又逐渐加快。三种碳钢在自然海水中腐蚀速率的变化规律也不尽相同,25钢平均腐蚀速率随浸泡时间的延长最初保持不变,续而出现大幅度的下降,接着材料平均腐蚀速率略有波动,当浸泡时间达到365d时,平均腐蚀速率又出现大幅增加;45钢在腐蚀初期平均腐蚀速率随浸泡时间延长略有增大,接着开始减小,在第91d时平均腐蚀速率达到最低,续而平均腐蚀速率又快速增大;85钢平均腐蚀速率呈现先减小后增大的规律,平均腐蚀速率在第91d时最小,365d时最大。 微生物的聚集不仅加快碳钢材料的腐蚀速率,还引起表面严重的局部腐蚀,浸泡365 d时,自然海水中试样可以清晰地观察到其表面分布着大小、深度不一的宏观腐蚀坑,甚至边缘有掉角现象,而无菌海水中试样表面未发现明显的宏观腐蚀坑。 碳钢在自然海水中暴露7d后表面被腐蚀产物层完全覆盖,腐蚀产物层随浸泡时间的延长而增厚,浸泡91d时腐蚀产物分为内、外两层,均为FeO(OH)和Fe203,浸泡365d后,腐蚀产物厚度约达230gm,外层腐蚀产物成分不变,内层腐蚀产物为CaCO3和FeFe2O4。对内层黑色腐蚀产物进行S含量测试发现,在自然海水中暴露365d后,S含量较高。 微生物在材料表面的聚集使腐蚀速率加快,并引起严重的局部腐蚀,这使得试样在拉伸过程中应力集中而容易断裂,导致碳钢材料抗拉强度下降更快。在自然海水中腐蚀365d后,与未腐蚀的试样相比,25钢试样的抗拉强度下降幅度为3.7%,45钢下降幅度为4.4%,85钢下降幅度为5.8%。海水和微生物腐蚀对碳钢材料的韧性和冲击性能影响不大,并不能使退火后的碳钢塑性下降。对碳钢试样拉伸断口形貌进行SEM观察发现,断口上布满了韧窝,是典型的韧性断裂特征,并没有发现氢脆现象。 腐蚀产物中微生物鉴定结果表明,碳钢在自然海水中浸泡后表面微生物主要由假单胞菌、弧菌、铁细菌、硫杆菌和硫酸盐还原菌组成,在浸泡365d时还出现大量的黄杆菌。腐蚀初期碳钢表面微生物主要由需氧菌组成,随着浸泡时问的延长,兼性厌氧菌开始古据主要地位。硫酸盐还原菌数量随浸泡时间延长先增大,再减小,在184d时数量达到最大。 海水中单一弧菌和假单胞菌在材料表面的聚集能明显加速45钢的腐蚀速率,并引起试样表面发生严重的局部腐蚀,这使得材料的抗拉强度下降较快,但对45钢塑性的影响并不明显,不会引起碳钢材料产生氢脆。
【学位授予单位】:海南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG172.7

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