海洋微生物腐蚀的电化学研究方法

海洋微生物引起的腐蚀对海洋结构物造成了日益严重的危害,其特征是微生物附着于金属表面并形成聚合物膜－－生物膜,该生物膜改变了膜内的环境条件,并伴有微生物对电化学反应的催化过程,因此加速了金属的腐蚀。本文介绍了监测腐蚀电位,氧化还原电位、极化电阻、强极化技术,电化学阻抗谱、,电化学噪声、电化学表面成象,双区电池等方法在微生物腐蚀研究中的应用,指出了这些方法的使用条件和优缺点,为了保持微生物本身物活性,     

碳钢和不锈钢在海洋SRB、IRB和IOB下的点蚀研究现状

微生物腐蚀(Microbiological Induced Corrosion,MIC)带来的危害占海洋腐蚀危害的20%。微生物腐蚀是指由于微生物的生命活动及其代谢产物与金属材料相互作用,影响腐蚀反应的阴极和阳极过程所引发的腐蚀现象,已成为海运业面临的重大技术难题,研究海洋微生物腐蚀对推进我国海洋事业的发展有重要意义。金属材料微生物腐蚀包括全面腐蚀和局部腐蚀,局部腐蚀的危害更大,而点蚀被认为是危害最大的局部腐蚀形式。海洋微生物种类繁多,本文聚焦于硫元素的参与者硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing Bacteria,SRB)、铁元素的参与者铁还原细菌(Iron-reducing Bacteria,IRB)和铁氧化细菌(Iron-oxidizing Bacteria,IOB)所引发的微生物点蚀问题,包括由细菌不均匀的生物膜与腐蚀产物膜以及细菌本身的特性引起的点蚀。以广泛应用于海洋平台和船舶的碳钢和不锈钢为对象,分析其在海洋SRB、IRB和IOB下的点蚀状况,从腐蚀形貌和腐蚀产物两方面对比了碳钢、不锈钢在不同细菌体系中的腐蚀差异,腐蚀形貌分析包括腐蚀产物形貌和去除腐蚀产物后金属表面形貌的分析,腐蚀产物分析主要聚焦于金属材料表面不同成分与含量的变化。从代谢产物理论、氧浓差电池作用理论阐释了碳钢和不锈钢的点蚀机理,指出微生物点蚀研究需要综合考虑多种因素,包括多菌种的相互作用和多种环境因素对金属材料的点蚀影响,以及微生物对耐蚀金属材料的点蚀影响等。     

海洋中石油烃类降解与微生物腐蚀关系研究

在工程实践中,国家重要的海洋工程设施（如海底输油管线和船舶燃料系统等）发生的腐蚀破坏案例常常涉及到油水环境,并与微生物腐蚀作用密切相关,而了解海洋含油环境中石油烃类的生物转换机制是了解微生物腐蚀的关键。阐述了海洋环境中降解石油烃类的主要微生物及其降解机制,其在有氧和无氧条件下呈现不同的特点。微生物降解石油烃类过程中非常重要的一步即为接受电子,该过程将生物无法直接利用的化学能转换成可直接利用的能量形式,即腺苷三磷酸（ATP）。有氧条件下的烃类降解以氧气作为最终电子受体,而在缺氧条件下可利用硝酸盐、铁离子、硫酸盐等作为电子受体。海洋环境中的石油烃类会促进腐蚀性硫化物的生成,因此油水环境下的微生物腐蚀机理以硫化物的腐蚀破坏为主。此外,烃类降解过程产生的琥珀酸等酸性中间代谢物也会加剧腐蚀的发生。但目前关于海洋油水环境中微生物群落作为一个整体展现出的功能性及其对钢铁设施的破坏机理,仍然缺乏系统性的研究,而基于高通量测序的微生物组学研究技术将成为有效解决这些问题的手段之一。     

建筑行业微生物腐蚀与防护研究进展

综述了导致混凝土材料和金属材料微生物腐蚀的研究现状,分别阐述了其微生物腐蚀的机理,包括混凝土生物硫酸腐蚀机制、金属微生物腐蚀的经典腐蚀机制和细胞外电子转移机制。概述了现有的建筑行业混凝土和金属材料微生物腐蚀及混凝土改性、制备保护涂层材料、添加杀菌剂等防护方法的研究进展,为后续建筑材料微生物腐蚀机制和防护技术的深入研究提供参考。     

海洋大气环境下镁合金腐蚀行为研究进展

本文综合研究了海洋大气环境下镁合金腐蚀行为的研究进展,比较分析了各种因素对腐蚀行为的影响,对当前研究进展进行总结并对未来研究方向进行展望。在海洋大气环境下,表面薄电解质溶液膜的包覆是镁合金发生电化学腐蚀的主要原因,且多发生局部腐蚀。相比于内陆大气环境,海洋大气中含有较多无机盐气溶胶颗粒,导致点蚀成为主要的局部腐蚀形式。相对湿度的升高会导致薄电解质膜厚度增加,进而加速整体腐蚀速率。随气温上升,镁合金的大气腐蚀速率线性增加,而空气中的CO₂可以抑制NaCl对镁合金的侵蚀。该领域未来需更多关注具体使役环境下合金的腐蚀机理,以及各种环境因素对腐蚀行为的协同作用机制,以指导海洋用镁合金材料的设计和制备。     

球墨铸铁饮用水管道腐蚀失效分析

采用表面分析法、X射线衍射和微生物技术,综合研究了核电厂球墨铸铁材料饮用水管线的腐蚀失效行为。结果表明,微生物腐蚀引起的腐蚀瘤是导致管线失效的直接原因,局部氧浓差腐蚀起到了一定的加速作用。     

微生物影响下不锈钢焊缝的腐蚀机理

从水化学、材料表面特征及微生物种类3方面研究了不锈钢304O焊缝微生物腐蚀,用微生物腐蚀实验台测量了试样的开路,结果表明,在有微生物的水介质中的试样产生了电位升,而无微生物的水介质中的试样没有电位升,当微生物腐蚀发生时,电位急剧下降,在几种焊接缺陷中,金黄色回火膜对微生物腐蚀最敏感,研究表明,当水中Cl^-含量较高时,容易发生微生物腐蚀,用SEM对点蚀坑进行观察,并用EDXA分析了部分腐蚀产物,微生物 腐蚀试样与未腐蚀试样表面最明显的区别是Mn-Fe氧化菌的数量。     

油气管线钢土壤环境硫酸盐还原菌腐蚀研究进展

结合国内外埋地管线钢微生物腐蚀的研究,综述了腐蚀性土壤微生物种类和特点、环境因素对硫酸盐还原菌腐蚀的影响、生物腐蚀研究方法和进展,以及微生物腐蚀防护与监检测技术.最后,对埋地管线钢微生物腐蚀研究进行了展望.埋地管线钢服役环境复杂,受到土壤类型、杂散电流、阴极保护、应力、剥离涂层和微生物等多种因素的影响,而各种因素之间又存在着相互的耦合作用.多因素耦合作用下埋地管线钢微生物腐蚀将成为土壤微生物腐蚀今后的主要研究方向.土壤微生物腐蚀研究涉及土壤学、材料学、腐蚀科学和微生物学等多学科,是一个多学科交叉的研究课题,而化学和电化学分析技术、微生物分析技术以及材料表征技术等的联用也将为土壤微生物腐蚀行为和机制的研究提供更多的研究方法,这也有助于更好地理解微生物/材料之间的相互作用机制.随着对微生物腐蚀研究的深入,人们对硫酸盐还原菌腐蚀机理的认识也更加全面,"生物阴极催化还原"理论从生物能量学和生物电化学角度解释了微生物腐蚀的过程和机理.抗菌涂层开发和耐微生物腐蚀管线钢研发为MIC防治提供了一个新的研究路径.     

钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所

钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所成立于1975年，是全国专门从事海洋腐蚀与防护的专业研究所之一，是国家水环境腐蚀试验网站组长单位、中心站和大气腐蚀试验网站重点站，主要从事海洋腐蚀基础理论研究及防腐蚀新技术、新产品的研究、开发和应用。     

金属表面混合微生物腐蚀及分析方法研究进展

微生物腐蚀研究一直都是金属腐蚀领域关注的热点,微生物种类的不同,对金属材料的腐蚀影响也不尽相同。实际环境中,微生物的复杂性导致单一微生物的腐蚀机理并不能完全解释实际的腐蚀现象,因此混合微生物体系研究成为微生物腐蚀领域新的研究方向。在基于单种微生物对金属的腐蚀行为及其腐蚀机理的研究基础上,综述了两种微生物的混合体系在金属表面对其腐蚀的影响。归纳总结了混合微生物的构成,重点综述了含有SRB、IOB和其他典型微生物的混合体系的作用过程,分析了混合体系中,不同微生物的相互作用(如协同、竞争作用等)对金属腐蚀影响。梳理了目前混合微生物体系研究的实验环境,并针对混合微生物体系在金属表面腐蚀微观的研究,介绍了几种技术,以期能更加直观地显示混合体系中微生物间的作用机制。最后对研究两种微生物混合体系下的金属腐蚀问题提出了建议和发展方向。     

Identification of steel corrosion associated with sulfate-reducing bacteria by electrochemical noise technique

Deterioration of steel structures in natural waters can result from microbiologically influenced corrosion (MIC) such as that caused by sulfate-reducing bacteria (SRB). Corrosion pits associated with MIC have been recently observed in submerged steel bridge piles and there is renewed interest to assess their deterioration. Conventional electrochemical techniques to identify MIC have been complicated due to the effects of the surface films and the mechanism for charge transfer by the bacteria on the steel surface. An electrochemical noise (EN) technique to identify steel corrosion in an aqueous solution has been developed and the method ideally can identify the onset of local pitting, but complications and limitations relating to data acquisition, filtering, and interpretation exist. EN analysis was shown to differentiate SRB and corrosion activity including initial biofilm development, pitting corrosion development, and diminution of SRB activity. Electrochemical behavior, environmental characteristics, SRB activity, and corrosion modality provided consistent correlation to EN and localized corrosion development.     

用原子力显微镜研究铜合金微生物的腐蚀行为

用原子力显微镜(AFM)研究了HSn70-1A、HSn70-1B和HSn70-1AB等3种铜合金在硫酸盐还原菌(SRB)菌液中的微生物腐蚀行为.结果表明,3种铜合金表面形成的生物膜形貌各不相同.HSn70-1AB合金表面生物膜的粗糙度大于其余两种合金,表明其生物膜最不均匀.去除生物膜后,3种样品的腐蚀形貌也小相同,粗糙度均有所增加,这是微生物腐蚀作用的结果.研究证实,AFM的定量分析能力是研究材料微生物腐蚀的重要手段.     

循环冷却水系统中微生物引起的腐蚀和粘泥的控制

扼要介绍了循环冷却水系统中微生物引起的腐蚀和粘泥的一些控制方法，控制指标和控制实例，介绍的控制方法有：（1）选用耐蚀材料；（2）控制水质；（3）使用杀生涂料；（4）阴极保护；（5）化学清洗和物理清洗；（6）防止日光照射；（7）旁流过滤；（8）混凝沉淀；（9）噬菌体法；（10）添加刹生剂；（11）静电水处理。     

Microbiologically influenced corrosion of underground pipelines under the disbonded coatings

The microbiologically influenced corrosion (MIC) of underground pipeline was identified. Corrosion was typically found under the disbonded area of girth welds coating where cathodic protection (CP) current could not penetrate. Sulfate reducing bacteria (SRB) and fermentative acid producing bacteria (APB) were confirmed as the microbes involved in the corrosion process. This corrosion occurred despite the fact that the CP level was well below the criteria of -850 mV (Cu/CuS0₄). Detailed field surveys and laboratory analysis revealed the presence of high numbers of microbes at these sites, metallurgical and mineralogical fingerprints of MIC. The results indicate that the synergistic effects of disbonding, the ineffective input of CP current under the disbonded coatings, and environments favorable to bacterial growth were the corrosion mechanism.     

金属材料海洋环境生物污损腐蚀研究进展

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。     

AFM技术在微生物腐蚀研究中的应用

介绍了原子力显微镜(AFM)的工作原理、操作模式以 及在微生物腐蚀研究中的应用,包括原位观察细菌和微生物膜形貌、测量力-距离曲线研究微生物在材料表面的粘附力、测量材料表面电位的不同得知生物膜厚度和腐蚀程度.同时还介绍了电化学原子力显微镜的应用.     

深海装备微生物腐蚀研究现状及发展趋势

主要介绍了深海装备微生物腐蚀机制，回顾了深海装备微生物腐蚀现状，分析并概述了微生物腐蚀的研究趋势，并对这一研究领域的影响因素进行了讨论。目前深海微生物腐蚀研究不多，且深海微生物环境模拟方法和技术也存在很多不足和不确定因素，应加强以应用为目的的深海装备微生物腐蚀性能研究，探索其在深海极端环境中的腐蚀规律和防护方法，并建立深海微生物腐蚀数据库，为今后深海装备的设计应用、防腐等性能的提高提供强有力的支持和保障。     

海洋用金属材料的微生物腐蚀研究进展

虽然海洋环境下所使用的金属材料的机械性能和耐蚀性能都较好,但近年来关于海洋工程材料腐蚀失效的报道却越来越多。以海洋环境下金属材料的腐蚀为背景,重点介绍了近年来逐渐引起人们重视的金属材料微生物腐蚀的研究进展。一些经典的腐蚀理论虽然能够解释一些微生物腐蚀现象,但是目前微生物腐蚀逐渐成为很多工业环境下普遍存在的严重问题,这些机理的片面性也就逐渐暴露出来。随着研究的深入,人们对微生物腐蚀机理的认识更加全面、深入。研究者逐步提出了基于生物能量学和生物电化学的微生物腐蚀理论,该理论引入了微生物胞外电子传递过程,解释了微生物为什么和如何腐蚀金属材料,并获得了学术界的普遍认可。为了解决传统抗微生物腐蚀方法的诸多不足,开发新型抗菌材料、研发环保型杀菌剂和杀菌剂增效剂将会为微生物腐蚀防治提供新思路。     

Model for microbiologically influenced corrosion potential assessment for the oil and gas industry

Corrosion is one of the major causes of failure in onshore and offshore oil and gas operations. Microbiologically influenced corrosion (MIC) is inherently more complex to predict, detect and measure because, for instance, the presence of biofilm and/or bacterial products is not sufficient to indicate active microbiological corrosion. The major challenge for current MIC models is to correlate factors that influence corrosion (i.e. chemical, physical, biological and molecular variables) with the potential of having MIC. Previous work has proposed the potential for MIC as a simple product of multiple factors, without fully considering the synergy or the interference among the factors. The present work proposes a network-based approach to analyse and predict MIC potential considering the complex interactions among a total of 60 influencing factors and 20 screening parameters. The proposed model has the ability to capture the complex interdependences and the synergic interactions of the factors used to assess MIC potential and uses an object-oriented approach based on a Bayesian Network. The model has been tested and verified using real data from a pipeline leakage incident that was a result of MIC. The proposed model constitutes a significant step in deepening the understanding of when MIC occurs and its predictability.

List of acronyms: APB: acid producing bacteria; Aw: water activity; BN: Bayesian network; MIC: microbiologically influenced corrosion; MMMs: molecular microbiological methods; NRB: nitrate-reducing bacteria; OOBN: object-oriented Bayesian network; PWRI: produced water re-injection; SPs: screening parameters; SRB: sulphate-reducing bacteria; SRPs: sulphate-reducing prokaryotes; TDSs: total dissolved solids