X80管线钢表面SRB生物膜特征及腐蚀行为

采用SEM、Raman光谱、XPS等分析手段,结合扫描振动电极(SVET)、微区电化学测试和电化学阻抗谱(EIS)等电化学测量技术,研究含硫酸盐还原菌(SRB)的模拟海水中X80管线钢表面生物膜的形成、特征,生物膜与膜下金属的交互作用,以及管线钢腐蚀行为及电化学过程特征。结果表明:SRB微菌落及胞外聚合物(EPS)形成初期,EPS的屏障作用抑制X80钢的腐蚀过程;SRB生物膜形成后,X80钢的自然腐蚀电位降低约20 mV,SRB显著促进了管线钢的腐蚀过程;浸泡后期SRB及其生物膜使X80钢腐蚀速率较灭菌对照组高出约1个数量级。SRB生物膜与腐蚀产物Fe2+/Fe3+间存在络合、螯合作用,细胞及其代谢产物硫化物与金属间存在直接或间接电子交互作用,这些作用相互协同耦合,促使生物膜下局部腐蚀的发生和发展。     

磁场对纯Cu微生物腐蚀行为的影响

从位于中国东海的舟山海域海底沉积物中分离提取得到4种细菌,分别为弧菌、威尼斯不动杆菌、河流弧菌及咸海鲜芽孢杆菌。采用电化学测量和表面分析技术研究了外加磁场下纯Cu在4种混合细菌溶液中的腐蚀行为。结果表明,磁场对细菌生长无明显影响,但影响Cu表面生物膜的结构与成分,加快生物膜形成与剥落的速率,且磁场越大,附着速度越快。随着磁场增大,生物膜中脂质含量减少,生物膜组成由脂质、蛋白质、碳水化合物转变成蛋白质和碳水化合物,且蛋白质含量降低,碳水化合物含量增多。施加磁场,样品在溶液中的Rct值明显提高,腐蚀电流密度减小,同时表面的点蚀程度减弱,表明磁场可以抑制Cu的微生物腐蚀进程,且磁场强度为60 mT时比28 mT时更能明显抑制Cu的腐蚀。     

生物膜微环境分析技术在供水管网腐蚀研究中的应用

介绍了近些年在生物膜微环境分析领域迅速发展的显微镜观测技术(激光扫描显微镜),表面分析技术(电子显微镜,原子力显微镜,傅立叶转换红外光谱,拉曼光谱)和微电极技术,分析对比多种技术的优势和不足,简要介绍其在腐蚀研究中的应用,并探讨了生物膜微环境分析技术在供水管网腐蚀问题中的研究方向。     

微生物腐蚀中生物膜的生成、作用与演变

自然界中,微生物常常附着在材料表面形成生物膜,影响金属表面的电化学过程,从而诱发微生物腐蚀。生物膜与微生物腐蚀的发生密切相关,其结构组成、成膜过程对金属的腐蚀反应类型与速率有着很大的影响。由于微生物活动的复杂性以及缺乏生物膜与金属界面之间交互作用的深刻认识,微生物腐蚀的发生和发展机制尚不清晰。基于此,从生物膜的角度阐述了金属微生物腐蚀的作用机制。介绍了易引起材料腐蚀的常见菌种,如硫酸盐还原菌、硫氧化菌、铁氧化菌、硝酸盐还原菌及其他腐蚀菌,并对它们的腐蚀机理进行了概述。综合论述了生物膜的特征、生成步骤,以及它是如何随时间和外部环境进行动态演变的。着重讨论了影响生物膜生成和发展的因素,包括材料因素以及环境因素,如温度、溶解氧、pH值、Cl~-、Fe~(2+)、水体流速、营养介质、磁场。最后,针对外界影响因素的复杂性,阐述了生物膜研究过程中存在的问题,同时对模拟生物环境过程中合理设计实验方案的重要性进行了展望。     

7075-T6镁铝合金的微生物腐蚀行为研究

采用电化学方法研究了7075-T6镁铝合金在含有微生物的航煤溶液中的腐蚀行为。结果表明：微生物的存在使得镁铝合金的自腐蚀电位时而正移时而负移,溶液中的pH值下降,合金的耐蚀性降低;浸泡前期,电极表面形成的生物膜均匀致密,可以减缓基体的腐蚀;浸泡后期,生物膜破裂,加速了阴极去极化作用,基体腐蚀加速;生物膜的不断生成和破裂,使得溶液中的离子及溶解氧扩散到电极表面,导致腐蚀持续加速进行。     

利用丝束电极技术研究模拟微生物膜/金属界面的电化学不均匀性

利用丝束电极技术研究模拟微生物膜/金属界面局部腐蚀电位、腐蚀电流分布规律与膜内过氧化氢分布的相关性.海藻酸钙凝胶用来模拟微生物膜.结果表明,基于LabVlEW软件及模块化仪器构建的丝束电极测量装置,能快速、准确获得局部电极电位及电流信息.     

航煤铁细菌对X80钢腐蚀行为的影响

采用失重法、电化学技术以及表面分析技术研究了X80钢在有、无铁细菌(IOB)的模拟航煤积水溶液中的腐蚀行为。结果表明:IOB的存在加快了X80钢的腐蚀速率。X80钢在有、无IOB的溶液中均发生严重腐蚀,在含有IOB溶液体系的腐蚀速率是无菌溶液体系的两倍多。含IOB的溶液体系中,X80钢试样表面生物膜的致密性与IOB的数量变化呈正相关。IOB组成的生物膜起到了钝化保护作用,会阻碍溶液中部分腐蚀性离子的侵入,IOB存在于生物膜内,为维持自身的新陈代谢对X80钢造成了更严重的腐蚀,基体被腐蚀呈现带棱角的片状腐蚀产物。无菌溶液中的X80钢仅受到溶液中腐蚀性离子的影响,试样表面发生均匀腐蚀,且腐蚀产物膜呈疏松多孔的形貌。     

硫酸盐还原菌模拟生物膜对907A钢腐蚀的影响

根据生物膜的结构特征,以硫酸盐还原菌和琼脂的混合物沉积于907A钢表面,形成人工模拟生物膜,采用微电极研究了模拟生物膜下溶解氧的分布情况,采用环境扫描电镜和能谱表征了模拟生物膜下907A钢在不同环境中的腐蚀情况。研究结果表明在人工模拟生物膜内,距离金属材料表面越近,溶氧量越低;金属材料的腐蚀情况受环境影响,当环境中富含还原性物质且SRB生长旺盛时,907A钢腐蚀严重,腐蚀产物以硫化铁为主,当环境中缺乏还原性物质且SRB生长不良时,907A钢的腐蚀产物以铁氧化物为主。     

天然海水中NaN_3对316L不锈钢表面微生物膜催化阴极氧还原的影响

利用荧光显微观察技术选择临界使用浓度的NaN3,分别在O2及N2气氛下采用循环伏安及电化学阻抗技术研究其氧还原过程的电化学行为。结果表明,不锈钢表面的生物膜能够加大还原峰电流密度值,当使用临界浓度的NaN3处理不锈钢试样后,还原峰值明显减小,且峰电位均负移。微生物膜能够促进电子传递给最终电子受体O2,同时降低不锈钢材料发生腐蚀的可能性。由此推测,天然海水中,316L不锈钢表面微生物膜改变了传统阴极氧还原的电子传递途径,即加速了O2作为最终电子受体的电子传递过程,催化了O2的还原;同时,还能够抑制不锈钢材料的腐蚀。     

天然海水微生物对5083铝合金初期腐蚀行为的影响

利用荧光电子显微镜,扫描电镜及能谱表面分析技术和开路电位,电化学阻抗谱,动电位极化电化学技术研究了在天然海水中浸泡初期,天然海水微生物对5083铝合金腐蚀行为的影响.结果表明,在天然海水中,铝合金表面形成良好的生物膜.电化学结果表明,在天然海水中铝合金腐蚀电位负移,点蚀电位正移,电荷转移电阻增大,说明短期浸泡时,天然海水生物膜的形成可以抑制其腐蚀,尤其对点蚀具有明显的抑制作用.在无菌海水中,随时间的增长,铝合金的腐蚀也受到一定程度的抑制,原因是锈蚀产物的形成对铝合金具有一定的保护作用.     

硫酸盐还原菌生物膜下Cu—Zn合金的腐蚀研究

从中原油田污水中分离提纯出硫酸还原菌（SRB）菌株,采用API RP－38推荐使用的培养基在铜材料上形成生物膜。结果表明,随着细菌的生长,细菌的代谢产物改变了黄铜的电极电位,用电子探针（EPMA）、X射线衍射（XRD）对生物膜形貌和成分进行了分析,生物膜中腐蚀产物成分主要有硫化亚铜（Cu2S)等硫化物,用交流阻抗（EIS）技术对生物膜结构进行了分析。     

The corrosion behavior of 70/30 copper‐zinc alloy under the biofilm of sulfate‐reducing bacteria

A laboratory study was carried out on the effect of the biofilm of sulfate‐reducing bacteria (SRB), which plays an important role in corrosion of 70/30 copper‐zinc alloy in culture media under anaerobic condition. The API medium was used to culture the SRB in Zhongyuan oilfield. Potential/time measurement showed that the presence of SRB makes the corrosion potential more active with SRB growth metabolite. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to analyse the electrode process of 70/30 Cu‐Zn alloy with SRB biofilm. Scanning electron microscopy (SEM) examinations revealed the formation of biofilm and corrosion products during exposure to SRB‐containing culture medium. X‐ray diffraction and EDS were used to analyse the corrosion products. The results show that the variation of activity of the SRB biofilm changes with SRB growth by the linear polarization resistance (R_p) and the EIS in culture medium inoculated SRB.     

Growth characteristics of thermophile sulfate-reducing bacteria and its effect on carbon steel

Sulfate-reducing bacteria (SRB) have been identified as the main corrosive microorganisms causing unpredictable failure of materials. In this present work, a strain of thermophile SRB isolated from Bohai oilfield of China has been characterized and preliminarily identified. Furthermore, its effects on carbon steel at 60 °C in SRB culture media were studied by electrochemical methods such as potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and weight loss measurements. The results show that the bacteria belong to Desulfotomaculum. The optimum growth temperature and pH of the bacteria were 60 °C and 7.0, respectively. Weight loss measurements suggested that the corrosion rate of carbon steel in the culture media inoculated with thermophile SRB at 60 °C was 2.2 times less than that at 37 °C. At 60 °C, SRB shifted the freely corroding potential of carbon steel toward a more positive value in the first 10 days, which later change to a negative value. Results obtained from potentiodynamic polarization and EIS were in good agreement. The changes in biofilm structure with increase in bacteria supply offers some kind of protection to the base material in the early culture days at 60 °C. Subsequently, it accelerated corrosion. Energy dispersive spectrometry (EDS) and X-ray diffraction (XRD) methods indicate that corrosion products such as iron sulfides (FeS_x) in biofilm play an important role in the biocorrosion process.     

嗜热硫酸盐还原菌生长特征及其对碳钢腐蚀的影响

采用API-RP38推荐的培养基,从渤海油田分离出嗜热硫酸盐还原菌（SRB）, 对其进行了初步鉴定,并研究了该菌种的生长特征。用电化学手段研究了该嗜热菌种在高温条件下对碳钢腐蚀的影响。结果表明,嗜热SRB生长周期短于常温SRB的生长周期。细菌能在40℃~80℃范围内生长,最佳生长温度为60℃。最佳生长pH范围为6.0~7.6,最适宜pH在7.0左右。 60℃静态挂片实验表明,该嗜热菌对碳钢腐蚀较严重,是空白培养基中的2.6倍。碳钢表面生成不均匀的生物膜,能谱仪（EDS）分析表明,在生物膜不均匀区域腐蚀产物中FeS_x化合物结构不同。 SRB生长过程中电极自腐蚀电位先正移再负移,电化学阻抗谱（EIS）研究表明生物膜的结构随SRB生长而发生变化,从而导致基体材料发生高温微生物腐蚀。     

Specification of sulfate reducing bacteria biofilms accumulation effects on corrosion initiation

The accumulation process of sulfate reducing bacteria (SRB) biofilms established in anaerobic stagnant batch bioreactors on the surface of carbon steel and the nutrient transport and corrosion products distribution in it were characterized by X‐ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). In addition, the corrosion occurrence and development of carbon steel under SRB biofilm was investigated by Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) in‐situ. The results show that the thickness of SRB biofilms increases exponentially with time in the beginning and after 14 days reaches a maximum. From then on, the accumulation rate decreases to zero. In mature biofilms, SRB dispersed throughout the biofilm. In the inner layer near the substrate, due to the high sulfate‐reducing activity of SRB, corrosion products such S^2?, H₂S and organic acid are present, which lead to corrosion occurrence and development. In the outer layer of the biofilm SRB can also reduce the SO^2?₄ to SO^2?₃ and S₂O^2?₃. This metabolism process enhances the Fe²⁺ transfer from the inner to the outer side. The activity of SRB in the biofilm plays a key role in the initial corrosion process.     

硫酸盐还原菌对A3钢电化学腐蚀行为的影响

采用交流阻抗技术和动电位扫描法测Tafel曲线技术 对A3钢在含不同浓度硫酸盐还原菌介质中且未除氧条件下的电化学特性进行了研究，并采用SEM观察试样表面的腐蚀状况.结果表明：硫酸盐还原茵可以促进A3钢的阴极去极化和阳极极化，Ecorr降低；不同菌液浓度中的A3钢的交流阻抗谱图均呈单容抗弧特征，极化电阻Rp随菌液浓度增大而增大. SRB对腐蚀的影响作用与生成的生物膜的致密程 度有关.     

Microbiologically influenced corrosion of X60 carbon steel in CO2‐saturated oilfield flooding water

The corrosion behavior of X60 carbon steel in CO₂‐saturated oilfield flooding water inoculated with sulfate‐reducing bacteria (SRB) was investigated using polarization curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). With the propagation of SRB in the flooding water, the pH values of flooding water increased quickly in the initial 2 days and remained relatively steady during the later stage. Polarization curves showed that the corrosion current density decreased during the first 10 days due to the protection of corrosion products and SRB‐biofilms, and then increased possibly due to the partial detachment of the corrosion products and the biofilms. EIS analysis also showed that the charge transfer resistance increased initially and then decreased with exposure time. In the beginning of corrosion, the anodic dissolution of X60 steel was dominated by CO₂. After the formation of SRB‐biofilms, part of FeCO₃ corrosion products was converted to incompact FeS precipitates by SRB bio‐mineralization. Thus, the dispersed iron sulfide in SRB‐biofilms and X60 steel base may constitute a galvanic couple, accelerating the localized corrosion of the steel base in the flooding water.     

SRB生物膜与碳钢腐蚀的关系

利用间歇式方法培养硫酸盐还原菌（ＳＲＢ）并制备ＳＲＢ生物膜,研究表明,随着细菌的生长,细菌代产物改变了介质的ＰＨ,生物膜百度增加,膜中含菌量升高。在３％ＮａＣｌ水溶液中,覆盖有不同生长期生物膜的碳钢试片的腐蚀速度有明显的差异;电子能谱对生物膜表面分析结果表明,不同生长期生物膜腐蚀产物的Ｆｅ／Ｓ比各不相同。为了验证生物膜中主要腐蚀因素,利用化学方法在试片表面沉积ＦｅＳ膜,利用细菌滤膜隔离ＳＲＢ,在度     

钙离子对碳钢微生物腐蚀的影响

利用原子力显微镜、电子探针和电化学测试等技术，研究了Ca^2 离子对碳钢表面生物膜的形成、微生物腐蚀程度以及杀菌剂杀菌效果的影响．结果表明：Ca^2 离子促进了硫酸盐还原菌(SRB)的生长，增加了生物膜的致密性，降低了碳钢微生物腐蚀的敏感性．但同时也增加了SRB对杀菌剂的敏感性，给防治SRB带来更大困难。     

土壤中残余尿素对Q235钢微生物腐蚀的影响

利用电化学阻抗谱、动电位扫描测试技术、扫描电镜以及表面能谱分析方法在湿度为10%的土壤中,研究了尿素(0.05 mass%)对Q235钢微生物腐蚀的影响。结果表明,在接菌土壤中尿素对Q235钢腐蚀起加速作用,在灭菌土壤中尿素对Q235钢腐蚀起抑制作用。在接菌土壤中,试验前期阻抗谱上出现一个时间常数;5 d后变为两个时间常数,试件表面已生成一层腐蚀产物。试验后期出现Warburg阻抗,表明此时电极反应受扩散控制,并且接菌土壤中试样的腐蚀产物中存在S元素。