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超音速微粒轰击2205双相不锈钢的耐海洋微生物腐蚀性能研究

来源:至德钢业 日期:2020-03-28 12:11:51 人气:452

  双相不锈钢具有优异的耐腐蚀性能而广泛应用于海洋工程领域,但在复杂的海生态环境中仍然面临严峻的海洋微生物腐蚀(MIC)的威胁。研究表明高能轰击技术能够赋予材料表面致密、稳定的钝化膜,形成较高的表面残余压应力,有利于提高材料的耐腐蚀性能同时赋予材料表面抑制细菌粘附的潜能。在高能轰击技术中,超音速微粒轰击(SFPB)技术具有轰击效率高、可处理复杂形状及大面积结构件等特点而备受关注。但目前针对其提高双相不锈钢耐腐蚀性能的研究较少,微生物腐蚀的相关研究更是鲜有报道。

 

   浙江至德钢业有限公司针对海工常用材料2205双相不锈钢,采用超音速微粒轰击技术对其进行表面改性,探究超音速微粒轰击处理对2205双相不锈钢表面形貌、结构、疏水性能、抗菌性能等的影响。利用电化学测试方法,在探讨2205双相不锈钢在无菌、有菌环境中的腐蚀性能的基础上,研究超音速微粒轰击处理对2205双相不锈钢耐微生物腐蚀性能的影响。结果表明超音速微粒轰击处理使2205双相不锈钢的表面粗糙度略有增加,但未产生微裂纹等局部缺陷。同时超音速微粒轰击处理使其表面电子功函数减小,表面硬度增加,疏水性能提高。透射电子显微镜观察表明近表面区域有大量位错缠结,是其表面残余压应力提高的主要原因。平板涂布计数法和活死染色实验结果表明超音速微粒轰击处理使得2205双相不锈钢的抗菌性能得到显著提高,这主要源于超音速微粒轰击处理使材料的表面电子功函数减小、表面残余压应力提高。利用电化学测试方法研究了2205双相不锈钢在无菌和含铜绿假单胞菌溶液中的腐蚀行为。结果显示,在7天整个浸泡期无菌溶液中测得的EOCP、线性极化电阻Rp和电荷转移电阻Rct均大于有菌溶液,表明铜绿假单胞菌加速了2205双相不锈钢的腐蚀。动电位极化曲线显示2205双相不锈钢在无菌和有菌溶液中的维钝电流密度ip都随着浸泡时间延长而不断增大,且在每个时间点有菌溶液的ip均大于无菌环境,进一步证明了铜绿假单胞菌加速了2205双相不锈钢的腐蚀进程。扫描电子显微镜观察结果显示在有菌溶液中随着浸泡时间的延长,表面粘附的细菌量逐渐增多,浸泡3天后表面细菌聚集形成一个个小团簇,浸泡7天菌落进一步聚集形成细菌生物膜。细菌生物膜的形成加速了表面点蚀的发生,导致更严重的局部腐蚀。X射线光电子能谱结果显示,2205双相不锈钢在铜绿假单胞菌存在条件下表面形成可溶于水的CrO3,导致MIC点蚀发生。

 

  利用电化学测试方法研究了超音速微粒轰击处理前后2205双相不锈钢在无菌和含铜绿假单胞菌溶液中的腐蚀行为。短期24小时和长期14天的电化学测试结果显示,超音速微粒轰击2205双相不锈钢的线性极化电阻Rp和电荷转移电阻Rct均高于2205双相不锈钢,说明超音速微粒轰击处理提高了2205双相不锈钢的耐腐蚀性能。极化曲线显示超音速微粒轰击2205双相不锈钢具有更小的维钝电流密度ip和更高的击破电位Epit,进一步说明了超音速微粒轰击提高了2205双相不锈钢的耐均匀腐蚀性能和耐点蚀性能。极化后超音速微粒轰击2205双相不锈钢样品表面粘附的细菌量明显少于2205双相不锈钢,有效地减少了由于细菌粘附导致的MIC点蚀的发生。同时,由于超音速微粒轰击2205双相不锈钢近表面区存在大量位错缠结而导致表面残余压应力增大,使钝化膜的活性增加、再钝化能力增强,因而表现出更好的耐腐蚀性能。综上,超音速微粒轰击处理可以有效地提高2205双相不锈钢的耐海洋微生物腐蚀性能,我们的工作为海工用钢的微生物腐蚀防护提供了新思路。

 

  结果说明无论无菌环境还是有菌环境,2205双相不锈钢在浸泡1天内腐蚀速度均迅速增加,之后趋于平稳,但在整个7天浸泡期,有菌环境中样品的腐蚀更严重。分析原因可能由于浸泡早期,即1天内样品表面钝化膜的完整性迅速遭到腐蚀性介质的破坏,因而导致腐蚀进程加快。但之后钝化膜的破坏与修复渐趋平衡,表现为腐蚀趋于平缓,与无菌环境比较铜绿假单胞菌的存在对钝化膜的破坏更严重,因而整体表现为腐蚀速度更快。

 

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