Corros. Sci.：細菌減少情況下硫酸鹽還原菌中抗菌性含Cu 316L不銹鋼腐蝕性研究
【引言】
腐蝕已經成為產品失效的主要機制，研究者也已經根據其特性改變其失效條件，比如涂層,抑制劑和陰極保護，還有一系抗蝕性能合金的開發與運用用于提高抗腐蝕能力。其中，微生物腐蝕（MIC）也是工業應用中主要的腐蝕類型。因此，微生物腐蝕防護問題也是海內外研究者共同關注的一個熱點話題，以殺菌劑最為常用。然而，現有的相當一部分殺菌劑會污染水資源和人類健康。
【成果介紹】
近來，含銅不銹鋼（SS）由于其優異的抗菌性能得到了廣泛關注。研究發現，SS含有殺死Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus葡萄球菌這樣細菌的能力。本文由華中科技大學劉宏芳教授，卡爾加里大學Y. Frank Cheng（共同通訊作者）等人發表論文“Corrosion of antibacterial Cu-bearing 316L stainless steels in the presence of sulfate reducing bacteria”得到以下結論，即在中等含量SRB（SRB：一種含有硫酸鹽的介質）中，通過觀察宏觀顯微組織特點及電化學測量方法，研究發現了兩種抗菌性含Cu 316L不銹鋼的腐蝕性能。其中，Cu含量的添加并沒有提高316L不銹鋼在微生物研究方面的抗腐蝕性能。而且，316L-Cu-A的防腐蝕性能比316L-Cu-B（即，鋼中被認為添加La和Ce元素，而不是Cu元素）的防腐蝕性能好很多。Cu離子由SRB產生的硫元素反應，從而在鋼表面形成硫化銅使得含Cu不銹鋼腐蝕加劇。
【圖文導讀】
表1. 本篇所用不銹鋼材料成分組成(wt.%)
| ? | Cr | Ni | Mo | Mn | C | Si | P | S | Cu | La |
| 316L SS | 17.85 | 13.90 | 2.70 | 0.68 | 0.02 | 0.62 | 0.007 | 0.001 | - | - |
| 316L-Cu-A | 18.18 | 14.50 | 3.02 | 0.65 | 0.016 | 0.61 | 0.005 | 0.001 | 4.36 | <0.01 |
| 316L-Cu-B | 18.31 | 14.10 | 2.75 | 0.71 | 0.014 | 0.61 | 0.008 | 0.001 | 4.36 | - |
圖1.（a）展示了3種不同銹鋼21天后在無菌培養體上的動電位極化曲線。（b）在SRB培養介質中浸泡21天的動電位極化曲線。（c)在SRB培養介質中浸泡40天的動電位極化曲線。
在圖中可以看到，幾乎所有鋼都會被鈍化。在316L-Cu-A的icorr最小時，對于316L SS,存在最大的腐蝕電流和最窄的陰極可以消減范圍。陰極電流密度暗示著鋼作為陰性電極的穩定性。陰極為316L-Cu-A的電化學穩定性比316L-Cu-B的要高。
圖2.在SRB 培養基培育7天之后的(a)316L SS,(b) 316L-Cu-A (c) 316L-Cu-B,所制表面薄膜形成后SEM 圖像
在316L SS (圖a)主要組成物表面有明顯寬闊生物薄膜腐蝕產物生成。與316L SS相比較，316L-Cu-A(圖b)表面有少許固著SRB細胞。
圖3. 在SRB培養液中放置7天后的，表面樣品分別由316L SS, 316L-Cu-A 和 316L-Cu-B,薄膜形成的EDS元素分析
圖中Fe, Cr, Ni 和 C元素可以在每個圖中找到。Fe, Cr 和Ni是在不銹鋼表面陰極薄膜主要的組成物。S元素是316L SS和316L-Cu-A中屬于微量元素。
圖4. 展示了使用316L SS SRB培養基介質中3種類型OCP與時間的關系（即誤差線的位置代表3種試驗的標準偏差）
.
對于316L SS主要控制物有極值OCP，在-0.54 V (SCE)左右波動。含Cu鋼含有少量OCP。在介質中，316L-Cu-A的陰極比316LCu-B陰極更傾向于陰極。OCP值的不同對鋼表面生物薄膜和腐蝕產物的形成有一定貢獻。
圖5.顯示了在SRB培養基中電極分別為3種316L SS Nyquist 和 Bode 圖
(a)和(b)主要是316L SS,(c)和(d)是316L-Cu-A, (e )和(f) 為316L-Cu-B。在適當電流回路下，黑色的固相線滿足阻抗曲線。
圖6. 等效電路
應選擇適合的電流回路滿足阻抗數據要求。
圖7. 在SRB培養基中對于三種類型的316L SS電極Rp 值的時間依賴性。誤差線代表三種實驗的標準偏差
電化學電流回路，Rs是溶劑阻抗。Rf和Qf分別是表面薄膜阻抗和電容。Rct和Qdl 分別是電流轉換阻抗和雙層電容。W是Warburg 阻抗。
圖8. 顯示了在SRB介質中放置 21天后除去生物薄膜和腐蝕產物的OCP試樣表面形態SEM圖像
可以從中觀察出，盡管在SRB培養基介質中3個不銹鋼無菌溶液里沒有明顯的腐蝕，點蝕卻廣泛的分布。主要控制物316L SS,(b) 316L-Cu-A, (c) 316L-Cu-B。
【小結】
從 EIS和動點位極化測量標準, 出現了多余的點腐蝕和與其一致的腐蝕同時發生在含有316L SS的SRB培養基316L-Cu-A316L-Cu-B。316L-Cu-B一致的腐蝕和點腐蝕比316L-Cu-B差許多。由硫化物產生的 SRB 的不銹鋼表面Cu 離子的反應是提高不銹鋼腐蝕性的關鍵原因。
文獻鏈接：Corrosion of antibacterial Cu-bearing 316L stainless steels in the presence of sulfate reducing bacteria（Corros. Sci. 2017, DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2017.12.006）
本文由材料人編輯部付鈺編輯，陳炳旭審核，點我加入材料人編輯部。?
材料測試，數據分析，上測試谷!
文章評論(0)