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牡蛎和海鞘对高强度钢海洋腐蚀行为的影响机理研究

文献类型:学位论文

作者王正泉
答辩日期2023-05
文献子类博士
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院海洋研究所
导师王秀通
关键词宏观污损生物,海洋腐蚀,微生物群落,分泌物,AISI 4135钢
学位名称理学博士
英文摘要

  宏观污损生物(Macrofouling organisms)的附着会对海洋中服役钢结构的腐蚀过程产生影响,影响钢结构的完整性和服役寿命,带来巨大的经济损失和生命威胁。目前国内外对于海洋宏观污损生物附着条件下的钢腐蚀行为研究尚浅。深入研究宏观污损生物附着影响的钢海洋腐蚀行为和腐蚀机理具有现实意义。

  研究了宏观硬污损生物Hard-fouling organisms牡蛎(Oyster)对钢海洋腐蚀行为的影响。结果表明,牡蛎附着导致了钢表面严重的缝隙腐蚀。提出了由牡蛎影响的钢缝隙腐蚀模型,表明牡蛎分泌物可以渗透进入牡蛎/钢界面并在紧密覆盖区域固化,作为锈层稳定剂减缓钢的腐蚀速率;相反,氧浓差电池、富集的Cl-、厌氧微生物、分泌物有机自由基以及分泌物固化过程中的氧化交联作用,均作为局部腐蚀促进剂,促进了牡蛎/钢覆盖缝隙区域的缝隙腐蚀。

  研究了宏观硬污损生物牡蛎和宏观软污损生物(Soft-fouling organisms)海鞘(Ascidian)影响钢海洋腐蚀行为的差异。结果表明,电化学过程、氧扩散、离子传输路径和分泌物状态的差异导致了钢的不同腐蚀形式。表现为牡蛎/钢界面的缝隙腐蚀,以及海鞘/钢界面的均匀腐蚀。提出了一个微观反应机制,涉及由Cl-、厌氧菌、封闭空间和分泌物等综合作用的影响,为两种腐蚀行为提供了合理的解释。

  从宏基因组视角分析了促进宏观污损生物/钢界面微生物腐蚀(MIC)过程的复杂微生物群落(Microbial communities)。结果表明,宏观污损生物覆盖的微生态环境和宏观污损分泌物提供的营养源刺激了界面微生物群落的丰度和多样性,硬污损和软污损覆盖的界面微生物诱导的MIC存在明显差异。相比海鞘,牡蛎/钢界面特殊的厌氧环境刺激了硫酸盐还原菌(SRBs)的活性,SRB DesulfovibrioDesulfobulbus,以及SRB相关功能基因dsr增加,O2相关功能基因coxCccoNccoOccoPccoQ减少导致了界面严重的局部腐蚀并伴随着FeS的生成同时,微生物丰度、多样性与钢表面的MIC过程没有直接关系,认为只有少数腐蚀性微生物群落参与了界面的MIC过程,以SRBs为代表。

  研究了牡蛎分泌物对牡蛎/钢界面腐蚀过程的影响。结果表明,牡蛎壳紧密覆盖区域固化的分泌物和缝隙中海水由于在钢表面存在电位差,导致了局部腐蚀电池的形成,加速了缝隙区域的进一步腐蚀;牡蛎分泌物作为锈转化剂和锈稳定剂渗透进入牡蛎/钢界面的锈层,使得锈层由疏松多孔的孔隙结构转变为致密的层状结构减缓腐蚀并起到保护钢基体的作用;牡蛎分泌物独特的化学组成、分子量和Zeta电位为其进一步固化锈层和锈转化提供了基础;此外,已经被证实具有腐蚀抑制作用的氨基酸在分泌物中含有较高的含量。

语种中文
源URL[http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/181250]  
专题海洋研究所_海洋腐蚀与防护研究发展中心
推荐引用方式
GB/T 7714
王正泉. 牡蛎和海鞘对高强度钢海洋腐蚀行为的影响机理研究[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学. 2023.

入库方式: OAI收割

来源:海洋研究所

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