由于海洋工程裝備及結(jié)構(gòu)件是在苛刻的腐蝕性環(huán)境下服役，其水下結(jié)構(gòu)長期受到海水的侵蝕及微生物的作用，因此對其耐蝕性提出了更高的要求。對海洋工程裝備用不銹鋼而言，海水中的氯離子腐蝕和微生物腐蝕一直是世界公認(rèn)的難題，世界上主要發(fā)達(dá)國家因此均設(shè)立了國家戰(zhàn)略項(xiàng)目支持該領(lǐng)域的研究開發(fā)，但是都還沒有很好地解決該問題。海洋工程材料的微生物腐蝕和生物污損問題每年給國家造成近萬億元的經(jīng)濟(jì)損失和30%以上海中航行體的能源浪費(fèi)，已成為嚴(yán)重制約重大海洋工程技術(shù)和裝備發(fā)展的技術(shù)瓶頸之一，其導(dǎo)致的材料失效問題更是嚴(yán)重地影響到海洋工程裝備的可靠性和壽命。因此，海洋工程材料的微生物腐蝕失效機(jī)理與防護(hù)技術(shù)已成為我國海洋工程領(lǐng)域中亟待解決的重大問題。
研究證實(shí)，導(dǎo)致海洋用金屬結(jié)構(gòu)件微生物腐蝕的主要原因就是金屬表面細(xì)菌生物膜的生成。如果能有效抑制和殺滅粘附在金屬材料表面的細(xì)菌生物膜，就能有效緩解或抑制微生物腐蝕的發(fā)生。因此，利用抗菌不銹鋼的抗菌特性及其對細(xì)菌生物膜形成的抑制作用，從而提高不銹鋼的抗微生物腐蝕能力，是一個富有創(chuàng)新性的新思路。金屬所的楊柯研究團(tuán)隊(duì)利用銅離子的強(qiáng)烈殺菌特性，早在本世紀(jì)初就已經(jīng)成功開發(fā)出奧氏體、鐵素體和馬氏體等多種類型含銅抗菌不銹鋼，這些抗菌不銹鋼對日常生活中常見的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、氣單孢菌等細(xì)菌都有明顯的殺滅作用。
針對不銹鋼在海洋環(huán)境中形成的細(xì)菌生物膜，在楊柯研究員的指導(dǎo)下，該研究團(tuán)隊(duì)的徐大可博士和楊春光博士近期成功地研發(fā)出一種具有耐微生物腐蝕能力的抗菌雙相不銹鋼(2205-Cu)。研究結(jié)果表明，2205-Cu不銹鋼在2216E培養(yǎng)基條件下與引起海洋微生物腐蝕的銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)共培養(yǎng)7天后，殺菌率達(dá)到96.9%。共培養(yǎng)14天后，普通2205雙相不銹鋼表面上微生物腐蝕所導(dǎo)致的最深點(diǎn)蝕深度為9.50mm，而2205-Cu抗菌雙相不銹鋼表面上微生物腐蝕所導(dǎo)致的最深點(diǎn)蝕深度僅為1.44mm。通過極化曲線獲得的腐蝕電流密度結(jié)果也顯示，2205-Cu抗菌雙相不銹鋼具有極強(qiáng)的耐微生物腐蝕的能力，在2216E培養(yǎng)基條件下與銅綠假單胞菌共培養(yǎng)14天后，腐蝕電流密度僅為0.04μA cm-2，而普通2205雙相不銹鋼的腐蝕電流密度為0.20μA cm-2。
2205 雙相不銹鋼是海洋環(huán)境下目前使用最廣泛的雙相不銹鋼，近年來出現(xiàn)的關(guān)于海洋細(xì)菌腐蝕導(dǎo)致2205雙相不銹鋼失效的報(bào)道已經(jīng)起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
2205-Cu這種耐微生物腐蝕能力極強(qiáng)的抗菌雙相不銹鋼的問世填補(bǔ)了我國在海洋抗菌工程材料領(lǐng)域中的空白，該研究成果具有重要的學(xué)術(shù)意義與實(shí)際應(yīng)用價值。研究結(jié)果已在近期刊登在Biofouling《生物污損》(2015，31，481-492)上，并已申報(bào)國家發(fā)明專利。該項(xiàng)研究得到了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)、國家材料環(huán)境腐蝕平臺和中國科學(xué)院金屬研究所“所優(yōu)秀學(xué)者”科研啟動金的資助。 |
