Corros. Sci.：细菌减少情况下硫酸盐还原菌中抗菌性含Cu 316L不锈钢腐蚀性研究
【引言】
腐蚀已经成为产品失效的主要机制，研究者也已经根据其特性改变其失效条件，比如涂层,抑制剂和阴极保护，还有一系抗蚀性能合金的开发与运用用于提高抗腐蚀能力。其中，微生物腐蚀（MIC）也是工业应用中主要的腐蚀类型。因此，微生物腐蚀防护问题也是海内外研究者共同关注的一个热点话题，以杀菌剂最为常用。然而，现有的相当一部分杀菌剂会污染水资源和人类健康。
【成果介绍】
近来，含铜不锈钢（SS）由于其优异的抗菌性能得到了广泛关注。研究发现，SS含有杀死Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus葡萄球菌这样细菌的能力。本文由华中科技大学刘宏芳教授，卡尔加里大学Y. Frank Cheng（共同通讯作者）等人发表论文“Corrosion of antibacterial Cu-bearing 316L stainless steels in the presence of sulfate reducing bacteria”得到以下结论，即在中等含量SRB（SRB：一种含有硫酸盐的介质）中，通过观察宏观显微组织特点及电化学测量方法，研究发现了两种抗菌性含Cu 316L不锈钢的腐蚀性能。其中，Cu含量的添加并没有提高316L不锈钢在微生物研究方面的抗腐蚀性能。而且，316L-Cu-A的防腐蚀性能比316L-Cu-B（即，钢中被认为添加La和Ce元素，而不是Cu元素）的防腐蚀性能好很多。Cu离子由SRB产生的硫元素反应，从而在钢表面形成硫化铜使得含Cu不锈钢腐蚀加剧。
【图文导读】
表1. 本篇所用不锈钢材料成分组成(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 | - |
图1.（a）展示了3种不同锈钢21天后在无菌培养体上的动电位极化曲线。（b）在SRB培养介质中浸泡21天的动电位极化曲线。（c)在SRB培养介质中浸泡40天的动电位极化曲线。
在图中可以看到，几乎所有钢都会被钝化。在316L-Cu-A的icorr最小时，对于316L SS,存在最大的腐蚀电流和最窄的阴极可以消减范围。阴极电流密度暗示着钢作为阴性电极的稳定性。阴极为316L-Cu-A的电化学稳定性比316L-Cu-B的要高。
图2.在SRB 培养基培育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 图像
在316L SS (图a)主要组成物表面有明显宽阔生物薄膜腐蚀产物生成。与316L SS相比较，316L-Cu-A(图b)表面有少许固着SRB细胞。
图3. 在SRB培养液中放置7天后的，表面样品分别由316L SS, 316L-Cu-A 和 316L-Cu-B,薄膜形成的EDS元素分析
图中Fe, Cr, Ni 和 C元素可以在每个图中找到。Fe, Cr 和Ni是在不锈钢表面阴极薄膜主要的组成物。S元素是316L SS和316L-Cu-A中属于微量元素。
图4. 展示了使用316L SS SRB培养基介质中3种类型OCP与时间的关系（即误差线的位置代表3种试验的标准偏差）
.
对于316L SS主要控制物有极值OCP，在-0.54 V (SCE)左右波动。含Cu钢含有少量OCP。在介质中，316L-Cu-A的阴极比316LCu-B阴极更倾向于阴极。OCP值的不同对钢表面生物薄膜和腐蚀产物的形成有一定贡献。
图5.显示了在SRB培养基中电极分别为3种316L SS Nyquist 和 Bode 图
(a)和(b)主要是316L SS,(c)和(d)是316L-Cu-A, (e )和(f) 为316L-Cu-B。在适当电流回路下，黑色的固相线满足阻抗曲线。
图6. 等效电路
应选择适合的电流回路满足阻抗数据要求。
图7. 在SRB培养基中对于三种类型的316L SS电极Rp 值的时间依赖性。误差线代表三种实验的标准偏差
电化学电流回路，Rs是溶剂阻抗。Rf和Qf分别是表面薄膜阻抗和电容。Rct和Qdl 分别是电流转换阻抗和双层电容。W是Warburg 阻抗。
图8. 显示了在SRB介质中放置 21天后除去生物薄膜和腐蚀产物的OCP试样表面形态SEM图像
可以从中观察出，尽管在SRB培养基介质中3个不锈钢无菌溶液里没有明显的腐蚀，点蚀却广泛的分布。主要控制物316L SS,(b) 316L-Cu-A, (c) 316L-Cu-B。
【小结】
从 EIS和动点位极化测量标准, 出现了多余的点腐蚀和与其一致的腐蚀同时发生在含有316L SS的SRB培养基316L-Cu-A316L-Cu-B。316L-Cu-B一致的腐蚀和点腐蚀比316L-Cu-B差许多。由硫化物产生的 SRB 的不锈钢表面Cu 离子的反应是提高不锈钢腐蚀性的关键原因。
文献链接：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）
本文由材料人编辑部付钰编辑，陈炳旭审核，点我加入材料人编辑部。
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