金屬所研發(fā)成功一種新型耐微生物腐蝕雙相不銹鋼

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(zhǎng)期受到海水的侵蝕及微生物的作用，因此對(duì)其耐蝕性提出了更高的要求。對(duì)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(guó)家因此均設(shè)立了國(guó)家戰(zhàn)略項(xiàng)目支持該領(lǐng)域的研究開(kāi)發(fā)，但是都還沒(méi)有很好地解決該問(wèn)題。海洋工程材料的微生物腐蝕和生物污損問(wèn)題每年給國(guó)家造成近萬(wàn)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(wèn)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(guó)海洋工程領(lǐng)域中亟待解決的重大問(wèn)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(duì)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(gè)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(kāi)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(duì)日常生活中常見(jiàn)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(duì)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(guò)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(lái)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(wèn)世填補(bǔ)了我國(guó)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(jià)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(guó)家發(fā)明專利。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)、國(guó)家材料環(huán)境腐蝕平臺(tái)和中國(guó)科學(xué)院金屬研究所“所優(yōu)秀學(xué)者”科研啟動(dòng)金的資助。