[科普中国]-生物腐蚀

生物腐蚀由于生物活动性导致非生命物质的性质发生不利于人类需求的变化，即非生命物质的内在价值受到削弱。很多生物（包括微生物、昆虫、啮齿类、藻类、鸟类等）都能引起生物腐蚀。生物腐蚀过程可分为两类：①机械的，包括非营养物质被昆虫和啮齿动物啮蚀和穿孔。②化学的，包括同化效应和异化效应。同化效应是指生物将物质中的基质作为营养源使用，异化效应则指生物产生代谢产物（如酸性物质），引起腐蚀、霉变、变色、变质或使之不能使用。生物腐蚀在海洋能开发利用中普遍存在。

腐蚀形式生物腐蚀形式主要有以下四类：

（1）生物摄取加速腐蚀。用有机物防腐时，有些有机物与生物发生作用而消耗掉，这样防腐效果变差。如有些有机缓蚀剂在使用中会由于细菌作用而分解。

（2）生物新陈代谢产物加速腐蚀。生物新陈代谢的产物包括硫酸、硫化物、有机酸等，它们会增加环境的腐蚀性。

（3）形成氧浓差电池加速腐蚀。在生物活动的区域，由于氧浓度和盐浓度的变化，形成氧浓差电池，促进金属腐蚀。

（4）生物活动影响阴阳极过程加速腐蚀。生物活动促进了腐蚀的电极反应动力学过程，如硫酸盐还原菌的存在能促进金属腐蚀的阴极去极化过程。1

腐蚀机理与特点(1)微生物腐蚀

①硫酸盐还原菌。厌氧的硫酸盐还原菌是影响地下钢结构腐蚀的最重要的细菌之一。在油田，生产油井80%的管道腐蚀都与硫酸盐还原菌有关。硫酸盐还原菌在其生命活动过程中，不断氧化存在于环境中的H2或设备腐蚀过程中阴极反应析出的H2，从而使硫酸盐、亚硫酸盐还原成硫化物。

②硫氧化菌。好氧的硫氧化菌的存在，能将硫及硫化物氧化成硫酸。

③铁细菌。铁细菌分布广泛，形态多样，能使二价铁离子氧化成三价，并沉积于菌体内外。

(2)大生物腐蚀

真菌、霉菌能吸收有机物并产生有机酸，如草酸、乳酸、醋酸和柠檬酸等。真菌能生长在多种基体上，如人们最熟悉的皮革或其他织物上长霉，它还能破坏橡胶、裸露或涂漆的金属表面。一-般情况，真菌不会导致严重的机械性破坏，但会影响产品外观。真菌产生的有机酸，会引起缝隙腐蚀。水生物如贝壳类、藻类等生长在河流、海洋和湖泊之中，其腐蚀特点是由于将自身紧紧地依附在固体表面，引起缝隙腐蚀。1

防止措施(1)阴极保护和涂层。两者常联合应用，防止土壤中的微生物腐蚀。控制土壤中钢铁构件的保护电极在-0.950V以下(相对Cu/CuSO4电极)， 可有效防止硫酸盐还原菌的腐蚀。

(2)杀菌、灭藻、 除垢，改善环境条件。对于铁细菌可通入氯和含氯的化合物，对于硫酸盐还原菌可加入铬酸盐，以控制其腐蚀。1

海水中微生物对钢腐蚀行为(1)海水中微生物的存在显著影响碳钢的平均腐蚀速率，总体规律是在浸泡初期加速碳钢材料的腐蚀，浸泡28d左右又减缓材料的腐蚀，对碳钢起到一定的保护作用，随着浸泡时间的进一步延长，腐蚀速率又逐渐加快。各种碳钢在自然海水中腐蚀速率的变化规律也不尽相同，25钢平均腐蚀速率随浸泡时间的延长最初保持不变，继而出现大幅度的下降，随浸泡时间的进一步延长，材料平均腐蚀速率略有波动，当浸泡时间达到365d时，平均腐蚀速率又出现大幅增加；45钢在腐蚀初期平均腐蚀速率随浸泡时间延长略有增大，接着平均腐蚀速率开始减小，在第91d时平均腐蚀速率达到最低，继而平均腐蚀速率又快速增大；85钢平均腐蚀速率呈现先减小后增大的规律，平均腐蚀速率在第91d时最小，365d时最大。

(2)在自然海水中暴露7d后形成的腐蚀产物层完全覆盖碳钢表面，腐蚀产物层随浸泡时间的延长而增厚，浸泡91d和184d后，腐蚀产物分为两层，内层呈黑色淤泥状，外层呈黄褐色，较为松散，XRD分析表明，内、外层腐蚀产物均为FeO(OH)和Fe2O3，浸泡365d后，腐蚀产物厚度约达230μm，但仍分为内、外两层，外层腐蚀产物成分不变，内层腐蚀产物为CaCO3和Fe3O4。

(3)在自然海水中暴露91d的碳钢内锈层中有高含量的S和C，并随暴露时间延长而增加，浸泡365d后，与碳钢基体材料相比，内层黑色腐蚀产物中S含量提高了2个数量级，C含量也提高了1个数量级。不同型号碳钢材料腐蚀产物中的S、C含量是随着基体材料的含碳量的增加而减小。

(4)浸泡时间小于184d时，自然海水和无菌海水中试样表面均未发现明显的宏观腐蚀坑。浸泡时间为365d时，无菌海水中试样表面仍然平整，宏观上观察不到局部腐蚀，而自然海水中试样可以清晰地观察到其表面分布着大小、深度不一的宏观腐蚀坑。

(5)碳钢在自然海水中浸泡后，腐蚀产物中微生物主要由假单胞菌、弧菌、铁细菌、硫杆菌和硫酸盐还原菌组成，在浸泡365d后还出现大量的黄杆菌。腐蚀初期碳钢表面主要是由需氧菌组成，随着浸泡时间的延长，兼性厌氧菌开始占据主要地位。硫酸盐还原菌数量随浸泡时间延长先增大，再减小，在184d时数量达到最大。2

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学