杜 娟 李松梅 劉建華 于 美

(北京航空航天大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京100191)

微生物廣泛存在于潮濕空氣及水環(huán)境中，當(dāng)材料處于微生物環(huán)境下，其腐蝕過(guò)程由簡(jiǎn)單的電化學(xué)過(guò)程變得更為復(fù)雜.受微生物影響的金屬及合金的腐蝕稱(chēng)為微生物腐蝕(MIC，Microbiologically Influenced Corrosion).其本質(zhì)是微生物新陳代謝的產(chǎn)物通過(guò)影響腐蝕反應(yīng)的陰極過(guò)程或陽(yáng)極過(guò)程，從而影響腐蝕速率和類(lèi)型［1］.微生物腐蝕給工業(yè)設(shè)備、民用設(shè)施等都造成了不同程度損失，尤其是對(duì)航空航天和航運(yùn)機(jī)器油箱及零部件的腐蝕行為造成了巨大的安全隱患［2－4］.目前，關(guān)于微生物腐蝕的報(bào)道已涉及了各種材料的應(yīng)用領(lǐng)域［5－11］.

氧化硫硫桿菌(T.t，Thiobacillus thiooxidans)是一種礦質(zhì)化能自養(yǎng)菌，由于其優(yōu)異的浸礦及脫硫能力而廣泛地應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域;芽孢桿菌(Bacillus)是一種好氣性異養(yǎng)菌，對(duì)其研究主要集中在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等方面.本課題組對(duì)于氧化硫硫桿菌和芽孢桿菌單獨(dú)存在時(shí)的微生物腐蝕影響做過(guò)一些探討［12－13］，但是在自然界中，微生物并不是以單一菌種的形式存在的，各種微生物雜居在一起，混合菌對(duì)材料的腐蝕并不是單種細(xì)菌腐蝕作用的簡(jiǎn)單加和，而是各種細(xì)菌共同作用、相互消長(zhǎng)的過(guò)程［14－15］.本文通過(guò)討論 Q235鋼分別在氧化硫硫桿菌、芽孢桿菌、氧化硫硫桿菌－芽孢桿菌3個(gè)體系中的腐蝕行為，對(duì)混合菌作用的機(jī)理進(jìn)行一些探討，旨在為將來(lái)預(yù)防和控制航空和工業(yè)領(lǐng)域中金屬的微生物腐蝕提供一些理論依據(jù).

1 材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用材料為Q235鋼，其化學(xué)成分如下:C(≤0.3%)，Si(≤0.01%)，Mn(≤0.42%)，S(≤0.029%)，P(≤0.019%).將材料分別加工成20 mm×30 mm×2 mm(長(zhǎng)方形)和10 mm×10 mm×2 mm(正方形)2種方形帶孔試片和φ10 mm×10 mm圓形試片.第1種長(zhǎng)方形試片打磨至1200#，用于掛片腐蝕實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行腐蝕形貌觀察;另外一種正方形試片打磨至2000#后拋光，用于生物膜觀察;圓形試片做成電極，用于電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，電極的工作面用水砂紙打磨至1200#.所有試樣均用無(wú)菌去離子水沖洗，75%酒精消毒后置于無(wú)菌干燥箱中保存，備用.在實(shí)驗(yàn)前再用紫外燈滅菌30 min，確保實(shí)驗(yàn)中無(wú)雜菌污染.

1.2 菌種來(lái)源與培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)菌種氧化硫硫桿菌和芽孢桿菌是從成品油的儲(chǔ)油罐底部分離并提純得到的.為了擬合實(shí)際環(huán)境，培養(yǎng)基采用改良后的Starkey培養(yǎng)基:FeSO40.01 g/L，CaCl20.25 g/L，MgSO40.5 g/L，(NH4)2SO40.3 g/L，KH2PO43.5 g/L，S 5 g/L，與馬鈴薯培養(yǎng)基(PDA，Potato Dextrose Agar)以 2∶1的體積比混合構(gòu)成混合培養(yǎng)基，pH值4.0±0.1，實(shí)驗(yàn)中所有試劑均為分析純.按無(wú)菌操作方法將處于休眠狀態(tài)的氧化硫硫桿菌、芽孢桿菌二次活化后，以10%的比例接種于新鮮的混合培養(yǎng)基中，置于37℃恒溫震蕩培養(yǎng)箱(GNP－9270型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)中進(jìn)行培養(yǎng).氧化硫硫桿菌的計(jì)數(shù)采用比濁法、芽孢桿菌的計(jì)數(shù)采用稀釋平板計(jì)數(shù)法，測(cè)得溶液中的活菌數(shù)量進(jìn)而繪制出細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線.

1.3 生物膜分析

將Q235鋼方形試片打磨至2000#，用0.5 μm的研磨膏拋光，丙酮去油，用紫外燈滅菌后浸泡在含有芽孢桿菌的腐蝕體系中，7 d后取出，干燥，然后用掃描電鏡(JSM－5800型，日本造)觀察生物膜形貌，并利用傅里葉紅外光譜儀(360FT－IR ESP型，Nicolet造)對(duì)生物膜成分進(jìn)行分析.

1.4 腐蝕產(chǎn)物形貌及失重分析

將已滅菌的帶孔長(zhǎng)方形Q235鋼片分別浸在剛剛接種有氧化硫硫桿菌、芽孢桿菌以及氧化硫硫桿菌－芽孢桿菌的3個(gè)含菌體系中，每組3個(gè)平行試樣，21 d后將其從腐蝕介質(zhì)中取出，用掃描電子顯微鏡觀察腐蝕產(chǎn)物的形貌、徹底去除腐蝕產(chǎn)物后的試樣腐蝕形貌及用失重法計(jì)算平均腐蝕速率.

1.5 電化學(xué)測(cè)試

電化學(xué)測(cè)試采用儀器為美國(guó)PAR2273電化學(xué)工作站.工作電極為Q235鋼，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為大面積鉑電極.測(cè)量工作電極在空白培養(yǎng)基中和有菌體系中浸泡0，2，7，14，21 d的電化學(xué)交流阻抗譜(EIS，Electrochemical Impedance Spectroscopy)及極化曲線.EIS在自腐蝕電位下進(jìn)行測(cè)試，激勵(lì)信號(hào)為5 mV的正弦波，測(cè)試頻率范圍為0.01 Hz～105Hz.極化曲線的測(cè)定采用動(dòng)電位掃描方式，電位掃描速度為0.5 mV/s.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 微生物的生長(zhǎng)

圖1為氧化硫硫桿菌和芽孢桿菌在混合培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)曲線.由圖1可以看出所有細(xì)菌在接入培養(yǎng)基后，都經(jīng)歷了遲緩期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、穩(wěn)定生長(zhǎng)期和衰亡期4個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期.由于環(huán)境發(fā)生變化，氧化硫硫桿菌需要適應(yīng)新的pH值、氧濃度、溫度等條件，暫時(shí)缺乏足夠的能量和必需的生長(zhǎng)因子，故在接種后的一天，氧化硫硫桿菌的數(shù)量沒(méi)有太大變化.從第2天起，氧化硫硫桿菌進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，并在第5天達(dá)到最大值，這段時(shí)間細(xì)菌以最大的速率生長(zhǎng)和分裂，導(dǎo)致細(xì)菌數(shù)量呈對(duì)數(shù)增加，所有細(xì)胞呈彼此相對(duì)穩(wěn)定速度合成.對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)菌的代謝活性高而穩(wěn)定，生命力強(qiáng).從第5天～第7天，由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗、代謝產(chǎn)物積累和pH等環(huán)境變化，環(huán)境條件逐步不適宜于細(xì)菌生長(zhǎng)，導(dǎo)致細(xì)菌增長(zhǎng)速率降低直至零(即細(xì)菌分裂增加的數(shù)量等于細(xì)菌死亡數(shù)量)，此時(shí)氧化硫硫桿菌處于穩(wěn)定生長(zhǎng)期，保持最高的活細(xì)菌數(shù)量.從第7天起，伴隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)耗盡和有毒代謝產(chǎn)物的大量積累，細(xì)菌死亡速率逐步增加和活細(xì)菌逐步減少，氧化硫硫桿菌進(jìn)入衰亡期，這個(gè)時(shí)期細(xì)菌的代謝活性降低，細(xì)菌衰老并出現(xiàn)自溶.芽孢桿菌與氧化硫硫桿菌不同，在接入培養(yǎng)基后很快就進(jìn)入了對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，并在第7天達(dá)到了最大值，這段時(shí)間內(nèi)細(xì)菌的新陳代謝最為旺盛、活性最大.在第7天～第14天，微生物生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期，這段時(shí)間微生物的活性開(kāi)始下降，只是維持?jǐn)?shù)量基本不變，直至第14天，細(xì)菌數(shù)量開(kāi)始減少，活性大幅度下降.

圖1 氧化硫硫桿菌－芽孢桿菌在混合培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)曲線

2.2 生物膜形貌觀察與成分分析

在水環(huán)境中，微生物是傾向于以吸附在固體材料表面的形式存在的.當(dāng)一個(gè)物體浸沒(méi)入水中后，首先是有機(jī)碎片粘附在表面上，形成一層薄膜.然后細(xì)菌在表面上附著，開(kāi)始生長(zhǎng)繁殖，形成一層黏膜，稱(chēng)為微生物膜(biofilms)［16］，同時(shí)很快就會(huì)分泌胞外聚合物(EPS，Extracelular Polymer Substances)，這層分泌物將微生物牢牢地固定在材料表面.生物膜附著的不均勻性可導(dǎo)致材料表面電化學(xué)性質(zhì)不同，再加上細(xì)菌代謝物的作用，因此生物膜可引起嚴(yán)重的材料腐蝕，損害保護(hù)性涂層，甚至對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響［17］.圖2為分別浸泡在氧化硫硫桿菌、芽孢桿菌以及氧化硫硫桿菌－芽孢桿菌混合體系中7 d后，Q235鋼表面形成的生物膜形貌圖及相應(yīng)的傅里葉變換紅外光譜圖.

圖2a為Q235鋼在氧化硫硫桿菌體系中浸泡形成的生物膜形貌.從圖中可以看出，氧化硫硫桿菌形成的生物膜呈現(xiàn)較多層次，由里至外依次為桿狀細(xì)菌(圖中箭頭所指)、片狀產(chǎn)物和絲狀產(chǎn)物.這可能是由于此時(shí)細(xì)菌生長(zhǎng)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定期，腐蝕行為發(fā)生得較為充分，生物膜中還摻雜了腐蝕產(chǎn)物的原因，膜層較為疏松.圖2b為Q235鋼在芽孢桿菌體系中浸泡形成的生物膜形貌，從圖中可以看出，雖然該膜層上細(xì)菌(圖中箭頭所指)分布并不十分均勻，但膜層相對(duì)致密，對(duì)于基體有一定的保護(hù)作用.與單種微生物構(gòu)成的體系相比，圖2c中混合菌體系中的生物膜形貌更為復(fù)雜，該表面生物膜形貌SEM圖及傅里葉變換紅外光譜圖體系中的生物膜具有較為明顯的層次感和不均勻性.從形貌圖的左半部分可以看出，膜層由里到外依次為條狀產(chǎn)物、片狀產(chǎn)物和絲狀產(chǎn)物.從形貌圖的右半部分可以看出，由里到外依次為短小的桿狀細(xì)菌(圖中箭頭所指)、片狀產(chǎn)物和絲狀產(chǎn)物.膜層整體與氧化硫硫桿菌體系相似，這可能是由于第7天時(shí)氧化硫硫桿菌已經(jīng)度過(guò)了對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期和穩(wěn)定期，細(xì)菌的代謝活動(dòng)較為充分，其對(duì)混菌中生物膜的結(jié)構(gòu)起到關(guān)鍵作用;同時(shí)，由于芽孢桿菌的加入，其更為致密的成膜方式使得混菌體系中的生物膜在具備氧化硫硫桿菌生物膜形貌的基礎(chǔ)上發(fā)展得更為完整和豐富，2種微生物相互影響，得到了3個(gè)體系中最為致密的生物膜.

圖2 在不同體系中浸泡7 d后Q235鋼

比較Q235鋼在不同體系浸泡形成生物膜的傅里葉紅外光譜圖，可以看出，雖然是不同微生物作用下形成的生物膜，但在成分上基本相似，只是在吸收峰的強(qiáng)度上有所差別，這可能與部分基團(tuán)的含量及生物膜的致密度等有關(guān).圖中3 418～3435 cm－1處的吸收峰與—O—H基團(tuán)有關(guān)，2920～2975 cm－1的吸收峰為—C—H伸縮振動(dòng)的特征峰，1 631～1 640 cm－1處的吸收峰是由官能團(tuán)—C＝C伸縮振動(dòng)引起的，1384～1387 cm－1處的吸收峰是由—CH(CH3)2引起的，1047 cm－1左右的吸收峰是—C—O所特有的，802～870 cm－1處的吸收峰只在氧化硫硫桿菌的單菌體系中出現(xiàn)，這可能與＝C—H有關(guān).

2.3 腐蝕形貌及失重分析

2.3.1 腐蝕產(chǎn)物形貌觀測(cè)

圖3為Q235鋼浸泡于不同體系中21 d的腐蝕產(chǎn)物形貌.由圖3a可以看出，氧化硫硫桿菌作用下的產(chǎn)物膜層較為光滑、致密，產(chǎn)物分布較為均勻，沒(méi)有明顯的試樣高低起伏.由圖3b中可以看出，芽孢桿菌作用下產(chǎn)物膜層雖然分布比較均勻，各區(qū)域的差異性不是很大，但不如氧化硫硫桿菌中膜層光滑、致密，大量的孔洞成為O2分子穿過(guò)膜層與基體進(jìn)行反應(yīng)的通道.圖3c為Q235鋼浸泡在氧化硫硫桿菌和芽孢桿菌構(gòu)成的混合菌系中21 d后的產(chǎn)物形貌.從圖中可以看出，與單菌體系相比，混菌體系的產(chǎn)物膜層雖然更為厚實(shí)、完整，但膜層有大量的龜裂現(xiàn)象發(fā)生，顯然芽孢桿菌的加入，雖然促進(jìn)了膜層的發(fā)展，但是影響了氧化硫硫桿菌在試樣表面產(chǎn)物層堆積和結(jié)合的方式，使得膜層更為疏松.形成這一現(xiàn)象的原因主要為:氧化硫硫桿菌的代謝過(guò)程中會(huì)與培養(yǎng)基中的S單質(zhì)反應(yīng)生成具有更強(qiáng)腐蝕性的SO2－4，在其體系中試樣表面會(huì)由于化學(xué)反應(yīng)生成更多的無(wú)機(jī)腐蝕產(chǎn)物，膜層的致密性受細(xì)菌活性的影響較小;而在芽孢桿菌的代謝過(guò)程中，生成的胞外聚合物提高了試樣表面微環(huán)境的黏稠度，膜層的積累更多是由代謝產(chǎn)物包裹腐蝕產(chǎn)物在表面堆積而成，因此伴隨著微生物活性的下降，胞外聚合物的消融，這種物理性的致密化程度也會(huì)大幅下降，使得該體系中膜層較為疏松，但均一性較好;混合菌體系結(jié)合了2種菌的代謝特點(diǎn)，一方面在氧化硫硫桿菌作用下腐蝕產(chǎn)物大量形成，另一方面由于胞外聚合物的消融，膜層的粘接力下降，最終出現(xiàn)了多處裂紋.

圖3 Q235鋼在不同體系中浸泡21 d后腐蝕產(chǎn)物形貌SEM圖

2.3.2 腐蝕形貌觀測(cè)

圖4為Q235鋼在不同體系中浸泡21 d去除腐蝕產(chǎn)物后的腐蝕形貌圖.由圖4a可以看出浸泡在氧化硫硫桿菌體系21 d后試樣表面較為平整，但存在小的點(diǎn)蝕坑，蝕坑呈方形，且分布比較集中.由圖4b可以看出浸泡在芽孢桿菌體系21 d后蝕坑也為方形，但與氧化硫硫桿菌體系(圖4a)相比，蝕坑要大得多，并且出現(xiàn)了層狀溶解的形貌.圖4c為Q235鋼浸泡在氧化硫硫桿菌和芽孢桿菌構(gòu)成的混合菌系中21 d后去除腐蝕產(chǎn)物的形貌圖，與氧化硫硫桿菌單菌體系(圖4a)和芽孢桿菌單菌體系(圖4b)相比，混合菌系中試樣的腐蝕程度介于2個(gè)單菌體系之間，蝕坑分布得比氧化硫硫桿菌體系要密，但蝕坑的深度及密度都不及芽孢桿菌體系.此外，蝕坑的形狀并不是單菌體系中的方形，而是圓形小坑逐漸累積形成更大的蝕坑.

圖4 Q235鋼在不同體系中浸泡21 d去除腐蝕產(chǎn)物后的腐蝕形貌SEM圖

2.3.3 腐蝕失重分析

為了便于分析腐蝕的動(dòng)態(tài)過(guò)程，分別以0～2d，2～7d，7～14d和14～21d為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，比較不同體系下腐蝕速率隨時(shí)間的變化，結(jié)果如圖5所示.

圖5 Q235鋼在不同體系中的腐蝕失重速率隨時(shí)間變化圖

由圖5可以看出在單菌體系腐蝕速率呈現(xiàn)相似的變化趨勢(shì)，第0～2天，由于微生物在試樣表面吸附并開(kāi)始分泌胞外聚合物，但此階段形成的不完整生物膜無(wú)法阻擋溶液中活潑離子對(duì)金屬基體的侵蝕，故腐蝕失重速率增大;第2～14天由于生物膜的完整化，有效阻隔了金屬與溶液的直接接觸［18］，此外在生物膜內(nèi)陸續(xù)有腐蝕產(chǎn)物堆積，使得金屬的溶解速率大大降低;第14～21天，伴隨著微生物的消亡、生物膜的活性降低，胞外聚合物的溶解，膜層的致密性降低，使得腐蝕速率又再度上升.Q235鋼在混合菌菌系中腐蝕速率的變化與單菌體系有所不同.在氧化硫硫桿菌與芽孢桿菌的混合菌系中，腐蝕速率在第0～7天持續(xù)增加，第7～14天大幅下降，之后又再度增加.前期腐蝕速率持續(xù)增大可能與兩微生物相互影響下不易形成更為穩(wěn)定的生物膜有關(guān);當(dāng)完整的生物膜形成后，由圖2可以看出，氧化硫硫桿菌與芽孢桿菌共同作用下的生物膜比單菌體系要致密得多，因此，到第14天時(shí)，混合菌系的腐蝕速率降低得比2個(gè)單菌體系要多;但隨著后期微生物的消亡，試樣表面主要由腐蝕產(chǎn)物起保護(hù)作用，比較圖3可以看出，混合菌中產(chǎn)物膜層裂紋更多，所以試樣的腐蝕速率增加的程度大于2個(gè)單菌體系，最終腐蝕失重介于2個(gè)單菌之間.

2.4 電化學(xué)測(cè)試結(jié)果

2.4.1 開(kāi)路電位測(cè)試

圖6所示為Q235鋼在3個(gè)體系中開(kāi)路電位隨浸泡時(shí)間的變化曲線.

圖6 Q235鋼在不同體系中開(kāi)路電位隨浸泡時(shí)間的變化

從圖6中可以看出，單菌體系在第7天時(shí)電位達(dá)到一個(gè)峰值，而混合體系中第14天才達(dá)到峰值，這說(shuō)明相對(duì)于單菌體系而言，混菌中生物膜的形成過(guò)程更為復(fù)雜;此外，對(duì)于氧化硫硫桿菌與芽孢桿菌及其構(gòu)成的混合菌系中，浸泡21d后，氧化硫硫桿菌體系的開(kāi)路電位最正，這與氧化硫硫桿菌作用下較為致密的產(chǎn)物膜層結(jié)構(gòu)有關(guān)，芽孢桿菌的開(kāi)路電位最負(fù)，而兩菌共同作用下的開(kāi)路電位介于兩者之間，這與腐蝕失重結(jié)果相同，芽孢桿菌疏松產(chǎn)物膜層影響了氧化硫硫桿菌在試樣表面產(chǎn)物膜的堆積，使得混菌作用下的腐蝕傾向介于兩者之間.

2.4.2 交流阻抗測(cè)試

圖7為Q235鋼在不同體系中0，2，7及14 d的交流阻抗譜圖，對(duì)于相同實(shí)驗(yàn)條件下金屬腐蝕性可以用阻抗圖中的低頻段的阻抗值|Z|來(lái)表示［19］，結(jié)果如表1 所示.

圖7 Q235 鋼分別浸泡在氧化硫硫桿菌(a1，a2，a3)、芽孢桿菌(b1，b2，b3)、以及氧化硫硫桿菌－芽孢桿菌混合體系(c1，c2，c3)中不同天數(shù)的電化學(xué)阻抗譜

表1 Q235鋼浸泡在不同體系中不同天數(shù)的阻抗值Ω

由表1可知，對(duì)于3個(gè)體系，剛浸泡在相應(yīng)體系中的試樣具有最小的阻抗值，這是由于培養(yǎng)基中含有大量的侵蝕性活潑離子，對(duì)于裸露的金屬表面有著很強(qiáng)的腐蝕性.隨著浸泡時(shí)間延續(xù)，氧化硫硫桿菌體系中阻抗值出現(xiàn)波動(dòng)，前期增大是由于生物膜阻隔作用的體現(xiàn)，中期降低是由于氧化硫硫桿菌代謝產(chǎn)物中含有增大了膜內(nèi)的腐蝕介質(zhì)濃度引起，后期阻抗再度增大與致密的產(chǎn)物膜有很大關(guān)系.芽孢桿菌和混菌體系中阻抗值呈現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)，生物膜在腐蝕過(guò)程中所起的作用與浸泡時(shí)間有關(guān)［20］，第0～7天兩體系中均發(fā)展出較為致密的生物膜，阻抗值持續(xù)上升，第7～14天，當(dāng)細(xì)菌活性下降，生物膜的保護(hù)作用減弱，由腐蝕產(chǎn)物膜起到?jīng)Q定性保護(hù)作用時(shí)，兩體系的阻抗值再度下降.此外，比較第7天的阻抗值，混菌體系阻抗為3個(gè)體系中最大;而第14天的阻抗值混菌體系又降為最小，這說(shuō)明2種微生物共存使金屬表面腐蝕產(chǎn)物膜和生物膜的電阻發(fā)生改變［21］，這與生物膜觀察及腐蝕產(chǎn)物觀察所得結(jié)論一致，膜層的堆積方式及致密程度對(duì)試樣的耐蝕性起到了關(guān)鍵作用.

為了進(jìn)一步闡述膜層結(jié)構(gòu)對(duì)腐蝕過(guò)程的影響，采用ZSIMPWIN軟件對(duì)混菌體系中電極在不同天數(shù)測(cè)得的阻抗譜進(jìn)行擬合，所采用的等效電路如圖8所示.

圖8 Q235鋼在氧化硫硫桿菌－芽孢桿菌中浸泡不同天數(shù)的等效電路圖

由圖7中的c3可以看出，剛浸泡在混菌體系的試樣只有1個(gè)時(shí)間常數(shù)，即裸露在溶液中的電極表面只存在一個(gè)雙電層電容，采用模型圖8a進(jìn)行擬合;在混菌體系浸泡的第2，7，14天都只有2個(gè)時(shí)間常數(shù)，第2天時(shí)表面存在一層未成型生物膜，采用模型圖8b進(jìn)行擬合;之后的浸泡過(guò)程中，氧化硫硫桿菌與芽孢桿菌共同存在時(shí)，生物膜的發(fā)展比較慢，伴隨著生物膜的逐漸形成，腐蝕產(chǎn)物摻雜于生物膜中，與生物膜雜合成為一個(gè)復(fù)雜的表面膜層，包覆在試樣表面，采用模型圖8c進(jìn)行擬合.所得各元件擬合結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 氧化硫硫桿菌-芽孢桿菌混合菌系等效電路各元件參數(shù)

由表2可以看出，第2天時(shí)生物膜電阻Rb為258.1 Ω·cm2，第7天時(shí)生物膜－產(chǎn)物膜構(gòu)成的復(fù)合膜層電阻為2751.3Ω·cm2，說(shuō)明隨著生物膜的完整和復(fù)雜化，致密的膜層提供了更高的抗腐蝕性;第14天時(shí)，復(fù)合膜層電阻降低為1057.1Ω·cm2，此時(shí)復(fù)合膜轉(zhuǎn)為以腐蝕產(chǎn)物為主導(dǎo)作用的膜層，其疏松的結(jié)構(gòu)決定了其阻值較低，抗腐蝕性能減弱.此外，電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct是評(píng)估金屬腐蝕速率的標(biāo)準(zhǔn)［22］，通過(guò)比較不同天數(shù)的Rct值可以看出，剛浸入液體的試樣(0 d)電荷交換電阻小，腐蝕易發(fā)生;第0～7天時(shí)Rct大幅增長(zhǎng)，這是由于表面形成了厚實(shí)的生物膜［23］，試樣表面電化學(xué)進(jìn)程減慢，腐蝕速率減緩;第14天時(shí)Rct又極大幅度地降低，試樣表面變得極易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，14 d后的腐蝕進(jìn)程加劇.這與腐蝕失重所得結(jié)論一致.

3 結(jié)論

1)氧化硫硫桿菌與芽孢桿菌共生情況良好，兩菌共存時(shí)生物膜發(fā)展較慢，但其既具有氧化硫硫桿菌生物膜的形貌特征，又具有芽孢桿菌的致密性，發(fā)展完全的生物膜為所有體系中最完整、最致密的.

2)混菌體系中試樣表面形成的腐蝕產(chǎn)物膜是3個(gè)體系中最疏松的;Q235鋼腐蝕形貌出現(xiàn)明顯不同，氧化硫硫桿菌和芽孢桿菌體系中試樣表面均出現(xiàn)方形蝕坑，而兩菌混合體系中試樣表面則出現(xiàn)了獨(dú)特的圓形蝕坑腐蝕形貌.

3)腐蝕失重結(jié)果表明，第7～14天混菌體系中由于致密生物膜的保護(hù)，其腐蝕速率最低;第14～21天由于混菌體系疏松產(chǎn)物膜的影響，其腐蝕速率增幅最大.

4)交流阻抗結(jié)果表明，混菌體系中試樣表面膜層阻抗值經(jīng)歷了先增大后減小的過(guò)程.

References)

［1］劉光洲，吳建華.海洋微生物腐蝕的研究進(jìn)展［J］.腐蝕與防護(hù)，2001，22(10):430 －433 Liu Guangzhou，Wu Jianhua.Advances in the study of microbiologically influenced corrosion in marine environment［J］.Corrosion ＆ Protection，2001，22(10):430 －433(in Chinese)

［2］Crolet J L，Magot M.Non－SRB sulfidogenic bacteria in oil field production facilities［J］.Material Performances，1996，35(3):60－64

［3］Sanoglu F，Javaherdasht R，Aksoz N.Corrosion of a drilling pipe steel in an environment containing sulphate－reducing bacteria［J］.Int J Pres Ves ＆ Piping，1997，73:127 －131

［4］鄭娜.民機(jī)整體油箱的防腐蝕設(shè)計(jì)及維護(hù)措施［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，27:39 －40 Zheng Na.Civil aircraft integral fuel tank corrosion－resistant design and maintenance measures［J］.Science and Technology Innovation Herald，2012，27:39 －40(in Chinese)

［5］段冶，李松梅，杜娟，等.Q235鋼在假單胞菌和鐵細(xì)菌混合作用下的腐蝕行為［J］.物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2010，26(12):3203－3211 Duan Ye，Li Songmei，Du Juan，et al.Corrosion behavior of Q235 steel in the presence of pseudomonas and iron bacteria［J］.Acta Phys－Chim Sin，2010，26(12):3203 －3211(in Chinese)

［6］趙莉，葛紅花，申晶，等.三種不同體系的微生物腐蝕及控制［J］.腐蝕與防護(hù)，2011，32(3):200 －205 Zhao Li，Ge Honghua，Shen Jing，et al.Microbiological corrrosion and control of three different systems［J］.Corrosion ＆ Protection，2011，32(3):200 －205(in Chinese)

［7］Beale D J，Dunn M S，Morrison P D，et al.Characterisation of bulk water samples from copper pipes undergoing microbially influenced corrosion by diagnostic metabolomic profiling［J］.Corrosion Science，2012，55:272 －279

［8］Nalan Oya San，Hasan Nazlr，G¨on¨ul D¨onmez.Evaluation of microbiologically influenced corrosion inhibition on Ni－Co alloy coatings by aeromonas salmonicida and clavibacter michiganensis［J］.Corrosion Science，2012，65:113 －118

［9］Nalan Oya San，Hasan Nazlr，G¨on¨ul D¨onmez.Microbiologically influenced corrosion of NiZn alloy coatings by Delftia acidovorans bacterium［J］.Corrosion Science，2012，64:198 － 203

［10］疏秀林，施慶珊，馮靜，等.高分子材料微生物腐蝕的研究概況［J］.腐蝕與防護(hù)，2008，29(8):499 －502 Shu Xiulin，Shi Qingshan，F(xiàn)eng Jing，et al.Progress in research of microbiological deterioration of polymeric materials［J］.Corrosion ＆ Protection，2008，29(8):499 －502(in Chinese)

［11］San N O，NazIr H，D?nmez G.Microbial corrosion of Ni－Cu alloys by aeromonas eucrenophila bacterium［J］.Corrosion Science，2011，53(6):2216 －2221

［12］李松梅，杜娟，劉建華，等.A3鋼在氧化硫硫桿菌作用下的腐蝕行為［J］.物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2009，25(11):2191－2198 Li Songmei，Du Juan，Liu Jianhua，et al.Corrosion behavior of steel A3 influenced by thiobacillus thiooxidans［J］.Acta Phys－Chim Sin，2009，25(11):2191 －2198(in Chinese)

［13］杜娟，李松梅，劉建華，等.A3鋼在芽孢桿菌作用下的腐蝕行為［J］.物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2010，26(6):1527 －1534 Du Juan，Li Songmei，Liu Jianhua，et al.Corrosion behavior of steel A3 influenced by bacillus［J］.Acta Phys－Chim Sin，2010，26(6):1527－1534(in Chinese)

［14］顧彩香，于陽(yáng)，吉桂軍，等.304不銹鋼在混合菌種共同作用下的腐蝕行為［J］.船舶工程，2011，33(4):100 －103 Gu Caixiang，Yu Yang，Ji Guijun，et al.Corrosion behavior of 304 stainless steel under the combination action of mixed bacteria［J］.Ship Engineering，2011，33(4):100 － 103(in Chinese)

［15］李松梅，張媛媛，白如冰，等.A3鋼在鏈霉菌和諾卡氏菌共同作用下的腐蝕行為［J］.物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2009，25(5):921－927 Li Songmei，Zhang Yuanyuan，Bai Rubing，et al.Corrosion behavior of steel A3 under the combined effect of streptomyces and nocardia sp［J］.Acta Phys－Chim Sin，2009，25(5):921 －927(in Chinese)

［16］侯保榮.海洋腐蝕環(huán)境理論及其應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，1999:114－118 Hou Baorong.Marine corrosion environment theory and application［M］.Beijing:Science Press，1999:114 －118(in Chinese)

［17］付玉彬.生物膜對(duì)金屬材料腐蝕性能影響的研究進(jìn)展(上)［J］.材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2006，21(1):34 －39 Fu Yubin.Review of corrosion influenced by biofilm on metallic materials(Ⅰ)［J］.Materials Development and Application，2006，21(1):34 －39(in Chinese)

［18］Zuo R，Kus E，Mansfeld F.et al.The importance of live biofilms in corrosion protection［J］.Corrosion Science，2005，47:279 －287

［19］Zhang D Q，Gao L X，Zhou G D.Inhibition of copper corrosion by bis－(1－benzotriazol－methylene)－(2，5－thiadiazoly)－disulfide in chloride media［J］.Appl Surf Sci，2004，225:287 － 293

［20］Teng F，Guan Y T，Zhu W P.Effect of biofilm on cast iron pipe corrosion in drinking water distribution system:corrosion scales characterization and microbial community structure investigation［J］.Corrosion Science，2008，50:2816 －2823

［21］李松梅，張媛媛，杜娟，等.A3鋼在氧化亞鐵硫桿菌、鏈霉菌及其混合菌體系中的腐蝕行為［J］.化學(xué)學(xué)報(bào)，2010，68(1):67－74 Li Songmei，Zhang Yuanyuan，Du Juan，et al.Influence of streptomyces on the corrosion behavior of steel A3 in thiobacillus ferrooxidans media［J］.Acta Chimica Sinica，2010，68(1):67 －74(in Chinese)

［22］曹楚南.腐蝕電化學(xué)原理［M］.3版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008:93－94 Cao Chunan.Principles of electrochemistry of corrosion［M］.3rd ed.Beijing:Chemical Industry Press，2008:93 －94(in Chinese)

［23］Rajasekar A，Ting Yenpeng.Role of inorganic and organic medium in the corrosion behavior of bacillus megaterium and pseudomonas sp.in stainless steel SS 304［J］.Industrial＆ Engineering Chemistry Research，2011，50:12534 －12541