人类认知由微生物导致的金属腐蚀现象距今已有一个多世纪的历史.最近20年, 微生物腐蚀(Microbiologically influenced corrosion, MIC) 已成为金属腐蚀的一个研究热点.因为缺乏对MIC机理的深入了解和认识, 人们甚至认为MIC是腐蚀领域中的一个"谜".因此, 迫切需要了解MIC的发生机理.最新的研究结果表明, 金属的微生物腐蚀在本质上是一个生物电化学过程.在微生物与金属并存的环境中, 当电子供体(如碳源)不存在或消耗掉之后, 微生物用金属代替碳源获取电子, 导致金属发生微生物腐蚀.另外一种腐蚀机理是, 微生物的代谢产物(比如有机酸)导致金属腐蚀.腐蚀是一个能量释放的反应过程, 微生物通过腐蚀金属得到维持其生命所必需的能量.目前, 电化学方法已应用于微生物金属腐蚀研究, 学者们提出了诸如"阴极去极化"等经典理论.但单纯从电化学角度研究微生物腐蚀金属可能得到一些片面的结论.随着对这一领域研究的不断深入人们认识到必须结合生物能量学以及生物电化学方面的知识, 以更好地理解微生物影响金属腐蚀的进程.本文总结这方面的最新研究进展, 并着重介绍"生物催化阴极还原"理论(Biocatalytic cathodic sulfate reduction, BCSR)和"电化学微生物腐蚀"理论(Electrical microbial influenced corrosion, EMIC)等最新的金属微生物腐蚀机理.本文主要从生物能量学和生物电化学方面介绍金属微生物腐蚀机理研究, 这是目前国际上一种新的研究方法和思路.BCSR就是依据这一思路解释了微生物为什么和怎样腐蚀金属这一MIC研究领域中的这一难题.

对新型00Cr18Mn15Mo2N0.9高氮无镍不锈钢进行不同变形量的冷轧处理, 研究了高氮无镍不锈钢的冷变形性能以及冷变形对其摩擦磨损性能的影响.结果表明, 高氮无镍不锈钢的奥氏体组织稳定, 即使发生60%的冷变形也不产生形变马氏体; 随着冷变形量的增加, 高氮无镍不锈钢的强度,硬度提高, 断后延伸率,加工硬化指数逐渐减小.在2,5和10 N载荷作用下, 00Cr18Mn15Mo2N0.9高氮无镍不锈钢的磨损速率随着冷变形量的增加呈现先减小后增加的趋势, 且载荷为2 N和5 N时在20%变形量处高氮无镍不锈钢具有最佳耐磨性, 载荷为10 N时40%变形态高氮无镍不锈钢的耐磨性最佳.同时, 随着冷变形程度和载荷的增加, 00Cr18Mn15Mo2N0.9高氮无镍不锈钢的磨损机制逐渐由磨粒磨损,氧化磨损和脆性剥落转变为磨粒磨损和脆性剥落.

测试X80管线钢分别在未腐蚀状态下及饱和H₂S预腐蚀后的δ-Δa阻力曲线; 分析了H₂S腐蚀对其裂纹扩展阻力曲线,断裂韧性,塑性功等方面影响.结果表明, H₂S腐蚀后X80材料K_IC下限为75.43 MPam^½.对比分析H₂S腐蚀前后测试结果, 发现H₂S腐蚀会对X80钢的断裂韧性产生显著影响: 未腐蚀试样的裂纹扩展阻力曲线明显高于H₂S腐蚀后的; H₂S腐蚀前后材料的稳定裂纹扩展下的启裂韧度δ_0.2BL分别为0.740 mm和0.365 mm, 前者是后者的2.02倍; 扩展量Δa相近的情况下, 未腐蚀试样的裂纹扩展过程所需塑性功是H₂S预腐蚀后的2.29倍左右, H₂S腐蚀明显会降低X80材料的断裂韧度.因此, 管道在输送天然气过程中应尽量避免H₂S的腐蚀, 保证材料的韧性不受破坏.

通过微乳聚合法合成了聚苯胺/螺旋碳纤维(PANI/ CMCs)复合材料.通过扫描电子显微镜和红外光谱对复合材料进行表征, 发现PANI与CMCs之间有化学键合作用, 且PANI的包覆使得CMCs表面变粗糙; 当氯仿与反应体系体积比为1∶24时, PANI的包覆量大, 嫁接状况好.通过恒流充放电法和循环伏安法对材料的电容性能进行表征, 发现复合材料的比电容量达134.8 Fg^-1, 750次恒流充放电循环后比电容保持率达63.3%, 比电容量及循环稳定性均明显优于CMCs或PANI本身.

通过水热法制备片状纳米磷酸钡, 利用电化学阻抗谱和盐雾试验测试方法, 研究纳米磷酸钡对环氧涂层耐蚀性的影响.研究发现, 环氧涂层中纳米磷酸钡与金属基体腐蚀产物FeO反应生成不溶性FePO₄, 在腐蚀区形成隔离层, 进而提高涂层的耐蚀性, 在本实验中添加5%片状纳米磷酸钡环氧涂层的耐蚀性最高.

采用碳纳米管(CNTs)和聚磷酸铵(APP)阻燃尼龙6(PA6).结果表明, 在1%CNTs(质量分数, 下同)及20%APP添加量下, PA6具有优异的阻燃性能.在PA6/APP/CNTs共混物中加入易燃的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS), 在0.25%CNTs添加量下, 其阻燃性能与添加1%CNTs的PA6/APP/CNTs复合材料相近.TEM观察表明, CNTs在PA6/ABS/APP共混物中仅分布在PA6相中.流变性能测试表明, CNTs在共混物PA6/ABS/APP中的选择性分布会使形成网络结构所需的CNTs含量从1%降低到0.25%.炭层的形态表明网络结构有利于形成连续且较为致密的炭层, 使得1% CNTs填充PA6/APP共混物及0.25% CNTs填充PA6/ABS/APP共混物具有良好的阻燃性能.当PA6/ABS/APP共混物中的CNTs含量达到1%时, CNTs形成过于致密的网络结构, 限制了炭层的膨胀, 从而削弱其阻燃性能.

以不同种类的偶联剂对空心玻璃微球表面改性, 改性后的微球填充酚醛树脂制备了酚醛复合泡沫塑料.研究了空心微球改性前后的表面性能和酚醛复合泡沫塑料的弯曲强度,断裂韧性以及动态力学性能的变化.结果表明: 经过偶联剂处理后的空心微球, 降低了空心微球之间的团聚, 增加了表面疏水性, 改善了与基体间的相容性和界面性能, 提高了复合材料的各项性能.不同种类偶联剂中, 钛酸酯偶联剂以物理缠结的方式同酚醛基体聚合物链连接, 硅氧烷偶联剂除部分与甲阶酚醛中的羟甲基有化学键合作用, 大部分仍以物理缠结为主, 戊二醛和硅氧烷协同改性通过形成缩醛结构将微球与基体连接起来, 因此, 在酚醛基复合材料中以戊二醛和硅氧烷偶联剂协同改性的效果最为明显.

采用RTCA法和Annexin-V/PI双标记法研究了一种新型磷镁晶须的体外生物相容性, 采用共培养法研究了抗菌性能.结果表明, 磷镁晶须材料的生物相容性随着晶须浓度的提高而降低, 晶须浓度小于等于500 μg/mL 时具有较好的体外生物相容性.当晶须浓度为50 μg/mL 和 200 μg/mL时, 对成骨细胞几乎没有影响.磷镁晶须的杀菌效能随着浓度的提高而提高, 浓度为500 μg/mL时对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别达到96.84%和99.93%, 表现出优异的抗菌性能.

利用改进Hummers法制备氧化石墨烯, 通过"grafting to"法接枝到用硅烷偶联剂Kh550处理的碳纤维表面, 从而获得碳纤维/氧化石墨烯多尺度增强体.通过扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),拉曼光谱(Raman),X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(IR)对获得的多尺度碳纤维的形貌,结构和表面官能团进行了表征, 并利用纤维电子强力仪和电阻率仪研究了接枝前后碳纤维力学性能和传导性能的变化.结果表明, 氧化石墨烯主要接枝在碳纤维表面的沟槽和缺陷处, 碳纤维表面不饱和碳原子数目增加, 微晶尺寸减小, 接枝后碳纤维的拉伸强度提高了9.8%, 断裂伸长率提高了13.1%, 而其电导率降低了11.6%.

利用双向脉冲电源对Mg-Mn-RE镁合金分别在铝酸盐,磷酸盐和硅酸盐三种电解液体系中进行微弧氧化处理, 通过扫描电镜(SEM),X射线衍射分析(XRD),动电位极化曲线以及交流阻抗(EIS)等检测方法对合金表面生成的陶瓷膜层的微观结构及耐蚀性进行对比研究.结果表明: 在磷酸盐和硅酸盐体系中制备的膜层虽然截面较为致密, 但膜层较薄且表层分布有明显的龟裂裂纹, 耐蚀效果改善并不理想; 而在铝酸盐体系中制备的膜层厚度可达7.9 μm, 结构致密且表面平整无裂纹.相比于磷酸盐和硅酸盐体系, 在铝酸盐体系中制备的陶瓷膜层具有更佳的耐蚀性能.