银、铜复合添加对2205双相不锈钢耐硫酸盐还原菌腐蚀行为的影响

摘要

目的通过添加铜、银元素赋予2205双相不锈钢协同抗菌效果,以提高材料的抗菌性能和耐微生物腐蚀能力。方法采用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)研究铜、银添加对材料显微组织变化和两相比例的影响,使用能谱(EDS)分析元素分布。采用电化学测试,包括动电位极化曲线(PD)、开路电位(OCP)、线性极化电阻(LPR)和交流阻抗谱(EIS),表征添加铜、银后材料耐蚀性能的改变和在硫酸盐还原菌(SRB)体系中耐微生物腐蚀的能力。采用莫特肖特基测试(MS)表征表面钝化膜缺陷密度的变化。使用扫描电镜观察浸泡试样表面生物被膜和腐蚀产物,并采用EDS分析腐蚀产物主要成分。通过共聚焦显微镜(CLSM)观察活死染色后表面生物被膜内细菌的生长情况,分析含铜、银材料的协同抗菌性能。结果添加铜元素会使2205双相不锈钢中奥氏体含量增多,银元素主要以银富集相分布于基体材料中。电化学测试显示,2205试样的腐蚀电流密度和维钝电流密度分别为10.30mA/cm^2和1.19μA/cm^2,而2205-Cu和2205-Cu-Ag的自腐蚀电流密度分别为13.73mA/cm^2和28.85mA/cm^2,维钝电流密度分别为1.54μA/cm^2和2.31μA/cm^2,添加铜和银元素都会导致自腐蚀电流密度和维钝电流密度上升。此外,铜银元素会使钝化膜掺杂浓度上升,2205试样的钝化膜掺杂浓度为2.81×10^20cm^-3,而2205-Cu和2205-Cu-Ag钝化膜掺杂浓度分别为4.46×10^20cm^-3和4.97×10^20cm^-3。由于协同抗菌效应,在硫酸盐还原菌参与腐蚀的体系中,2205-Cu-Ag试样的耐蚀性能远好于2205-Cu和2205试样,在第14天时,2205、2205-Cu和2205-Cu-Ag的极化电阻值分别为37.27、41.51、72.90kΩ·cm^2。通过活死染色和扫描电镜图片可看出,2205-Cu-Ag表面的腐蚀产物较少,生物被膜稀疏且死亡细菌多于2205和2205-Cu试样。结论铜、银的添加会改变2205双相不锈钢的两相比例,降低耐蚀性,并使钝化膜致密性降低。但同时含铜、银的材料具有明显的协同抗菌效果,能够有效抑制金属表面生物被膜的附着,显著提升了材料耐硫酸盐还原菌导致的微生物腐蚀性能。