海洋微生物腐蝕主要是指海水海泥等環(huán)境中由于微生物的直接或間接作用所引起的海洋工程材料的腐蝕破壞行為與破壞現(xiàn)象。海洋環(huán)境中微生物作用下材料的腐蝕問(wèn)題是海洋腐蝕的重要特征之一，海洋微生物對(duì)材料腐蝕的影響顯著而復(fù)雜，呈現(xiàn)出不同于常規(guī)的腐蝕新問(wèn)題。海洋微生物腐蝕是影響海洋工程設(shè)施腐蝕和性能下降的重要因素，是材料海洋腐蝕研究迫切需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

    一、海洋腐蝕的主要特征

    海洋是最為苛刻的腐蝕環(huán)境，物理因素如溫度、流速、泥沙沖擊等 ; 化學(xué)因素如海水鹽度、溶解氧濃度和 pH 值；生物因素如微生物和污損生物都對(duì)材料的腐蝕產(chǎn)生重要影響。與其他腐蝕環(huán)境相比，海洋腐蝕特別是海水腐蝕的顯著特征是高的鹽含量和高的生物活性。海水鹽度通常為 30-35g/L，其中，海水中氯離子含量約 19.0g/L，硫酸鹽含量約 2.6g/L，其它陽(yáng)離子如 Na 離子的含量約為 10.0g/L, 還包括較高含量的 Mg離子和 Ca 離子等。但是，海水決不是簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)鹽的組合，海水中還含有大量的微生物，浮游和污損（在海洋分類學(xué)中又泛稱底棲生物）生物以及含碳、氮、磷等的有機(jī)物質(zhì)，每升海水中含有109 數(shù)量級(jí)微生物，這些微生物包括細(xì)菌，古細(xì)菌和微藻等，這些微生物及其無(wú)機(jī)和有機(jī)代謝產(chǎn)物都會(huì)對(duì)材料腐蝕產(chǎn)生影響。

    人們常常發(fā)現(xiàn)，材料在人工海水中的腐蝕與材料在天然海水中的腐蝕現(xiàn)象和規(guī)律十分不同。這其中，微生物因素對(duì)腐蝕起著至關(guān)重要的作用?？梢哉f(shuō)，海洋微生物腐蝕是海洋腐蝕的關(guān)鍵特征之一。但由于微生物腐蝕的復(fù)雜性，相比于氯鹽腐蝕等其他腐蝕形式，人們對(duì)微生物腐蝕的理解和認(rèn)識(shí)，從基本現(xiàn)象到腐蝕機(jī)理研究，仍是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。僅從海區(qū)來(lái)講，南海和黃海、東海的海洋腐蝕微生物可能是不同的；從所處腐蝕環(huán)境來(lái)講，海洋潮差區(qū)和海水全浸區(qū)、海洋沉積物區(qū)的腐蝕微生物也可能是不同的。

    二、生物膜與微生物群落

    無(wú)論何種材料，一旦浸入到海水中，海水中的有機(jī)分子、某些附著微生物就會(huì)在其表面相繼附著，在 24 小時(shí)內(nèi)會(huì)形成初期生物膜，在污損生物豐富的海域，如果沒(méi)有合適的防護(hù)手段，會(huì)進(jìn)一步形成生物污損。其中，生物膜是海洋微生物生存發(fā)展的重要場(chǎng)所，對(duì)于金屬材料而言，生物膜是腐蝕微生物對(duì)材料發(fā)生作用的主要場(chǎng)所。在形成初期生物膜后，隨著時(shí)間推移，還會(huì)進(jìn)一步與材料表面相互作用，生物膜內(nèi)好氧微生物群落會(huì)向厭氧微生物群落發(fā)展，并依所附著材料不同，最終形成較為復(fù)雜的微生物群落。目前針對(duì)鋼鐵銹層腐蝕微生物群落的有關(guān)研究表明，微生物群落中可能含有硫酸鹽還原細(xì)菌、鐵氧化細(xì)菌、鐵還原細(xì)菌等。在微生物腐蝕研究中，人們對(duì)鋼鐵等材料表面的腐蝕微生物群落組成的了解仍是極其有限的，必須借助于微生物學(xué)、分子生物學(xué)的有關(guān)現(xiàn)代研究工具開(kāi)展深入研究。

    生物膜內(nèi)外的環(huán)境與海水本體環(huán)境顯著不同。生物膜作為一種活性膜層，會(huì)代謝產(chǎn)生胞外聚合物質(zhì)，這種胞外聚合物質(zhì)含有胞外多糖、微生物的含碳、氮、磷等的代謝有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)等等，它們?cè)诮饘俚母g中起著重要作用。

    它們產(chǎn)生的酸性代謝物質(zhì)可能改變金屬界面的pH值， 并阻隔與外界的物質(zhì)傳輸，如溶解氧的輸入。有測(cè)量表明，鋼鐵表面生物膜內(nèi)外的溶解氧差別顯著，從本體溶解氧濃度迅速降至幾個(gè) ppm。了解生物膜內(nèi)的理化參數(shù)指標(biāo)對(duì)理解微生物腐蝕具有重要作用。

    三、腐蝕微生物及其腐蝕破壞機(jī)制

    雖然海洋微生物的種類繁多，但人們目前認(rèn)知的腐蝕微生物的種類，仍是極其有限的，對(duì)腐蝕微生物群落的研究，也是處于起步階段。和腐蝕相關(guān)的微生物，通常的分類有產(chǎn)酸細(xì)菌，金屬氧化細(xì)菌、鐵還原細(xì)菌、硫酸鹽還原細(xì)菌和產(chǎn)甲烷古菌等，而實(shí)際腐蝕微生物群落中存在的細(xì)菌遠(yuǎn)比此復(fù)雜。已知的腐蝕微生物最廣為人知的當(dāng)屬硫酸鹽還原細(xì)菌，最早發(fā)現(xiàn)在埋地鑄鐵管線環(huán)境中，后來(lái)發(fā)現(xiàn)廣泛存在于海泥、海水、工業(yè)水等環(huán)境中，能夠?qū)е录铀俚母g破壞，至今仍是微生物腐蝕研究的典型模式微生物。

    經(jīng)過(guò)幾十年對(duì) SRB 腐蝕機(jī)理的不斷研究，人們對(duì)其腐蝕作用機(jī)制有了新的認(rèn)識(shí)。1934 年 Kuhr 最早提出了 SRB 陰極去極化作用的經(jīng)典腐蝕機(jī)理，SRB 可通過(guò)自身產(chǎn)生的酶氧化吸附在金屬表面的氫，起到陰極去極化作用。最近的研究表明，SRB 更可能是一種電活性微生物，SRB 在與鋼鐵發(fā)生腐蝕時(shí)，實(shí)際是通過(guò)氫化酶等催化產(chǎn)生氫氣而不是消耗氫氣，SRB 可以直接或間接從鐵中獲得電子來(lái)加速陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程，而非依靠消耗陰極氫。微生物作為一種活的生物體，其自身的代謝過(guò)程可能與金屬的腐蝕有著更為直接的關(guān)系，研究微生物本身及其活性代謝物質(zhì)與金屬腐蝕的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是今后一段時(shí)期內(nèi)微生物腐蝕研究的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。

    四、材料的海洋微生物腐蝕破壞現(xiàn)象與類型

    對(duì)于金屬材料，通常認(rèn)為，幾乎所有材料如碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅合金、鋁合金甚至鈦合金等，都會(huì)遭受微生物腐蝕的影響。對(duì)于海洋微生物腐蝕，有兩種典型的腐蝕現(xiàn)象，一種是所謂的電位正移現(xiàn)象，一種是腐蝕產(chǎn)物的硫化現(xiàn)象。電位正移現(xiàn)象主要是指不銹鋼等鈍性金屬，在天然海水中短期浸泡（幾星期到幾個(gè)月），出現(xiàn)開(kāi)路電位正移現(xiàn)象， 正移幅度在+200-400mV之間，而在滅菌海水中則不會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

    在開(kāi)路電位正移的同時(shí)，還觀察到加速的陰極氧還原現(xiàn)象。有的研究者認(rèn)為電位正移加速縫隙腐蝕，而相反的研究結(jié)果則認(rèn)為電位正移對(duì)腐蝕具有抑制作用。雖然人們認(rèn)識(shí)到是微生物引起該現(xiàn)象，但對(duì)該現(xiàn)象機(jī)理的解釋仍未有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。對(duì)于腐蝕產(chǎn)物的硫化現(xiàn)象，則有較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，即硫酸鹽還原菌的厭氧微生物腐蝕是其原因，硫酸鹽被還原產(chǎn)生硫化氫，導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)生的硫化。但細(xì)節(jié)的腐蝕作用過(guò)程仍是待深入研究的。

    微生物腐蝕之所以受到廣泛關(guān)注，主要是微生物誘導(dǎo)加速材料的腐蝕破壞。今后，海洋金屬材料特別是海洋高強(qiáng)鋼等材料將在海洋資源開(kāi)發(fā)中得到更廣泛應(yīng)用，關(guān)注和分析這些材料在海洋環(huán)境中的腐蝕破壞因素是十分必要的，其中，微生物將是其中的一個(gè)重要因素。