·754 北京科技大学学报 第35卷 超高强钢由于其具有高强度、高硬度、高断裂 蚀.梁子原等[1对不锈钢在霉菌环境中进行腐蚀 韧性和延展性等优点，作为承力构件被广泛应用于 实验，发现不锈钢表面局部出现点蚀 汽车、航空、海洋、石油化工等领域-).研究者们 霉菌对超高强钢腐蚀影响的研究鲜见报道.因 对超高强钢在大气环境中的腐蚀行为已经开展了大 此，本文通过采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分 量研究，主要集中于应力、C一等因素对超高强钢 析(EDS)和扫描Kelvin探针测试技术(SKP)对 腐蚀行为的影响【-.已有研究表明，大气环境和 300M钢、Aermet.100钢和超高强不锈钢三种材料在 海洋环境中霉菌亦是影响腐蚀的重要因素之一，如 霉菌环境中的腐蚀行为及其影响规律进行了研究， 飞机的主机翼缸、热交换器都遭受霉菌的腐蚀⑨. 以期为超高强钢在大气环境中的服役寿命评估提供 近年来，关于微生物在腐蚀过程中作用的研 一定的数据基础与参考. 究主要集中在微生物的降解与清洁作用等[10-13， 1 而霉菌对材料腐蚀行为影响的研究较少.Dotsenko 实验方法 等3研究了微生物对航天器中碳沉积的清洁作 实验材料选用三种超高强度马氏体钢，分别是 用，发现黑曲霉和青霉对碳沉积的清洁作用显著， 300M钢、Aermet100钢与超高强不锈钢(UHSSS), 且不破坏金属表面.Juzelitinas等[14-1)研究了黑 其化学成分见表1.试样规格为10mm×20mm.试 曲霉对Z如和A1腐蚀的影响，结果显示黑曲霉对 样经丙酮乙醇超声波清洗，用砂纸从400#逐级打 Z如的腐蚀有促进作用，对A1的腐蚀有抑制作用. 磨至2000#，去离子水超声波清洗，置于无菌生物 李松梅等[16]研究发现枝孢霉菌能加剧A3钢的腐 安全柜中保存备用 表1试样的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of studied specimens ÷ 试样 C Mn Si P Ni Cr Mo Ti Co W 300M 0.40 0.64 1.66 0.0013 0.009 1.90 0.71 0.37 0.008 Aermet100 0.24 0.01 <0.01 <0.0005 0.002 11.07 3.00 1.19 0.009 13.47 UHSSS 0.19 5.03 9.04 1.04 0.240 14.27 1.04 实验用菌选用黄曲霉、黑曲霉、球毛壳霉、绳 分析.采用PARM370扫描电化学工作站进行扫描 状青霉、杂色曲霉组成的混合菌种，由中国科学院 Kelvin探针测试.采用面扫描步长扫描模式，实验过 微生物研究所提供.霉菌悬浮液最终浓度每升含有 程中保持探针与试样表面的距离为(93士1)m,探 100×(1士20%)万个孢子，置于冰箱中待用.对照 针振动振幅为30m,信号频率为80Hz,实验温度 条为滤纸条，营养液成分为KH2PO40.7gL-1, 25℃，相对湿度50%. K2HPO4 0.3 g.L-1,MgSO4 0.5 g-L-1,NaNO3 2.0 gL-1,KC10.5gL-1,FeS040.01gL-1,C12H22011 2结果与讨论 30gL-1,并在制备当天使用. 2.1宏观分析 在生物安全柜中，将霉菌悬浮液、空白营养液 图1为对照条和试样不同周期霉菌实验后的宏 分别置于玻璃喷雾瓶中，喷雾接种在不同试样以及 观形貌谱图.与空白样对比，有霉菌附着的试样腐 对照条上，然后将试样和对照条放在型号为MJX- 蚀严重.由图可见，随实验时间延长，对照条上霉 128的霉菌培养箱中分别培养.霉菌培养箱中温度 菌数量逐渐增多，霉菌的覆盖面积逐渐扩大.7d时 为30℃，相对湿度为95%.培养周期为7、14、28 霉菌的生长比较均匀密集，14d时对照条上出现绒 和84d.各个实验周期结束后分别进行宏观和微观 状霉菌生长，28d时霉菌有少量聚集生长，绒状生 形貌观察、能谱分析和扫描Kelvin探针测试，试样 长更加明显，84d时出现很多面积较大的霉菌菌落 表面去除腐蚀产物后进行扫描电子显微镜观察，将 比较300M钢、Aermet100钢及超高强不锈钢 试样侧面用砂纸逐级打磨至2000#，抛光，用扫描 不同周期霉菌实验后的宏观形貌照片可以发现：经 电子显微分析蚀坑深度. 过7d培养，超高强不锈钢试样表面出现较小的腐 采用FEI Quanta250型环境扫描电镜观察试 蚀点，有明显的大量白色霉菌菌落附着在试样表面. 样表面腐蚀形貌和霉菌的生长情况，并利用Ame Aermet.100钢试样表面有较轻微腐蚀，其周围可见 tek Apollo-l0型EDX能谱仪对选定区域进行成分 白色菌落.300M钢试样表面出现严重腐蚀，表面呈· 754 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 超高强钢由于其具有高强度、高硬度、高断裂 韧性和延展性等优点，作为承力构件被广泛应用于 汽车、航空、海洋、石油化工等领域 [1−3] . 研究者们 对超高强钢在大气环境中的腐蚀行为已经开展了大 量研究，主要集中于应力、Cl− 等因素对超高强钢 腐蚀行为的影响 [4−8] . 已有研究表明，大气环境和 海洋环境中霉菌亦是影响腐蚀的重要因素之一，如 飞机的主机翼缸、热交换器都遭受霉菌的腐蚀 [9] . 近年来，关于微生物在腐蚀过程中作用的研 究主要集中在微生物的降解与清洁作用等 [10−13]， 而霉菌对材料腐蚀行为影响的研究较少. Dotsenko 等 [13] 研究了微生物对航天器中碳沉积的清洁作 用，发现黑曲霉和青霉对碳沉积的清洁作用显著， 且不破坏金属表面. Juzeli¯unas 等 [14−15] 研究了黑 曲霉对 Zn 和 Al 腐蚀的影响，结果显示黑曲霉对 Zn 的腐蚀有促进作用，对 Al 的腐蚀有抑制作用. 李松梅等 [16] 研究发现枝孢霉菌能加剧 A3 钢的腐 蚀. 梁子原等 [17] 对不锈钢在霉菌环境中进行腐蚀 实验，发现不锈钢表面局部出现点蚀. 霉菌对超高强钢腐蚀影响的研究鲜见报道. 因 此，本文通过采用扫描电子显微镜 (SEM)、能谱分 析 (EDS) 和扫描 Kelvin 探针测试技术 (SKP) 对 300M 钢、Aermet100 钢和超高强不锈钢三种材料在 霉菌环境中的腐蚀行为及其影响规律进行了研究， 以期为超高强钢在大气环境中的服役寿命评估提供 一定的数据基础与参考. 1 实验方法 实验材料选用三种超高强度马氏体钢，分别是 300M 钢、Aermet100 钢与超高强不锈钢 (UHSSS)， 其化学成分见表 1. 试样规格为 10 mm×20 mm. 试 样经丙酮乙醇超声波清洗，用砂纸从 400# 逐级打 磨至 2000#，去离子水超声波清洗，置于无菌生物 安全柜中保存备用. 表 1 试样的化学成分 (质量分数) Table 1 Chemical composition of studied specimens % 试样 C Mn Si S P Ni Cr Mo V Ti Co W 300M 0.40 0.64 1.66 0.0013 0.009 1.90 0.71 0.37 0.008 — — — Aermet100 0.24 0.01 <0.01 <0.0005 0.002 11.07 3.00 1.19 — 0.009 13.47 — UHSSS 0.19 — — — — 5.03 9.04 1.04 0.240 — 14.27 1.04 实验用菌选用黄曲霉、黑曲霉、球毛壳霉、绳 状青霉、杂色曲霉组成的混合菌种，由中国科学院 微生物研究所提供. 霉菌悬浮液最终浓度每升含有 100×(1±20%) 万个孢子，置于冰箱中待用. 对照 条为滤纸条，营养液成分为 KH2PO4 0.7 g·L −1， K2HPO4 0.3 g·L −1，MgSO4 0.5 g·L −1，NaNO3 2.0 g·L −1，KCl 0.5 g·L −1，FeSO4 0.01 g·L −1，C12H22O11 30 g·L −1，并在制备当天使用. 在生物安全柜中，将霉菌悬浮液、空白营养液 分别置于玻璃喷雾瓶中，喷雾接种在不同试样以及 对照条上，然后将试样和对照条放在型号为 MJX- 128 的霉菌培养箱中分别培养. 霉菌培养箱中温度 为 30 ℃，相对湿度为 95%. 培养周期为 7、14、28 和 84 d. 各个实验周期结束后分别进行宏观和微观 形貌观察、能谱分析和扫描 Kelvin 探针测试，试样 表面去除腐蚀产物后进行扫描电子显微镜观察，将 试样侧面用砂纸逐级打磨至 2000#，抛光，用扫描 电子显微分析蚀坑深度. 采用 FEI Quanta250 型环境扫描电镜观察试 样表面腐蚀形貌和霉菌的生长情况，并利用 Ame￾tek Apollo-10 型 EDX 能谱仪对选定区域进行成分 分析. 采用 PAR M370 扫描电化学工作站进行扫描 Kelvin 探针测试. 采用面扫描步长扫描模式，实验过 程中保持探针与试样表面的距离为 (93±1) µm，探 针振动振幅为 30 µm，信号频率为 80 Hz，实验温度 25 ℃，相对湿度 50%. 2 结果与讨论 2.1 宏观分析 图 1 为对照条和试样不同周期霉菌实验后的宏 观形貌谱图. 与空白样对比，有霉菌附着的试样腐 蚀严重. 由图可见，随实验时间延长，对照条上霉 菌数量逐渐增多，霉菌的覆盖面积逐渐扩大. 7 d 时 霉菌的生长比较均匀密集，14 d 时对照条上出现绒 状霉菌生长，28 d 时霉菌有少量聚集生长，绒状生 长更加明显，84 d 时出现很多面积较大的霉菌菌落. 比较 300M 钢、Aermet100 钢及超高强不锈钢 不同周期霉菌实验后的宏观形貌照片可以发现：经 过 7 d 培养，超高强不锈钢试样表面出现较小的腐 蚀点，有明显的大量白色霉菌菌落附着在试样表面. Aermet100 钢试样表面有较轻微腐蚀，其周围可见 白色菌落. 300M 钢试样表面出现严重腐蚀，表面呈