MoO3-SiO2纳米晶复合涂层模拟海洋环境的抗菌及耐腐蚀性能研究

摘要

金属腐蚀给人类带来巨大的经济损失和社会危害，随着工业与科学技术的发展，腐蚀科学在国民经济中所占的地位越来越重要。而在海洋环境中，金属腐蚀破坏的主要原因为微生物腐蚀和电化学腐蚀。316L不锈钢作为一种含钼奥氏体不锈钢，具有硬度高、耐腐蚀性能好的特点，其耐蚀性高于一般的不锈钢，且均匀腐蚀速率很低，是目前在化工、冶金、海洋等很多领域应用广泛的材料。但是在海洋环境中容易发生点蚀和缝隙腐蚀，尤其对微生物腐蚀特别敏感，从而对设备造成很大的危害。为了解决这个问题，本课题采用双阴极等离子溅射沉积技术和离子氧化技术在不锈钢表面制备结构致密的具有抗菌性能的复合涂层，从而为不锈钢在海洋环境的使用提供保障。 本文通过双阴极等离子溅射沉积技术及离子氧化技术在海洋结构材料316L不锈钢表面制备了MoO3-SiO2纳米晶复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)测试分析MoO3-SiO2纳米晶复合涂层分的表面形貌、相组成及元素分布。采用平板计数法评价MoO3-SiO2纳米晶复合涂层对于大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抗菌性能，并采用电化学测试手段对基体不锈钢试样及纳米晶复合涂层试样在含硫酸盐还原菌与不含菌溶液中浸泡7d后的抗菌耐腐蚀性能进行评测。 结果显示复合涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别达到80.7%和68.9%。电化学极化曲线分析认为，不锈钢表面纳米晶复合涂层的存在，使不锈钢的腐蚀电流密度icorr减少，腐蚀速率下降，涂层有效地减缓了金属基体的阳极溶解过程。阻抗谱分析与等效电路拟合数据显示，不锈钢表面的纳米晶复合涂层，在电极反应中的电荷转移电阻Rct约为107~108Ω·cm2，比基体不锈钢高约三个数量级，试样的抗腐蚀能力增强，进而说明薄膜的存在能有效地阻止海水及硫酸盐还原菌对于金属材料表面的侵蚀。扫描电镜观察结果显示MoO3-SiO2纳米晶复合涂层可以减少硫酸盐还原菌在316L不锈钢基体上的附着繁殖，并降低不锈钢在硫酸盐还原菌菌液中的腐蚀程度。所得结果表明复合涂层不仅有效的提高了不锈钢的耐电化学腐蚀性能，同时具有较好的抗菌性能，因此MoO3-SiO2纳米晶复合涂层有巨大潜力应用于复杂海洋环境。

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