微生物影響金屬腐蝕過程是海洋腐蝕的重要類型之一。船舶在海洋上航行，與海水接觸部分不僅受海水腐蝕的影響，還受海洋生物污損的影響，許多海洋微生物能夠吸附于船底、螺旋槳、船舶管路及其他金屬結(jié)構(gòu)表面并生長和繁殖，導(dǎo)致嚴重的生物污損。污損生物會破壞金屬表面的涂層，使金屬裸露而導(dǎo)致金屬的腐蝕；有石灰外殼的污損生物覆蓋在金屬表面，改變了金屬表面的局部供氧，形成氧濃差電池加劇腐蝕；有些微生物本身就對金屬有腐蝕作用。但是，船舶的微生物腐蝕起初并不被人們所重視。近 20 年來，隨著腐蝕研究的不斷深入，許多異常快速的腐蝕問題引起了人們的注意，由此發(fā)現(xiàn)微生物腐蝕在船舶上大量存在。

    船舶微生物腐蝕發(fā)生位點與危害

    船舶的微生物腐蝕情況根據(jù)船體各部位所處環(huán)境、船舶航行海域、船齡以及維護保養(yǎng)程度不同而有很大差別。

    由于船體水下部分直接接觸海水，生物污損能破壞表面防腐涂層使漆膜脫落，增加船舶航行阻力，增大油耗。此外，在漆膜破損處，腐蝕微生物可以直接與金屬基體接觸誘發(fā)微生物腐蝕。船體水下部分的生物污損群落結(jié)構(gòu)受到多種因素的影響。一般來說，富營養(yǎng)化、水溫較高、水流速度緩慢的海域有利于污損生物的附著；污損生物附著量與船舶在港停靠的時間成正比，與船舶航行速度成反比。

    船體水上結(jié)構(gòu)，包括干舷、甲板和上層建筑。主要受到海洋大氣、海水飛沫、雨雪、沖洗甲板時所用的海水以及凝結(jié)水的侵蝕。水在各種難以維護的地方聚集并長期存在，也是船體水上結(jié)構(gòu)局部腐蝕破壞的重用原因，但是該部位由于營養(yǎng)物質(zhì)匱乏，一般認為發(fā)生微生物腐蝕的概率很小。

    船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于不直接接觸海水，不會發(fā)生大型生物污損，但是由于船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在海洋環(huán)境中有六個區(qū)域有發(fā)生微生物腐蝕的潛在可能性，分別是燃油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、艙底積水部位、壓載艙水部位和油輪油艙。其中，水、營養(yǎng)物質(zhì)、溫度以及環(huán)境是微生物生存的幾個要素。

    水是最主要的要素。燃油和潤滑油中的水會給微生物生長提供條件，水含量往往成為微生物生長的控制因素。同時溶解在燃料中的水還可以維持霉菌的生長。一般認為燃料中的微生物是在水滴中或者是被水膜包圍的環(huán)境中生存的。而大量微生物的生長需要大量的水，通常要求含水量超過 1wt%。

    微生物生長需要營養(yǎng)物質(zhì)。燃油和潤滑油中的碳水化合物和各種化學(xué)添加劑，以及水中可利用的營養(yǎng)物質(zhì)均可以作為營養(yǎng)物質(zhì)供微生物利用。用于清洗壓載艙的已經(jīng)被污染的海港附近的海水也含有營養(yǎng)有機物和農(nóng)肥，以及遺留下的石油降解微生物，這些都會為壓載艙水中的微生物生長提供營養(yǎng)物質(zhì)。此外，船舶內(nèi)部貨艙中的貨物殘留 （ 如尿素、肥料和糖等 ）、少量的殺菌劑殘留、銹層以及死掉的微生物都有可能充當貨艙微生物生長的營養(yǎng)物質(zhì)。一般認為，船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度在 15-35℃范圍內(nèi)，會給微生物提供理想的生長環(huán)境。如果船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度低于5℃或高于70℃時，都不利于微生物生長。

    腐蝕微生物通常不喜歡擾動的環(huán)境，因此在港的船舶或間歇性航行的船舶更易發(fā)生微生物腐蝕。腐蝕微生物可以在油水界面生長，將油相中的碳水化合物氧化成酸，包括有毒、有刺激性的H 2 S。腐蝕微生物還可以利用燃料、潤滑油、海水和廢料中的含硫化合物。在理想的環(huán)境中，腐蝕微生物在極短的時間內(nèi)就會大量生長， 產(chǎn)生幾公斤的生物量。

    船體鋼的微生物腐蝕

    SRB 對碳鋼腐蝕的影響較大，日本學(xué)者管野照造的研究認為，碳鋼在含與不含 SRB 的海泥中的腐蝕速率之比為37 : 17。烏拉諾夫斯基曾評定在 SRB 作用下鋼的腐蝕速度加速 50%-60%；巴切爾遜曾測量 SRB 對鋼腐蝕的加速可達 20倍。有人測定了含 SRB 的船艙水浸泡的鋼質(zhì)船板，其腐蝕速度是25mg/（dm 2 d），而無菌鋼的腐蝕速度是 2.6mg/（dm 2 d），兩者相差幾乎 10 倍。早在 1966 年，就報道了在船艙底的疑似微生物腐蝕。船尾螺旋槳附近的 8mm 碳鋼板在 2 年內(nèi)腐蝕穿孔，腐蝕速率達到 4mm/yr，比同樣鋼板在海水中的腐蝕速率 （0.127mm/yr）快 30 多倍，SRB 腐蝕產(chǎn)物 FeS 的存在證明了微生物腐蝕的發(fā)生。

    1994 年，我南海某艦艙底板發(fā)生嚴重腐蝕，在主機艙、副機艙和尾軸艙，發(fā)現(xiàn)直徑 8-20mm、坑深 3-6mm 的潰瘍狀蝕坑 217 個，年潰瘍腐蝕率為 1.5-3.0mm/yr，最大潰瘍腐蝕率為 4.5mm/yr，其中左主機齒輪箱左側(cè)一處已腐蝕穿孔，坑徑 80mm，孔徑 20mm。其余為潰瘍狀蝕坑，呈橢圓形，有的蝕坑呈階梯狀。經(jīng)國內(nèi)有關(guān)專家勘驗分析，事故主要原因是由微生物腐蝕所引起，并首次提出了治理艦船微生物腐蝕的建議。

    2000 年，我國有 6 艘某型艦艇船底在下水后不到 2 年的使用期間就發(fā)生了多處的腐蝕穿孔。經(jīng)檢測艙內(nèi)積水部位單位體積內(nèi) SRB 數(shù)量約是舷外海水的103-104 倍，說明 SRB 在艦船的艙底水中大量存在。同時，勘驗結(jié)果還表明，其腐蝕形貌具備 SRB 腐蝕的明顯特征：

    腐蝕產(chǎn)物帶有難聞氣味，外貌為黑色沾糊狀覆蓋在鋼板上，蝕坑往往是一些開口的階梯形圓錐體，坑內(nèi)側(cè)有許多同心圓環(huán)，坑內(nèi)是黑色的腐蝕產(chǎn)物，產(chǎn)物下可以看到光澤的金屬表面。2007 年報道了澳大利亞皇家海軍軍艦的 10mm 船體板在不到 1 年的時間內(nèi)腐蝕穿孔，腐蝕速率達到 10mm/yr，這一過程也被認為可能是由微生物腐蝕導(dǎo)致的。

    科學(xué)家在澳大利亞皇家海軍 7 艘軍艦的艙底水中取樣詳細研究了四種金屬材料的微生物腐蝕，包括兩種澳大利亞海軍軍艦用船體鋼 （ 一種水面艦艇用低合金鋼和一種潛艇用高強低合金鋼 ） 和兩種不銹鋼。浸泡 116 天后，采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡和能譜分析樣品表面形貌和組成。對比研究發(fā)現(xiàn)，與浸泡在天然海水中的材料相比，浸泡在艙底水中的海軍軍艦用船體鋼腐蝕速率加快，點蝕敏感性增大，出現(xiàn)了半球型的點蝕坑，表明船體鋼在艙底水中的腐蝕與 SRB 導(dǎo)致的微生物腐蝕有關(guān)。而對于兩種不銹鋼樣品，沒有證據(jù)表明其在天然海水和艙底水中的腐蝕與微生物腐蝕有關(guān)。

    此外，在儲罐底部的水和污泥以及原油自身含有的水滴中均發(fā)現(xiàn)了包括SRB和產(chǎn)酸細菌在內(nèi)的腐蝕微生物群落，而采用殺菌劑控制原油儲罐的微生物腐蝕是不切實際的。

    船體其他金屬材料的微生物腐蝕

     微生物對船舶管道的腐蝕是最近幾年才引起重視的。研究發(fā)現(xiàn) SRB 能在厭氧條件下的海水管道內(nèi)大量繁殖，并產(chǎn)生粘液物質(zhì)，加速垢的形成，造成海水管道的堵塞；同時，SRB 菌落致使管道設(shè)施發(fā)生局部腐蝕，甚至出現(xiàn)穿孔，造成巨大的經(jīng)濟損失。管道的腐蝕過程起初是由鐵細菌或一些粘液形成菌在管壁上附著生長，形成較大菌落、結(jié)瘤或不均勻粘液層，產(chǎn)生氧濃差電池。隨著生物污垢的擴大，形成了 SRB 繁殖的厭氧條件，從而加劇了氧濃差電池腐蝕，同時 SRB 產(chǎn)生的去極化作用及硫化物產(chǎn)物腐蝕，使得腐蝕進一步惡化，直至局部穿孔。

    大量的失效事例分析表明，銅鎳合金雖不發(fā)生海生物污損，但卻具有微生物腐蝕敏感性。不銹鋼的微生物腐蝕常常發(fā)生在焊縫及熱影響區(qū)。研究表明，不銹鋼材料的微觀組織和表面結(jié)構(gòu)對金屬抗微生物腐蝕是有影響的，特別是鈍化層的性質(zhì)對抗微生物腐蝕有較大影響。在不銹鋼的微生物腐蝕中起作用的微生物主要有藻類、SRB、鐵氧化菌及錳氧化菌等。在不銹鋼材料表面，由于需氧菌的新陳代謝作用，消耗氧氣，在生物膜下，產(chǎn)生一個氧濃差電池；另外，由于鐵氧化菌和錳氧化菌的生長活動，在金屬表面形成局部沉淀，阻礙了氧氣在生物膜中的擴散，使生物膜的中心部分形成無氧環(huán)境，適合 SRB 的生長和繁殖。在 SRB、鐵氧化菌和錳氧化菌的共同作用下，點蝕產(chǎn)生。也有人認為，在金屬表面形成的沉淀瘤，造成了微小縫隙，從而產(chǎn)生縫隙腐蝕。

    一般認為銅對 SRB 有毒性，但 SRB對銅有一定的適應(yīng)性。最耐 SRB 腐蝕的材料是鈦及鈦合金。在英國皇家海軍的報告中也提到由于微生物腐蝕導(dǎo)致軍艦上燃氣渦輪發(fā)動機發(fā)生故障。故障原因與冷卻管路系統(tǒng)使用海水作為冷卻介質(zhì)有關(guān)。這些冷卻水中含有的微生物和營養(yǎng)物質(zhì)會導(dǎo)致微生物腐蝕。英國皇家海軍潛艇冷卻系統(tǒng)所使用的銅鎳合金也發(fā)現(xiàn)由微生物腐蝕導(dǎo)致的點蝕。在船底艙水和污泥中檢測到了包括 SRB、真菌和酵母菌在內(nèi)的多種微生物。在腐蝕產(chǎn)物和海泥樣本中均檢測到了硫化物，表明主要發(fā)生了 SRB 導(dǎo)致的微生物腐蝕。

    對比國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，我們可以看到國外對于船舶生物腐蝕污損的研究開展的相對較早，認識較為深入。1966 年Copenhagen 就分析了船底鋼的微生物腐蝕機理。在后續(xù)的研究中，對于船舶不同部位的生物腐蝕污損問題也有了分類認識，提出不僅在船底水和壓載水等水環(huán)境中，在燃油和潤滑系統(tǒng)等部位也會因為燃油和潤滑油受到微生物污染導(dǎo)致微生物污損腐蝕，影響設(shè)備安全有效運行。同時，美國、英國、加拿大、澳大利亞等國海軍也對水面艦艇和潛艇的微生物腐蝕進行了系統(tǒng)的調(diào)查，形成了多份公開的調(diào)查報告，建議了有針對性的防護措施。而在我國，對于船舶水下部位生物污損的問題研究較早，也相對全面系統(tǒng)，通過多年實海掛板分析，掌握了我國不同海域生物污損群落特征隨季節(jié)、地理位置變化的演變規(guī)律，并且也有相應(yīng)的防污措施。但是對于船舶內(nèi)部結(jié)構(gòu)微生物腐蝕問題的研究則起步較晚，從公開文獻的調(diào)研結(jié)果可見，我國直到上世紀末才充分認識到微生物腐蝕對于艦船設(shè)備安全有效運行的巨大破壞作用，建議了相應(yīng)的防護措施。但總體而言，在重視程度和機理分析方面與國外尚有一定差距，在船舶微生物腐蝕機理及防護技術(shù)領(lǐng)域的研究亟待加強。