生物学专业 铜绿假单胞菌对CrCoNi中熵合金的微生物腐蚀行为研究

1、铜绿假单胞菌对CrCoNi中熵合金的微生物腐蚀行为研究摘 要 采用多种电化学实验手段及场发射扫描电子显微镜（FESEM）、金相显微镜（OM）等分析技术，结合活死细菌染色实验、点蚀坑深度分析等方法，以316L不锈钢为对比，研究了CrCoNi中熵合金在含铜绿假单胞菌培养基中的微生物腐蚀行为。结果表明：铜绿假单胞菌能够在CrCoNi中熵合金表面形成不均匀的生物被膜，导致开路电位下降、极化电阻减小、腐蚀电流密度增大；铜绿假单胞菌生物被膜一定程度上破坏了钝化膜，导致浸泡在含铜绿假单胞菌培养基中的CrCoNi中熵合金的最大点蚀坑深（4.8m）大于无菌培养基中（2.3m）。与316L相比，CrCoNi中熵合

2、金的开路电位较高、腐蚀电流密度和腐蚀速率较小，钝化膜的修复能力较强，在含铜绿假单胞菌培养基中浸泡后的最大点蚀坑深度小于316L不锈钢（5.8m）。关键词 CrCoNi中熵合金，铜绿假单胞菌，微生物腐蚀，生物被膜，点腐蚀近年来，由多个等摩尔比或近等摩尔比组元组成的高熵合金引起了人们的广泛关注1-3。由于其优异的强度和延展性2，以及高耐磨性4、良好的热稳定性5，高熵合金得到了蓬勃的发展。其中，CrCoNi是一种仅含有三种元素的等摩尔比中熵合金，它是一种单相面心立方固溶体，具有超过大多数高熵合金和多相合金的强度和韧性6-10。同时，本课题组研究发现，CrCoNi中熵合金在NaCl溶液中具有良好的耐腐

3、蚀性能11，与2205双相不锈钢相当。因此，CrCoNi中熵合金可以作为基础合金，发展性能更加优异的工程合金金12。微生物腐蚀是由微生物附着在材料表面及形成生物被膜引起的13，它的腐蚀成本大约占所有金属和建筑等材料腐蚀成本的20%14。据2016年美国腐蚀工程师协会公布的全球腐蚀调研项目的结果，全球腐蚀成本大约占国民生产总值的3.4%15，估算达2.5万亿美元，其中海洋环境中腐蚀造成的经济损失约占总腐蚀成本的30%。在海洋环境中，由于存在多种微生物，暴露的金属表面容易形成海洋微生物被膜，提高了发生微生物腐蚀的可能性，给许多行业带来巨大的经济损失16。生物被膜除了会影响金属表面电化学腐蚀的阳极或

4、阴极反应，还会改变腐蚀反应的类型，形成生物被膜内腐蚀环境。同时微生物新陈代谢过程产生的侵蚀性物质会改变金属表面的膜电阻，微生物生长和繁殖所建立的屏障层还会形成金属表面的浓差电池等17-19。铜绿假单胞菌是海洋中常见的好氧杆状细菌，并且广泛分布于土壤、沼泽等环境，它在代谢中会排出有机酸、二氧化碳和硫酸根离子。同时铜绿假单胞菌也是能够形成生物被膜的典型菌种，研究表明它能加速碳钢、不锈钢等多种材料的腐蚀20-22。但是，目前中高熵合金的微生物腐蚀行为未见报道，铜绿假单胞菌对其微生物腐蚀行为的影响机制也有待深入研究。本文利用电化学手段结合表面分析方法，以316L不锈钢为对比，研究了在模拟海洋环境中铜绿

5、假单胞菌对CrCoNi中熵合金的微生物腐蚀行为的影响规律，探讨了在该微生物环境中的腐蚀机制，以期为CrCoNi中熵合金在海洋等领域的实际应用提供理论依据和参考。1 实验材料及方法1.1 材料与实验介质实验所用CrCoNi中熵合金和316L不锈钢的化学成分如表1所示。从CrCoNi中熵合金和316L不锈钢上切取尺寸为10 mm 10 mm 5mm的试样，分别经1150 / 2 h和1050 / 1 h固溶处理后，水冷至室温。将试样去除氧化皮并用1000 #砂纸打磨后，用蒸馏水、无水乙醇清洗后烘干，然后用紫外灯灭菌30 min。表1实验用钢的化学成分Table 1 Chemical composi

6、tions of the experimental steels (mass fraction / %)SteelsCrCoNiCSiMnMoFeCrCoNi MEA30.5834.7134.71-316L SS16.78-10.50.0210.431.182.09Bal.实验所用的测试溶液分别为无菌和含铜绿假单胞菌的2216E模拟海水液体培养基溶液，铜绿假单胞菌（MCCC 1A00099）来自中国海洋微生物菌种保藏管理中心。2216E培养基的主要成分为：19.45 g/L NaCl，5.89 g/L MgCl2，3.24 g/L Na2SO4，1.8 g/L CaCl2，0.55 g/L K

7、Cl，0.16 g/L Na2CO3，0.08 g/L KBr，0.034 g/L SrCl2，0.08 g/L SrBr2，0.022 g/L H3BO3，0.004 g/L NaSiO3，0.0024 g/L NaF，0.0016 g/L NH4NO3，0.008 g/L NaH2PO4，5.0 g/L蛋白胨，1.0 g/L酵母膏和0.1 g/L柠檬酸铁。用温度为121 的高压灭菌锅对培养基灭菌20 min。接种后培养基中铜绿假单细胞的初始浓度约为106 cell/mL。1.2 电化学测试实验采用Gamry Reference 600电化学工作站进行开路电位（OCP）、线性极化电阻（LPR

8、）、电化学阻抗谱（EIS）、电化学频率调制（EFM）和循环极化曲线（CP）测试。电化学测试在37 的2216E培养基中连续进行14天。测试采用经典的三电极体系，辅助电极为铂电极（15 mm 15 mm铂片），参比电极为饱和甘汞电极（SCE），工作电极为用环氧树脂镶嵌的CrCoNi中熵合金和316L不锈钢试样，工作面积为1 cm2。在电化学测试中，开路电位的检测时间为2000 s，线性极化的扫描范围为EOCP 5 mV，扫描速率为0.125 mVs-1。EIS的扰动电压为5 mV，频率范围为10-2105 Hz，测量结果用ZSimpWin软件进行拟合。循环极化从EOCP以下0.3 V开始以0.3

9、333 mVs-1的速率正向扫描，在电流密度达到1 mA cm-2时反向扫描，当达到保护电位（Eprot）后停止。循环极化测试结束后，采用Olympus DSX510金相显微镜观察试样的腐蚀形貌。1.3 腐蚀形貌分析利用Ultra Plus型场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察在含铜绿假单胞菌的培养基中分别浸泡7天和14天后试样的生物被膜形貌。首先将浸泡后的CrCoNi中熵合金和316L 不锈钢试样放入2.5 %（体积分数）戊二醛溶液浸泡8 h以固定生物被膜，然后依次用50%、60%、70%、80%、90%、95%、100%的乙醇溶液脱水10 min21。在背散射模式下观察试样表面的细菌形貌

10、，在二次电子模式下观察试样表面形貌。利用C2 Plus型激光共聚焦扫描显微镜（CLSM）观察在含铜绿假单胞菌培养基中分别浸泡7天和14天后试样表面细菌的活性20。用去离子水清洗试样表面，之后用染色剂（SYTO-9+PI(1:1)）对试样表面的细菌进行染色，染色后的活细胞和死细胞分别呈现绿色和红色。利用LSM 710型CLSM测量在无菌和含铜绿假单胞菌培养基中分别浸泡7天和14天后试样表面的点蚀坑深度。首先在超声波清洗器中依次用蒸馏水、无水乙醇对试样进行清洗，按照国家标准GB/T 4334.4-2000用硝酸和氢氟酸的混合溶液去除腐蚀产物，之后用橡皮擦拭试样表面，最后再次用蒸馏水、无水乙醇清洗试

11、样。将清洗后的试样放到CLSM下，观察试样表面点蚀坑形貌，并统计点蚀坑深度。通常点蚀的发生是随机的，每种试样的点蚀坑深度并不是一个特定的值23, 24，而是不同深度的点蚀坑随机分布在试样表面。本实验中每种试样的平均点蚀坑深度由随机选取的10个点蚀坑求平均值得到。点蚀坑深度的累积概率可利用n/(N+1)计算得到25, 26，其中n是坑深从小到大排列的序号，N是选取的点蚀坑的总数。Meng等人24给出了点蚀坑深度Gumbel分布的公式：其中，F为概率，di为点蚀坑深度，为中心参数，为尺度参数。张涛等人27提出最大点蚀坑深度的概率可以用下列双指数公式来描述：其中P表示点蚀坑尺寸的概率，R是点蚀坑的深

12、度，S为试样的总面积。本实验中试样的总面积为1 cm2，由公式(1)-(5)可得点蚀坑概率的简化公式21：2 实验结果2.1 电化学测试结果（1）OCP、LPR、EFM结果CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中EOCP随时间的变化规律如图1(a)所示。在无菌培养基中CrCoNi中熵合金的EOCP值较为稳定，大约维持在-100 mV vs. SCE。在含铜绿假单胞菌培养基中的CrCoNi中熵合金和316L不锈钢的EOCP值分别在前4天和前3天内急剧下降，其中CrCoNi中熵合金的EOCP值由-126.8 mV vs. SCE降至-505.7 mV vs. SCE，31

13、6L不锈钢的EOCP值由-132.3 mV vs. SCE降至-590.5 mV vs. SCE。随后两种试样的EOCP值在第3天至第8天内逐渐上升，其中CrCoNi中熵合金的EOCP值升至-196.5 mV vs. SCE，316L不锈钢的EOCP值升至-205.2 mV vs. SCE。最后6天CrCoNi中熵合金的EOCP值大约维持在-170 mV vs. SCE，而316L不锈钢的EOCP值大约维持在-200 mV vs. SCE。CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中线性极化电阻的倒数随时间的变化规律如图1(b)所示。根据Stern-Geary公式21,

14、28-30：其中，icorr为腐蚀速率，Rp为极化电阻，a和c分别为阳极和阴极Tafel斜率。可知icorr与1/Rp成正比。由图1(b)可以看出，在无菌培养基中CrCoNi中熵合金的腐蚀速率基本不变。在含铜绿假单胞菌培养基中CrCoNi中熵合金和316L不锈钢的腐蚀速率先升高后降低，最终逐渐稳定，并且CrCoNi中熵合金的腐蚀速率低于316L不锈钢，此结果与EOCP的结果基本一致。CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中腐蚀速率随时间的变化规律如图1(c)所示。从图中可以看出，在无菌培养基中CrCoNi中熵合金的腐蚀速率在14天内波动较小，大约维持在0.0025 m

15、myr-1。在含铜绿假单胞菌培养基中CrCoNi中熵合金和316L不锈钢的腐蚀速率在浸泡前期（第0天至第2天）急剧上升，分别升至0.0092 mmyr-1和0.0195 mmyr-1；在浸泡中期（第3天至第8天）分别下降至0.0027 mmyr-1和0.0054 mmyr-1；在浸泡后期分别大约维持在0.0025 mmyr-1和0.0050 mmyr-1，此结果与OCP、LPR测试结果基本一致。图1 CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中的EOCP、1/Rp和腐蚀速率随时间的变化规律Fig.1 EOCP (a), 1/Rp (b) and Corrosion rat

16、e (c) vs. exposure time for CrCoNi MEA and 316L SS in sterile medium and P. aeruginosa medium（2）EIS结果图2(a-f)为CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡第1、4、7和14天的Nyquist图和Bode图。由Nyquist图可以看出，铜绿假单胞菌使CrCoNi中熵合金的Nyquist容抗弧半径减小，表明降低了其耐腐蚀性能；此外，在含铜绿假单胞菌培养基中的CrCoNi中熵合金的Nyquist容抗弧半径大于316L不锈钢，表明CrCoNi中熵合金的耐微生物腐蚀性能优

17、于316L不锈钢。图2 CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中第1、4、7、10和14天的Nyquist图和Bode图Fig.2 Nyquist and Bode plots of CrCoNi MEA in sterile medium (a, b) and P. aeruginosa medium (c, d), and 316L SS in P. aeruginosa medium (e, f) on the 1th, 4th, 7th, 10th and 14th day由图2(a)可以看出，随着时间的延长，在无菌培养基中CrCoNi中熵合金的容抗弧半径逐渐

18、增大，尤其在第4天的增加幅度较大，而第7和14天的增加幅度较小，说明随着时间的推移，钝化膜形成并逐渐变厚。由图2(c)可以看出，除第7天外，在含铜绿假单胞菌培养基中CrCoNi中熵合金的容抗弧半径随时间的延长不断增大，表明表面形成钝化膜和生物被膜并逐渐变厚。第7天容抗弧半径的减小是由于铜绿假单胞菌使试样发生腐蚀，导致钝化膜受到了轻微破坏。由图2(e)可以看出，在含铜绿假单胞菌培养基中316L不锈钢的容抗弧半径不断波动，这可能与氯离子引起的钝化膜的破坏和修复有关22，也表明316L不锈钢钝化膜的修复能力较差，且铜绿假单胞菌能显著影响316L不锈钢的腐蚀行为。由图2(b)和(d)可以看出，在无菌和

19、含铜绿假单胞菌培养基中CrCoNi中熵合金的Bode图没有明显差异；而由图2(f)可以看出，在含铜绿假单胞菌培养基中316L不锈钢的Bode图波动较大，表明随着时间的推移，316L不锈钢的极化阻抗不断波动，钝化膜不断地发生破坏和修复，这也说明铜绿假单胞菌会大幅影响316L不锈钢的耐微生物腐蚀性能。本研究采用ZsimpWin软件对电化学阻抗谱数据进行等效电路拟合，等效电路模型如图3所示22, 31，其中Rs为溶液电阻，Rf为膜层电阻，Rct为双电层电荷转移电阻，Qf为膜层电容，Qdl为双电层电容。对于在无菌培养基中的试样，Rf为试样表面钝化膜的电阻；对于在含铜绿假单胞菌培养基中的试样，Rf为钝化

20、膜与铜绿假单胞菌生物被膜的复合电阻。将常相位元件应用于等效电路，其阻抗可由下列公式计算22： (8)其中，Y0表示Q的大小，为角频率（rad/s），n为弥散系数（0n1），n越小表明弥散效应越明显，n越接近1表明体系越接近理想电容32。等效电路拟合结果如表2所示，可以看出，在含铜绿假单胞菌培养基中CrCoNi中熵合金的Rct小于无菌培养基，表明铜绿假单胞菌生物被膜具有较高的电荷传递速率，明显促进了CrCoNi中熵合金的腐蚀21。图3 电化学阻抗谱等效电路图Fig.3 EIS equivalent circuit diagram表2. CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培

21、养基中EIS测试的拟合参数Table 2 Fitting parameters for EIS tests of CrCoNi MEA and 316L SS in sterile medium and P. aeruginosa mediumDurationRsQfYnfRbQdlYndlRct2Days cm2F cm-2 Sn cm2F cm-2 Sn cm210-3CrCoNi MEA in sterile medium16.7320.200.9313.110.400.921.221060.2247.0918.850.9346.26.030.927.141060.3477.2618.2

22、00.9335.66.390.919.731060.41107.0118.580.9329.56.620.927.851060.27147.3418.680.9341.05.970.9213.461060.28CrCoNi MEA in P. aeruginosa medium18.0722.240.9026.09.400.891.381060.1846.4921.790.90144.25.020.910.831060.7476.5823.570.90131.76.310.910.771060.67106.7320.460.91195.34.150.921.141060.65146.9017.

23、860.91314.02.860.932.761060.68316 SS in P. aeruginosa medium15.8579.500.8630.941.90.850.291060.6445.4243.270.85607.29.240.921.061061.0875.8552.090.85521.06.170.880.551060.67104.8664.740.87802.524.970.862.581060.23144.8179.430.86689.326.080.861.461060.17（3）循环极化结果图4为CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡

24、第7天和第14天的循环极化曲线，其参数如表3和表4所示。可以看出，浸泡第7天和第14天，在含铜绿假单胞菌的培养基中CrCoNi中熵合金的自腐蚀电流密度icorr均大于无菌培养基。铜绿假单胞菌使自腐蚀电位减小、腐蚀电流密度增大，说明其显著促进了金属阳极溶解反应，这与袁绍军等人33先前的研究结果一致。在含铜绿假单胞菌培养基中CrCoNi中熵合金的点蚀电位Eb, 100（0.639 V vs. SCE和0.624 V vs. SCE）均小于无菌培养基（0.792 V vs. SCE和0.802 V vs. SCE），表明铜绿假单胞菌促进了点蚀的发生。在含铜绿假单胞菌培养基中浸泡的第7天和第14天，3

25、16L不锈钢的icorr均大于CrCoNi中熵合金。E（E b, 100-Epro）表征钝化膜的修复能力，E越大，钝化膜的修复能力越差。由图4可以看出，CrCoNi中熵合金的Epro与E b, 100接近，导致滞后环很小，说明其钝化膜的修复能力很强。而316L不锈钢的E远大于CrCoNi中熵合金，表明316L不锈钢钝化膜的修复能力远不如CrCoNi中熵合金。图4 CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡第7天和第14天后的循环极化曲线Fig.4 Cyclic poarization curves of CrCoNi MEA and 316L SS in steri

26、le medium and P. aeruginosa medium on the 7th (a) and 14th (b) day表3 CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡第7天的循环极化曲线参数Table 3 Parameters obtained from cyclic polarization curves for CrCoNi MEA and 316L SS in sterile medium and P. aeruginosa medium on the 7th daySamplesicorrEcorrEb, 100EproEnA cm-2V vs

27、. SCEV vs. SCEV vs. SCEV vs. SCECrCoNi MEA in sterile medium4.36-0.3280.7920.7640.028CrCoNi MEA in P. aeruginosa medium9.38-0.3680.6390.6230.016316 SS in P. aeruginosa medium25.58-0.3730.543-0.2150.758表4 CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡第14天的循环极化曲线参数Table 4 Parameters obtained from cyclic polariza

28、tion curves for CrCoNi MEA and 316L SS in sterile medium and P. aeruginosa medium on the 14th daySamplesicorrEcorrEb, 100EproEnA cm-2V vs. SCEV vs. SCEV vs. SCEV vs. SCECrCoNi MEA in sterile medium12.4-0.2890.802-CrCoNi MEA in P. aeruginosa medium30.9-0.3100.6240.5980.026316 SS in P. aeruginosa medi

29、um33.1-0.4970.645-0.1740.819图5为CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在含铜绿假单胞菌培养基中浸泡第14天并进行循环极化测试后的宏观形貌。可以看出，CrCoNi中熵合金试样表面没有明显的点蚀坑，而316L不锈钢试样表面点蚀坑较多，并且尺寸较大。图5 CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在含铜绿假单胞菌培养基中浸泡第14天并进行循环极化后的宏观形貌Fig.5 Macroscopic morphologies after cyclic polarization of CrCoNi MEA (a) and 316L SS (b) in P. aeruginosa medi

30、um on the 14th day2.2 腐蚀形貌分析（1）生物被膜特征图6为CrCoNi中熵合金及316L不锈钢在含铜绿假单胞菌培养基中浸泡7天后的FESEM和CLSM形貌。可以看出，铜绿假单胞菌生物被膜不均匀地覆盖在试样表面，并且316L不锈钢表面的细菌数量略多于CrCoNi中熵合金。图7为CrCoNi中熵合金及316L不锈钢在含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后的FESEM和CLSM形貌。由于此时培养基里的营养物质消耗殆尽，导致试样表面的细菌数量大幅减少，并且出现少量死细菌。 图6 CrCoNi中熵合金及316L不锈钢在含铜绿假单胞菌培养基中浸泡7天后的FESEM和CLSM形貌Fig.6

31、 FESEM and CLSM images of biofilm of CrCoNi MEA (a, c) and 316L SS (b, d) in P. aeruginosa medium after 7 days图7 CrCoNi中熵合金及316L不锈钢在含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后的FESEM和CLSM形貌Fig.7 FESEM and CLSM images of biofilm of CrCoNi MEA (a, c) and 316L SS (b, d) in P. aeruginosa medium after 14 days（2）点蚀坑深度统计图8为CrCoNi中熵合

32、金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后最大点蚀坑的CLSM图像。每种试样共随机取10个点蚀坑，计算得出点蚀坑深的平均深度和标准差，列于表5中。由图8和表5可以看出，在无菌培养基中CrCoNi中熵合金的点蚀坑平均深度与最大深度最小，分别为1.9 m和2.3 m；在含铜绿假单胞菌培养基中CrCoNi中熵合金的点蚀坑平均深度与最大深度次之，分别为3.3 m和4.8 m；而在含铜绿假单胞菌培养基中316L不锈钢的点蚀坑平均深度与最大深度均最大，分别为3.9 m和5.8 m。图8 CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后最大点蚀坑的CLSM图像

33、Fig.8 Images of the largest pit depth measured by CLSM on coupon surface after 14 days: (a) CrCoNi MEA in sterile medium, (b) CrCoNi MEA in P. aeruginosa medium, and (c) 316L SS in P. aeruginosa medium表5 CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后的点蚀坑深度Table 5 Pit depths of CrCoNi MEA and 316L SS in ste

34、rile medium and P. aeruginosa medium after 14 daysSamplesAverage pit depth / mLargest pit depth / mCrCoNi MEA in sterile medium1.9 0.32.3CrCoNi MEA in P. aeruginosa broth3.3 0.84.8316 SS in P. aeruginosa broth3.9 0.95.8图9为CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后点蚀坑深度的累积概率。可以看出，在无菌培养基中CrCoNi中熵合金的点蚀坑深度

35、在1.5-2.3 m之间，在含铜绿假单胞菌培养基中CrCoNi中熵合金的点蚀坑深度在2.2-4.8 m之间，而在含铜绿假单胞菌培养基中316L不锈钢的点蚀坑深度在2.8-5.8 m之间。由此可知，铜绿假单胞菌增大了CrCoNi中熵合金的点蚀坑深度。图10为CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后点蚀坑深度的Gumbel分布情况，Gumbel分布的参数如表5所示。可以看出，在无菌培养基中的试样只有一个线性区域，此时主要发生亚稳态点蚀；而在含铜绿假单胞菌培养基中的试样有两个线性区域，除亚稳态点蚀外，还有一部分稳态点蚀。图11为CrCoNi中熵合金与316L不锈

36、钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后形成稳态点蚀的概率分布。在无菌培养基中试样发生点蚀概率的斜率大于含铜绿假单胞菌培养基，即在无菌条件下形成较大点蚀坑的概率较小，铜绿假单胞菌导致CrCoNi中熵合金发生微生物腐蚀。在含铜绿假单胞菌培养基中CrCoNi中熵合金发生点蚀概率的斜率小于316L不锈钢，即在有菌条件下，CrCoNi中熵合金形成较大点蚀坑的概率小于316L不锈钢，表明CrCoNi中熵合金的耐微生物腐蚀性能优于316L不锈钢。图9 CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后点蚀坑深度的累积概率Fig.9 Cumulative probabilit

37、y plots for the pit depth of CrCoNi MEA and 316L SS in sterile medium and P. aeruginosa medium after 14 days图10 CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后点蚀坑深度的Gumbel分布Fig.10 Gumbel probability plots of CrCoNi MEA and 316L SS in sterile medium and P. aeruginosa medium after 14 days图11 CrCoNi中熵合金与316L不锈

38、钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后形成稳态点蚀的概率分布Fig.11 Probabilities of various pit depths of CrCoNi MEA and 316L SS in sterile medium and P. aeruginosa medium after 14 days表5 CrCoNi中熵合金与316L不锈钢在无菌及含铜绿假单胞菌培养基中浸泡14天后的Gumbel分布参数Table 5 Gumbel distribution parameters of CrCoNi MEA and 316L SS in sterile medium and P.

39、 aeruginosa medium after 14 daysSamplesMetastable pitStable pitMCrCoNi MEA in sterile medium0.311.71-CrCoNi MEA in P. aeruginosa medium0.662.931.102.37316 SS in P. aeruginosa medium 0.583.351.272.893 分析与讨论由电化学测试结果可以看出，铜绿假单胞菌的附着和生物被膜的形成改变了CrCoNi中熵合金的电化学腐蚀行为，降低了其耐腐蚀性能。EOCP的下降表明，试样表面可能被氯离子和生物被膜的代谢产物腐蚀2

40、2, 34。结合OCP、LPR、EFM结果与试样表面生物被膜的FESEM形貌和活死细菌染色实验结果（图1/6和7）可以看出，在浸泡前期，试样表面铜绿假单胞菌大量生长，逐渐形成生物被膜。在第7天，试样表面的铜绿假单胞菌相对较多（图6），细菌生长消耗了大量氧气，使试样表面处于贫氧状态，细菌则从金属表面获得电子，加剧了试样的点蚀13, 17, 35, 36，导致EOCP迅速下降并且腐蚀速率迅速增大。在浸泡后期，培养基中的营养物质被大量消耗，细菌的生长速率逐渐减缓，在第14天时试样表面的铜绿假单胞菌相对较少（图7），并且氧气通过不致密的生物被膜扩散到试样表面，供细菌生长所需，从而减少了细菌从金属表面获得的电子，减轻了试样的点蚀37，导致EOCP逐渐上升并且腐蚀速率逐渐减小，最后趋于稳定。值得注意的是，无菌及含铜绿假单胞菌培养基的pH值随时间变化情况如图12所示，无菌培养基的pH在14天