EH40钢在铜绿假单胞菌介质中涂层缺陷与阴极保护的协同腐蚀机制研究

针对海洋环境中涂层缺陷与微生物腐蚀(MIC)协同作用导致阴极保护(CP)失效的难题，本研究通过构建不同尺寸涂层缺陷(0.2-2.0 mm)的EH40钢模型，在铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)介质中系统评估了CP电位(-0.85 VCSE/-0.95 VCSE)的保护效能。研究发现-0.95 VCSE可通过抑制细菌生物膜形成和氧化应激实现有效防护，为海洋装备腐蚀防护提供了关键电位阈值和理论依据。

　　

在浩瀚的海洋工程领域，金属材料的腐蚀如同看不见的"慢性病"，每年造成巨额经济损失。其中微生物腐蚀(MIC)尤为棘手，约20%的海洋金属腐蚀与此相关。铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)作为典型的革兰氏阴性菌，不仅能降解有机涂层，其形成的生物膜还会加速基体金属腐蚀。虽然涂层联合阴极保护(CP)是常规防护手段，但实际工程中涂层破损不可避免，而微生物的存在更使CP保护机制复杂化——现有研究表明，-0.85 V_CSE的CP电位对硫酸盐还原菌(SRB)无效，但对P. aeruginosa的影响尚不明确。

针对这一科学盲区，山东大学的研究团队在《International Biodeterioration》发表重要成果。研究采用二氧化碳激光在EH40钢表面精确制备0.2-2.0 mm直径的涂层缺陷，通过电化学测试、荧光显微镜和表面分析等技术，首次揭示了P. aeruginosa介质中缺陷尺寸与CP电位的交互作用规律。

关键技术包括：1) 二氧化碳激光精确制备微米级涂层缺陷；2) 电化学工作站测试开路电位(OCP)和极化曲线；3) 荧光显微镜观察细菌生物膜分布；4) SEM/EDS分析腐蚀产物形貌成分；5) 氧化应激指标定量检测。

【表面分析】显示，-0.85 V_CSE组所有缺陷尺寸样品均出现明显腐蚀，2.0 mm缺陷处甚至发生阳极极化；而-0.95 V_CSE组样品表面仅检测到微量腐蚀产物，证明该电位可克服"CP屏蔽效应"。

【电化学结果】表明，P. aeruginosa的存在使-0.85 V_CSE的保护电流密度需提升3-5倍，且缺陷尺寸对电流需求无显著影响，这与SRB介质中的尺寸依赖性规律截然不同。

【生物膜分析】发现-0.95 V_CSE使细菌活菌数降低80%，其通过增强活性氧(ROS)产生引发氧化应激，破坏细菌膜结构，这解释了防护效果的微生物学机制。

研究结论指出：1) P. aeruginosa通过生物膜加速CP失效，-0.95 V_CSE是有效防护阈值电位；2) 缺陷尺寸对CP电流分布的影响在P. aeruginosa介质中被显著弱化；3) 氧化应激是CP抑制细菌活性的关键通路。该研究为海洋装备防护提供了精确的电位调控标准，揭示了微生物特异性对CP策略的影响，对建立"微生物-缺陷-电位"多因素防护体系具有重要指导价值。