一、綜述

民航業(yè)的飛速發(fā)展，使得很多原來被忽略的問題和隱患暴露了出來，其中微生物對(duì)燃油系統(tǒng)的污染就是其中之一。近幾年來發(fā)生了多起由微生物污染引起的航空事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。國外相關(guān)機(jī)構(gòu)很早以前就對(duì)此展開了研究，如美國 ASTM 發(fā)布的“燃油和燃油系統(tǒng)微生物污染指南”，以及 IATA的“飛機(jī)油箱微生物污染指南材料”。

微生物是一切肉眼看不見或看得見的微小生物，它們都是一些個(gè)體微小構(gòu)造簡單（大部分是單細(xì)胞）的低等生物。微生物種類繁多，在自然界無處不在，很難避免其進(jìn)入供油系統(tǒng)及飛機(jī)燃油系統(tǒng)并在其中繁殖生長，造成污染。

因此對(duì)微生物污染問題展開研究，分析微生物污染對(duì)飛機(jī)油箱腐蝕的影響具有重要意義。

二、實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)儀器、材料

本實(shí)驗(yàn)主要用到電化學(xué)工作站和生化恒溫培養(yǎng)箱

2.試驗(yàn)介質(zhì)的配置

目前發(fā)現(xiàn)航空煤油中含有微生物種類上達(dá)百種，包括細(xì)菌、真菌、放線菌、酵母等，所以本試驗(yàn)測試所用介質(zhì)為混合培養(yǎng)基，其中各成分配比如下表：

3.試樣的預(yù)處理

使用鋼鋸把鎂鋁合金板切成30mm*10mm的掛片， 工作面積為10mm*10mm，在非工作面上用封膠封住， 實(shí) 驗(yàn) 前 依 次 用 280#、600# 和1000# 的水磨砂紙打磨工作面，使表面光滑，用酒精、丙酮檫試干凈，放于紫外燈下滅菌 20min 備用。

4.化學(xué)試驗(yàn)介質(zhì)和裝置

把電化學(xué)測試試樣分別放入有菌和無菌培養(yǎng)基中恒溫培養(yǎng)。

無菌培養(yǎng)基：將滅菌后的培養(yǎng)基在無菌環(huán)境下轉(zhuǎn)移到滅菌后的燒杯中，將制備好的鎂鋁合金掛片直接浸泡在培養(yǎng)基中，試樣上端必須全部浸在液中，放入 32℃恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，每一周更換一次相同成分溶液。

有菌培養(yǎng)基：將滅菌后的培電養(yǎng)基接入菌種，將鎂鋁合金掛片浸入其中，在 32℃下恒溫放置，每一周更換一次培養(yǎng)液。

5.電化學(xué)測試

將鎂鋁合金掛片放置在無菌和有菌培養(yǎng)基中，每次取出掛片放入電解池中，放置半小時(shí)后開始進(jìn)行電化學(xué)測試。電化學(xué)測量儀器用德國生產(chǎn)的IM6ex 系統(tǒng)。分別測試極化曲線和交流阻抗譜。工作電極為鎂鋁合金掛片，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極。所有進(jìn)行的電化學(xué)測試都是在室溫條件下進(jìn)行的。

電化學(xué)交流阻抗法：電化學(xué)體系中的阻抗是指電極阻抗或電化學(xué)池阻抗，電極阻抗是指當(dāng)金屬導(dǎo)體被其周圍的導(dǎo)電性溶液（電解液）所包圍，電極與電解液之間的阻抗。電化學(xué)池阻抗是指電解液中兩個(gè)導(dǎo)體電極之間的阻抗。電阻、電容和電感是典型的阻抗元件，在電化學(xué)領(lǐng)域主要的阻抗元件是法拉第阻抗，但其不具有直接等效的電子電路，可將其分解為電阻和電容的并聯(lián)組合，電化學(xué)阻抗測試在自腐蝕電位下進(jìn)行，其頻率范圍為 10mHZ-100KHZ，交流信號(hào)幅值為 5mV。

極化測試：范圍為 -300mV-500mV（絕對(duì)電位）。掃描速度為 1Mv/s。

圖1 經(jīng)典三電極體系示意圖

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

1.極化曲線測試分析

圖 2 是掛片在無菌介質(zhì)中不同浸泡時(shí)間的極化曲線。發(fā)現(xiàn) Ecorr 基本維持在 -0.5V，而且隨著電位的升高，腐蝕電流密度按比例增加，說明腐蝕電流的增加并不含有微生物活動(dòng)的影響因素。

圖2 鎂鋁合金在無菌溶液中不同浸泡時(shí)間的極化曲線

圖 3 是掛片在有菌介質(zhì)中不同浸泡時(shí)間的極化曲線。在 0-2 天時(shí)間里 Ecorr從 -0.519V 下降到 -0.547V，這是由于微生物在充足營養(yǎng)下急速繁殖代謝造成的，在鎂鋁合金表面形成了生物膜，加速了局部腐蝕過程。但是從 2-4 天電位稍有升高，這可能是由于微生物在生物膜大量消耗膜內(nèi)的營養(yǎng)，但是膜內(nèi)與膜外是隔離的，所以膜內(nèi)的微生物因?yàn)榈貌坏匠渥愕臓I養(yǎng)物質(zhì)，而不能繼續(xù)發(fā)生繁殖和代謝作用，因此漸漸死亡，膜因此繼而發(fā)生了破壞，生物膜剝離，局部腐蝕減輕。從 4-6 天 Ecorr 繼續(xù)下降，是因?yàn)椋茐牧说纳锬け砻嬗忠肓诵碌奈⑸铮⒅苍诤辖鸨砻孢M(jìn)行繁殖代謝，由于微生物數(shù)量的增多再次形成了新的生物膜，又發(fā)生了局部腐蝕加速。從 6-8 天又重復(fù)了生物膜形成和生物膜破壞的過程，直至營養(yǎng)消耗完畢微生物全部死亡。

圖3 鎂鋁合金在有菌溶液中不同浸泡時(shí)間的極化曲線

浸泡到第8天后的自腐蝕電位為 -0.488V，而無菌的則為 -0.450V。隨著電位的增加，腐蝕電流密度急劇增大，直至電位升高至 -0.2V 時(shí)仍沒有進(jìn)入鈍化狀態(tài)，說明，生物膜的生成和剝離影響了鈍化的形成，在微生物大量存在的條件下，鎂鋁合金表面不容易發(fā)生鈍化，也就是沒有不可溶解的腐蝕代謝產(chǎn)物沉積在金屬掛片表面。從兩個(gè)圖中可以總結(jié)，只要微生物大量存在，就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，而且不會(huì)發(fā)生鈍化作用，即其腐蝕代謝產(chǎn)物不能促使鎂鋁合金發(fā)生鈍化，延緩腐蝕。

由于腐蝕介質(zhì)中含有Fe 2+ 、SO 4 2- 等，而硫酸鹽還原菌 -SRB 會(huì)利用此離子獲得的能量供繁殖代謝用，生成產(chǎn)物為黑色的 FeS，附著在金屬表面上，發(fā)生鈍化作用，但是在此實(shí)驗(yàn)過程中，并未發(fā)現(xiàn)明顯的鈍化效果，由此可以推斷，在航油中可能不含有 SRB。

2.交流阻抗譜分析

圖 4 為鎂鋁合金在無菌介質(zhì)中 0-8天的 Nyquist 圖。可以看出隨著浸泡時(shí)間的變化，其阻抗大小也隨之發(fā)生了變化。金屬掛片在無菌培養(yǎng)基中只是阻抗值隨時(shí)間變化，其阻抗譜的形式?jīng)]有變化，但是圓心有下移，說明有彌散現(xiàn)象，不銹鋼浸泡在無菌培養(yǎng)基中的電極表面腐蝕產(chǎn)物膜分布不均勻，電極表面粗糙度高，電場分布不均勻以及馳豫過程的發(fā)生，均會(huì)產(chǎn)生彌散現(xiàn)象。

圖4 鎂鋁合金在無菌介質(zhì)中的Nyquist圖

圖 5 為鎂鋁合金在無菌介質(zhì)中 0-8 天的 bode 圖。由圖（a）可以看出，在浸泡初期，其相位角曲線只有一個(gè)低頻段的時(shí)間常數(shù)，當(dāng)浸泡到第四天時(shí)，開始出現(xiàn)兩個(gè)時(shí)間常數(shù)，說明此時(shí)，鎂鋁合金掛片開始在無菌介質(zhì)中發(fā)生了腐蝕，并且在外加電流的影響下，金屬表面開始鈍化，形成了一種鈍化膜，并且這種鈍化一直持續(xù)下去，說明在無菌溶液中，金屬掛片形成了比較穩(wěn)定的腐蝕過程。而且由圖可以看出，相位角基本穩(wěn)定在一個(gè)角常數(shù)，腐蝕過程一直在穩(wěn)定的繼續(xù)。

圖5 鎂鋁合金在無菌介質(zhì)中的bode圖（a、b）

圖 6 為鎂鋁合金在有菌介質(zhì)中 0-8 天的 Nyquist 圖。在最初兩天，阻抗隨著浸泡時(shí)間增大而迅速減小，這是由于，細(xì)菌的大量繁殖，產(chǎn)生了較多酸堿物質(zhì)，加快了腐蝕速度。從第 2-4 天，阻抗開始增大，說明是由于金屬表面微生物膜的形成，腐蝕減輕，進(jìn)而使得阻抗增大，由此可以說明，微生物膜的存在對(duì)鎂鋁合金腐蝕起到了一定的延緩作用。但是在后期，即為 4-6-8 天，阻抗一直減小，說明，微生物對(duì)掛片起到了穩(wěn)定的腐蝕作用。由于 Re 代表介質(zhì)及金屬的阻抗，因此可以用 Re/1 來表示腐蝕速度，隨著時(shí)間的延長，腐蝕過程一直繼續(xù)，而且腐蝕速度急劇增大，但是可能由于微生物數(shù)量在后期缺乏營養(yǎng)物質(zhì)，數(shù)量減少，因此得到的阻抗值會(huì)比腐蝕初期略大。

圖6 鎂鋁合金在有菌介質(zhì)中的Nyquist圖

圖 7 為鎂鋁合金在有菌介質(zhì)中的 bode 圖。由圖（a）可以看出，腐蝕初期也同無菌一樣，為一個(gè)低頻段的時(shí)間常數(shù)。但是第四天開始出現(xiàn)兩個(gè)時(shí)間常數(shù)，說明此時(shí)有“鈍化”產(chǎn)生，但是此時(shí)是由于微生物膜的生成造成的，伴隨著生物膜的生成和破裂，導(dǎo)致會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)時(shí)間常數(shù)和一個(gè)時(shí)間常數(shù)的交替。由極化曲線也可以得出，金屬表面并未發(fā)生鈍化，這也是由于掛片材質(zhì)為 Mg 和 Al 這種輕金屬的原因，很難形成不溶沉積物，不易發(fā)生明顯的鈍化。

圖7 鎂鋁合金在有菌介質(zhì)中的bode圖