Коррозия алюминия и алюминиевых сплавов под воздействием микроорганизмов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 620.193.8

Д.В. Белов, Т.Н. Соколова, В.Р. Карташов, В.Ф. Смирнов, М.В. Челнокова, М.А. Ляпина

КОРРОЗИЯ АЛЮМИНИЯ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ

МИКРООРГАНИЗМОВ

(Нижегородский государственный технический университет) E-mail: kfr@bio.unn.ru

Приведена количественная оценка биокоррозии алюминия АД0 и алюминиевых сплавов Д16Т, Д16, В65 под воздействием микроскопического гриба Alternaria alternata и бактерии Pseudomonas aeruginosa.

Известно, что причиной деструкции металлов могут быть не только химические и электрохимические факторы, но и жизнедеятельность микроскопических грибов и бактерий. При этом отмечается высокая вариабельность коррозионного процесса от условий эксплуатации металла, наличия контактов со средой органического происхождения, от физиологических и биохимических особенностей микроорганизмов, продукты жизнедеятельности которых могут как вызывать, так и усиливать коррозию [1 - 3].

Ранее нами была изучена микробиологическая стойкость алюминиевых сплавов В65, Д16, Д16Т, широко используемых в качестве конструкционных материалов оборудования пищевых производств, под воздействием 13 видов микромице-тов и 6 видов бактерий. Были выявлены наиболее активные биодеструкторы для этой группы металлов: микроскопический гриб Alternaria alternata и бактерия Pseudomonas aeruginosa [4].

Целью настоящей работы явилось выявление закономерностей в инициировании и последующем развитии коррозии алюминия и алюминиевых сплавов АД0, Д16Т, Д16, В65 в условиях воздействия на них микроскопического гриба Alternaria alternata и бактерии Pseudomonas aeruginosa, которые были предоставлены Всероссийской коллекцией микроорганизмов (г. Пущи-но).

Микроскопический гриб культивировали на плотной питательной среде Чапека-Докса, бактерии - на килечном агаре. Образцы металлов шлифовались до получения гладкой поверхности. Затем обезжиривались ацетоном и после измерения площади поверхности и взвешивания на аналитических весах стерилизовались фламбирова-нием. После этого образцы помещались на предварительно выращенный при температуре (27±2) оС и влажности 90 % газон культуры микроскопического гриба, либо на суточную культуру бактерии, выращенную в статических условиях при температуре (37±2) оС [5, 6]. Контрольные образ-

цы помещались на питательные среды, не иноку-лированные спорами микроорганизмов.

После окончания экспозиции образцы стерилизовались, продукты коррозии с поверхности удалялись механическим путем, затем образцы взвешивались.

Скорость коррозионного процесса определялась гравиметрическим методом по отрицательному весовому показателю коррозии К-^ Кинетические кривые представлены на рис. 1 - 2. Для построения кинетических кривых использованы результаты не менее 10 - 15 опытов.

п, сут

Рис. 1. Кинетические кривые биокоррозии сплавов алюминия в условиях воздействия микроскопического гриба Alternaría

alternata: а - АД0; б - Д16; в - Д16Т. Fig. 1. Kinetics curves of aluminum alloys under the Alternaría alternata microscopic mushroom action: a - AD0, б - D16, в - D16T.

т, сутки

Рис. 2. Бактериальная коррозия образцов Д16 в условиях воздействия бактерии Pseudomonas aeruginosa. Fig.2. Bacterial corrosion of D16 samples under the Pseudomonas aeruginosa bacteria action.

Как видно из рис. 1, 2, и микологическая, и бактериальная коррозия подчиняются общим закономерностям, хотя бактериальная менее ярко выражена. Так, например, для сплава Д16 на 20-е сутки экспозиции под воздействием микромицета Alternaria alternata отрицательный весовой коэф-

фициент равен 0.935 г/м •ч, (рис. 1б), а при воздействии бактерии Pseudomonas aeruginosa на 14-е сутки экспозиции этот показатель составляет 0.113 г/м2-ч (рис. 2). Тем не менее, и микологическая, и бактериальная коррозия сопровождаются резким ускорением процесса на 10-20-е сутки экспозиции в зависимости от типа поверхности (рис. 1, 2).

О динамике биокоррозии судили также по результатам визуального наблюдения поверхности исследуемых образцов. Нами установлено, что на торцах изучаемой поверхности через 2 - 4 суток с начала экспозиции образуется жидкий экссудат с рН 8 - 9 (рис. 3а), который с течением времени отвердевает с образованием конечных продуктов коррозии, главный из которых идентифицирован как Al2O3 [4] (рис. 3б).

\

Далее соединение (1) в силу его основных свойств может переходить в нейтральное соединение (2) при взаимодействии с водой, с образованием гидроксильного аниона, который и обусловливает щелочные свойства экссудата:

O"

O

OH

O

Ш~АШ

+ H 2o

/ШАХШ

+ OH

(2)

По своей химической природе поверхностное соединение (2) является металлозамещен-ным пероксидом водорода, и в силу его окислительных свойств при участии гидроксильного аниона, возможно, его превращение в конечный продукт коррозии - оксид металла (А1203), например по такой схеме: он I

о—ч

+ он

т

OH OH

I I

ai2o3+ h2

а б

Рис. 3. Внешний вид образца сплава В65 в среде, содержащей микроскопический гриб Alternaría alternata: а - после 2-дневной экспозиции; б - по окончании экспозиции (спустя 60 суток). Fig.3. Outward appearance of B65 alloy sample in media, containing Alternaría alternata microscopic mushroom: a - after 2 days of exposition; б - after 60 days of exposition

На наш взгляд, в инициировании коррозионного процесса определяющую роль может играть супероксид анион-радикал О2- *, как один из главных метаболитов биохимических процессов с участием кислорода [7].

При наличии энергетически неэквивалентной поверхности металла появляются предпосылки для хемосорбции супероксид анион-радикала (О2-') поверхностью металла с образованием поверхностного аниона (1):

O"

Следует отметить, что химические и биологические свойства супероксид-иона изучены достаточно широко [7, 8], и предполагаемая схема вполне согласуется с его известными свойствами.

ЛИТЕРАТУРА

1.

2.

4.

5.

6. 7.

Каневская И.Г. Биологическое повреждение промышленных материалов. Л.: Наука. 1984. 230с. Андреюк Е.И. и др. Микробиологическая коррозия и ее возбудители. Киев: Наукова думка. 1980. 287с. Соломатов В.И. и др. Биологическое сопротивление материалов. Изд-во Мордовского ун-та. Саранск. 2001. 194с.

Белов Д.В. и др. Микробиологическая коррозия металлов и сплавов пищевой промышленности // Труды Межд. форума "III тысячелетие - Новый мир". Москва. 2005. С. 82-83. ГОСТ 9.048-89. ГОСТ 9.049-91.

Современная микробиология. Прокариоты: В 2-х томах. Пер. с англ./Под ред. Й. Ленгелера, Г. Древса, Г. Шлеге-ля. М.: Мир. 2005.

Sawyer D.T., Gibian M.Y. Tetrahedron. 1979. V. 35. N 12. P. 1471 - 1481.

O

O-

7777 A7777

7777 A7777

(1)

Кафедра биотехнологии, физической и аналитической химии

+