EFFECTS OF COPPER ION IMPLANTATION ON ANTIBACTERIAL ACTIVITY OF AISI420 STAINLESS STEEL

Antibacterial activity of AISI420 stainless steel (SS) implanted by copper was investigated. Ions extracted from a metal vapor vacuum arc (MEVVA) are sourced with 100keV energy and a dose range from 0.2×1017 to 2.0×1017ions·cm-2. The saturation dose of Cu implantation in AISI420 SS and Cu surface concentration were calculated at the energy of 100keV. The effect of dose on the antibacterial activity was analyzed. Results of antibacterial test show that the saturation dose is the optimum implantation dose for best antibacterial activity, which is above 99% against both Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Novel phases such as Fe4Cu3 and Cu9.9Fe0.1 were found in the implanted layer by glancing angle X-ray diffraction (GXRD). The antibacterial activity of AISI420 SS attributes to Cu-contained phase.

含Cu抗菌管线钢的抑制微生物腐蚀性能

采用室内浸泡试验和页岩气田现场试验对比研究了含Cu抗菌管线钢和L245NCS管线钢的微生物腐蚀行为.结果 表明:在硫酸盐还原菌存在时,两种试验条件下的L245NCS管线钢都发生了严重的点蚀,其在现场试验中的点蚀速率高达16mm/a;而含Cu抗菌管线钢能够有效抑制基体表面细菌的生长,进而抑制点蚀.此外,具有生物毒性的Cu元素在腐蚀产物中富集,进一步提高了材料的抗菌性能.含Cu抗菌管线钢适用于页岩气田环境.

Cu含量对管线钢耐微生物腐蚀性能的影响

含Cu耐微生物腐蚀管线钢的开发和应用是解决管道微生物腐蚀难题的有效措施。本工作利用电化学测试及SEM、激光共聚焦显微镜(CLSM)等分析技术,研究了不同Cu含量(0、0.7%、1.34%,质量分数)的X65级管线钢在无菌和接种硫酸盐还原菌(SRB)的近中性模拟土壤浸出液(NS4)中的腐蚀行为,为耐微生物腐蚀管线钢的优化设计提供依据。结果表明,随着Cu含量的升高,含Cu管线钢的抗菌性能和耐蚀性能均有所提高;当Cu含量从0增加到0.70%时,试样表面的点蚀坑密度从714 cm^(-2)下降到244 cm^(-2);当Cu含量达到1.34%时,点蚀坑密度进一步下降到67 cm^(-2);含Cu钢在腐蚀过程中持续释放的铜离子在接菌环境中的杀菌作用和其对腐蚀产物层的改善作用,以及其在无菌环境中所形成的Cu2O等保护性腐蚀产物是含Cu管线钢具有优异耐蚀性能的关键原因。

新型含Cu管线钢的微生物腐蚀行为研究

通过对商用X80管线钢进行适当的Cu合金化功能性改进,制备出不同Cu含量(1.06Cu、1.46Cu、2.00Cu,质量分数,%)的新型管线钢。利用抗菌性能检测、电化学测试、腐蚀产物分析、激光共聚焦显微镜(CLSM)等方法研究了含Cu管线钢的抗菌性能和微生物腐蚀行为。研究表明,含Cu管线钢对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有强烈的杀灭作用,以多边形铁素体为特征的1.0Cu管线钢能够保证在X80钢强韧性的水平下具有优异的抗微生物腐蚀性能。含Cu管线钢中富Cu相对抗微生物腐蚀性能起到了关键作用。1.0Cu钢和X80钢的线性极化电阻RLPR在含有硫酸盐还原菌(SRB)的土壤浸出液中浸泡2 d后均急剧下降,导致X80钢的腐蚀电流密度明显大于1.0Cu钢。显微观察表明,大量生物膜的生成导致在SRB环境中的X80钢的点蚀数量和最大点蚀坑深度均高于1.0Cu钢。