Спосіб дослідження біокорозії металів

1. Спосіб дослідження біокорозії металу, який включає обробку металевої плівки розчином, що 3 84504 корозійних досліджень металів, скорочення часу досліджень та підвищення точності вимірів. Поставлена задача вирішується шляхом використання тонких металевих плівок, властивості яких близькі до властивостей металу, що досліджується. Металеві плівки наносять на прозорі підкладки методом магнетронного розпилення мішені, виготовленої з металу, що досліджується. Отримані цим методом металеві плівки близькі за властивостями до матеріалу мішені. Металеві плівки піддають впливу розчинів, що містять бактерії або продукти їх метаболізму. За втратою маси металу протягом певного проміжку часу при фіксованих температурі та вологості розраховують швидкість корозії металу. Втрату маси визначають за зміною оптичної густини металевої плівки внаслідок її руйнування під впливом розчинів, що містять бактерії або продукти їх метаболізму. Порівняльну оцінку корозійної агресивності різних штамів бактерій та продуктів їх метаболізму проводять шляхом нанесення їх розчинів на поверхню металевих плівок, що були отримані в одному те хнологічному циклі. Через певний час розраховують швидкість корозії і оцінюють ступінь корозійної агресивності того чи іншого штаму бактерій до металу, що досліджується. Використання тонких металевих плівок значно розширює коло досліджень характеру взаємодії бактерій та продуктів їх метаболізму з металом, у тому числі відкриває можливість вивчення впливу морфології поверхні металевих шарів, розміру зерна в них, дефектів стр уктури та вмісту домішок на корозійну стійкість металу. Через малу товщину металевих плівок час проведення досліджень значно скорочується і займає від кількох хвилин до кількох діб в залежності від корозійної агресивності розчинів, що містять бактерії та продукти їх метаболізму, до металу, що досліджується. Експресність досліджень є значною перевагою способу, що заявляється, перед іншими методами дослідження біокорозії. Можливість застосування способу підтверджується наступними прикладами, але не вичерпується ними. Приклад 1. Досліджували корозійну агресивність продуктів метаболізму низки штамів бактерій щодо сталі марки Ст3сп. Металеві плівки наносили методом магнетронного розпилення сталевої мішені на підкладки зі скла марки K-8. Перед нанесенням металевих плівок підкладки промивали у розчині поверхнево активної речовини (ПАР), витримували у розчині хромпіку, промивали в дистильованій воді та висушували. Осадження металевих плівок проводили при струмі катоду - 2 А, тиску Ar - 4,7 Па, напрузі на мішені - 300 В. Швидкість росту металевих плівок складала ~ 1,2 нм/с. Товщину металевих плівок варіювали в діапазоні 1,5-3 мкм. За даними рентгеноструктурного аналізу, склад домішок в металевих плівках, розмір блоків когерентного розсіювання та напруження II роду були близькими до таких в сталевому матеріалі, з якого була виготовлена мішень. 4 Екстракти езополімерів бактерій розводили в дистильованій воді у співвідношенні ~ 1:10 і наносили на металеві плівки у вигляді крапель. Використовували екзополімери 4-х штамів сульфатвідновлюючих бактерій - "Індонезія", "Київ-10", "Портсмут", "Аляска". Термін впливу розчинів на металеву плівку встановлювали за часом роз'їдання металевої плівки до скляної підкладки, який, в залежності від штамів бактерій, змінювався від 2 хвилин до 24 годин при контрольованих температурі та вологості оточуючого середовища. Розрахунок втраченої маси проводили по визначенню площі корозії методом оптичної мікроскопії. Швидкість корозії під дією екзополімерів бактерій штаму "Індонезія" склала 2,9×10-5 г/год, бактерій штаму "Київ-10" - 2,8×10-5 г/год, "Портсмут" 1,5×10-5 г/год, "Аляска" - 2,7×10-6 г/год. Як видно, серед досліджуваних біоматеріалів найбільшу корозійну активність мають екзополімери штамів "Індонезія" та "Київ-10". Досить близька до них корозійна активність екзопо-лімеру штаму "Портсмут", а найменш корозійно агресивним виявився екзо-полімер штаму "Аляска". Приклад 2. Визначали вплив інгібітору на корозійну агресивність екзополіцукри-дів штамів "Київ-10" і "Київ45" щодо сталі Ст3сп. В якості інгібітору корозії використовували четвертинну амонійну сіль піридинової основи. На металеві плівки, отриману за прикладом 1, наносили у вигляді крапель розчини екзо-поліцукридів штамів без інгібітору та з додаванням його. Виявилось, що найбільшого пошкодження зазнали металеві плівки під впливом чистого розчину езополіцукридів корозійно агресивного штаму "Київ-10". Втрати маси металевих плівок під дією екзополіцукридів "Київ-10" перевищували втрати під дією штаму "Київ-45" майже в 3 рази - 9,1×10-8 і 3,7×10-8 г/год відповідно. Додавання інгібітору призводило до значного підвищення корозійної агресивності екзополіцукридів обох досліджуваних штамів - до 7,13×10-7 г/год у "Київ-10" і 5,60×10-7 г/год у "Київ-45" при концентрації інгібітору 0,5 г/л і 7,04×10-7 і 2,67×10-7 г/год при концентрації 1,0 г/л відповідно. Приклад 3. Визначали порівняльну швидкість корозії сталі Ст3сп під дією екзополімерів бактерій Stenotrophomonas maltophilia та Thiobacillus thioparus, які входять до складу корозійноагресивного угруповання, що спричиняє корозію тунельних споруд Київського метрополітену. На металеві плівки, отримані за прикладом 1, наносили у вигляді крапель розчини екзополімерів вказаних бактерій і витримували протягом 24 год при фіксованих температурі і вологості. Дослідження областей корозії проводили за допомогою оптичної мікроскопії аналогічно прикладам 1-2. Екзополімери Thiobacillus thioparus були більш корозійно агресивними до металевої плівки, ніж Stenotrophomonas maltophilia - їх швидкості корозії складала 1,75×10-7 та 0,75×10-7 г/год відповідно. Приклад 4. Досліджували вплив розміру зерна в металевих плівках на корозійну агресивність екзополімерів бактерій Thiobacillus thioparus. Металеві плівки 5 84504 з різним розміром зерна на поверхні отримували за прикладом 1, змінюючи умови напилення. Металеві плівки піддавали дії розчину екзополімеру бактерій Thiobacillus thioparus згідно прикладу 3. Виявилось, що розмір областей корозії зростав зі збільшенням розміру зерна L в металевих плівках. Для поверхні з L = 0,17 мкм область корозії складала ~ 0,39% від загальної площі краплі, для 1=0,22 мкм ~ 2,45%, для 1=0,28 мкм ~ 9,8%. На підставі одержаних результатів можна зробити висновок, що корозійна агресивність екзополімерів бактерій Thiobacillus thioparus є вищою до металевих зерен, ніж до міжзеренних границь. Приклад 5. Визначали склад продуктів корозії, які формувались на сталі Ст3сп під дією бактерій Stenotrophomonas maltophilia. Металеві плівки, отримані за прикладом 1, занурювали у поживну рідину з бактеріями і для формування біоплівки витримували їх 6 діб при контрольованих температурі і вологості. Після цього проводили дослідження спектру комбінаційного розсіювання біоплівки. Для отримання спектрів комбінаційного розсіювання світло від аргонового лазера з довжиною хвилі l=514,5 нм і потужністю 200 мВт концентрували на біоплівку за допомогою металографічного мікроскопу Olympus BX 40. Спектри реєстрували на спектрометрі HR 640 (Jobin Yvon) з детектором 1024x256 пікселів в діапазоні хвильових чисел Комп’ютерна в ерстка І.Скворцов а 6 200-1100 см -1. В спектрі спостерігали присутність характеристичних ліній a-Fe2O3, a-FeOOH, gFeOOH та Fe3O4 . Таким чином, з використанням способу, що заявляється, було отримано експресну оцінку швидкості корозії сталі марки Ст3сп під дією екзополімерів бактерій "Індонезія", "Київ-10", "Портсмут", "Аляска", Stenotrophomonas maltophilia та Thiobacillus thioparus, проведено порівняння ступені їх корозійної агресивності щодо цієї марки сталі та виявлено вплив інгібітору на корозійну агресивність екзополімерів "Київ-10" та "Київ-45". За допомогою даного способу виявилось можливим проведення експресної оцінки впливу розміру зерна в металевих плівках на корозійну стійкість металу щодо екзополімерів бактерій Thiobacillus thioparus. Перевагою запропонованого способу є можливість вивчати особливості біокорозії з високою швидкістю, а також проводити оцінку не тільки корозійної агресивності окремих штамів бактерій, але й продуктів їх метаболізму, що є дуже важливим для вивчення механізмів біокорозії та засобів її запобігання. Використовуючи запропонований спосіб можна додатково досліджувати вплив стану поверхні металів (розміру зерна, наявності домішок, якості поліровки та ін.) на їх корозійну стійкість. З'являється можливість докладно дослідити вплив інгібіторів, радіації, електромагнітних полів та інших видів впливу на активність біокорозії. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601