纳秒脉冲激光产生应力效应诱导宏-微-纳米结构提升纯铜在硫酸盐还原菌环境中的耐蚀性

【作者】 韦博鑫； 许进； 孙成； 王振尧； 柯伟；

【机构】 中国科学院金属研究所辽宁沈阳土壤大气环境材料腐蚀国家野外科学观测研究站； 中国科学技术大学材料科学与工程学院；

【摘要】 微生物腐蚀(Microbial influenced corrosion, MIC)是指微生物在新陈代谢过程中直接或间接对金属产生作用,进而影响金属腐蚀过程和机理。铜及铜合金具有良好的导热、导电和热力学稳定性,广泛应用于海洋环境及其它工业环境中的设备中,如换热器、消防系统以及海洋工程的一些重要部位等。近年来,铜的微生物加速腐蚀案例被相继报道,MIC对其性能和使用寿命造成了挑战[1,2]。因此,铜的MIC机理与提升耐蚀性研究具有重要意义。激光处理技术(Laser processing,LP)是一种新型的表面处理方法,通过改变材料的表面纹理、形态和物理化学性质来实现材料的表面功能性改性。通过LP来改善金属材料的表面性能,如机械性能、疲劳性能和耐腐蚀性能等已引起人们的关注[3,4]。本文通过EBSD,TEM,纳米压痕等表面分析技术结合电化学测研究了LP处理纯铜(LP-Cu)的组织演变和表面力学性能,并研究了LP-Cu在硫酸盐还原菌环境中的耐蚀性。结果表明,LP使纯铜表面发生严重的塑性变形,观察到了高密度位错和孪晶等典型的形变诱导组织特征。LP在纯Cu表面引入了残余压应力,有效地提高了纯铜的表面力学性能,LSP处理后纯铜的显微硬度明显提高。电化学测试表明,LP-Cu试样在SRB溶液中的耐蚀性优于原始试样,这主要是由于表面残余压应力和加工硬化的共同影响造成的。此外,LP搭接率对提高表面力学性能和耐蚀性起着关键作用,50%的搭接率试样表现出最优的性能,表面硬度提高了47%。本研究为提升纯铜的耐蚀性提供了一种独特且简便的处理方法,并有可能应用于其他材料,具有广阔的发展前景。更多还原