材料的生物劣化与生物腐蚀：机理与影响

生物体，尤其是微生物，对材料表面的黏附是一种普遍的自然现象。在增殖过程中，微生物群落会在与材料的界面处形成一层黏滑的基质，这便是我们常说的“生物膜”（Biofilm）。在各类技术系统中，这种现象进一步演化为“生物污损”（Biofouling）。

一旦形成，生物膜便会污染饮用水或工业过程用水，其生物质的持续增殖将导致过滤系统、管道和热交换器的堵塞。其后果远不止于此，它会直接引发技术流程性能的下降，例如热交换器效率的损失，严重时甚至可导致整套设备或设施陷入瘫痪。据估算，由非预期生物膜所造成的经济损失，每年高达数十亿欧元。

生物系统对材料的影响在许多领域都留下了深刻印记。一个典型的例子是污水处理系统中，微生物与容器材料的相互作用。真菌的酸性分泌物能够导致混凝土的微生物性劣化，同样的机理也作用于历史壁画和古迹的侵蚀。即便是那些看似惰性的材料，如望远镜、显微镜等光学设备中的玻璃，也难逃被蚀刻的命运，其光学性能会因此受损，并最终被彻底破坏。

在某些情况下，生物过程可能仅仅导致液体（如涂料、胶水、润滑油及其他工业液体）产生变色和异味，而未必直接影响材料的宏观性能。当然，它们也完全可能引发产品稠度的改变，损害其适用性，甚至导致材料的完全失效。对于塑料而言，生物劣化则可能导致质量损失，以及弹性、拉伸强度等技术特性的改变。

生物体引发的劣化效应，其作用机制纷繁复杂，涵盖了无机酸或有机酸的侵蚀、络合作用、有机溶剂的溶解、盐胁迫、H₂S、NO₃^- 和 NO₂^- 的影响，以及酶促反应或降解等多种途径。

在金属及其合金领域，生物腐蚀（Biocorrosion）在多种条件下都可能发生。关于硫酸盐还原菌（Sulfate-reducing bacteria）腐蚀特性的最早报道可以追溯到上世纪中叶。炼油厂、输油管道和港口设施中频发的腐蚀失效案例，催生了对损伤机理的大量深入研究。一些引人注目的事故，例如一架喷气式飞机的铝制燃料箱因腐蚀而导致的坠毁，清晰地揭示了“微生物诱导腐蚀”（Microbially Induced Corrosion, MIC）的巨大风险。

研究发现，在大多数MIC案例中，细菌和真菌是共同的肇事者。腐蚀过程的诱因主要有两类：其一是微生物的代谢产物，如酸、氨和硫化氢的直接化学作用；其二是由厌氧代谢的末端电子受体所引发的电化学回路。微生物在金属表面形成黏附性生物膜的能力，使得问题变得更为棘手。在这些膜的下方，会形成一个局部厌氧环境，从而产生诱发腐蚀的氧浓差电池。同样，金属的氢脆现象，也可能与微生物产氢并被金属表面吸收有关。要准确判断这类复杂的失效模式，往往需要借助专业的分析手段。

精工博研测试技术（河南）有限公司（原郑州三磨所国家磨料磨具质量检验检测中心），央企，国字头检测机构，专业的权威第三方检测机构，专业检测腐蚀分析与材料失效鉴定，可靠准确。欢迎沟通交流，电话19939716636