东北大学徐大可教授团队:微生物加速AA7075铝合金在模拟燃油–水环境的腐蚀行为与机理
2026-03-25 14:26:40 作者:本网发布 来源:矿物冶金与材料学报 分享至:

 

2026  Volume 33  Issue 2



封面故事

航空运输的蓬勃发展使全球互联日益紧密,对飞行器的飞行安全也提出更高的标准要求。航空燃油系统作为飞机的“能量心脏”,其微生物污染是威胁飞行安全的隐形杀手,尤其是在潮湿、高盐的海洋环境中。本研究针对此问题,深入探究了两种典型海洋烃类降解细菌——柴油食烷菌Alcanivorax dieselolei氧化微杆菌Microbacterium oxydans——对飞机油箱常用材料AA7075铝合金的微生物腐蚀行为与机制。通过构建创新的“微生物–航空燃油–金属”三相模拟体系,结合生物膜观测、电化学分析与表面表征,发现两种菌均显著加速合金点蚀。其中,Microbacterium oxydans虽降解燃油能力较弱,但其形成的不均匀生物膜会局部富集代谢产物(如苹果酸),从而加速破坏材料表面钝化膜,导致更严重的腐蚀。这表明微生物的腐蚀性不仅取决于其降解燃料的能力,更与其生物膜结构和代谢特性密切相关。进一步的航空煤油组成分析显示,两种菌株均加速了C8与C9短链烷烃的降解过程。该研究为理解复杂环境下航空材料的微生物腐蚀机理提供了新视角,对开发针对性防护策略、保障长期在海洋环境运营的飞机安全具有重要指导意义。


文章信息


微生物加速AA7075铝合金在模拟燃油水环境的腐蚀行为与机理 (点击查看原文)

马艺飞,王贺豫,陈果鲜,白帅,刘垚,李中图片,王福会,徐大可

引用本文Yifei Ma, Heyu Wang, Guoxian Chen, Shuai  Bai, Yao Liu, Zhong Li, Fuhui Wang, and Dake Xu, Microbially accelerated corrosion of AA7075 aluminum alloy in simulated fuel–water conditions, Int. J. Miner. Metall. Mater., 33(2026), No. 2, pp. 623-635.

https://doi.org/10.1007/s12613-025-3305-5

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封面文章


文章亮点

01


构建了模拟飞机燃油系统微生物污染的三相(微生物–航空煤油–金属)腐蚀体系,模拟海洋环境下飞机燃油系统中微生物对AA7075铝合金的腐蚀环境。

02


系统研究了两种典型烃类降解菌(Alcanivorax dieseloleiMicrobacterium oxydans)的腐蚀行为与机制,揭示了微生物被膜对加速腐蚀的关键作用。

03


系统揭示了飞机燃油系统微生物污染的双重危害:一方面显著加速AA7075铝合金的局部点蚀,另一方面降解并污染航空煤油使其质量劣化,对飞行安全构成严重威胁。



内容简介



飞机燃油系统的微生物污染及其引发的腐蚀是航空安全领域亟待深入研究的重要威胁。在飞机起降过程中,因温度波动、冷凝水侵入以及沿海/海洋环境中盐雾的混入,燃油系统内部易形成油-水多相界面,为微生物的定殖与繁殖提供了适宜条件。这些微生物的代谢活动可引发一系列连锁问题,包括燃油降解、滤网堵塞、传感器故障及油箱材料腐蚀,严重威胁飞机的持续安全运行。

AA7075高强铝合金因其优异的强度重量比,被广泛应用于飞机油箱等关键部件。然而,其在富含微生物的燃油–水环境中的腐蚀行为与机理仍需深入探究。本研究选取了两种典型的烃类降解海洋细菌——柴油食烷菌Alcanivorax dieseloleiA. dieselolei)和氧化微杆菌Microbacterium oxydansM. oxydans),系统研究了它们对AA7075铝合金的腐蚀行为与机理。通过创新性地构建模拟海洋航空环境的“微生物–航空燃油–金属”三相体系,综合运用了生物被膜表征、电化学测试、腐蚀产物分析以及燃油组分检测等多种手段,旨在为制定针对性的防护策略提供科学依据。

结果表明,两种菌株均显著加速了AA7075的腐蚀。电化学测试显示,极化电阻持续下降,动电位极化曲线明显右移。点蚀电位与腐蚀电位之差(ΔE)因微生物活动而减小,表明点蚀倾向显著加剧。腐蚀形貌分析证实,两种微生物均促进了局部点蚀的发展。对航空煤油组分的分析表明,两种细菌都加速了C8和C9烷烃的降解。这些发现凸显了微生物污染在燃油系统中对材料降解和燃油质量劣化的多重威胁。

最后,本研究基于结果深入探讨了微生物加速腐蚀的机理,并提出了针对性的防护策略建议。生物被膜的形成、微生物代谢活动与局部电化学过程的协同作用是导致腐蚀加速的关键。虽然A. dieselolei对燃油的降解能力更强,但M. oxydans因其形成的生物被膜结构及特定的代谢产物,导致了更为严重的腐蚀。这揭示了腐蚀侵袭性不仅取决于烃类降解效率,更与生物被膜结构和代谢特征密切相关。该研究为理解海洋航空环境下燃油系统的微生物腐蚀机制提供了新见解,并对保障飞机运行安全,特别是针对常在潮湿、高盐海洋环境中服役的飞机,提出了重要的实践参考。


图文解析

图1  AA7075在不同体系中浸泡3天、7天和14天后AA7075表面的生物被膜表征。

图片介绍:由图1的扫描电子显微镜(SEM)和共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)分析结果显示,A. dieselolei在AA7075表面形成的生物被膜随时间增厚(第3天43.4 μm,第14天61.8 μm),结构连续致密;而M. oxydans形成的生物被膜则逐渐变薄(从33.1 μm减至15.7 μm),后期细胞脱落明显。两者均有胞外聚合物(EPS)附着,但定植模式差异显著。


图2  AA7075在不同体系中浸泡14天的电化学测试结果。

图片介绍:图2的电化学测试结果表明,与无菌条件相比,两种微生物均破坏AA7075的钝化膜稳定性,导致开路电位负移、极化电阻下降及极化曲线右移。其中M. oxydans体系的腐蚀倾向最强,钝化区间最窄,总阻抗最低,腐蚀加速程度依次为:M. oxydans > A. dieselolei > 无菌体系


图3  不同体系培养14天后航空煤油总离子色谱图。

图片介绍:图3结果表明,两种菌株在14天内均优先降解航空煤油中的C8–C9短链烷烃,其中A. dieselolei的降解能力更强。这归因于短链烷烃分子量小、水溶性高,更易被微生物吸收利用。
作者及团队介绍


徐大可国家重大人才工程入选者,东北大学材料科学与工程学院,教授、博士生导师,英国腐蚀学会会士(FICorr),英国皇家化学会会士(FRSC),英国材料、矿物与采矿学会会士(FIMMM)和国际材料防护与性能协会会士(FAMPP)。主要从事金属材料的微生物腐蚀行为、机理和防治的相关研究及抗菌金属材料和海洋防污防腐涂层的研发。以第一作者或通讯作者发表高水平论文160余篇,其中4篇入选ESI热点论文,13篇入选ESI高被引论文,总引用16000余次,H因子70;已发表论文包括Nature reviews microbiology、Advanced Materials(3篇)、Angewandte Chemie International Edition(4篇)、Advanced Functional Materials(10篇)和腐蚀领域顶级刊物Corrosion Science(50余篇);为微生物腐蚀领域全球高被引论文最多的学者,并入选2021全球顶尖前10万科学家榜单、2020至2025年全球前2%顶尖科学家榜单、2023至2025爱思唯尔中国高被引学者榜单。授权PCT国际专利1项,国内专利20余项。近5年作为负责人主持国家杰出青年科学基金项目,国家自然科学基金联合重点项目(2项)、973专项服务课题、国家重点研发计划课题、教育部项目基本科研业务费交叉融合重点项目等科技部、基金委、企业项目30多项,总经费超过4000万元;担任Int. J. Miner. Metall. Mater.Research, J. Mater. Sci. Technol, NPJ Mater. Degrad., Front. Microbiol., Bioelectrochemistry, Front. Mater. 等期刊编辑及特刊主编/副主编和编委;被邀请为Eurocorr2017、Eurocorr2020(欧洲腐蚀大会)微生物腐蚀分会作特邀Keynote lecture。曾两次获得中国腐蚀与防护学会科学技术奖一等奖(1/15)、辽宁省自然科学二等奖(1/5)、辽宁省自然科学学术成果奖一等奖(1/5)、中国金属学会冶金青年科技奖、强国青年科学家提名奖、辽宁省青年科技奖、中国腐蚀与防护杰出青年学术成就奖(左景伊奖)等奖项和辽宁省优秀科技工作者等多项荣誉称号。

李中,副教授。主要从事金属材料微生物腐蚀与防护、活体智能生物材料等。主持国家自然科学基金面上项目1项、青年科学基金(C)类项目1项,辽宁省青年科学基金(B)类(原辽宁省优秀青年基金)项目1项,广东省面上项目1项,科技部重点研发子课题2项,中央高校基本科研业务费项目3项;获辽宁省自然科学学术成果一等奖1项(2023年)、世界腐蚀大会-中国腐蚀与防护学会青年科学家奖1项(2024年)、“海洋强国青年科学家”提名(2025年);以第一作者或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、Biotechnol. Adv.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Corros. Sci.、J. Mater. Sci. Technol.等期刊发表高水平SCI论文20余篇,获授权中国发明专利10项(第一完成人2项);承担《中国腐蚀与防护学报》青年编委,《Engineering Microbiology》期刊青年编辑,辽宁省生命科学学会医用生物材料分会常务委员。

东北大学腐蚀与防护中心微生物腐蚀与生物污损课题组依托王福会教授团队,由Derek Lovley教授领衔,徐大可教授负责,聚焦交叉学科建设,以服务国家重大战略需求和在“四个面向”中提出的重大任务为导向的交叉团队。团队现有固定成员18人:其中教授6人,特聘研究员4人,副教授5人,特聘副研究员3人。团队固定成员中有国家级人才5人,国家级青年骨干人才4人。东北大学电活性材料交叉研究中心(简称“交叉中心”)成立于2024年初,是东北大学为推进交叉学科建设而设立的研发机构。中心依托东北大学腐蚀与防护中心王福会教授团队,以服务国家重大战略需求和“四个面向”为导向,聚焦电活性材料与微生物的交叉前沿领域,致力于打造具有国际影响力的学术高地。中心由国际顶级学术大师、美国科学促进会院士、美国微生物科学院院士Derek Lovley教授领衔。Lovley教授是电活性微生物领域的奠基人之一,在厌氧微生物生理生态、微生物胞外电子传递和生物修复等领域取得了一系列开创性成果,已发表学术论文超过500篇,其中Nature和Science正刊文章25篇,个人引用近14万次,位列全球微生物学家引用次数榜首。

中心执行负责人由东北大学材料科学与工程学院徐大可教授担任。中心现有固定成员18人,形成了一支梯队合理、交叉融合的高水平科研队伍。其中教授6人、特聘研究员4人、副教授5人、特聘副研究员3人。团队成员中,国家级人才5人,国家级青年骨干人才4人,涵盖材料、生物、信息等多个学科背景,为开展前沿交叉研究提供了坚实的人才支撑。

中心以电活性微生物为核心,布局三大主要研究方向:一是微生物腐蚀机制与防护材料研发,二是细菌产导电纳米线材料的设计与应用,三是微生物废旧电池材料回收与再利用。研究领域辐射材料科学、生命科学、环境工程、生物医学工程、信息科学等多个学科,形成了独具特色的交叉学科集群。中心近年来在微生物能源转化、生物传感器、抗菌防污材料等前沿方向取得多项突破性进展,展现出强劲的科研活力与发展潜力。



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