海洋微生物腐蚀主要是指海水海泥等环境中由于微生物的直接或间接作用所引起的海洋工程材料的腐蚀破坏行为与破坏现象。海洋环境中微生物作用下材料的腐蚀问题是海洋腐蚀的重要特征之一，海洋微生物对材料腐蚀的影响显著而复杂，呈现出不同于常规的腐蚀新问题。海洋微生物腐蚀是影响海洋工程设施腐蚀和性能下降的重要因素，是材料海洋腐蚀研究迫切需要解决的关键科学问题。

    一、海洋腐蚀的主要特征

    海洋是最为苛刻的腐蚀环境，物理因素如温度、流速、泥沙冲击等 ; 化学因素如海水盐度、溶解氧浓度和 pH 值；生物因素如微生物和污损生物都对材料的腐蚀产生重要影响。与其他腐蚀环境相比，海洋腐蚀特别是海水腐蚀的显著特征是高的盐含量和高的生物活性。海水盐度通常为 30-35g/L，其中，海水中氯离子含量约 19.0g/L，硫酸盐含量约 2.6g/L，其它阳离子如 Na 离子的含量约为 10.0g/L, 还包括较高含量的 Mg离子和 Ca 离子等。但是，海水决不是简单的无机盐的组合，海水中还含有大量的微生物，浮游和污损（在海洋分类学中又泛称底栖生物）生物以及含碳、氮、磷等的有机物质，每升海水中含有109 数量级微生物，这些微生物包括细菌，古细菌和微藻等，这些微生物及其无机和有机代谢产物都会对材料腐蚀产生影响。

    人们常常发现，材料在人工海水中的腐蚀与材料在天然海水中的腐蚀现象和规律十分不同。这其中，微生物因素对腐蚀起着至关重要的作用。可以说，海洋微生物腐蚀是海洋腐蚀的关键特征之一。但由于微生物腐蚀的复杂性，相比于氯盐腐蚀等其他腐蚀形式，人们对微生物腐蚀的理解和认识，从基本现象到腐蚀机理研究，仍是远远不够的。仅从海区来讲，南海和黄海、东海的海洋腐蚀微生物可能是不同的；从所处腐蚀环境来讲，海洋潮差区和海水全浸区、海洋沉积物区的腐蚀微生物也可能是不同的。

    二、生物膜与微生物群落

    无论何种材料，一旦浸入到海水中，海水中的有机分子、某些附着微生物就会在其表面相继附着，在 24 小时内会形成初期生物膜，在污损生物丰富的海域，如果没有合适的防护手段，会进一步形成生物污损。其中，生物膜是海洋微生物生存发展的重要场所，对于金属材料而言，生物膜是腐蚀微生物对材料发生作用的主要场所。在形成初期生物膜后，随着时间推移，还会进一步与材料表面相互作用，生物膜内好氧微生物群落会向厌氧微生物群落发展，并依所附着材料不同，最终形成较为复杂的微生物群落。目前针对钢铁锈层腐蚀微生物群落的有关研究表明，微生物群落中可能含有硫酸盐还原细菌、铁氧化细菌、铁还原细菌等。在微生物腐蚀研究中，人们对钢铁等材料表面的腐蚀微生物群落组成的了解仍是极其有限的，必须借助于微生物学、分子生物学的有关现代研究工具开展深入研究。

    生物膜内外的环境与海水本体环境显著不同。生物膜作为一种活性膜层，会代谢产生胞外聚合物质，这种胞外聚合物质含有胞外多糖、微生物的含碳、氮、磷等的代谢有机物质和无机物质等等，它们在金属的腐蚀中起着重要作用。

    它们产生的酸性代谢物质可能改变金属界面的pH值， 并阻隔与外界的物质传输，如溶解氧的输入。有测量表明，钢铁表面生物膜内外的溶解氧差别显著，从本体溶解氧浓度迅速降至几个 ppm。了解生物膜内的理化参数指标对理解微生物腐蚀具有重要作用。

    三、腐蚀微生物及其腐蚀破坏机制

    虽然海洋微生物的种类繁多，但人们目前认知的腐蚀微生物的种类，仍是极其有限的，对腐蚀微生物群落的研究，也是处于起步阶段。和腐蚀相关的微生物，通常的分类有产酸细菌，金属氧化细菌、铁还原细菌、硫酸盐还原细菌和产甲烷古菌等，而实际腐蚀微生物群落中存在的细菌远比此复杂。已知的腐蚀微生物最广为人知的当属硫酸盐还原细菌，最早发现在埋地铸铁管线环境中，后来发现广泛存在于海泥、海水、工业水等环境中，能够导致加速的腐蚀破坏，至今仍是微生物腐蚀研究的典型模式微生物。

    经过几十年对 SRB 腐蚀机理的不断研究，人们对其腐蚀作用机制有了新的认识。1934 年 Kuhr 最早提出了 SRB 阴极去极化作用的经典腐蚀机理，SRB 可通过自身产生的酶氧化吸附在金属表面的氢，起到阴极去极化作用。最近的研究表明，SRB 更可能是一种电活性微生物，SRB 在与钢铁发生腐蚀时，实际是通过氢化酶等催化产生氢气而不是消耗氢气，SRB 可以直接或间接从铁中获得电子来加速阳极反应过程，而非依靠消耗阴极氢。微生物作为一种活的生物体，其自身的代谢过程可能与金属的腐蚀有着更为直接的关系，研究微生物本身及其活性代谢物质与金属腐蚀的电化学反应过程是今后一段时期内微生物腐蚀研究的一个重要研究内容。

    四、材料的海洋微生物腐蚀破坏现象与类型

    对于金属材料，通常认为，几乎所有材料如碳钢、低合金钢、不锈钢、铜合金、铝合金甚至钛合金等，都会遭受微生物腐蚀的影响。对于海洋微生物腐蚀，有两种典型的腐蚀现象，一种是所谓的电位正移现象，一种是腐蚀产物的硫化现象。电位正移现象主要是指不锈钢等钝性金属，在天然海水中短期浸泡（几星期到几个月），出现开路电位正移现象， 正移幅度在+200-400mV之间，而在灭菌海水中则不会出现这种现象。

    在开路电位正移的同时，还观察到加速的阴极氧还原现象。有的研究者认为电位正移加速缝隙腐蚀，而相反的研究结果则认为电位正移对腐蚀具有抑制作用。虽然人们认识到是微生物引起该现象，但对该现象机理的解释仍未有统一的认识。对于腐蚀产物的硫化现象，则有较统一的认识，即硫酸盐还原菌的厌氧微生物腐蚀是其原因，硫酸盐被还原产生硫化氢，导致腐蚀产生的硫化。但细节的腐蚀作用过程仍是待深入研究的。

    微生物腐蚀之所以受到广泛关注，主要是微生物诱导加速材料的腐蚀破坏。今后，海洋金属材料特别是海洋高强钢等材料将在海洋资源开发中得到更广泛应用，关注和分析这些材料在海洋环境中的腐蚀破坏因素是十分必要的，其中，微生物将是其中的一个重要因素。