Исследование коррозионного разрушения алюминиевых сплавов Д16т и АМг6 при воздействии микроскопических грибов

Приведены результаты экспериментального исследования биокоррозии сплавов алюминия марок Д16Т и АМг6. Показана определяющая роль активных форм кислорода в биокоррозии алюминия консорциумом плесневых грибов. Предложена модель, согласно которой инициаторами коррозионных повреждений поверхности металла являются супероксидный анион-радикал и пероксид водорода, выделяемые в процессе жизнедеятельности микромицетов. Предполагается, что инициирование и развитие биокоррозии происходит в том числе в результате процесса восстановительной активации кислорода и фентоновского разложения пероксида водорода. Сделано заключение о механизме возникновения межкристаллитной и язвенной коррозии алюминиевых сплавов, находящихся во взаимодействии с микроскопическими грибами.

1. Sigwalt J. P. M. Aluminium in the Chemistry and Food Industries. – London: British Aluminium Co. Ltd., 1964. – P. 46.

2. Каблов Е. Н., Старцев О. В., Медведев И. М. Обзор зарубежного опыта исследований коррозии и средств защиты от коррозии // Авиационные материалы и технологии. – 2015. – № 2. С. 76–87. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-2-76-87.

3. Birbilis N., Hinton B. Corrosion and corrosion protection of aluminum // Fundamentals of Aluminium Metallurgy. Production, Processing and Applications. Woodhead Publishing Series in Metals and Surface Engineering, 2011. – P. 574–604. DOI: 10.1533/9780857090256.2.574.

4. Anaee R. A. M. Thermodynamic and kinetic study for the corrosion of aluminum and some of its alloys in the basic media. – University of Technology, Iraq, 2007. – 261 р. DOI: 10.13140/RG.2.1.3021.5204.

5. Bailey J. C., Porter F. C., Pearson A. W., Jarman R. A. Aluminium and Aluminium Alloys // Corrosion / Third Edition. – 1994. – V. 1. – P. 4:3–3:37. DOI: 10.1016/B978-0-08-052351-4.50043-1.

6. Kip N., van Veen J. A. The dual role of microbes in corrosion // The ISME Journal. – 2015. V. 9, N 3. – P. 542–551. DOI: 10.1038/ismej.2014.169.

7. Checinska S. A., Urbaniak C., Mohan G. B. M., Stepanov V. G., Tran Q., Wood J. M., Minich J., McDonald D., Mayer T., Knight R., Karouia F., Fox G. E., Venkateswaran K. Characterization of the total and viable bacterial and fungal communities associated with the International Space Station surfaces // Microbiome. – 2019. – V. 7, N 1. DOI: 10.1186/s40168-019-0666-x.

8. Makimura K., Saton K., Sugita T., Yamazaki T. Fungal Biota in Manned Space Environment and Impact on Human Health. Nippon Eiseigaku Zasshi // Japanese Journal of Hygiene. – 2011. – V. 66, N 1. – P. 77–82. DOI: 10.1265/jjh.66.77.

9. Satoh K., Nishiyama Y., Yamazaki T., Sugita T., Tsukii Y., Takatori K., Benno Y., Makimura K. Microbe-I: fungal biota analyses of the Japanese experimental module KIBO of the International Space Station before launch and after being in orbit for about 460 days // Microbiology and Immunology. – 2011. – V. 55, N 12. – P. 823–829. DOI: 10.1111/j.1348-0421.2011.00386x.

10. Takashi S., Takashi Y., Makimura K., Otomi C., Shin Y., Hiroshi O., Chiaki M., Comprehensive analysis of the skin fungal microbiota of astronauts during a half-year stay at the International Space Station // Medical Mycology. – 2016. – V. 54, N 3. – P. 232–239. DOI: 10.1093/mmy/myv121.

11. Понизовская В. Б., Дьяков М. Ю., Антропова А. Б., Биланенко Е. Н., Мокеева В. Л., Ильин В. К. Влияние условий космического полета на жизнеспособность микромицетов // Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. – 2017. – Т. 72, № 1. – C. 9–15.

12. Imo E. O., Orji J. C., Nweke C. O. Influence of Aspergillus fumigatus on corrosion behaviour of mild steel and aluminium // International Journal of Applied Microbiology and Biotechnology Research. 2018. – V. 6. – P. 61–69. https://www.researchgate.net/publication/336749182.

13. Билай В. И., Элланская И. А., Кириленко Т. С. Микромицеты почв. – Киев: Наукова думка, 1984. – 264 с.

14. Ахияров Р. Ж., Лаптев А. Б., Мовенко Д. А., Белова Н. А. Исследование аномально низкой коррозионной стойкости трубной стали теплообменной аппаратуры для нефтепереработки // Нефтяное хозяйство. – 2016. – № 1. – С. 118–121.

15. Панова О. А., Великанова Л. Л., Тимонин В. А. Коррозия металлов, вызываемая микроскопическими грибами // Микология и фитопатология. – 1982. – Т. 16, № 6. – С. 514–518.

16. Заикина Н. А., Дуганова Н. В. Образование органических кислот грибами, выделенными с образцов, пораженных биокоррозией // Микология и фитопатология. – 1975. – Т. 9, № 4. – С. 303–307.

17. Жданова Г.В. Биологическая коррозия конструкционных материалов предприятий атомной энергетики // Коррозия: материалы, защита. – 2009. – № 3. – С. 36–40.

18. Imo E. O., Chidiebere A. M. Fungal influenced corrosion of Aluminium in the presence of Acremonium kiliense // International Journal of Applied Microbiology and Biotechnology Research. – 2019. V. 7. – N 1. – P. 1–6. DOI: 10.33500/ijambr.2019.07.001.

19. Xinyan D., Hua W., Lu-Kwang J., Gang C., Hongbo C., Bi-min Zhang N. Corrosion of aluminum alloy 2024 caused by Aspergillus niger // International Biodeterioration & Biodegradation. – 2016. V. 115. – P. 1–10. DOI: 10.1016/j.ibiod.2016.07.009.

20. Jiayue Z., Laszlo C., Geoffrey M. G. Biocorrosion of copper metal by Aspergillus niger // International Biodeterioration & Biodegradation. – 2020. – V. 154, Article № 105081. DOI: 10.1016/j.ibiod.2020.105081.

21. Wu Yiling, Shao Xiaoqing, Jiao Hang, Song Xinwei, He Kun, Li Zhen. Tracking the fungus-assisted biocorrosion of lead metal by Raman imaging and scanning electron microscopy technique // Journal of Raman Spectroscopy. – January 2020. DOI: 10.1002/jrs.5796.

22. Belov D. V., Kalinina A. A., Sokolova T. N., Smirnov V. F., Chelnokova M. V., Kartashov V. R. Role of superoxide anion radicals in the bacterial corrosion of metals // Applied Biochemistry and Microbiology. – 2013. – V. 48, N 3. – P. 270–274. DOI: 10.1134/S00036838120300273.

23. Лугаускас А. Ю., Микульскене А. И., Шляужене Д. Ю. Каталог микромицетовбиодеструкторов полимерных материалов. Биологические повреждения. – М.: Наука, 1987. – 344 с.

24. Коваль Э. З., Сидоренко Л. П. Микодеструкторы промышленных материалов. – Киев: Наук. думка, 1989. – 187 c.

25. Ринальди М., Саттон Д., Фотергилл А. Определитель патогенных и условно патогенных грибов. – М.: Мир, 2001. – 486 c.

26. Zaki A. The kinetics of anodic and cathodic polarization of aluminium and its alloys // AntiCorrosion Methods and Materials. – 1986. – V. 33, N 11. – P. 4–11. DOI: 10.1108/eb020492.

27. Dunlop H. M., Benmalek M. Role and Characterization of Surfaces in the Aluminum Industry // Journal de Physique. Archives. – 1997. – V. 7, N C6. – C6-163–C6-174. DOI: 10.1051/jp4:1997614.

28. Schultze J. W., Hassel A. W. Passivity of Metals, Alloys, and Semiconductors // Encyclopedia of Electrochemistry, 2007. DOI: 10.1002/9783527610426.bard040302.

29. Costa D., RibeiroT., Mercuri F., Pacchioni G., Marcus P. Atomistic Modeling of Corrosion Resistance: A First Principles Study of O 2 Reduction on the Al (111) Surface Covered with a Thin Hydroxylated Alumina Film // Advanced Materials Interfaces. – 2014. – V. 1, N 3. DOI: 10.1002/admi.201300072.

30. Cornette P., Costa D., Marcus P. Relation between Surface Composition and Electronic Properties of Native Oxide Films on an Aluminium-Copper Alloy Studied by DFT // Journal of The Electrochemical Society. – 2020. – V. 167. DOI: 10.1149/1945-7111/abc9a1.

31. Юнг Л. Анодные оксидные пленки / Пер. с англ. / Под ред. Л. Н. Закгейма и Л. Л. Одынца. Л.: Энергия, Ленингр. отд-е, 1967. – 232 с.

32. McCafferty E. Semiconductor aspects of the passive oxide film on aluminium as modified by surface alloying // Corrosion Science. – 2003. – V. 45, N 2. – P. 301–308. DOI: 10.1016/s0010938x(02)00095-1.

33. Levine K. L., Tallman D. E., Bierwagen G. P. Mott–Schottky analysis of aluminium oxide formed in the presence of different mediators on the surface of aluminium alloy 2024-T3 // Journal of Materials Processing Technology. – 2008. – V. 199, N 1. – P. 321–326. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2007.08.023.

34. Kiss A. B., Keresztury G., Farkas L. Raman and IR spectra and structure of boehmite (гAlOOH). Evidence for the recently discarded D172h space group // Spectrochimica Acta. Part A: Molecular Spectroscopy. – 1980. – V. 36, N 7. – P. 653–658. DOI: 10.1016/0584-8539(80)80024-9.

35. Shephard J. J., Dickie S. A., McQuillan A. J. Structure and Conformation of MethylTerminated Poly(ethylene oxide)-Bis[methylenephosphonate] Ligands Adsorbed to Boehmite (AlOOH) from Aqueous Solutions // Attenuated Total Reflection Infrared (ATR-IR) Spectra and Dynamic Contact Angles. Langmuir. – 2010. – V. 26, N 6. – P. 4048–4056. DOI: 10.1021/la903506q.

36. Tsyganenko A. A., Mardilovich P. P. Structure of alumina surfaces // Journal of the Chemical Society Faraday Transactions. – 1996. – V. 92. – N 23. – P. 4843–0. DOI: 10.1039/ft9969204843.

37. Bunker B. C., Nelson G. C., Zavadil K. R., Barbour J. C., Wall F. D., Sullivan J. P., Windisch C. F., Engelhardt M. H., Baer D. R. Hydration of Passive Oxide Films on Aluminum // The Journal of Physical Chemistry B. – 2002. – V. 106, N 18. – P. 4705–4713. DOI: 10.1021/jp013246e.

38. Белов Д. В., Калинина А. А., Карташов В. Р., Смирнов В. Ф., Соколова Т. Н., Челнокова М. В. Генерация супероксидного анион-радикала микромицетами и его роль в коррозии металлов // Химия и химическая технология. Известия вузов. – 2011. – Т. 54, № 10. – С. 133–136.

39. Белов Д. В., Калинина А. А., Карташов В. Р., Смирнов В. Ф., Соколова Т. Н., Челнокова М. В. Активные формы кислорода в коррозии металлов // Коррозия: материалы, защита. 2011. – № 3. – С. 19–26.

40. Белов Д. В., Соколова Т. Н., Смирнов В. Ф., Кузина О. В., Косюкова Л. В., Карташов В. Р. Коррозия алюминия и его сплавов под воздействием микроскопических грибов // Коррозия: материалы, защита. – 2007. – № 9. – С. 36–41.

41. Deepa Prabhu, Padmalatha Rao Corrosion behaviour of 6063 aluminium alloy in acidic and in alkaline media // Arabian Journal of Chemistry. – 2014. – V. 10, N 2. – P. S2234–S2244. DOI: 10.1016/j.arabjc.2013.07.059.

42. Reena Kumari P. D., Nayak Jagannath; Nityananda Shetty A. Corrosion behavior of 6061/Al-15 vol. pct. SiC(p) composite and the base alloy in sodium hydroxide solution // Arabian Journal of Chemistry. – 2012. – V. 9, N 2. – P. S1144–S1154. DOI: 10.1016/j.arabjc.2011.12.003.

43. Awad S. A., Kamel K. H. M., Kassab A. Corrosion behaviour of aluminium in NaOH solutions // Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry. – 1979. – V. 105, N 2. P. 291–294. DOI: 10.1016/s0022-0728(79)80123-0.

44. Zhang J., Klasky M., Letellier B. C. The aluminum chemistry and corrosion in alkaline solutions // Journal of Nuclear Materials. – 2009. – V. 384, N 2. – P. 175–189. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2008.11.009.

45. Дресвянников А. Ф., Колпаков М. Е. Электрохимические процессы в растворах с участием алюминия и формирование микро- и наноразмерных прекурсоров полиметаллических систем / Вестник технологического университета. – 2016. – Т. 19, № 9. – С. 36–50.

46. Yang S. L., ChungG K.-R. The NADPH oxidase‐mediated production of hydrogen peroxide (H2 O2 ) and resistance to oxidative stress in the necrotrophic pathogen Alternaria alternata of citrus // Molecular Plant Pathology. – 2012. – V. 13, N 8. – P. 900–914. DOI: 10.1111/j.1364-3703.2012.00799.x.

47. Bienert G. P., Schjoerring J. K., Jahn T. P. Membrane transport of hydrogen peroxide // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes. – 2006. – V. 1758, N 8. – P. 994–1003. DOI: 10.1016/j.bbamem.2006.02.015.

48. Hayyan M., Hashim A. M., AlNashef I. M. Superoxide Ion: Generation and Chemical Implications // Chemical Review. – 2016. – V. 116, N 5. – P. 3029–3085. DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00407.

49. Ribeiro T., Motta A., Marcus P., Gaigeot M.-P., Lopez X., Costa D. Formation of the OOH radical at steps of the boehmite surface and its inhibition by gallic acid: A theoretical study including DFT-based dynamics // Journal of Inorganic Biochemistry. – 2013. – V. 128. – P. 164–173. DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2013.07.024.

50. Bunker B. C., Nelson G. C., Zavadil K. R., Barbour J. C., Wall F. D., Sullivan J. P., Windisch C. F., Engelhardt M. H., Baer D. R. Hydration of Passive Oxide Films on Aluminum // The Journal of Physical Chemistry B. – 2002. – V. 106, N 18. – P. 4705–4713. DOI: 10.1021/jp013246e.

51. Mujika J. I., Ruipérez F., Infante I., Ugalde J. M., Exley C., Lopez X. Pro-oxidant Activity of Aluminum: Stabilization of the Aluminum Superoxide Radical Ion // The Journal of Physical Chemistry A. – 2011. – V. 115, N 24. – P. 6717–6723. DOI: 10.1021/jp203290b.

52. Kong S., Liochev S., Fridovich I. Aluminum (III) facilitates the oxidation of NADH by the superoxide anion // Free Radical Biology and Medicine. – 1992. – V. 13, N 1. – P. 79–81. DOI: 10.1016/0891-5849(92)90168-g.

53. Ruipèrez F., Mujika J.I., Ugalde J.M., Exley C., Lopez X. Pro-oxidant activity of aluminum: Promoting the Fenton reaction by reducing Fe (III) to Fe (II) // Journal of Inorganic Biochemistry. 2012. – V. 117. – P. 118–123. DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2012.09.008.

54. Exley C. The pro-oxidant activity of aluminum // Free Radical Biology and Medicine. – 2004. V. 36, N 3. – P. 380–387. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2003.11.017.

55. Турьян Я. И. Окислительно-восстановительные реакции и потенциалы в аналитической химии. – М.: Химия, 1989. – 242 с.

56. Murphy A. P. Chemical removal of nitrate from water // Nature. – 1991. – V. 350. – P. 223–225. DOI: 10.1038/350223a0.

57. Hsing-Lung Lien, Wilkin R. Reductive Activation of Dioxygen for Degradation of Methyl tert-Butyl Ether by Bifunctional Aluminum // Environmental Science & Technology. – 2002. – V. 36, № 20. P. 4436–4440. DOI: 10.1021/es011449a.

58. Fengzhen Z., Yunfei Z., Mengjie P., Junfeng N Aerobic degradation of aqueous pollutants with nanoscale zero-valent aluminum in alkaline condition: Performance and mechanism especially at particle surface // Journal of Cleaner Production. – 2020. – V. 244. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.118905.