近日，东北大学材料科学与工程学院王福会教授团队徐大可教授课题组系统总结了耐微生物腐蚀金属材料的研究进展，涵盖微生物腐蚀机制、合金设计策略及未来发展方向。相关成果以“Microbiologically Influenced Corrosion-Resistant Alloys:Mechanisms and Design Strategies”为题，在线发表于国际学术期刊Advanced Functional Materials。东北大学为论文第一完成单位与唯一通讯单位，李嘉琦特聘副研究员与崔苗苗特聘研究员、博士生于航为共同第一作者，徐大可教授与王迪副教授为共同通讯作者。
基于微生物腐蚀机制的耐蚀合金设计框架示意图
微生物在海洋工程装备、能源设施、油气管道及水处理系统等金属表面附着、繁殖并形成生物膜，是引起材料微生物腐蚀（MIC）和服役失效的重要原因。微生物不仅会分泌酸性代谢物、形成氧浓差电池来加速局部腐蚀，还能通过胞外电子传递直接或间接获取金属基体的电子，导致传统耐蚀合金的钝化膜失稳甚至破裂。传统防护手段主要起外部隔离作用，难以从源头上阻断微生物与金属界面之间的腐蚀反应。如何在合金成分与显微组织设计中引入抗菌功能，同时兼顾材料的耐蚀性与力学性能，是研发长效耐微生物腐蚀金属材料需要解决的关键问题。针对上述问题，该综述从腐蚀机理出发，梳理了阴极去极化、代谢产物腐蚀、氧浓差电池及胞外电子传递等主要微生物腐蚀机制，并结合微生物活性、界面电化学反应与合金显微组织三个方面，总结了三类耐微生物腐蚀合金的设计策略。
文章介绍了三类设计策略的作用机制与研究进展，一是微生物活性抑制策略，通过引入Cu、Ag、Cr及稀土等合金元素，利用释放抗菌金属离子、富铜/银第二相接触杀菌、微区电位差促进活性氧生成以及干扰细菌代谢等途径，抑制细菌附着与生物膜形成；二是界面与电化学调控策略，利用Cr、Ni、Mo、Cu等钝化元素形成致密的高阻抗钝化膜，并结合激光冲击强化、超声喷丸、增材制造及热处理等工艺消除表面微电偶缺陷、阻碍胞外电子传递；三是微观组织设计策略，通过调控纳米析出相、双相/多相组织以及高熵/多主元合金成分，在保证合金力学性能和钝化膜稳定性的同时，提高材料的抗菌、耐点蚀与抗氢脆能力。此外，文章还展望了从微生物基因改造、自修复表面设计到人工智能（AI）辅助合金研发的“自上而下（Top-Down）”综合防控思路，为海洋工程装备、油气输送设施和生物医用器械用耐微生物腐蚀金属材料的研发提供参考。
该研究获得国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、辽宁省振兴人才计划、辽宁省自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金以及中国博士后科学基金相关项目的资助。
