Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com.Wersja przeglądarki, której używasz, obsługuje ograniczoną obsługę CSS.Aby uzyskać najlepszą jakość, zalecamy użycie zaktualizowanej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w przeglądarce Internet Explorer).W międzyczasie, aby zapewnić ciągłość wsparcia, będziemy renderować witrynę bez stylów i JavaScript.
Korozja mikrobiologiczna (MIC) stanowi poważny problem w wielu gałęziach przemysłu, gdyż może prowadzić do ogromnych strat ekonomicznych.Stal nierdzewna Super Duplex 2707 (2707 HDSS) jest stosowana w środowiskach morskich ze względu na jej doskonałą odporność chemiczną.Jednakże jego odporność na MIC nie została wykazana eksperymentalnie.W badaniu tym zbadano zachowanie MIC 2707 HDSS wywołane przez morską bakterię tlenową Pseudomonas aeruginosa.Analiza elektrochemiczna wykazała, że ​​w obecności biofilmu Pseudomonas aeruginosa w podłożu 2216E następuje pozytywna zmiana potencjału korozyjnego oraz wzrost gęstości prądu korozyjnego.Analiza rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (XPS) wykazała spadek zawartości Cr na powierzchni próbki pod biofilmem.Analiza wizualna jamek wykazała, że ​​biofilm P. aeruginosa wytworzył jamkę o maksymalnej głębokości 0,69 µm podczas 14 dni inkubacji.Chociaż jest to małe, wskazuje, że 2707 HDSS nie jest całkowicie odporny na MIC biofilmów P. aeruginosa.
Stale nierdzewne duplex (DSS) są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu ze względu na doskonałe połączenie doskonałych właściwości mechanicznych i odporności na korozję1,2.Jednakże miejscowe wżery nadal występują i wpływają na integralność tej stali3,4.DSS nie jest odporny na korozję mikrobiologiczną (MIC)5,6.Pomimo szerokiego zakresu zastosowań DSS, nadal istnieją środowiska, w których odporność na korozję DSS nie jest wystarczająca do długotrwałego użytkowania.Oznacza to, że wymagane są droższe materiały o wyższej odporności na korozję.Jeon i wsp.7 odkryli, że nawet stale nierdzewne super duplex (SDSS) mają pewne ograniczenia w zakresie odporności na korozję.Dlatego w niektórych przypadkach wymagane są stale nierdzewne super duplex (HDSS) o wyższej odporności na korozję.Doprowadziło to do opracowania wysokostopowego HDSS.
Odporność korozyjna DSS zależy od stosunku faz alfa i gamma i jest zubożona w obszarach Cr, Mo i W 8, 9, 10 sąsiadujących z drugą fazą.HDSS zawiera wysoką zawartość Cr, Mo i N11, dzięki czemu posiada doskonałą odporność na korozję oraz wysoką wartość (45-50) równoważnej liczby odporności na wżery (PREN) określoną na podstawie % wag. Cr + 3,3 (% wag. Mo + 0,5% wag.) + 16% wag.N12.Jego doskonała odporność na korozję zależy od zrównoważonego składu zawierającego około 50% fazy ferrytycznej (α) i 50% austenitycznej (γ).HDSS ma lepsze właściwości mechaniczne i wyższą odporność na korozję chlorkową.Poprawiona odporność na korozję rozszerza zastosowanie HDSS w bardziej agresywnych środowiskach chlorkowych, takich jak środowiska morskie.
Wartości MIC stanowią poważny problem w wielu gałęziach przemysłu, takich jak przemysł naftowo-gazowy i wodny14.MIC odpowiada za 20% wszystkich uszkodzeń korozyjnych15.MIC to korozja bioelektrochemiczna, którą można zaobserwować w wielu środowiskach.Biofilmy tworzące się na powierzchniach metali zmieniają warunki elektrochemiczne, wpływając tym samym na proces korozji.Powszechnie uważa się, że korozja MIC jest powodowana przez biofilmy.Mikroorganizmy elektrogenne zjadają metale, aby uzyskać energię potrzebną do przeżycia17.Niedawne badania MIC wykazały, że EET (zewnątrzkomórkowy transfer elektronów) jest czynnikiem ograniczającym szybkość MIC indukowanego przez mikroorganizmy elektrogenne.Zhang i in.18 wykazały, że pośrednicy elektronów przyspieszają transfer elektronów pomiędzy ogniwami Desulfovibrio sessificans a stalą nierdzewną 304, co skutkuje poważniejszym atakiem MIC.Anning i in.19 oraz Wenzlaff i in.20 wykazały, że biofilmy żrących bakterii redukujących siarczany (SRB) mogą bezpośrednio absorbować elektrony z metalowych podłoży, powodując poważne wżery.
Wiadomo, że DSS jest wrażliwy na MIC w pożywkach zawierających SRB, bakterie redukujące żelazo (IRB) itp. 21 .Bakterie te powodują miejscowe wżery na powierzchni DSS pod biofilmami22,23.W przeciwieństwie do DSS, HDSS24 MIC nie jest dobrze znany.
Pseudomonas aeruginosa jest Gram-ujemną, ruchliwą bakterią w kształcie pałeczki, szeroko rozpowszechnioną w przyrodzie25.Pseudomonas aeruginosa jest także główną grupą drobnoustrojów w środowisku morskim, powodującą podwyższone stężenia MIC.Pseudomonas aktywnie uczestniczy w procesie korozji i jest uznawany za pionierskiego kolonizatora podczas tworzenia biofilmu.Mahat i in.28 oraz Yuan i in.29 wykazały, że Pseudomonas aeruginosa ma tendencję do zwiększania szybkości korozji stali miękkiej i stopów w środowiskach wodnych.
Głównym celem pracy było zbadanie właściwości MIC 2707 HDSS wywoływanego przez morską bakterię tlenową Pseudomonas aeruginosa z wykorzystaniem metod elektrochemicznych, metod analizy powierzchni oraz analizy produktów korozji.Aby zbadać zachowanie MIC 2707 HDSS, przeprowadzono badania elektrochemiczne, w tym potencjał obwodu otwartego (OCP), rezystancję polaryzacji liniowej (LPR), elektrochemiczną spektroskopię impedancyjną (EIS) i potencjalną polaryzację dynamiczną.Przeprowadzono analizę spektrometrii dyspersyjnej energii (EDS) w celu wykrycia pierwiastków chemicznych na skorodowanej powierzchni.Dodatkowo wykorzystano rentgenowską spektroskopię fotoelektronów (XPS) do określenia stabilności pasywacji warstwy tlenkowej pod wpływem środowiska morskiego zawierającego Pseudomonas aeruginosa.Głębokość jamek mierzono pod konfokalnym laserowym mikroskopem skaningowym (CLSM).
Tabela 1 przedstawia skład chemiczny 2707 HDSS.Tabela 2 pokazuje, że 2707 HDSS ma doskonałe właściwości mechaniczne przy granicy plastyczności 650 MPa.Na ryc.1 przedstawia mikrostrukturę optyczną 2707 HDSS poddanego obróbce cieplnej.W mikrostrukturze zawierającej około 50% faz austenitu i 50% ferrytu widoczne są wydłużone pasma faz austenitu i ferrytu bez faz wtórnych.
Na ryc.2a przedstawia potencjał obwodu otwartego (Eocp) w funkcji czasu ekspozycji dla 2707 HDSS w pożywce abiotycznej 2216E i bulionie P. aeruginosa przez 14 dni w temperaturze 37°C.Pokazuje, że największa i najbardziej znacząca zmiana Eocp następuje w ciągu pierwszych 24 godzin.Wartości Eocp w obu przypadkach osiągnęły szczyt przy -145 mV (w porównaniu do SCE) około 16 godzin, a następnie gwałtownie spadły, osiągając -477 mV (w porównaniu do SCE) i -236 mV (w porównaniu do SCE) dla próbki abiotycznej.i odpowiednio kupony P Pseudomonas aeruginosa).Po 24 godzinach wartość Eocp 2707 HDSS dla P. aeruginosa była stosunkowo stabilna i wynosiła -228 mV (w porównaniu do SCE), podczas gdy odpowiadająca wartość dla próbek niebiologicznych wynosiła około -442 mV (w porównaniu do SCE).Eocp w obecności P. aeruginosa był dość niski.
Badanie elektrochemiczne 2707 próbek HDSS w pożywce abiotycznej i bulionie Pseudomonas aeruginosa w temperaturze 37°C:
(a) Eocp jako funkcja czasu ekspozycji, (b) krzywe polaryzacji w 14 dniu, (c) Rp jako funkcja czasu ekspozycji oraz (d) icorr jako funkcja czasu ekspozycji.
Tabela 3 przedstawia parametry korozji elektrochemicznej 2707 próbek HDSS wystawionych na działanie pożywek abiotycznych i zaszczepionych Pseudomonas aeruginosa w ciągu 14 dni.Ekstrapolowano styczne krzywych anody i katody w celu uzyskania przecięć dających gęstość prądu korozyjnego (icorr), potencjał korozji (Ecorr) i nachylenie Tafela (βα i βc) zgodnie ze standardowymi metodami30,31.
Jak pokazano na ryc.2b, przesunięcie w górę krzywej P. aeruginosa spowodowało wzrost Ecorr w porównaniu z krzywą abiotyczną.Wartość icorr, która jest proporcjonalna do szybkości korozji, wzrosła w próbce Pseudomonas aeruginosa do 0,328 µA cm-2, czyli czterokrotnie więcej niż w próbce niebiologicznej (0,087 µA cm-2).
LPR to klasyczna, nieniszcząca metoda elektrochemiczna służąca do szybkiej analizy korozji.Wykorzystano go również do badania MIC32.Na ryc.2c przedstawia rezystancję polaryzacyjną (Rp) w funkcji czasu ekspozycji.Wyższa wartość Rp oznacza mniejszą korozję.W ciągu pierwszych 24 godzin wartość szczytowa Rp 2707 HDSS wynosiła 1955 kΩ cm2 dla próbek abiotycznych i 1429 kΩ cm2 dla próbek Pseudomonas aeruginosa.Rycina 2c pokazuje również, że wartość Rp gwałtownie spadła po jednym dniu, a następnie pozostała stosunkowo niezmieniona przez następne 13 dni.Wartość Rp próbki Pseudomonas aeruginosa wynosi około 40 kΩ cm2, czyli jest znacznie niższa niż wartość 450 kΩ cm2 próbki niebiologicznej.
Wartość icorr jest proporcjonalna do równomiernej szybkości korozji.Jego wartość można obliczyć z następującego równania Sterna-Giriego:
Według Zoe i in.33, typową wartość nachylenia Tafela B w tej pracy przyjęto jako 26 mV/dec.Figura 2d pokazuje, że współczynnik icorr próbki niebiologicznej 2707 pozostał względnie stabilny, podczas gdy próbka P. aeruginosa ulegała znacznym wahaniom po pierwszych 24 godzinach.Wartości icorr próbek P. aeruginosa były o rząd wielkości wyższe niż w przypadku kontroli niebiologicznych.Tendencja ta jest zgodna z wynikami badań odporności na polaryzację.
EIS to kolejna nieniszcząca metoda stosowana do charakteryzowania reakcji elektrochemicznych zachodzących na skorodowanych powierzchniach.Widma impedancji i obliczone wartości pojemności próbek wystawionych na działanie środowiska abiotycznego i roztworu Pseudomonas aeruginosa, rezystancji warstwy pasywnej/biofilmu Rb utworzonej na powierzchni próbki, rezystancji przenoszenia ładunku Rct, pojemności elektrycznej podwójnej warstwy Cdl (EDL) i stałych parametrów elementu fazowego QCPE (CPE).Parametry te poddano dalszej analizie, dopasowując dane przy użyciu modelu obwodu zastępczego (EEC).
Na ryc.3 przedstawia typowe wykresy Nyquista (aib) i wykresy Bodego (a' i b') dla 2707 próbek HDSS w pożywce abiotycznej i bulionie P. aeruginosa dla różnych czasów inkubacji.Średnica pierścienia Nyquista zmniejsza się w obecności Pseudomonas aeruginosa.Wykres Bodego (ryc. 3b') pokazuje wzrost całkowitej impedancji.Informacje o stałej czasu relaksacji można uzyskać z maksimów fazowych.Na ryc.4 przedstawia struktury fizyczne oparte na monowarstwie (a) i dwuwarstwie (b) oraz odpowiadające im EEC.CPE zostaje wprowadzone do modelu EEC.Jego dopuszczalność i impedancja są wyrażone w następujący sposób:
Dwa modele fizyczne i odpowiadające im obwody równoważne do dopasowania widma impedancji próbki 2707 HDSS:
gdzie Y0 to wartość KPI, j to liczba urojona lub (-1)1/2, ω to częstotliwość kątowa, n to wskaźnik mocy KPI mniejszy niż jeden35.Inwersja rezystancji przenoszenia ładunku (tj. 1/Rct) odpowiada szybkości korozji.Im mniejszy Rct, tym większa szybkość korozji27.Po 14 dniach inkubacji Rct próbek Pseudomonas aeruginosa osiągnęło wartość 32 kΩ cm2, czyli znacznie mniej niż 489 kΩ cm2 próbek niebiologicznych (Tabela 4).
Obrazy CLSM i obrazy SEM na Figurze 5 wyraźnie pokazują, że powłoka biofilmu na powierzchni próbki HDSS 2707 po 7 dniach jest gęsta.Jednakże po 14 dniach pokrycie biofilmem było słabe i pojawiło się kilka martwych komórek.Tabela 5 przedstawia grubość biofilmu w 2707 próbkach HDSS po ekspozycji na P. aeruginosa przez 7 i 14 dni.Maksymalna grubość biofilmu zmieniła się z 23,4 µm po 7 dniach do 18,9 µm po 14 dniach.Średnia grubość biofilmu również potwierdziła tę tendencję.Zmniejszyła się z 22,2 ± 0,7 µm po 7 dniach do 17,8 ± 1,0 µm po 14 dniach.
(a) obraz 3-D CLSM po 7 dniach, (b) obraz 3-D CLSM po 14 dniach, (c) obraz SEM po 7 dniach i (d) obraz SEM po 14 dniach.
Pole elektromagnetyczne ujawniło pierwiastki chemiczne w biofilmach i produktach korozji na próbkach wystawionych na działanie P. aeruginosa przez 14 dni.Na ryc.Rysunek 6 pokazuje, że zawartość C, N, O i P w biofilmach i produktach korozji jest znacznie wyższa niż w czystych metalach, ponieważ pierwiastki te są związane z biofilmami i ich metabolitami.Mikroby potrzebują jedynie śladowych ilości chromu i żelaza.Wysokie poziomy Cr i Fe w biofilmie oraz produktach korozji na powierzchni próbek wskazują, że metalowa osnowa utraciła pierwiastki w wyniku korozji.
Po 14 dniach w pożywce 2216E zaobserwowano pestki z P. aeruginosa i bez.Przed inkubacją powierzchnia próbek była gładka i wolna od wad (ryc. 7a).Po inkubacji i usunięciu biofilmu oraz produktów korozji zbadano najgłębsze wżery na powierzchni próbek metodą CLSM, jak pokazano na ryc. 7b i c.Nie stwierdzono wyraźnych wżerów na powierzchni niebiologicznych kontroli (maksymalna głębokość wżerów 0,02 µm).Maksymalna głębokość pestki spowodowana przez P. aeruginosa wynosiła 0,52 µm po 7 dniach i 0,69 µm po 14 dniach, w oparciu o średnią maksymalną głębokość jamki z 3 próbek (dla każdej próbki wybrano 10 maksymalnych głębokości jamek).Osiągnięcie odpowiednio 0,42 ± 0,12 µm i 0,52 ± 0,15 µm (tab. 5).Te wartości głębokości otworów są małe, ale ważne.
a) przed ekspozycją, b) 14 dni w środowisku abiotycznym oraz c) 14 dni w bulionie Pseudomonas aeruginosa.
Na ryc.Tabela 8 przedstawia widma XPS różnych powierzchni próbek, a skład chemiczny analizowany dla każdej powierzchni podsumowany jest w Tabeli 6. W Tabeli 6 przedstawiono procenty atomowe Fe i Cr w obecności P. aeruginosa (próbki A i B). znacznie niższe niż w przypadku kontroli niebiologicznych.(próbki C i D).W przypadku próbki P. aeruginosa krzywą widmową na poziomie jądra Cr 2p dopasowano do czterech składowych pików o energiach wiązania (BE) wynoszących 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, które można przypisać Cr, Cr2O3, CrO3 .i odpowiednio Cr(OH)3 (ryc. 9a i b).W przypadku próbek niebiologicznych widmo głównego poziomu Cr 2p zawiera dwa główne piki dla Cr (573,80 eV dla BE) i Cr2O3 (575,90 eV dla BE) na ryc.Odpowiednio 9c i d.Najbardziej uderzającą różnicą pomiędzy próbkami abiotycznymi a próbkami P. aeruginosa była obecność Cr6+ i wyższa względna proporcja Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) pod biofilmem.
Szerokie widma XPS powierzchni próbki 2707 HDSS w dwóch ośrodkach wynoszą odpowiednio 7 i 14 dni.
a) 7 dni narażenia na P. aeruginosa, b) 14 dni narażenia na P. aeruginosa, c) 7 dni w środowisku abiotycznym oraz d) 14 dni w środowisku abiotycznym.
HDSS wykazuje wysoki poziom odporności na korozję w większości środowisk.Kim i wsp.2 podali, że HDSS UNS S32707 został zidentyfikowany jako wysokostopowy DSS o PREN większym niż 45. Wartość PREN próbki 2707 HDSS w tej pracy wyniosła 49. Jest to spowodowane wysoką zawartością chromu i wysoką zawartością molibden i nikiel, które są przydatne w środowisku kwaśnym.oraz środowiska o wysokiej zawartości chlorków.Ponadto dobrze zbilansowany skład i pozbawiona defektów mikrostruktura korzystnie wpływają na stabilność strukturalną i odporność na korozję.Jednakże, pomimo doskonałej odporności chemicznej, dane eksperymentalne zawarte w tej pracy sugerują, że 2707 HDSS nie jest całkowicie odporny na wartości MIC biofilmu P. aeruginosa.
Wyniki elektrochemiczne wykazały, że szybkość korozji 2707 HDSS w bulionie P. aeruginosa znacznie wzrosła po 14 dniach w porównaniu ze środowiskiem niebiologicznym.Na rycinie 2a zaobserwowano spadek Eocp zarówno w pożywce abiotycznej, jak i w bulionie P. aeruginosa w ciągu pierwszych 24 godzin.Następnie biofilm całkowicie pokrywa powierzchnię próbki, a Eocp staje się stosunkowo stabilny36.Jednakże biologiczny poziom Eocp był znacznie wyższy niż niebiologiczny poziom Eocp.Istnieją powody, aby sądzić, że różnica ta jest związana z tworzeniem się biofilmów P. aeruginosa.Na ryc.2d w obecności P. aeruginosa wartość icorr 2707 HDSS osiągnęła wartość 0,627 μA cm-2, czyli o rząd wielkości wyższą od kontroli abiotycznej (0,063 μA cm-2), co było zgodne z zmierzoną wartością Rct przez EIS.W ciągu pierwszych kilku dni wartości impedancji w bulionie P. aeruginosa wzrosły w wyniku przyłączania się komórek P. aeruginosa i tworzenia się biofilmu.Jednakże, gdy biofilm całkowicie pokryje powierzchnię próbki, impedancja maleje.Warstwa ochronna jest atakowana przede wszystkim w wyniku tworzenia się biofilmów i metabolitów biofilmu.W rezultacie odporność na korozję zmniejszała się z biegiem czasu, a przyleganie P. aeruginosa powodowało miejscową korozję.Trendy w środowiskach abiotycznych były odmienne.Odporność korozyjna kontroli niebiologicznej była znacznie wyższa niż odpowiadająca jej wartość próbek eksponowanych na bulionie P. aeruginosa.Ponadto w przypadku przyjęć abiotycznych wartość Rct 2707 HDSS osiągnęła 489 kΩ cm2 w 14 dniu, czyli 15 razy więcej niż wartość Rct (32 kΩ cm2) w obecności P. aeruginosa.Zatem 2707 HDSS ma doskonałą odporność na korozję w sterylnym środowisku, ale nie jest odporny na wartości MIC z biofilmów P. aeruginosa.
Wyniki te można również zaobserwować na podstawie krzywych polaryzacji na ryc.2b.Rozgałęzienia anodowe powiązano z tworzeniem biofilmu Pseudomonas aeruginosa i reakcjami utleniania metali.W tym przypadku reakcją katodową jest redukcja tlenu.Obecność P. aeruginosa znacząco zwiększyła gęstość prądu korozji, o około rząd wielkości większą niż w kontroli abiotycznej.Wskazuje to, że biofilm P. aeruginosa wzmaga lokalną korozję 2707 HDSS.Yuan i wsp.29 stwierdzili, że gęstość prądu korozyjnego stopu Cu-Ni 70/30 wzrasta pod wpływem biofilmu P. aeruginosa.Może to wynikać z biokatalizy redukcji tlenu przez biofilmy Pseudomonas aeruginosa.Ta obserwacja może również wyjaśniać MIC 2707 HDSS w tej pracy.Pod biofilmami tlenowymi może być również mniej tlenu.Dlatego też odmowa ponownej pasywacji powierzchni metalu tlenem może być czynnikiem wpływającym na MIC w tej pracy.
Dickinsona i in.38 zasugerowali, że na szybkość reakcji chemicznych i elektrochemicznych może bezpośrednio wpływać aktywność metaboliczna bakterii osiadłych na powierzchni próbki oraz charakter produktów korozji.Jak pokazano na Rycinie 5 i Tabeli 5, liczba komórek i grubość biofilmu zmniejszyły się po 14 dniach.Można to rozsądnie wytłumaczyć faktem, że po 14 dniach większość osiadłych komórek na powierzchni 2707 HDSS obumarła z powodu wyczerpania się składników odżywczych w pożywce 2216E lub uwolnienia toksycznych jonów metali z matrycy 2707 HDSS.Jest to ograniczenie eksperymentów wsadowych.
W tej pracy biofilm P. aeruginosa przyczynił się do lokalnego zubożenia Cr i Fe pod biofilmem na powierzchni 2707 HDSS (ryc. 6).Tabela 6 pokazuje redukcję Fe i Cr w próbce D w porównaniu z próbką C, wskazując, że rozpuszczone Fe i Cr spowodowane przez biofilm P. aeruginosa utrzymywały się przez pierwsze 7 dni.Środowisko 2216E służy do symulacji środowiska morskiego.Zawiera 17700 ppm Cl-, co jest porównywalne z jego zawartością w naturalnej wodzie morskiej.Główną przyczyną spadku zawartości Cr w 7- i 14-dniowych próbkach abiotycznych analizowanych metodą XPS była obecność 17700 ppm Cl-.W porównaniu z próbkami P. aeruginosa, rozpuszczanie Cr w próbkach abiotycznych było znacznie mniejsze ze względu na dużą odporność 2707 HDSS na chlor w warunkach abiotycznych.Na ryc.Fig. 9 przedstawia obecność Cr6+ w warstwie pasywującej.Może brać udział w usuwaniu chromu z powierzchni stalowych przez biofilmy P. aeruginosa, jak sugerują Chen i Clayton.
Ze względu na rozwój bakterii wartości pH podłoża przed i po hodowli wynosiły odpowiednio 7,4 i 8,2.Zatem jest mało prawdopodobne, aby korozja wywołana kwasami organicznymi poniżej biofilmu P. aeruginosa przyczyniała się do tej pracy ze względu na stosunkowo wysokie pH w pożywce masowej.pH niebiologicznego podłoża kontrolnego nie zmieniło się znacząco (od początkowego 7,4 do końcowego 7,5) podczas 14-dniowego okresu testu.Wzrost pH pożywki do inokulacji po inkubacji był powiązany z aktywnością metaboliczną P. aeruginosa i stwierdzono, że ma taki sam wpływ na pH w przypadku braku pasków testowych.
Jak pokazano na ryc. 7, maksymalna głębokość jamki spowodowanej przez biofilm P. aeruginosa wynosiła 0,69 µm, czyli była znacznie większa niż głębokość pożywki abiotycznej (0,02 µm).Jest to zgodne z danymi elektrochemicznymi opisanymi powyżej.Głębokość wgłębienia wynosząca 0,69 µm jest ponad dziesięciokrotnie mniejsza niż wartość 9,5 µm odnotowana dla 2205 DSS w tych samych warunkach.Dane te pokazują, że 2707 HDSS wykazuje lepszą odporność na wartości MIC niż 2205 DSS.Nie powinno to być zaskoczeniem, ponieważ HDSS 2707 ma wyższą zawartość Cr, co zapewnia dłuższą pasywację, trudniejszą depasywację P. aeruginosa, a ze względu na zrównoważoną strukturę fazową bez szkodliwych wtórnych wytrąceń powoduje wżery.
Podsumowując, na powierzchni 2707 HDSS w bulionie P. aeruginosa stwierdzono wgłębienia MIC w porównaniu z nieistotnymi zagłębieniami w środowisku abiotycznym.Praca ta pokazuje, że 2707 HDSS ma lepszą odporność na MIC niż 2205 DSS, ale nie jest całkowicie odporny na MIC ze względu na biofilm P. aeruginosa.Wyniki te pomagają w wyborze odpowiednich stali nierdzewnych i oczekiwanej trwałości dla środowiska morskiego.
Kupon na 2707 HDSS dostarczony przez Szkołę Metalurgii Northeastern University (NEU) w Shenyang w Chinach.Skład pierwiastkowy 2707 HDSS przedstawiono w tabeli 1, który został poddany analizie przez Zakład Analizy i Badań Materiałów NEU.Wszystkie próbki poddano działaniu roztworu stałego w temperaturze 1180°C przez 1 godzinę.Przed badaniem korozyjnym HDSS 2707 w kształcie monety o powierzchni otwartej u góry 1 cm2 wypolerowano do granulacji 2000 papierem ściernym z węglika krzemu, a następnie polerowano zawiesiną proszku Al2O3 o grubości 0,05 µm.Boki i spód zabezpieczone są farbą obojętną.Po wysuszeniu próbki przemyto sterylną wodą dejonizowaną i sterylizowano 75% (v/v) etanolem przez 0,5 godziny.Następnie suszono je na powietrzu w świetle ultrafioletowym (UV) przez 0,5 godziny przed użyciem.
Morski szczep Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 zakupiono w Centrum Kolekcji Kultury Morskiej Xiamen (MCCC) w Chinach.Pseudomonas aeruginosa hodowano w warunkach tlenowych w temperaturze 37°C w 250 ml kolbach i 500 ml szklanych ogniwach elektrochemicznych, stosując płynną pożywkę Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Chiny).Pożywka zawiera (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0016 H26NH3, 3,0016 NH3 5,0 pepton, 1,0 ekstrakt drożdżowy i 0,1 cytrynianu żelaza.Autoklawuj w temperaturze 121°C przez 20 minut przed inokulacją.Zliczyć komórki osiadłe i planktonowe za pomocą hemocytometru pod mikroskopem świetlnym przy powiększeniu 400x.Początkowe stężenie planktonu Pseudomonas aeruginosa bezpośrednio po zaszczepieniu wynosiło około 106 komórek/ml.
Badania elektrochemiczne przeprowadzono w klasycznej trójelektrodowej kuwecie szklanej o objętości medium 500 ml.Blachę platynową i nasyconą elektrodę kalomelową (SAE) połączono z reaktorem poprzez kapilary Luggina wypełnione mostkami solnymi, które pełniły odpowiednio rolę przeciwelektrody i elektrody odniesienia.W celu wykonania elektrod roboczych do każdej próbki przymocowano gumowany drut miedziany i pokryto żywicą epoksydową, pozostawiając po jednej stronie około 1 cm2 niezabezpieczonej powierzchni na elektrodę pracującą.Podczas pomiarów elektrochemicznych próbki umieszczano w pożywce 2216E i trzymano w stałej temperaturze inkubacji (37°C) w łaźni wodnej.Dane dotyczące OCP, LPR, EIS i potencjalnej polaryzacji dynamicznej mierzono przy użyciu potencjostatu Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).Testy LPR rejestrowano przy szybkości skanowania 0,125 mV s-1 w zakresie od -5 do 5 mV przy Eocp i częstotliwości próbkowania 1 Hz.EIS przeprowadzono za pomocą fali sinusoidalnej w zakresie częstotliwości od 0,01 do 10 000 Hz przy przyłożonym napięciu 5 mV w stanie ustalonym Eocp.Przed przemiataniem potencjału elektrody znajdowały się w stanie spoczynku do czasu osiągnięcia stabilnej wartości potencjału korozji swobodnej.Następnie zmierzono krzywe polaryzacji od -0,2 do 1,5 V jako funkcję Eocp przy szybkości skanowania 0,166 mV/s.Każdy test powtórzono 3 razy zi bez P. aeruginosa.
Próbki do analizy metalograficznej polerowano mechanicznie za pomocą mokrego papieru SiC o ziarnistości 2000, a następnie dalej polerowano zawiesiną proszku Al2O3 o średnicy 0,05 µm w celu obserwacji optycznej.Analizę metalograficzną przeprowadzono przy użyciu mikroskopu optycznego.Próbki trawiono 10% wag. roztworem wodorotlenku potasu 43.
Po inkubacji próbki przemyto 3 razy solą fizjologiczną buforowaną fosforanami (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), a następnie utrwalono 2,5% (v/v) aldehydem glutarowym przez 10 godzin w celu utrwalenia biofilmu.Następnie odwodniono porcją etanolu (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% objętościowo) przed suszeniem na powietrzu.Na koniec na powierzchnię próbki osadza się złotą warstwę, aby zapewnić przewodność podczas obserwacji SEM.Obrazy SEM skupiono na plamach z najbardziej osiadłymi komórkami P. aeruginosa na powierzchni każdej próbki.Wykonaj analizę EDS, aby znaleźć pierwiastki chemiczne.Do pomiaru głębokości wgłębienia zastosowano konfokalny laserowy mikroskop skaningowy Zeissa (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Niemcy).Aby zaobserwować wżery korozyjne pod biofilmem, próbkę testową najpierw oczyszczono zgodnie z chińską normą krajową (CNS) GB/T4334.4-2000 w celu usunięcia produktów korozji i biofilmu z powierzchni próbki testowej.
Rentgenowską spektroskopię fotoelektronów (XPS, system do analizy powierzchni ESCALAB250, Thermo VG, USA) przeprowadzono przy użyciu monochromatycznego źródła promieniowania rentgenowskiego (linia Aluminiowa Kα o energii 1500 eV i mocy 150 W) w szerokim zakresie energie wiązania 0 w warunkach standardowych wynoszące –1350 eV.Widma o wysokiej rozdzielczości rejestrowano przy energii transmisji 50 eV i kroku 0,2 eV.
Inkubowane próbki usunięto i delikatnie przemyto PBS (pH 7,4 ± 0,2) przez 15 s45.Aby obserwować żywotność bakterii w biofilmach na próbkach, biofilmy barwiono przy użyciu zestawu LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Zestaw zawiera dwa barwniki fluorescencyjne: zielony barwnik fluorescencyjny SYTO-9 i czerwony barwnik fluorescencyjny jodek propidyny (PI).W CLSM fluorescencyjne zielone i czerwone kropki reprezentują odpowiednio żywe i martwe komórki.W celu barwienia 1 ml mieszaniny zawierającej 3 µl SYTO-9 i 3 µl roztworu PI inkubowano przez 20 minut w temperaturze pokojowej (23°C) w ciemności.Następnie wybarwione próbki badano przy dwóch długościach fali (488 nm dla żywych komórek i 559 nm dla martwych komórek) przy użyciu aparatu Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonia).Grubość biofilmu mierzono w trybie skanowania 3D.
Jak cytować ten artykuł: Li, H. i in.Korozja mikrobiologiczna stali nierdzewnej superduplex 2707 spowodowana biofilmem morskim Pseudomonas aeruginosa.nauka.6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej duplex LDX 2101 w roztworach chlorków w obecności tiosiarczanu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej duplex LDX 2101 w roztworach chlorków w obecności tiosiarczanu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 210 1 в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej duplex LDX 2101 w roztworach chlorków w obecności tiosiarczanu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 Siarczan ze stali nierdzewnej 在福代sulfate分下下南性性生于中图像剧情开裂. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 210 1 в растворе хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej duplex LDX 2101 w roztworze chlorku w obecności tiosiarczanu.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej przesycającej i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin ze stali nierdzewnej typu hyper duplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej przesycającej i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin ze stali nierdzewnej typu hyper duplex.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej w roztworze stałym i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin ze stali nierdzewnej hyperduplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS 固溶热处理和保护气体中的氮气对超双相不锈钢焊缝抗点蚀性能的影响. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej przesycającej i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin ze stali nierdzewnej super duplex.koros.nauka.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Badania porównawcze w chemii wżerów indukowanych mikrobiologicznie i elektrochemicznie stali nierdzewnej 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Badania porównawcze w chemii wżerów indukowanych mikrobiologicznie i elektrochemicznie stali nierdzewnej 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Porównawcze badania chemiczne wżerów mikrobiologicznych i elektrochemicznych stali nierdzewnej 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. 微生物和电化学诱导的316L 不锈钢点蚀的化学比较研究. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Porównawcze badania chemiczne wżerów indukowanych mikrobiologicznie i elektrochemicznie w stali nierdzewnej 316L.koros.nauka.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej duplex 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorku. Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej duplex 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorku.Luo H., Dong KF, Lee HG i Xiao K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej duplex 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorku. Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的电化学行为. Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. 2205 Elektrochemiczne zachowanie stali nierdzewnej w obecności chlorku przy różnym pH w roztworze alkalicznym.Luo H., Dong KF, Lee HG i Xiao K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej duplex 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorku.Elektrochemia.Czasopismo.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmów morskich na korozję: zwięzły przegląd. Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmów morskich na korozję: zwięzły przegląd.Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmów morskich na korozję: krótki przegląd. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Informacje o produkcie Little, BJ, Lee, JS i Ray, RILittle, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmów morskich na korozję: krótki przegląd.Elektrochemia.Czasopismo.54, 2-7 (2008).