Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com.Wersja przeglądarki, której używasz, ma ograniczoną obsługę CSS.Aby uzyskać najlepsze wrażenia, zalecamy korzystanie ze zaktualizowanej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w Internet Explorerze).W międzyczasie, aby zapewnić ciągłe wsparcie, będziemy renderować witrynę bez stylów i języka JavaScript.
Korozja mikrobiologiczna (MIC) jest poważnym problemem w wielu gałęziach przemysłu, ponieważ 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.Jednak jego oporność na MIC nie została wykazana eksperymentalnie.W tym badaniu 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 dodatnia zmiana potencjału korozyjnego i wzrost gęstości prądu korozyjnego.Analiza rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (XPS) wykazała spadek zawartości Cr na powierzchni próbki pod biofilmem.Wizualna analiza dołków wykazała, że ​​biofilm P. aeruginosa wytworzył maksymalną głębokość dołków 0,69 µm podczas 14 dni inkubacji.Chociaż jest to niewielkie, wskazuje to, że 2707 HDSS nie jest całkowicie odporny na MIC biofilmów P. aeruginosa.
Stale nierdzewne typu duplex (DSS) są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu ze względu na doskonałe połączenie doskonałych właściwości mechanicznych i odporności na korozję1,2.Jednak 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 potrzebne są droższe materiały o wyższej odporności na korozję.Jeon i wsp.7 stwierdzili, że nawet stale nierdzewne typu super duplex (SDSS) mają pewne ograniczenia pod względem odporności na korozję.Dlatego w niektórych przypadkach wymagane są stale nierdzewne super duplex (HDSS) o wyższej odporności na korozję.Doprowadziło to do opracowania wysokostopowych HDSS.
Odporność korozyjna DSS zależy od stosunku faz alfa i gamma i jest zubożona w obszarach Cr, Mo i W 8, 9, 10 przylegających do drugiej fazy.HDSS zawiera wysoką zawartość Cr, Mo i N11, dzięki czemu posiada doskonałą odporność korozyjną oraz wysoką wartość (45-50) równoważnej liczby odporności na wżery (PREN) określanej jako % wag. Cr + 3,3 (% wag. Mo + 0,5% wag.) + 16% wag.N12.Jego doskonała odporność na korozję zależy od zrównoważonego składu zawierającego około 50% faz ferrytycznych (α) i 50% faz austenitycznych (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.
MIC stanowią poważny problem w wielu gałęziach przemysłu, takich jak przemysł naftowy i gazowy oraz wodny14.MIC odpowiada za 20% wszystkich szkód spowodowanych korozją15.MIC to korozja bioelektrochemiczna, którą można zaobserwować w wielu środowiskach.Powstające na powierzchniach metalowych biofilmy zmieniają warunki elektrochemiczne, wpływając tym samym na proces korozji.Powszechnie uważa się, że przyczyną korozji MIC są biofilmy.Mikroorganizmy elektrogeniczne zjadają metale, aby uzyskać energię potrzebną do przeżycia17.Ostatnie badania MIC wykazały, że EET (zewnątrzkomórkowy transfer elektronów) jest czynnikiem ograniczającym szybkość MIC indukowanym przez mikroorganizmy elektrogeniczne.Zhang i in.18 wykazało, że pośrednicy elektronowi przyspieszają przenoszenie elektronów między komórkami Desulfovibrio sessificans a stalą nierdzewną 304, co skutkuje silniejszym atakiem MIC.Anning i in.19 oraz Wenzlaff i in.20 wykazało, 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 podłożach zawierających SRB, bakterie redukujące żelazo (IRB) itp. 21 .Bakterie te powodują miejscowe wżery na powierzchni DSS pod biofilmami22,23.W przeciwieństwie do DSS, mikrofon HDSS24 nie jest dobrze znany.
Pseudomonas aeruginosa to Gram-ujemna, ruchliwa bakteria w kształcie pałeczki, szeroko rozpowszechniona w przyrodzie25.Pseudomonas aeruginosa jest również główną grupą drobnoustrojów w środowisku morskim, powodując podwyższone stężenia MIC.Pseudomonas aktywnie uczestniczy w procesie korozji i jest uznawany za pioniera kolonizacji podczas tworzenia biofilmu.Mahat i in.28 oraz Yuan i in.29 wykazało, że Pseudomonas aeruginosa ma tendencję do zwiększania szybkości korozji stali miękkiej i stopów w środowisku wodnym.
Głównym celem pracy było zbadanie właściwości MIC 2707 HDSS wywołanych przez morską bakterię tlenową Pseudomonas aeruginosa z wykorzystaniem metod elektrochemicznych, metod analizy powierzchni oraz analizy produktów korozji.W celu zbadania zachowania MIC 2707 HDSS przeprowadzono badania elektrochemiczne, w tym potencjał obwodu otwartego (OCP), rezystancję polaryzacji liniowej (LPR), elektrochemiczną spektroskopię impedancyjną (EIS) i dynamiczną polaryzację potencjału.Przeprowadzono analizę spektrometryczną z dyspersją energii (EDS) w celu wykrycia pierwiastków chemicznych na skorodowanej powierzchni.Ponadto wykorzystano rentgenowską spektroskopię fotoelektronów (XPS) do określenia stabilności pasywacji warstwy tlenkowej pod wpływem środowiska morskiego zawierającego Pseudomonas aeruginosa.Głębokość dołków mierzono pod konfokalnym laserowym mikroskopem skaningowym (CLSM).
Tabela 1 przedstawia skład chemiczny 2707 HDSS.Tabela 2 pokazuje, że 2707 HDSS ma doskonałe właściwości mechaniczne z granicą plastyczności 650 MPa.na ryc.1 przedstawia optyczną mikrostrukturę poddanego obróbce cieplnej 2707 HDSS.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 zachodzi w ciągu pierwszych 24 godzin.Wartości Eocp w obu przypadkach osiągnęły wartość szczytową -145 mV (w porównaniu do SCE) około 16 h, a następnie gwałtownie spadły, osiągając -477 mV (w porównaniu do SCE) i -236 mV (w porównaniu do SCE) dla próbki abiotycznej.i odpowiednio kupony Pseudomonas aeruginosa).Po 24 godzinach wartość Eocp 2707 HDSS dla P. aeruginosa była stosunkowo stabilna i wynosiła -228 mV (w porównaniu z SCE), podczas gdy odpowiednia wartość dla próbek niebiologicznych wynosiła około -442 mV (w porównaniu z SCE).Eocp w obecności P. aeruginosa była dość niska.
Badanie elektrochemiczne 2707 próbek HDSS w podłożu abiotycznym i bulionie Pseudomonas aeruginosa w temperaturze 37 °C:
(a) Eocp jako funkcja czasu ekspozycji, (b) krzywe polaryzacji w dniu 14, (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 przez okres 14 dni.Styczne krzywych anody i katody zostały ekstrapolowane w celu uzyskania przecięć dających gęstość prądu korozji (icorr), potencjał korozji (Ecorr) oraz 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 do 0,328 µA cm-2 w próbce Pseudomonas aeruginosa, czyli czterokrotnie większej niż w próbce niebiologicznej (0,087 µA cm-2).
LPR to klasyczna nieniszcząca metoda elektrochemiczna do szybkiej analizy korozji.Został również wykorzystany do badania MIC32.na ryc.2c przedstawia rezystancję polaryzacji (Rp) w funkcji czasu ekspozycji.Wyższa wartość Rp oznacza mniejszą korozję.W ciągu pierwszych 24 godzin Rp 2707 HDSS osiągnął wartość szczytową 1955 kΩ cm2 dla próbek abiotycznych i 1429 kΩ cm2 dla próbek Pseudomonas aeruginosa.Rysunek 2c pokazuje również, że wartość Rp gwałtownie spadła po jednym dniu, a następnie pozostała względnie niezmieniona przez następne 13 dni.Wartość Rp próbki Pseudomonas aeruginosa wynosi około 40 kΩ cm2, czyli znacznie mniej 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, typowa wartość nachylenia Tafela B w tej pracy została przyjęta jako 26 mV/dec.Rycina 2d pokazuje, że icorr próbki niebiologicznej 2707 pozostawał 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 odporności na polaryzację.
EIS to kolejna nieniszcząca metoda stosowana do charakteryzowania reakcji elektrochemicznych na skorodowanych powierzchniach.Widma impedancyjne i obliczone wartości pojemności próbek wystawionych na działanie środowiska abiotycznego i roztworu Pseudomonas aeruginosa, rezystancji warstwy pasywnej/biofilmu Rb utworzonej na powierzchni próbki, rezystancji przeniesienia ładunku Rct, pojemności elektrycznej warstwy podwójnej Cdl (EDL) i stałej QCPE Parametry elementu fazowego (CPE).Parametry te poddano dalszej analizie, dopasowując dane przy użyciu modelu obwodu zastępczego (EEC).
na ryc.3 przedstawia typowe wykresy Nyquista (aib) i wykresy Bode'a (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 czasowej 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 wprowadzony do modelu EEC.Jego dopuszczalność i impedancja wyraża się następująco:
Dwa modele fizyczne i odpowiadające im równoważne obwody 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 od jeden35.Inwersja rezystancji przenoszenia ładunku (tj. 1/Rct) odpowiada szybkości korozji.Im mniejszy Rct, tym wyższa szybkość korozji27.Po 14 dniach inkubacji Rct próbek Pseudomonas aeruginosa osiągnęło 32 kΩ cm2, czyli znacznie mniej niż 489 kΩ cm2 próbek niebiologicznych (Tabela 4).
Obrazy CLSM i obrazy SEM na rycinie 5 wyraźnie pokazują, że powłoka biofilmu na powierzchni próbki HDSS 2707 po 7 dniach jest gęsta.Jednak po 14 dniach pokrycie biofilmem było słabe i pojawiły się martwe komórki.Tabela 5 przedstawia grubość biofilmu na 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 ten trend.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.
EMF ujawnił pierwiastki chemiczne w biofilmach i produktach korozji na próbkach wystawionych na działanie P. aeruginosa przez 14 dni.na ryc.Rycina 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 tylko śladowych ilości chromu i żelaza.Wysoki poziom Cr i Fe w biofilmie oraz produkty korozji na powierzchni próbek wskazują, że metalowa osnowa utraciła pierwiastki w wyniku korozji.
Po 14 dniach w podłożu 2216E zaobserwowano wgłębienia z i bez P. aeruginosa.Przed inkubacją powierzchnia próbek była gładka i wolna od defektów (ryc. 7a).Po inkubacji i usunięciu biofilmu i produktów korozji najgłębsze wgłębienia na powierzchni próbek zbadano za pomocą CLSM, jak pokazano na ryc. 7b i c.Nie stwierdzono widocznych wżerów na powierzchni kontroli niebiologicznych (maksymalna głębokość wżerów 0,02 µm).Maksymalna głębokość wżerów spowodowana przez P. aeruginosa wynosiła 0,52 µm po 7 dniach i 0,69 µm po 14 dniach, w oparciu o średnią maksymalną głębokość wżerów z 3 próbek (dla każdej próbki wybrano 10 maksymalnych głębokości wżerów).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 podsumowano w Tabeli 6. W Tabeli 6 procenty atomowe Fe i Cr w obecności P. aeruginosa (próbki A i B) zostały znacznie niższe niż w przypadku kontroli niebiologicznych.(próbki C i D).Dla próbki P. aeruginosa krzywa widmowa na poziomie jądra Cr 2p została dopasowana do czterech składowych pików o energiach wiązania (BE) 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, które można przypisać Cr, Cr2O3, CrO3 .i Cr (OH) 3 odpowiednio (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 między próbkami abiotycznymi a próbkami P. aeruginosa była obecność Cr6+ i wyższy względny udział 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 ekspozycji na P. aeruginosa, (b) 14 dni ekspozycji 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 in.2 podali, że HDSS UNS S32707 został zidentyfikowany jako wysokostopowy DSS z PREN większym niż 45. Wartość PREN próbki 2707 HDSS w tej pracy wynosiła 49. Wynika to z wysokiej zawartości chromu i wysokiej zawartości molibden i nikiel, które są przydatne w środowisku kwaśnym.i środowisk o wysokiej zawartości chlorków.Ponadto dobrze zbilansowany skład i pozbawiona defektów mikrostruktura są korzystne dla stabilności strukturalnej i odporności na korozję.Jednak pomimo doskonałej odporności chemicznej dane eksperymentalne w tej pracy sugerują, że 2707 HDSS nie jest całkowicie odporny na 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 iw bulionie P. aeruginosa w ciągu pierwszych 24 godzin.Następnie biofilm całkowicie pokrywa powierzchnię próbki, a Eocp staje się względnie stabilny36.Jednak biologiczny poziom Eocp był znacznie wyższy niż niebiologiczny poziom Eocp.Istnieją powody, by sądzić, że ta różnica jest związana z tworzeniem się biofilmów P. aeruginosa.na ryc.2d w obecności P. aeruginosa wartość icorr 2707 HDSS osiągnęła 0,627 μA cm-2, czyli o rząd wielkości więcej niż kontrola abiotyczna (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 z powodu przyczepiania się komórek P. aeruginosa i tworzenia się biofilmów.Jednak gdy biofilm całkowicie pokrywa powierzchnię próbki, impedancja spada.Warstwa ochronna jest atakowana przede wszystkim z powodu tworzenia się biofilmów i metabolitów biofilmu.W konsekwencji odporność na korozję zmniejszała się z upływem czasu, a przyleganie P. aeruginosa powodowało miejscową korozję.Trendy w środowiskach abiotycznych były różne.Odporność na korozję niebiologicznej próby kontrolnej była znacznie wyższa niż odpowiadająca jej wartość próbek wystawionych na działanie bulionu P. aeruginosa.Ponadto dla abiotycznych akcesji wartość Rct 2707 HDSS osiągnęła 489 kΩ cm2 w dniu 14, 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 MIC z biofilmów P. aeruginosa.
Wyniki te można również zaobserwować na podstawie krzywych polaryzacji na ryc.2b.Rozgałęzienia anodowe są związane z tworzeniem się biofilmu Pseudomonas aeruginosa i reakcjami utleniania metali.W tym przypadku reakcją katodową jest redukcja tlenu.Obecność P. aeruginosa znacznie zwiększyła gęstość prądu korozyjnego, o rząd wielkości wyższą niż w kontroli abiotycznej.Wskazuje to, że biofilm P. aeruginosa nasila miejscową korozję 2707 HDSS.Yuan i wsp.29 stwierdzili, że gęstość prądu korozyjnego stopu Cu-Ni 70/30 wzrosła pod wpływem biofilmu P. aeruginosa.Może to być spowodowane biokatalizą redukcji tlenu przez biofilmy Pseudomonas aeruginosa.Ta obserwacja może również wyjaśnić MIC 2707 HDSS w tej pracy.Pod biofilmami tlenowymi może być również mniej tlenu.Dlatego 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 komórek siedzących na powierzchni 2707 HDSS obumarła z powodu wyczerpania składników odżywczych w podłożu 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 wyczerpania Cr i Fe pod biofilmem na powierzchni 2707 HDSS (ryc. 6).Tabela 6 przedstawia 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.Obecność 17700 ppm Cl- była główną przyczyną spadku Cr w 7- i 14-dniowych próbkach abiotycznych analizowanych metodą XPS.W porównaniu z próbkami P. aeruginosa rozpuszczanie Cr w próbkach abiotycznych było znacznie mniejsze ze względu na silną odporność 2707 HDSS na chlor w warunkach abiotycznych.na ryc.9 pokazuje 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 wzrost bakterii wartości pH pożywki przed i po hodowli wynosiły odpowiednio 7,4 i 8,2.Zatem poniżej biofilmu P. aeruginosa jest mało prawdopodobne, aby korozja kwasami organicznymi przyczyniła się do tej pracy ze względu na stosunkowo wysokie pH w pożywce masowej.Wartość pH niebiologicznej pożywki kontrolnej nie zmieniła się znacząco (od początkowej 7,4 do końcowej 7,5) podczas 14-dniowego okresu testowego.Wzrost pH w pożywce inokulacyjnej po inkubacji był związany z aktywnością metaboliczną P. aeruginosa i stwierdzono, że ma taki sam wpływ na pH przy braku pasków testowych.
Jak pokazano na rycinie 7, maksymalna głębokość wgłębienia spowodowana przez biofilm P. aeruginosa wynosiła 0,69 µm, czyli znacznie więcej niż w podłożu abiotycznym (0,02 µm).Jest to zgodne z danymi elektrochemicznymi opisanymi powyżej.Głębokość wgłębienia 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 MIC niż 2205 DSS.Nie powinno to dziwić, ponieważ 2707 HDSS ma wyższy poziom Cr, który zapewnia dłuższą pasywację, trudniejszy do depasywacji P. aeruginosa, a ze względu na zrównoważoną strukturę fazową bez szkodliwych wtórnych opadów powoduje wżery.
Podsumowując, w bulionie P. aeruginosa znaleziono wgłębienia MIC na powierzchni 2707 HDSS w porównaniu z nieistotnymi wgłębieniami w środowisku abiotycznym.Ta praca 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 doborze odpowiednich stali nierdzewnych i oczekiwanej długości życia dla środowiska morskiego.
Kupon na 2707 HDSS dostarczony przez Northeastern University (NEU) School of Metallurgy w Shenyang w Chinach.Skład pierwiastkowy 2707 HDSS przedstawiono w Tabeli 1, która została przeanalizowana przez Dział Analizy i Badań Materiałów NEU.Wszystkie próbki traktowano w celu uzyskania roztworu stałego w temperaturze 1180°C przez 1 godzinę.Przed testami korozyjnymi 2707 HDSS w kształcie monety o powierzchni otwartej od góry 1 cm2 wypolerowano do ziarnistości 2000 papierem ściernym z węglika krzemu, a następnie wypolerowano zawiesiną proszkową Al2O3 o ziarnistości 0,05 µm.Boki i spód zabezpieczone 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 Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC) w Chinach.Pseudomonas aeruginosa hodowano w warunkach tlenowych w temperaturze 37°C w 250 ml kolbach i 500 ml szklanych kuwetach elektrochemicznych, stosując płynną pożywkę Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Chiny).Pożywkę 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 6NH26NH3, 3,0016 NH3 5,0 PEPTON, 1, ekstrakt drożdżowy i cytrynian żelaza 0,1.Autoklawować w temperaturze 121°C przez 20 minut przed inokulacją.Policzyć komórki siedzące i planktonowe za pomocą hemocytometru pod mikroskopem świetlnym przy 400-krotnym powiększeniu.Początkowe stężenie planktonowego Pseudomonas aeruginosa bezpośrednio po inokulacji wynosiło około 106 komórek/ml.
Badania elektrochemiczne przeprowadzono w klasycznej szklanej celce trójelektrodowej o średniej objętości 500 ml.Arkusz platyny i nasycona elektroda kalomelowa (SAE) zostały połączone z reaktorem przez kapilary Luggina wypełnione mostkami solnymi, które służyły odpowiednio jako przeciwelektrody i elektrody odniesienia.W celu wytworzenia elektrod roboczych do każdej próbki przymocowano gumowany drut miedziany i pokryto żywicą epoksydową, pozostawiając z jednej strony około 1 cm2 niezabezpieczonego obszaru dla elektrody roboczej.Podczas pomiarów elektrochemicznych próbki umieszczano w pożywce 2216E i utrzymywano w stałej temperaturze inkubacji (37°C) w łaźni wodnej.Dane OCP, LPR, EIS i potencjalna dynamiczna polaryzacja zostały zmierzone 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 z Eocp i częstotliwością próbkowania 1 Hz.EIS przeprowadzono z falą sinusoidalną w zakresie częstotliwości od 0,01 do 10 000 Hz, stosując przyłożone napięcie 5 mV w stanie ustalonym Eocp.Przed przemiataniem potencjału elektrody znajdowały się w stanie spoczynku, aż do osiągnięcia stabilnej wartości swobodnego potencjału korozyjnego.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 mokrym papierem SiC o ziarnistości 2000, a następnie polerowano zawiesiną proszkową Al2O3 0,05 µm do obserwacji optycznych.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% (obj./obj.) aldehydem glutarowym przez 10 godzin w celu utrwalenia biofilmów.Następnie odwadniano porcjami 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 przewodnictwo do obserwacji SEM.Obrazy SEM skupiały się na miejscach z najbardziej osiadłymi komórkami P. aeruginosa na powierzchni każdej próbki.Wykonaj analizę EDS, aby znaleźć pierwiastki chemiczne.Do pomiaru głębokości zagłębienia zastosowano konfokalny laserowy mikroskop skaningowy Zeissa (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Niemcy).Aby zaobserwować wżery korozji pod biofilmem, badaną próbkę najpierw oczyszczono zgodnie z chińską normą krajową (CNS) GB/T4334.4-2000 w celu usunięcia produktów korozji i biofilmu z powierzchni badanej próbki.
Analiza rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (XPS, system analizy powierzchni ESCALAB250, Thermo VG, USA) została przeprowadzona przy użyciu monochromatycznego źródła promieniowania rentgenowskiego (linia aluminium Kα o energii 1500 eV i mocy 150 W) w szerokim zakresie energie wiązania 0 w warunkach standardowych –1350 eV.Widma o wysokiej rozdzielczości rejestrowano stosując energię transmisji 50 eV i krok 0,2 eV.
Inkubowane próbki usunięto i delikatnie przemyto PBS (pH 7,4 ± 0,2) przez 15 s45.Aby obserwować żywotność biofilmów bakterii 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 oraz czerwony barwnik fluorescencyjny jodek propidyny (PI).W CLSM fluorescencyjne zielone i czerwone kropki reprezentują odpowiednio żywe i martwe komórki.W celu wybarwienia 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. et al.Korozja mikrobiologiczna stali nierdzewnej 2707 super duplex przez biofilm morski Pseudomonas aeruginosa.nauka.6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & 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. 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 2101 в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & 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 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相stainless steel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 2101 в растворе хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej duplex LDX 2101 w roztworze chlorku w obecności tiosiarczanu.nauka coros 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Wpływ obróbki cieplnej roztworu i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin ze stali nierdzewnej typu hyper duplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Wpływ obróbki cieplnej roztworu 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 Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej roztworu i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin ze stali nierdzewnej super duplex.koro.nauka.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Badanie porównawcze chemii wżerów indukowanych mikrobiologicznie i elektrochemicznie stali nierdzewnej 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Badanie porównawcze chemii wżerów indukowanych mikrobiologicznie i elektrochemicznie stali nierdzewnej 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Porównawcze chemiczne badanie mikrobiologicznego i elektrochemicznego wżerów ze stali nierdzewnej 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Porównawcze chemiczne badanie wżerów mikrobiologicznych i elektrochemicznych w stali nierdzewnej 316L.koro.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 chlorków. Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej duplex 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorków.Luo H., Dong KF, Lee HG i Xiao K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej duplex 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorków. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & 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 Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej 双相 w obecności chlorków o 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 chlorków.Elektrochem.Czasopismo.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Wpływ morskich biofilmów na korozję: zwięzły przegląd. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Wpływ morskich biofilmów na korozję: zwięzły przegląd.Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ morskich biofilmów na korozję: krótki przegląd. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Little, BJ, Lee, JS & Ray, RILittle, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ morskich biofilmów na korozję: krótki przegląd.Elektrochem.Czasopismo.54, 2-7 (2008).