Дзякуй за наведванне Nature.com. Версія браўзера, якой вы карыстаецеся, мае абмежаваную падтрымку CSS. Для найлепшага вопыту мы рэкамендуем вам выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або выключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer). Тым часам, каб забяспечыць пастаянную падтрымку, мы будзем адлюстроўваць сайт без стыляў і JavaScript.
Мікробная карозія (MIC) з'яўляецца сур'ёзнай праблемай у многіх галінах прамысловасці, паколькі яна можа выклікаць велізарныя эканамічныя страты. Супердуплексная нержавеючая сталь 2707 (2707 HDSS) выкарыстоўваецца ў марскіх умовах дзякуючы сваёй выдатнай хімічнай устойлівасці. Аднак яе ўстойлівасць да MIC не была эксперыментальна прадэманстравана. У гэтым даследаванні паводзіны MIC 2707 HDSS, выкліканыя марской аэробнай бактэрыяй Pseudomonas aeruginosa, былі інвеставаны igated. Электрахімічны аналіз паказаў, што ў прысутнасці біяплёнкі сінегнойнай палачкі ў асяроддзі 2216E адбылося станоўчае змяненне патэнцыялу карозіі і павелічэнне шчыльнасці каразійнага току. Аналіз рэнтгенаўскай фотаэлектроннай спектраскапіі (XPS) паказаў памяншэнне ўтрымання Cr на паверхні ўзору пад біяплёнкай. Аналіз здымкаў ямак паказаў, што біяфіль P. aeruginosa м атрымала максімальную глыбіню ямы 0,69 мкм на працягу 14 дзён інкубацыі. Хоць гэта мала, гэта сведчыць аб тым, што 2707 HDSS не цалкам устойлівы да MIC біяплёнак P. aeruginosa.
Дуплексная нержавеючая сталь (DSS) шырока выкарыстоўваецца ў розных галінах прамысловасці з-за ідэальнага спалучэння выдатных механічных уласцівасцей і каразійнай устойлівасці1,2. Аднак лакалізаваная кропкавая ўстойлівасць усё яшчэ ўзнікае, і гэта ўплывае на цэласнасць гэтай сталі3,4.DSS не ўстойлівы да мікробнай карозіі (MIC)5,6.Нягледзячы на ​​шырокі спектр прымянення DSS, усё яшчэ існуюць асяроддзя, дзе каразійная стойкасць DSS недастатковая для працяглага выкарыстання.Гэта азначае, што патрабуюцца больш дарагія матэрыялы з больш высокай каразійнай устойлівасцю. Jeon і іншыя7 выявілі, што нават супердуплексная нержавеючая сталь (SDSS) мае некаторыя абмежаванні з пункту гледжання каразійнай устойлівасці. Такім чынам, супердуплексная нержавеючая сталь (HDSS) патрабуецца ў некаторых сферах прымянення. Гэта прывяло да распрацоўкі высокалегаванай HDSS.
Устойлівасць да карозіі DSS залежыць ад суадносін альфа- і гама-фаз і абласцей 8, 9, 10, збедненых Cr, Mo і W, прылеглых да другой фазы. HDSS змяшчае высокае ўтрыманне Cr, Mo і N11, таму ён мае выдатную каразійную ўстойлівасць і высокае значэнне (45-50) эквівалентнага ліку ўстойлівасці да пітынгу (PREN), якое вызначаецца мас.% Cr + 3,3 (мас.% Mo + 0,5 мас.). t% W) + 16 мас.% N12. Яго выдатная ўстойлівасць да карозіі абапіраецца на збалансаваны склад, які змяшчае прыблізна 50% ферытавай (α) і 50% аўстэнітнай (γ) фаз, HDSS мае лепшыя механічныя ўласцівасці і больш высокую ўстойлівасць, чым звычайны DSS13.Каразійныя ўласцівасці хларыду. Палепшаная каразійная стойкасць пашырае выкарыстанне HDSS у больш агрэсіўных хларыдных асяроддзях, такіх як марскія асяроддзя.
MIC з'яўляюцца сур'ёзнай праблемай у многіх галінах прамысловасці, такіх як нафтагазавая і водакамунальная гаспадарка14. MIC выклікае 20% усіх пашкоджанняў ад карозіі15.MIC - гэта біяэлектрахімічная карозія, якую можна назіраць у многіх асяроддзях. Біяплёнкі, якія ўтвараюцца на металічных паверхнях, змяняюць электрахімічныя ўмовы, тым самым уплываючы на ​​працэс карозіі. Шырока распаўсюджана меркаванне, што карозія MIC выклікана біяплёнкамі. Электрагенныя мікраарганізмы раз'ядаюць метал s, каб атрымаць падтрымліваючы энергію, каб выжыць17. Нядаўнія даследаванні MIC паказалі, што EET (пазаклеткавы перанос электронаў) з'яўляецца фактарам, які абмяжоўвае хуткасць MIC, індукаванага электрагеннымі мікраарганізмамі. Zhang et al.18 прадэманстравалі, што электронныя медыятары паскараюць перанос электронаў паміж клеткамі Desulfovibrio sessificans і нержавеючай сталлю 304, што прыводзіць да больш сур'ёзнай атакі MIC.Enning et al.19 і Venzlaff et al.20 паказалі, што біяплёнкі каразійных сульфатаднаўляючых бактэрый (SRB) могуць непасрэдна паглынаць электроны з металічных падкладак, што прыводзіць да моцнай кропкавай карозіі.
Вядома, што DSS успрымальны да MIC у асяроддзях, якія змяшчаюць SRB, бактэрыі, якія аднаўляюць жалеза (IRB) і г.д. 21. Гэтыя бактэрыі выклікаюць лакалізаваныя вылучэнні на паверхнях DSS пад біяплёнкамі 22,23. У адрозненне ад DSS, MIC HDSS24 малавядомы.
Pseudomonas aeruginosa - гэта грамотріцательных рухомая палачкападобная бактэрыя, якая шырока распаўсюджана ў прыродзе25. Pseudomonas aeruginosa таксама з'яўляецца асноўнай мікробнай групай у марскім асяроддзі, выклікаючы MIC да сталі. Pseudomonas цесна ўдзельнічае ў працэсах карозіі і прызнана піянерам-каланізатарам падчас адукацыі біяплёнкі. Mahat et al.28 і Юань і інш.29 прадэманстраваў, што сінегнойная палачка мае тэндэнцыю павялічваць хуткасць карозіі мяккай сталі і сплаваў у водным асяроддзі.
Асноўнай мэтай гэтай працы было даследаванне ўласцівасцей MIC 2707 HDSS, выкліканага марской аэробнай бактэрыяй Pseudomonas aeruginosa, з выкарыстаннем электрахімічных метадаў, метадаў аналізу паверхні і аналізу прадуктаў карозіі. Для вывучэння былі праведзены электрахімічныя даследаванні, уключаючы патэнцыял адкрытага ланцуга (OCP), лінейнае палярызацыйнае супраціўленне (LPR), спектраскапію электрахімічнага імпедансу (EIS) і патэнцыяльную дынамічную палярызацыю. паводзіны MIC 2707 HDSS. Аналіз энергадысперсійнага спектрометра (EDS) быў праведзены для выяўлення хімічных элементаў на карозійнай паверхні. Акрамя таго, аналіз рэнтгенаўскай фотаэлектроннай спектраскапіі (XPS) быў выкарыстаны для вызначэння стабільнасці пасівацыі аксіднай плёнкі пад уздзеяннем марскога асяроддзя, якое змяшчае сінегнойную палачку. Глыбіня ямы вымяралася пад канфакальным лазерным сканавальным мікраскопам (CLSM).
У табліцы 1 прыведзены хімічны склад 2707 HDSS. Табліца 2 паказвае, што 2707 HDSS мае выдатныя механічныя ўласцівасці з мяжой цякучасці 650 МПа. На малюнку 1 паказана аптычная мікраструктура тэрмічнаму апрацаванага раствора 2707 HDSS. Падоўжаныя палосы аўстэнітнай і ферытавай фаз без другасных фаз можна ўбачыць у мікраструктуры, якая змяшчае каля 50% аўстэніту і 50% ферытавых фаз.
На малюнку 2а паказаны патэнцыял адкрытага контуру (Eocp) у залежнасці ад часу ўздзеяння 2707 HDSS у абіятычным асяроддзі 2216E і булёне P. aeruginosa на працягу 14 дзён пры 37 °C. Ён паказвае, што найбольшая і значная змена Eocp адбываецца на працягу першых 24 гадзін. Значэнні Eocp у абодвух выпадках дасягнулі піка пры -145 мВ (супраць SCE) прыкладна праз 16 гадзін, а затым рэзка ўпалі. , дасягаючы -477 мВ (супраць SCE) і -236 мВ (супраць SCE) для абіятычнага ўзору і P адпаведна).Купоны сінегнойнай палачкі, адпаведна. Праз 24 гадзіны значэнне Eocp 2707 HDSS для P. aeruginosa было адносна стабільным на ўзроўні -228 мВ (у параўнанні з SCE), у той час як адпаведнае значэнне для небіялагічных узораў было прыблізна -442 мВ (у параўнанні з SCE). Eocp у прысутнасці P. aeruginosa было даволі нізкім.
Электрахімічнае даследаванне 2707 узораў HDSS у абіятычным асяроддзі і булёне сінегнойнай палачкі пры 37 °C:
(а) Eocp як функцыя часу ўздзеяння, (б) палярызацыйныя крывыя на 14 дзень, (с) Rp як функцыя часу ўздзеяння і (г) icorr як функцыя часу ўздзеяння.
У табліцы 3 пералічаны значэнні параметраў электрахімічнай карозіі 2707 узораў HDSS, якія падвергліся ўздзеянню абіятычнага асяроддзя і асяроддзі, інакуліраванага Pseudomonas aeruginosa, на працягу 14 дзён. Датычныя да аноднай і катоднай крывых былі экстрапаляваны, каб дасягнуць скрыжаванняў, якія даюць шчыльнасць току карозіі (icorr), патэнцыял карозіі (Ecorr) і нахілы Тафеля (βα і βc) па стандартных методыках30,31.
Як паказана на малюнку 2b, зрушэнне ўверх крывой P. aeruginosa прывяло да павелічэння Ecorr у параўнанні з абіятычнай крывой. Значэнне icorr, прапарцыянальнае хуткасці карозіі, павялічылася да 0,328 мкА см-2 ва ўзоры сінегнойнай палачкі, у чатыры разы больш, чым у небіялагічным узоры (0,087 мкА см-2).
LPR - гэта класічны неразбуральны электрахімічны метад для хуткага аналізу карозіі. Ён таксама выкарыстоўваўся для вывучэння MIC32. На малюнку 2c паказана палярызацыйнае супраціўленне (Rp) у залежнасці ад часу ўздзеяння. Больш высокае значэнне Rp азначае меншую карозію. На працягу першых 24 гадзін Rp 2707 HDSS дасягнуў максімальнага значэння 1955 кОм см2 для абіятычных узораў і 1429 кОм см2 для Pseu узоры domonas aeruginosa. Малюнак 2c таксама паказвае, што значэнне Rp хутка знізілася праз адзін дзень, а затым заставалася адносна нязменным на працягу наступных 13 дзён. Значэнне Rp узору сінегнойнай палачкі складае каля 40 кОм см2, што значна ніжэй, чым значэнне 450 кОм см2 небіялагічнага ўзору.
Значэнне icorr прапарцыйна раўнамернай хуткасці карозіі. Яго значэнне можна вылічыць з наступнага ўраўнення Стэрна-Гіры:
Услед за Цзоу і інш.33, тыповае значэнне нахілу Тафеля B у гэтай працы прымалася роўным 26 мВ/разм. Малюнак 2d паказвае, што icorr небіялагічнага ўзору 2707 заставаўся адносна стабільным, у той час як узор P. aeruginosa моцна вагаўся пасля першых 24 гадзін. Значэнні icorr узораў P. aeruginosa былі на парадак вышэй, чым небіялагічныя. Гэтая тэндэнцыя адпавядае вынікам палярызацыйнага супраціву.
EIS - гэта яшчэ адзін неразбуральны метад, які выкарыстоўваецца для характарыстыкі электрахімічных рэакцый на пашкоджаных карозіяй інтэрфейсах. Спектры імпедансу і разлічаныя значэнні ёмістасці ўзораў, якія падвергліся ўздзеянню абіятычных асяроддзяў і раствора сінегнойнай палачкі, супраціў Rb пасіўнай плёнкі/біяплёнкі, утворанай на паверхні ўзору, супраціў перадачы зарада Rct, ёмістасць двайнога электрычнага пласта Cdl (EDL) і элемент пастаяннай фазы QCPE (CPE) параметры.Гэтыя параметры былі дадаткова прааналізаваны шляхам падганяння даных з дапамогай мадэлі эквівалентнай схемы (EEC).
На малюнку 3 паказаны тыповыя графікі Найквіста (a і b) і графікі Бодэ (a' і b') 2707 узораў HDSS у абіятычным асяроддзі і булёне P. aeruginosa для розных часоў інкубацыі. Дыяметр кольцы Найквіста памяншаецца ў прысутнасці сінегнойнай палачкі. Графік Бодэ (мал. 3b') паказвае павелічэнне велічыні поўнага імпедансу .Інфармацыю аб канстанце часу рэлаксацыі можна атрымаць з дапамогай максімумаў фазы. На малюнку 4 паказаны аднаслаёвыя (а) і двухслойныя (б) фізічныя структуры і адпаведныя ім EEC. CPE уводзіцца ў мадэль EEC. Яго допуск і імпеданс выражаюцца наступным чынам:
Дзве фізічныя мадэлі і адпаведныя эквівалентныя схемы для падганяння спектру імпедансу ўзору 2707 HDSS:
дзе Y0 - велічыня CPE, j - уяўнае лік або (-1)1/2, ω - вуглавая частата, а n - індэкс магутнасці CPE, меншы за адзінку35. Адваротнае супраціўленне перадачы зарада (напрыклад, 1/Rct) адпавядае хуткасці карозіі. Меншая Rct азначае больш высокую хуткасць карозіі27. Пасля 14 дзён інкубацыі Rct Pseudomonas aeruginosa ўзоры дасягнулі 32 кОм см2, што значна менш, чым 489 кОм см2 небіялагічных узораў (табл. 4).
Выявы CLSM і выявы SEM на малюнку 5 выразна паказваюць, што пакрыццё біяплёнкай на паверхні ўзору 2707 HDSS праз 7 дзён з'яўляецца шчыльным. Аднак праз 14 дзён пакрыццё біяплёнкай было рэдкім і з'явіліся мёртвыя клеткі. У табліцы 5 паказана таўшчыня біяплёнкі на ўзорах 2707 HDSS пасля ўздзеяння P. aeruginosa на працягу 7 і 14 дзён. Максімальная таўшчыня біяплёнкі змянілася з 23,4 мкм праз 7 дзён да 18,9 мкм праз 14 дзён. Сярэдняя таўшчыня біяплёнкі таксама пацвердзіла гэтую тэндэнцыю. Яна знізілася з 22,2 ± 0,7 мкм праз 7 дзён да 17,8 ± 1,0 мкм праз 14 дзён.
(a) 3-D CLSM малюнак праз 7 дзён, (b) 3-D CLSM малюнак праз 14 дзён, (c) SEM малюнак праз 7 дзён і (d) SEM малюнак праз 14 дзён.
EDS выявіў хімічныя элементы ў біяплёнках і прадуктах карозіі на ўзорах, якія падвяргаліся ўздзеянню P. aeruginosa на працягу 14 дзён. Малюнак 6 паказвае, што ўтрыманне C, N, O і P у біяплёнках і прадуктах карозіі значна вышэйшае, чым у голых металах, таму што гэтыя элементы звязаны з біяплёнкамі і іх метабалітамі. Мікробам патрэбныя толькі следавыя колькасці хрому і жалеза. Высокія ўзроўні Cr і Fe у біяплёнцы і прадукты карозіі на паверхні ўзораў паказваюць, што металічная матрыца страціла элементы з-за карозіі.
Праз 14 дзён у асяроддзі 2216E назіраліся вылучэнні з P. aeruginosa і без яго. Перад інкубацыяй паверхня ўзору была гладкай і без дэфектаў (мал. 7а). Пасля інкубацыі і выдалення біяплёнкі і прадуктаў карозіі самыя глыбокія паглыбленні на паверхні ўзораў былі даследаваны ў CLSM, як паказана на малюнках 7b і c. Ніякіх відавочных паглыбленняў на паверхні не-бі выяўлена не было. лагічныя кантрольныя ўзоры (максімальная глыбіня ямкі 0,02 мкм). Максімальная глыбіня ямкі, выкліканай сінегнойную палачкай, складала 0,52 мкм праз 7 дзён і 0,69 мкм праз 14 дзён, на аснове сярэдняй максімальнай глыбіні ямкі 3 узораў (10 значэнняў максімальнай глыбіні ямкі былі выбраны для кожнага ўзору) дасягнула 0,42 ± 0,12 мкм і 0,52 ± 0 0,15 мкм адпаведна (табліца 5). Гэтыя значэнні глыбіні ямы невялікія, але важныя.
(a) Перад экспазіцыяй (b) 14 дзён у абіятычнай асяроддзі і (c) 14 дзён у булёне сінегнойнай палачкі.
На малюнку 8 паказаны спектры XPS розных паверхняў узораў, а хімічныя склады, прааналізаваныя для кожнай паверхні, зведзены ў табліцу 6. У табліцы 6 атамныя працэнты Fe і Cr у прысутнасці P. aeruginosa (узоры A і B) былі значна ніжэйшымі, чым у небіялагічных кантрольных узорах (узоры C і D). Для ўзору P. aeruginosa была падабраная спектральная крывая Cr 2p на ўзроўні ядра. звязаны з чатырма пікавымі кампанентамі са значэннямі энергіі сувязі (BE) 574,4, 576,6, 578,3 і 586,8 эВ, якія можна аднесці да Cr, Cr2O3, CrO3 і Cr(OH)3 адпаведна (мал. 9a і b). Для небіялагічных узораў асноўны спектр Cr 2p змяшчае два асноўныя пікі для Cr (573,80 эВ для BE) і Cr2O3 (575,90 эВ для BE) на мал. 9c і d, адпаведна. Найбольш яркім адрозненнем паміж абіятычнымі ўзорамі і ўзорамі P. aeruginosa была наяўнасць Cr6+ і больш высокай адноснай долі Cr(OH)3 (BE 586,8 эВ) пад біяплёнкай.
Шырокія спектры XPS паверхні ўзору 2707 HDSS у двух асяроддзях складаюць 7 дзён і 14 дзён адпаведна.
(a) 7 дзён уздзеяння P. aeruginosa, (b) 14 дзён уздзеяння P. aeruginosa, (c) 7 дзён у абіятычнай асяроддзі і (d) 14 дзён у абіятычнай асяроддзі.
HDSS дэманструе высокі ўзровень устойлівасці да карозіі ў большасці асяроддзяў. Кім і інш.2 паведаміў, што UNS S32707 HDSS быў вызначаны як высокалегіраваны DSS з PREN больш за 45. Значэнне PREN для ўзору 2707 HDSS у гэтай працы было 49. Гэта звязана з высокім утрыманнем хрому і высокім узроўнем малібдэна і Ni, якія з'яўляюцца карыснымі ў кіслых і высокіх хларыдах асяроддзях. Акрамя таго, добра збалансаваны склад і бездэфектная мікраструктура карысныя для структуры устойлівасць і каразійная ўстойлівасць. Аднак, нягледзячы на ​​выдатную хімічную ўстойлівасць, эксперыментальныя дадзеныя ў гэтай працы сведчаць аб тым, што 2707 HDSS не цалкам застрахаваны ад MIC біяплёнак P. aeruginosa.
Электрахімічныя вынікі паказалі, што хуткасць карозіі 2707 HDSS у булёне P. aeruginosa значна ўзрасла праз 14 дзён у параўнанні з небіялагічным асяроддзем. На малюнку 2а памяншэнне Eocp назіралася як у абіятычным асяроддзі, так і ў булёне P. aeruginosa на працягу першых 24 гадзін. Пасля гэтага біяплёнка цалкам пакрывае паверхню ўзору, і Eocp становіцца адносна стабільным36 Аднак узровень біялагічнай Eocp быў значна вышэйшы, чым небіялагічнай Eocp. Ёсць падставы меркаваць, што гэтая розніца звязана з адукацыяй біяплёнкі P. aeruginosa. На мал. 2d у прысутнасці P. aeruginosa значэнне icorr 2707 HDSS дасягнула 0,627 мкА см-2, што было на парадак вышэй, чым у абіятычнага кантролю (0,063). мкА см-2), што адпавядала значэнню Rct, вымеранаму EIS. На працягу першых некалькіх дзён значэнні імпедансу ў булёне P. aeruginosa павялічваліся з-за прымацавання клетак P. aeruginosa і ўтварэння біяплёнак. Аднак, калі біяплёнка цалкам пакрывае паверхню ўзору, імпеданс памяншаецца. Ахоўны пласт падвяргаецца ў першую чаргу з-за ўтварэння біяплёнак і метабалітаў біяплёнкі. устойлівасць да карозіі з цягам часу зніжалася, і прымацаванне P. aeruginosa выклікала лакалізаваную карозію. Тэндэнцыі ў абіятычных асяроддзях былі рознымі. Устойлівасць да карозіі небіялагічнага кантролю была значна вышэйшай, чым адпаведнае значэнне ўзораў, якія падвергліся ўздзеянню булёна P. aeruginosa. Акрамя таго, для абіятычных узораў значэнне Rct 2707 HDSS дасягнула 489 кОм см2 на 14 дзень, што у 15 разоў перавышала значэнне Rct (32 кОм см2) у прысутнасці P. aeruginosa. Такім чынам, 2707 HDSS валодае выдатнай каразійнай устойлівасцю ў стэрыльным асяроддзі, але не ўстойлівы да ўздзеяння MIC біяплёнак P. aeruginosa.
Гэтыя вынікі таксама можна назіраць з палярызацыйных крывых на мал. 2b. Аноднае разгалінаванне было звязана з адукацыяй біяплёнкі Pseudomonas aeruginosa і рэакцыямі акіслення металаў. У той жа час катодная рэакцыя з'яўляецца аднаўленнем кіслароду. Прысутнасць P. aeruginosa значна павялічыла шчыльнасць току карозіі, прыкладна на парадак вышэй, чым у абіятычным кантролі. Гэта сведчыць аб тым, што P. aeruginos біяплёнка ўзмацняе лакалізаваную карозію 2707 HDSS. Юань і іншыя29 выявілі, што шчыльнасць току карозіі сплаву Cu-Ni 70/30 павялічваецца пад уздзеяннем біяплёнкі P. aeruginosa. Гэта можа быць звязана з біякаталізам аднаўлення кіслароду біяплёнкамі Pseudomonas aeruginosa. Гэта назіранне можа таксама растлумачыць MIC 2707 HDSS у гэтай працы. Aero біяплёнкі bic таксама могуць мець пад сабой менш кіслароду. Такім чынам, няздольнасць паўторна пасіваваць металічную паверхню кіслародам можа быць фактарам, які спрыяе MIC у гэтай працы.
Дзікінсан і інш.38 выказалі здагадку, што на хуткасць хімічных і электрахімічных рэакцый можа непасрэдна ўплываць метабалічная актыўнасць сядзячых бактэрый на паверхні ўзору і прырода прадуктаў карозіі. Як паказана на малюнку 5 і ў табліцы 5, колькасць клетак і таўшчыня біяплёнкі зменшыліся праз 14 дзён. Гэта можна разумна растлумачыць тым, што праз 14 дзён большасць сядзячых клетак на паверхні 2707 HDSS загінулі з-за дэфіцыту пажыўных рэчываў. папаўненне ў асяроддзі 2216E або вылучэнне іёнаў таксічных металаў з матрыцы 2707 HDSS. Гэта абмежаванне серыйных эксперыментаў.
У гэтай працы біяплёнка P. aeruginosa спрыяла лакальнаму знясіленню Cr і Fe пад біяплёнкай на паверхні HDSS 2707 (мал. 6). У табліцы 6 паказана зніжэнне Fe і Cr ва ўзоры D у параўнанні з узорам C, што паказвае на тое, што раствораныя Fe і Cr, выкліканыя біяплёнкай P. aeruginosa, захоўваюцца пасля першых 7 дзён. Асяроддзе 2216E выкарыстоўваецца для мадэлявання марскога асяроддзя. Ён утрымлівае 17700 частак на мільён Cl-, што параўнальна з утрыманнем Cl- у натуральнай марской вадзе. Наяўнасць 17700 частак на мільён Cl- была асноўнай прычынай зніжэння Cr у 7- і 14-дзённых абіятычных пробах, прааналізаваных XPS. У параўнанні з пробамі P. aeruginosa, растварэнне Cr у абіятычных пробах было значна меншым з-за моцнай устойлівасці Cl− 2707 HDSS у біятычныя асяроддзя. Малюнак 9 паказвае прысутнасць Cr6+ у пасівацыйнай плёнцы. Ён можа ўдзельнічаць у выдаленні Cr са сталёвых паверхняў біяплёнкамі P. aeruginosa, як мяркуюць Чэнь і Клейтан.
З-за росту бактэрый значэнні pH асяроддзя да і пасля культывавання складалі 7,4 і 8,2 адпаведна. Такім чынам, ніжэй біяплёнкі P. aeruginosa карозія арганічнай кіслатой наўрад ці будзе фактарам, які спрыяе гэтай працы з-за адносна высокага pH у масавай асяроддзі. pH небіялагічнай кантрольнай асяроддзя істотна не змяніўся (ад першапачатковага 7,4 да канчатковага 7,5) на працягу 14-ці гадоў. дзённага перыяду выпрабаванняў. Павелічэнне рн у асяроддзі пасева пасля інкубацыі было абумоўлена метабалічнай актыўнасцю P. aeruginosa і было выяўлена, што яно аказвае аднолькавы ўплыў на рн у адсутнасць тэст-палосак.
Як паказана на малюнку 7, максімальная глыбіня ямкі, выкліканая біяплёнкай P. aeruginosa, складала 0,69 мкм, што было значна больш, чым у абіятычнай асяроддзі (0,02 мкм). Гэта ўзгадняецца з электрахімічнымі дадзенымі, апісанымі вышэй. Глыбіня ямкі 0,69 мкм больш чым у дзесяць разоў меншая за значэнне 9,5 мкм, паведамленае для 2205 DSS пры тых жа ўмовах. Гэтыя даныя дэманструюць, што 27 07 HDSS дэманструе лепшую ўстойлівасць да MIC у параўнанні з 2205 DSS. Гэта не павінна выклікаць здзіўлення, паколькі 2707 HDSS мае больш высокае ўтрыманне хрому, забяспечваючы больш працяглую пасівацыю, дзякуючы збалансаванай фазавай структуры без шкодных другасных асадкаў, што абцяжарвае дэпасівацыю P. aeruginosa і пачатак кропкавага зацьмення.
У заключэнне, пітынг MIC быў знойдзены на паверхні 2707 HDSS у булёне P. aeruginosa ў параўнанні з нязначным пітынгам у абіятычных асяроддзях. Гэтая праца паказвае, што 2707 HDSS мае лепшую ўстойлівасць да MIC, чым 2205 DSS, але ён не цалкам застрахаваны ад MIC з-за біяплёнкі P. aeruginosa. Гэтыя высновы дапамагаюць у выбары падыходнай нержавеючай сталі і меркаванага тэрміну службы для марскога асяроддзя. .
Купон на 2707 HDSS прадастаўляецца Школай металургіі Паўночна-Усходняга ўніверсітэта (NEU) у Шэньяне, Кітай. Элементны склад 2707 HDSS паказаны ў табліцы 1, якая была прааналізавана аддзелам аналізу і выпрабаванняў матэрыялаў NEU. Усе ўзоры былі апрацаваны ў растворы пры 1180 °C на працягу 1 гадзіны. зададзеная паверхня 1 см2 была адпаліравана паперай з карбіду крэмнію да зярністасці 2000 і дадаткова адпаліравана суспензіяй парашка 0,05 мкм Al2O3. Бакі і дно абаронены інэртнай фарбай. Пасля высыхання ўзоры прамывалі стэрыльнай дэіянізаванай вадой і стэрылізавалі 75% (аб'ём) этанолу на працягу 0,5 гадзіны. Затым яны сушылі на паветры пад ультрафіялетам перад выкарыстаннем пакіньце (УФ) на 0,5 гадзіны.
Марскі штам Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 быў набыты ў Цэнтры збору марскіх культур Сямэнь (MCCC), Кітай. Pseudomonas aeruginosa вырошчвалі ў аэробных умовах пры 37°C у 250 мл колбах і 500 мл электрахімічных шкляных клетках з выкарыстаннем вадкага асяроддзя Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao). , Кітай).Сярэдняя (г/л): 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 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4, 5,0 пептона, 1,0 дражджавога экстракта і 0,1 цытрата жалеза. Аўтаклавуйце пры 121°C на працягу 20 хвілін перад інакуляцыяй. Падлічыце сядзячыя і планктонныя клеткі з дапамогай гемоцитометра пад светлавым мікраскопам пры 400-кратным павелічэнні. Пачатковая клеткавая канцэнтрацыя планктону Pseudomonas aer uginosa адразу пасля прышчэпкі складала прыкладна 106 клетак/мл.
Электрахімічныя выпрабаванні праводзіліся ў класічнай трохэлектроднай шкляной кювеце з сярэднім аб'ёмам 500 мл. Плацінавы ліст і насычаны каломельны электрод (SCE) былі падлучаны да рэактара праз капіляры Луггіна, напоўненыя солевымі масткамі, якія служылі адпаведна процілеглым электродам і электродам параўнання. Для вырабу рабочых электродаў да кожнага ўзору быў прымацаваны медны дрот з гумовым пакрыццём і пакрыты эпаксіднай смолай. 1 см2 адкрытай аднабаковай паверхні для працоўнага электрода. Падчас электрахімічных вымярэнняў узоры змяшчалі ў асяроддзе 2216E і падтрымлівалі пры пастаяннай тэмпературы інкубацыі (37 °C) у вадзяной лазні. Даныя OCP, LPR, EIS і патэнцыйнай дынамічнай палярызацыі вымяраліся з дапамогай патэнцыястата Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ЗША). Тэсты LPR запісваліся пры частаце сканіравання 0 0,125 мВ с-1 у дыяпазоне ад -5 да 5 мВ з Eocp і частатой выбаркі 1 Гц. EIS выконваўся з сінусоідай у дыяпазоне частот ад 0,01 да 10 000 Гц з выкарыстаннем напружання 5 мВ ва ўстойлівым стане Eocp. Перад разгорткай патэнцыялу электроды знаходзіліся ў рэжыме размыкання, пакуль не было дасягнута стабільнае значэнне патэнцыялу свабоднай карозіі. Крывыя палярызацыі затым праводзілі ад -0,2 да 1,5 В у параўнанні з Eocp пры хуткасці сканавання 0,166 мВ/с. Кожны тэст паўтаралі 3 разы з P. aeruginosa і без яго.
Узоры для металаграфічнага аналізу былі механічна адпаліраваны змочанай SiC-паперай з пясчынкай 2000, а затым дадаткова адпаліраваны 0,05 мкм завіссю парашка Al2O3 для аптычнага назірання. Металаграфічны аналіз праводзіўся з дапамогай аптычнага мікраскопа. Узоры былі пратручаны 10 мас.% растворам гідраксіду калію 43.
Пасля інкубацыі ўзоры прамывалі 3 разы растворам з фасфатным буферам (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), а затым фіксавалі 2,5% (аб'ём) глутаральдэгіду на працягу 10 гадзін для фіксацыі біяплёнак. Пасля гэтага яго абязводжвалі градуяванай серыяй (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% і 100% аб'ёмаў). v) этанолу перад сушкай на паветры. Нарэшце, на паверхню ўзору напыляюць залатую плёнку, каб забяспечыць праводнасць для назірання РЭМ. Выявы СЭМ факусуюць на плямах з найбольш сядзячымі клеткамі P. aeruginosa на паверхні кожнага ўзору. Выканайце аналіз EDS, каб знайсці хімічныя элементы. Для вымярэння выкарыстоўваўся канфакальны лазерны сканіруючы мікраскоп Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Германія). глыбіня ямы. Каб назіраць за каразійнымі ямкамі пад біяплёнкай, тэставы ўзор быў спачатку ачышчаны ў адпаведнасці з кітайскім нацыянальным стандартам (CNS) GB/T4334.4-2000 для выдалення прадуктаў карозіі і біяплёнкі на паверхні выпрабавальнага ўзору.
Аналіз рэнтгенаўскай фотаэлектроннай спектраскапіі (XPS, сістэма аналізу паверхні ESCALAB250, Thermo VG, ЗША) праводзіўся з выкарыстаннем манахраматычнай крыніцы рэнтгенаўскага выпраменьвання (лінія алюмінія Kα пры энергіі 1500 эВ і магутнасці 150 Вт) у шырокім дыяпазоне энергіі сувязі 0 пры стандартных умовах –1350 эВ. Спектры высокага раздзялення запісваліся з выкарыстаннем энергіі праходжання 50 эВ і 0,2 Памер кроку ў эВ.
Інкубаваныя ўзоры выдалялі і асцярожна прамывалі PBS (pH 7,4 ± 0,2) на працягу 15 секунд 45. Каб назіраць за жыццяздольнасцю бактэрый біяплёнак на ўзорах, біяплёнкі афарбоўвалі з дапамогай набору LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). У наборы ёсць два флуоресцентные фарбавальнікі, зялёны флуоресцентный SY Фарбавальнік TO-9 і чырвоны флуарэсцэнтны ёдыд пропідыю (PI). У адпаведнасці з CLSM кропкі з флуоресцентным зялёным і чырвоным колерам азначаюць жывыя і мёртвыя клеткі адпаведна. Для афарбоўвання 1 мл сумесі, якая змяшчае 3 мкл SYTO-9 і 3 мкл раствора PI, інкубавалі 20 хвілін пры пакаёвай тэмпературы (23 oC) у цемры. Пасля гэтага афарбаваныя ўзоры назіралі на дзвюх даўжынях хваль. тыс. (488 нм для жывых клетак і 559 нм для мёртвых клетак) з дапамогай апарата Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Японія). Таўшчыня біяплёнкі вымяралася ў рэжыме 3-D сканавання.
Як цытаваць гэты артыкул: Li, H. et al. Мікробная карозія супердуплекснай нержавеючай сталі 2707 марской біяплёнкай Pseudomonas aeruginosa.science.Rep.6, 20190;doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае парэпанне дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у растворы хларыду ў прысутнасці thiosulfate.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Уплыў тэрмічнай апрацоўкі раствора і азоту ў ахоўным газе на ўстойлівасць да кропкавай карозіі супердуплексных зварных швоў з нержавеючай сталі.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Параўнальнае хімічнае даследаванне мікробнай і электрахімічна выкліканай пітынгавай карозіі ў нержавеючай сталі 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Электрахімічнае паводзіны дуплекснай нержавеючай сталі 2205 у шчолачных растворах з розным pH у прысутнасці хларыду.Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI. Уплыў марскіх біяплёнак на карозію: кароткі агляд. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).