Дзякуй за наведванне сайта Nature.com. Версія браўзера, якой вы карыстаецеся, мае абмежаваную падтрымку CSS. Для найлепшага карыстання рэкамендуем выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer). Тым часам, каб забяспечыць бесперапынную падтрымку, мы будзем адлюстроўваць сайт без стыляў і JavaScript.
Мікробная карозія (МІК) з'яўляецца сур'ёзнай праблемай у многіх галінах прамысловасці, бо яна можа прывесці да велізарных эканамічных страт. Супердуплексная нержавеючая сталь 2707 (2707 HDSS) выкарыстоўваецца ў марскім асяроддзі дзякуючы сваёй выдатнай хімічнай устойлівасці. Аднак яе ўстойлівасць да МІК не была эксперыментальна даказаная. У гэтым даследаванні вывучаліся паводзіны МІК 2707 HDSS, выкліканай марской аэробнай бактэрыяй Pseudomonas aeruginosa. Электрохімічны аналіз паказаў, што ў прысутнасці біяплёнкі Pseudomonas aeruginosa ў асяроддзі 2216E адбываецца станоўчае змяненне патэнцыялу карозіі і павелічэнне шчыльнасці току карозіі. Аналіз рэнтгенаўскай фотаэлектроннай спектраскапіі (РФЭС) паказаў зніжэнне ўтрымання Cr на паверхні ўзору пад біяплёнкай. Візуальны аналіз ямак паказаў, што біяплёнка P. aeruginosa ўтварыла максімальную глыбіню ямак 0,69 мкм на працягу 14 дзён інкубацыі. Нягледзячы на ​​невялікі паказчык, гэта сведчыць аб тым, што 2707 HDSS не цалкам імунны да мінімальнай інгібіруючай канцэнтрацыі (МІК) біяплёнак P. aeruginosa.
Дуплексныя нержавеючыя сталі (DSS) шырока выкарыстоўваюцца ў розных галінах прамысловасці дзякуючы ідэальнаму спалучэнню выдатных механічных уласцівасцей і каразійнай устойлівасці1,2. Аднак лакалізаванае ўтварэнне кропкавай карозіі ўсё яшчэ адбываецца і ўплывае на цэласнасць гэтай сталі3,4. DSS не ўстойлівая да мікробнай карозіі (MIC)5,6. Нягледзячы на ​​шырокі спектр прымянення DSS, усё яшчэ існуюць асяроддзі, дзе каразійная ўстойлівасць DSS недастатковая для працяглага выкарыстання. Гэта азначае, што патрабуюцца больш дарагія матэрыялы з больш высокай каразійнай устойлівасцю. Jeon і інш.7 выявілі, што нават супердуплексныя нержавеючыя сталі (SDSS) маюць некаторыя абмежаванні з пункту гледжання каразійнай устойлівасці. Таму ў некаторых выпадках патрабуюцца супердуплексныя нержавеючыя сталі (HDSS) з больш высокай каразійнай устойлівасцю. Гэта прывяло да распрацоўкі высокалегаваных HDSS.
Каразійная ўстойлівасць DSS залежыць ад суадносін альфа- і гама-фаз і збяднены Cr, Mo і W у абласцях 8, 9, 10, якія прылягаюць да другой фазы. HDSS змяшчае высокае ўтрыманне Cr, Mo і N11, таму ён мае выдатную каразійную ўстойлівасць і высокае значэнне (45-50) эквівалентнага ліку супраціўлення кропкавай карозіі (PREN), які вызначаецца як wt.% Cr + 3,3 (wt.% Mo + 0,5 wt.% W) + 16 wt.% N12. Яго выдатная каразійная ўстойлівасць залежыць ад збалансаванага складу, які змяшчае прыблізна 50% ферытнай (α) і 50% аўстэнітнай (γ) фаз. HDSS мае лепшыя механічныя ўласцівасці і больш высокую ўстойлівасць да хларыднай карозіі. Палепшаная каразійная ўстойлівасць пашырае магчымасці выкарыстання HDSS у больш агрэсіўных хларыдных асяроддзях, такіх як марское асяроддзе.
Мікракарозія (МІК) з'яўляецца сур'ёзнай праблемай у многіх галінах прамысловасці, такіх як нафтагазавая і водная прамысловасць14. На МІК прыпадае 20% усіх пашкоджанняў ад карозіі15. МІК — гэта біяэлектрахімічная карозія, якую можна назіраць у розных асяроддзях. Біяплёнкі, якія ўтвараюцца на металічных паверхнях, змяняюць электрахімічныя ўмовы, тым самым уплываючы на ​​працэс карозіі. Шырока распаўсюджана меркаванне, што карозія МІК выклікана біяплёнкамі. Электрагенныя мікраарганізмы раз'ядаюць металы, каб атрымаць энергію, неабходную для выжывання17. Нядаўнія даследаванні МІК паказалі, што ЭЭТ (пазаклеткавы перанос электронаў) з'яўляецца фактарам, які абмяжоўвае хуткасць МІК, выкліканай электрагеннымі мікраарганізмамі. Чжан і інш.18 паказалі, што электронныя пасярэднікі паскараюць перанос электронаў паміж клеткамі Desulfovibrio sessificans і нержавеючай сталлю 304, што прыводзіць да больш сур'ёзнай атакі МІК. Анінг і інш.19 і Венцлаф і інш.20 паказалі, што біяплёнкі каразійных сульфат-аднаўляльных бактэрый (СРБ) могуць непасрэдна паглынаць электроны з металічных падкладак, што прыводзіць да моцнай кропкавай карозіі.
Вядома, што DSS адчувальны да МІК у асяроддзях, якія змяшчаюць SRB, жалезааднаўляльныя бактэрыі (IRB) і г.д.21. Гэтыя бактэрыі выклікаюць лакалізаванае ўтварэнне кропак на паверхні DSS пад біяплёнкамі22,23. У адрозненне ад DSS, МІК HDSS24 недастаткова вядомая.
Pseudomonas aeruginosa — гэта грамотріцательная рухомая палачкападобная бактэрыя, шырока распаўсюджаная ў прыродзе25. Pseudomonas aeruginosa таксама з'яўляецца асноўнай мікробнай групай у марскім асяроддзі, выклікаючы павышаныя канцэнтрацыі мінімальнай інгібіруючай канцэнтрацыі (МІК). Pseudomonas актыўна ўдзельнічае ў працэсе карозіі і лічыцца піянерам-каланізатарам падчас утварэння біяплёнкі. Махат і інш.28 і Юань і інш.29 паказалі, што Pseudomonas aeruginosa мае тэндэнцыю павялічваць хуткасць карозіі нізкавугляродзістай 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 паводзін MIC 2707 HDSS былі праведзены электрахімічныя даследаванні, у тым ліку патэнцыял разамкнутага ланцуга (OCP), супраціўленне лінейнай палярызацыі (LPR), электрахімічная імпедансная спектраскапія (EIS) і патэнцыяльная дынамічная палярызацыя. Для выяўлення хімічных элементаў на пашкоджанай карозіяй паверхні быў праведзены энергетычна-дысперсійны спектраметрычны аналіз (EDS). Акрамя таго, для вызначэння стабільнасці пасівацыі аксіднай плёнкі пад уздзеяннем марскога асяроддзя, якое змяшчае Pseudomonas aeruginosa, была выкарыстана рэнтгенаструктурная спектраскапія (XPS). Глыбіня ямак вымяралася пад канфакальным лазерным сканіруючым мікраскопам (CLSM).
У табліцы 1 паказаны хімічны склад HDSS 2707. У табліцы 2 паказана, што HDSS 2707 мае выдатныя механічныя ўласцівасці з мяжой цякучасці 650 МПа. На мал. 1 паказана аптычная мікраструктура HDSS 2707, апрацаванай на раствор. У мікраструктуры, якая змяшчае каля 50% аўстэніту і 50% ферытавых фаз, бачныя выцягнутыя палосы аўстэніту і ферытавых фаз без другасных фаз.
На мал. 2a паказаны патэнцыял адкрытага ланцуга (Eocp) у залежнасці ад часу экспазіцыі для 2707 HDSS у абіятычным асяроддзі 2216E і булёне P. aeruginosa на працягу 14 дзён пры тэмпературы 37°C. Відаць, што найбольшая і найбольш значная змена Eocp адбываецца на працягу першых 24 гадзін. Значэнні Eocp у абодвух выпадках дасягнулі піку пры -145 мВ (у параўнанні з SCE) каля 16 гадзін, а затым рэзка ўпалі, дасягнуўшы -477 мВ (у параўнанні з SCE) і -236 мВ (у параўнанні з SCE) для абіятычнага ўзору і купонаў P Pseudomonas aeruginosa адпаведна. Праз 24 гадзіны значэнне Eocp 2707 HDSS для P. aeruginosa было адносна стабільным пры -228 мВ (у параўнанні з SCE), у той час як адпаведнае значэнне для небіялагічных узораў складала прыблізна -442 мВ (у параўнанні з SCE). Эоцп у прысутнасці P. aeruginosa быў даволі нізкім.
Электрахімічнае даследаванне 2707 узораў HDSS у абіятычным асяроддзі і булёне Pseudomonas aeruginosa пры тэмпературы 37 °C:
(a) Eocp як функцыя часу экспазіцыі, (b) крывыя палярызацыі на 14-ы дзень, (c) Rp як функцыя часу экспазіцыі і (d) icorr як функцыя часу экспазіцыі.
У табліцы 3 паказаны параметры электрахімічнай карозіі 2707 узораў HDSS, якія падвяргаліся ўздзеянню абіятычных асяроддзяў і асяроддзяў, заражаных Pseudomonas aeruginosa, на працягу 14 дзён. Датычныя аноднай і катоднай крывых былі экстрапаляваны для атрымання перасячэнняў, якія даюць шчыльнасць току карозіі (icorr), патэнцыял карозіі (Ecorr) і нахіл крывой Тафеля (βα і βc) у адпаведнасці са стандартнымі метадамі30,31.
Як паказана на мал. 2b, зрух крывой P. aeruginosa ўверх прывёў да павелічэння Ecorr у параўнанні з абіятычнай крывой. Значэнне icorr, прапарцыйнае хуткасці карозіі, павялічылася да 0,328 мкА см-2 ва ўзоры Pseudomonas aeruginosa, што ў чатыры разы больш, чым ва ўзоры без біялагічнай узорнай мутацыі (0,087 мкА см-2).
ЛПР — гэта класічны неразбуральны электрахімічны метад для хуткага аналізу карозіі. Ён таксама выкарыстоўваўся для вывучэння MIC32. На мал. 2c паказана палярызацыйнае супраціўленне (Rp) у залежнасці ад часу экспазіцыі. Больш высокае значэнне Rp азначае меншую карозію. На працягу першых 24 гадзін Rp 2707 HDSS дасягнуў піка ў 1955 кОм см2 для абіятычных узораў і 1429 кОм см2 для ўзораў Pseudomonas aeruginosa. На мал. 2c таксама паказана, што значэнне Rp хутка знізілася праз адзін дзень, а затым заставалася адносна нязменным на працягу наступных 13 дзён. Значэнне Rp узору Pseudomonas aeruginosa складае каля 40 кОм см2, што значна ніжэй за значэнне 450 кОм см2 небіялагічнага ўзору.
Значэнне icorr прапарцыйнае раўнамернай хуткасці карозіі. Яго значэнне можна разлічыць па наступным ураўненні Штэрна-Гіры:
Паводле Зоі і інш.33, тыповае значэнне нахілу крывой Тафеля B у гэтай працы было прынята роўным 26 мВ/дэк. На малюнку 2d паказана, 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 вышэйшымі, чым у небіялагічных кантрольных узораў. Гэтая тэндэнцыя адпавядае вынікам палярызацыйнага супраціўлення.
Электраімпедансны аналіз (ЭІС) — гэта яшчэ адзін неразбуральны метад, які выкарыстоўваецца для характарыстыкі электрахімічных рэакцый на пашкоджаных карозіяй паверхнях. Імпедансныя спектры і разлічаныя значэнні ёмістасці ўзораў, якія падвяргаліся ўздзеянню абіятычнага асяроддзя і раствора Pseudomonas aeruginosa, супраціўленне пасіўнай плёнкі/біяплёнкі Rb, якое ўтварылася на паверхні ўзору, супраціўленне пераносу зарада Rct, ёмістасць падвойнага электрычнага слоя Cdl (EDL) і пастаянныя параметры фазавага элемента QCPE (CPE). Гэтыя параметры былі дадаткова прааналізаваны шляхам апраксімацыі дадзеных з выкарыстаннем мадэлі эквівалентнай схемы (EEC).
На мал. 3 паказаны тыповыя графікі Найквіста (a і b) і графікі Бодэ (a' і b') для 2707 узораў HDSS у абіятычных асяроддзях і булёне P. aeruginosa для розных часоў інкубацыі. Дыяметр кольца Найквіста памяншаецца ў прысутнасці Pseudomonas aeruginosa. Графік Бодэ (мал. 3b') паказвае павелічэнне агульнага імпедансу. Інфармацыю аб пастаяннай часу рэлаксацыі можна атрымаць з фазавых максімумаў. На мал. 4 паказаны фізічныя структуры на аснове монаслоя (a) і біслоя (b) і адпаведных EEC. CPE ўводзіцца ў мадэль EEC. Яго адмітанс і імпеданс выражаюцца наступным чынам:
Дзве фізічныя мадэлі і адпаведныя эквівалентныя схемы для апраксімацыі спектру імпедансу ўзору 2707 HDSS:
дзе Y0 — значэнне KPI, j — уяўны лік або (-1)1/2, ω — вуглавая частата, n — індэкс магутнасці KPI меншы за адзінку35. Інверсія супраціўлення пераносу зарада (г.зн. 1/Rct) адпавядае хуткасці карозіі. Чым меншы Rct, тым вышэйшая хуткасць карозіі27. Пасля 14 дзён інкубацыі Rct узораў Pseudomonas aeruginosa дасягнуў 32 кОм см2, што значна менш, чым 489 кОм см2 небіялагічных узораў (табліца 4).
На малюнках CLSM і SEM на малюнку 5 выразна відаць, што пакрыццё біяплёнкі на паверхні ўзору HDSS 2707 праз 7 дзён шчыльнае. Аднак праз 14 дзён пакрыццё біяплёнкай было слабым, і з'явіліся некаторыя мёртвыя клеткі. У табліцы 5 паказана таўшчыня біяплёнкі на ўзорах HDSS 2707 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 гэту тэндэнцыю. Яна знізілася з 22,2 ± 0,7 мкм праз 7 дзён да 17,8 ± 1,0 мкм праз 14 дзён.
(a) 3D-выява CLSM праз 7 дзён, (b) 3D-выява CLSM праз 14 дзён, (c) SEM-выява праз 7 дзён і (d) SEM-выява праз 14 дзён.
Электрамагнітнае выпраменьванне выявіла хімічныя элементы ў біяплёнках і прадуктах карозіі ўзораў, якія падвяргаліся ўздзеянню P. aeruginosa на працягу 14 дзён. На мал. 6 паказана, што ўтрыманне C, N, O і P у біяплёнках і прадуктах карозіі значна вышэйшае, чым у чыстых металах, паколькі гэтыя элементы звязаны з біяплёнкамі і іх метабалітамі. Мікробам патрэбныя толькі слядовыя колькасці хрому і жалеза. Высокі ўзровень Cr і Fe ў біяплёнцы і прадуктах карозіі на паверхні ўзораў сведчыць аб тым, што металічная матрыца страціла элементы з-за карозіі.
Праз 14 дзён у асяроддзі 2216E назіраліся ямкі з P. aeruginosa і без яе. Да інкубацыі паверхня ўзораў была гладкай і без дэфектаў (мал. 7a). Пасля інкубацыі і выдалення біяплёнкі і прадуктаў карозіі найбольш глыбокія ямкі на паверхні ўзораў былі даследаваны з дапамогай CLSM, як паказана на мал. 7b і c. На паверхні небіялагічных кантрольных узораў відавочных ямак выяўлена не было (максімальная глыбіня ямак 0,02 мкм). Максімальная глыбіня ямак, выкліканая P. aeruginosa, складала 0,52 мкм праз 7 дзён і 0,69 мкм праз 14 дзён, зыходзячы з сярэдняй максімальнай глыбіні ямак з 3 узораў (для кожнага ўзору было выбрана 10 максімальных глыбінь ямак). Дасягнуты значэнні 0,42 ± 0,12 мкм і 0,52 ± 0,15 мкм адпаведна (табліца 5). Гэтыя значэнні глыбіні ямак невялікія, але важныя.
(а) да ўздзеяння, (б) 14 дзён у абіятычным асяроддзі і (в) 14 дзён у булёне Pseudomonas aeruginosa.
На мал. 8 паказаны спектры РФЭС розных паверхняў узораў, а хімічны склад, прааналізаваны для кожнай паверхні, падсумаваны ў табліцы 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 спектральная крывая на ўзроўні ядра Cr2p была апраксімавана чатырма пікавымі кампанентамі з энергіямі 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 спектр асноўнага ўзроўню Cr2p 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 уражлівым адрозненнем паміж абіятычнымі ўзорамі і ўзорамі P. aeruginosa была наяўнасць Cr6+ і больш высокая адносная доля Cr(OH)3 (BE 586,8 эВ) пад біяплёнкай.
Шырокія спектры XPS паверхні ўзору 2707 HDSS у двух асяроддзях складаюць 7 і 14 дзён адпаведна.
(a) 7 дзён уздзеяння P. aeruginosa, (b) 14 дзён уздзеяння P. aeruginosa, (c) 7 дзён у абіятычным асяроддзі і (d) 14 дзён у абіятычным асяроддзі.
HDSS дэманструе высокі ўзровень каразійнай устойлівасці ў большасці асяроддзяў. Кім і інш.2 паведамілі, што HDSS UNS S32707 быў ідэнтыфікаваны як высокалегаваны DSS з PREN больш за 45. Значэнне PREN узору 2707 HDSS у гэтай працы склала 49. Гэта звязана з высокім утрыманнем хрому і высокім утрыманнем малібдэна і нікеля, якія карысныя ў кіслых асяроддзях і асяроддзях з высокім утрыманнем хларыдаў. Акрамя таго, добра збалансаваны склад і бездэфектная мікраструктура спрыяюць структурнай стабільнасці і каразійнай устойлівасці. Аднак, нягледзячы на ​​выдатную хімічную ўстойлівасць, эксперыментальныя дадзеныя ў гэтай працы сведчаць аб тым, што 2707 HDSS не цалкам устойлівы да мікракантралюмінесцэнтных індыкатараў біяплёнкі P. aeruginosa.
Электрахімічныя вынікі паказалі, што хуткасць карозіі 2707 HDSS у булёне P. aeruginosa значна павялічылася праз 14 дзён у параўнанні з небіялагічным асяроддзем. На малюнку 2a назіралася зніжэнне Eocp 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 біялагічны ўзровень Eocp быў значна вышэйшы за небіялагічны ўзровень Eocp. Ёсць падставы меркаваць, што гэтае адрозненне звязана з утварэннем біяплёнак P. aeruginosa. На малюнку 2d у прысутнасці P. aeruginosa значэнне icorr 2707 HDSS дасягнула 0,627 мкА см-2, што на парадак вышэй, чым у абіятычным кантролі (0,063 мкА см-2), што адпавядала значэнню Rct, вымеранаму з дапамогай 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 ўздзеянню ў першую чаргу з-за ўтварэння біяплёнак і іх метабалітаў. Такім чынам, каразійная ўстойлівасць з часам зніжалася, і прымацаванне P. aeruginosa выклікала лакалізаваную карозію. Тэндэнцыі ў абіятычных асяроддзях былі іншымі. Каразійная ўстойлівасць небіялагічнага кантролю была значна вышэйшай за адпаведнае значэнне ўзораў, якія падвяргаліся ўздзеянню булёна P. aeruginosa. Акрамя таго, для абіятычных узораў значэнне Rct 2707 HDSS дасягнула 489 кОм см2 на 14-ы дзень, што ў 15 разоў вышэй за значэнне Rct (32 кОм см2) у прысутнасці P. aeruginosa. Такім чынам, 2707 HDSS мае выдатную каразійную ўстойлівасць у стэрыльным асяроддзі, але не ўстойлівы да мінімальных інгібіруючых рэчываў (МІК) з біяплёнак P. aeruginosa.
Гэтыя вынікі таксама можна назіраць на крывых палярызацыі на мал. 2b. Аноднае галінаванне асацыюецца з утварэннем біяплёнкі Pseudomonas aeruginosa і рэакцыямі акіслення металу. У гэтым выпадку катоднай рэакцыяй з'яўляецца аднаўленне кіслароду. Прысутнасць P. aeruginosa значна павялічыла шчыльнасць току карозіі, прыкладна на парадак вышэй, чым у абіятычным кантролі. Гэта сведчыць аб тым, што біяплёнка P. aeruginosa ўзмацняе лакалізаваную карозію 2707 HDSS. Юань і інш.29 выявілі, што шчыльнасць току карозіі сплаву Cu-Ni 70/30 павялічваецца пад дзеяннем біяплёнкі P. aeruginosa. Гэта можа быць звязана з біякаталізам аднаўлення кіслароду біяплёнкамі Pseudomonas aeruginosa. Гэта назіранне таксама можа растлумачыць мінімальную інтэнсіўнасць карозіі (МІК) 2707 HDSS у гэтай працы. Пад аэробнымі біяплёнкамі таксама можа быць менш кіслароду. Такім чынам, адмова ад паўторнай пасівацыі паверхні металу кіслародам можа быць фактарам, які спрыяе МІК у гэтай працы.
Дыкінсан і інш.38 выказалі здагадку, што хуткасць хімічных і электрахімічных рэакцый можа непасрэдна залежаць ад метабалічнай актыўнасці сядзячых бактэрый на паверхні ўзору і характару 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 загінула з-за знясілення пажыўных рэчываў у асяроддзі 2216E або вызвалення таксічных іонаў металаў з матрыцы 2707 HDSS. Гэта з'яўляецца абмежаваннем пакетных эксперыментаў.
У гэтай працы біяплёнка P. aeruginosa спрыяла лакальнаму знясіленню Cr і Fe пад біяплёнкай на паверхні 2707 HDSS (мал. 6). У табліцы 6 паказана зніжэнне ўтрымання Fe і Cr ва ўзоры D у параўнанні з узорам C, што сведчыць аб тым, што раствораныя Fe і Cr, выкліканыя біяплёнкай P. aeruginosa, захоўваліся на працягу першых 7 дзён. Асяроддзе 2216E выкарыстоўваецца для мадэлявання марскога асяроддзя. Яно ўтрымлівае 17700 ppm Cl-, што параўнальна з яго ўтрыманнем у натуральнай марской вадзе. Прысутнасць 17700 ppm Cl- была асноўнай прычынай зніжэння ўтрымання Cr у 7- і 14-дзённых абіятычных узорах, прааналізаваных з дапамогай XPS. У параўнанні з узорамі P. aeruginosa, растварэнне Cr у абіятычных узорах было значна меншым з-за высокай устойлівасці 2707 HDSS да хлору ў абіятычных умовах. На мал. 9 паказана прысутнасць Cr6+ у пасівуючай плёнцы. Магчыма, ён удзельнічае ў выдаленні хрому са сталёвых паверхняў біяплёнкамі P. aeruginosa, як выказалі здагадку Чэнь і Клейтан.
З-за росту бактэрый значэнні pH асяроддзя да і пасля культывавання складалі 7,4 і 8,2 адпаведна. Такім чынам, пад біяплёнкай P. aeruginosa карозія арганічнай кіслатой наўрад ці будзе спрыяць гэтай працы з-за адносна высокага pH у асноўным асяроддзі. pH небіялагічнага кантрольнага асяроддзя істотна не змяніўся (з пачатковых 7,4 да канчатковых 7,5) на працягу 14-дзённага перыяду выпрабаванняў. Павелічэнне pH у пасяўным асяроддзі пасля інкубацыі было абумоўлена метабалічнай актыўнасцю P. aeruginosa і, як было ўстаноўлена, аказвала такі ж уплыў на pH у адсутнасць тэставых палосак.
Як паказана на малюнку 7, максімальная глыбіня ямак, выкліканых біяплёнкай P. aeruginosa, складала 0,69 мкм, што значна больш, чым у абіятычным асяроддзі (0,02 мкм). Гэта адпавядае электрахімічным дадзеным, апісаным вышэй. Глыбіня ямак 0,69 мкм больш чым у дзесяць разоў меншая за значэнне 9,5 мкм, зарэгістраванае для 2205 DSS пры тых жа ўмовах. Гэтыя дадзеныя паказваюць, што 2707 HDSS праяўляе лепшую ўстойлівасць да мікробных інгібіруючых рэчываў (МІК), чым 2205 DSS. Гэта не павінна выклікаць здзіўлення, бо 2707 HDSS мае больш высокі ўзровень Cr, што забяспечвае больш працяглую пасівацыю, цяжэй дэпасівуе P. aeruginosa і, дзякуючы сваёй збалансаванай фазавай структуры, не выклікае шкодных другасных асадкаў, выклікае ямкі.
У заключэнне, на паверхні 2707 HDSS у булёне P. aeruginosa былі выяўлены ямкі MIC у параўнанні з нязначнымі ямкамі ў абіятычным асяроддзі. Гэтая праца паказвае, што 2707 HDSS мае лепшую ўстойлівасць да MIC, чым 2205 DSS, але ён не цалкам імунны да MIC з-за біяплёнкі P. aeruginosa. Гэтыя вынікі дапамагаюць у выбары прыдатных нержавеючых сталей і тэрміну службы для марскога асяроддзя.
Купон на сталь 2707 HDSS прадастаўлены Металургічнай школай Паўночна-Усходняга ўніверсітэта (NEU) у Шэньяне, Кітай. Элементны склад сталь 2707 HDSS паказаны ў Табліцы 1, аналіз быў праведзены аддзелам аналізу і выпрабаванняў матэрыялаў NEU. Усе ўзоры былі апрацаваны на цвёрды раствор пры тэмпературы 1180°C на працягу 1 гадзіны. Перад каразійнымі выпрабаваннямі сталь 2707 HDSS у форме манеты з плошчай верхняй адкрытай паверхні 1 см2 была адпаліравана да зерня 2000 наждачнай паперай з карбіду крэмнію, а затым адпаліравана суспензіяй парашка Al2O3 з памерам 0,05 мкм. Бакі і дно абаронены інэртнай фарбай. Пасля высыхання ўзоры былі прамыты стэрыльнай дэіянізаванай вадой і стэрылізаваны 75% (аб./аб.) этанолам на працягу 0,5 гадзіны. Затым іх высушылі на паветры пад ультрафіялетавым (УФ) выпраменьваннем на працягу 0,5 гадзіны перад выкарыстаннем.
Штам марской Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 быў набыты ў Цэнтры калекцыі марскіх культур Сямэня (MCCC), Кітай. Pseudomonas aeruginosa вырошчвалі ў аэробных умовах пры тэмпературы 37°C у колбах аб'ёмам 250 мл і шкляных электрахімічных ячэйках аб'ёмам 500 мл з выкарыстаннем вадкага асяроддзя Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Ціндао, Кітай). Асяроддзе ўтрымлівае (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, 0,016 6NH26NH3, 3,0016 NH3, 5,0 пептону, 1,0 дрожджавага экстракта і 0,1 цытрату жалеза. Аўтаклавуйце пры тэмпературы 121°C на працягу 20 хвілін перад інакуляцыяй. Падлічвайце сядзячыя і планктоннія клеткі з дапамогай гемацытометра пад светлавым мікраскопам пры павелічэнні 400x. Пачатковая канцэнтрацыя планктоннай Pseudomonas aeruginosa адразу пасля інакуляцыі складала прыблізна 106 клетак/мл.
Электрахімічныя выпрабаванні праводзіліся ў класічнай трохэлектроднай шкляной ячэйцы з аб'ёмам асяроддзя 500 мл. Плацінавы ліст і насычаны каламельны электрод (SAE) былі падключаны да рэактара праз капіляры Лугіна, запоўненыя солевымі масткамі, якія служылі адпаведна процілеглым і эталонным электродамі. Для вырабу рабочых электродаў да кожнага ўзору мацавалі гумовы медны дрот і пакрывалі эпаксіднай смалой, пакідаючы каля 1 см2 неабароненай плошчы для рабочага электрода з аднаго боку. Падчас электрахімічных вымярэнняў узоры змяшчалі ў асяроддзе 2216E і вытрымлівалі пры пастаяннай тэмпературы інкубацыі (37°C) у вадзяной лазні. Дадзеныя OCP, LPR, EIS і патэнцыяльнай дынамічнай палярызацыі вымяраліся з дапамогай патэнцыястата Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ЗША). Тэсты LPR запісваліся пры хуткасці сканавання 0,125 мВ/с у дыяпазоне ад -5 да 5 мВ з Eocp і частатой дыскрэтызацыі 1 Гц. Электроізаляцыйны аналіз праводзіўся з выкарыстаннем сінусоіднай хвалі ў дыяпазоне частот ад 0,01 да 10 000 Гц з выкарыстаннем прыкладзенага напружання 5 мВ пры ўсталяваным стане Eocp. Перад разгорткай патэнцыялу электроды знаходзіліся ў рэжыме чакання, пакуль не было дасягнута стабільнае значэнне свабоднага патэнцыялу карозіі. Затым крывыя палярызацыі вымяраліся ад -0,2 да 1,5 В у залежнасці ад Eocp са хуткасцю сканавання 0,166 мВ/с. Кожны тэст паўтараўся 3 разы з P. aeruginosa і без яго.
Узоры для металаграфічнага аналізу былі механічна адпаліраваны вільготнай паперай з карбіду крэмнію з зернем 2000, а затым дадаткова адпаліраваны суспензіяй парашка Al2O3 з зернем 0,05 мкм для аптычнага назірання. Металаграфічны аналіз быў праведзены з дапамогай аптычнага мікраскопа. Узоры былі пратраўлены 10% растворам гідраксіду калію 43 з утрыманнем па вазе.
Пасля інкубацыі ўзоры тройчы прамывалі фасфатна-буферным фізіялагічным растворам (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), а затым фіксавалі 2,5% (аб./аб.) глутаральдэгідам на працягу 10 гадзін для ўтварэння біяплёнак. Затым узоры абязводжвалі этанолам (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% і 100% па аб'ёме) перад сушкай на паветры. Нарэшце, на паверхню ўзору наносілі залатую плёнку для забеспячэння праводнасці для назірання з дапамогай сканіруючай электроннай мікраскопіі (СЭМ). Выявы СЭМ факусавалі на плямах з найбольш сядзячымі клеткамі P. aeruginosa на паверхні кожнага ўзору. Правялі EDS-аналіз для выяўлення хімічных элементаў. Для вымярэння глыбіні ямак выкарыстоўвалі канфакальны лазерны сканіруючы мікраскоп Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Германія). Каб назіраць за каразійнымі ямінамі пад біяплёнкай, выпрабавальны ўзор спачатку ачысцілі ў адпаведнасці з Кітайскім нацыянальным стандартам (CNS) GB/T4334.4-2000 для выдалення прадуктаў карозіі і біяплёнкі з паверхні выпрабавальнага ўзору.
Аналіз з дапамогай рэнтгенаўскай фотаэлектроннай спектраскапіі (XPS, сістэма аналізу паверхні ESCALAB250, Thermo VG, ЗША) быў праведзены з выкарыстаннем манахраматычнай крыніцы рэнтгенаўскага выпраменьвання (алюмініевая лінія Kα з энергіяй 1500 эВ і магутнасцю 150 Вт) у шырокім дыяпазоне энергій сувязі 0 пры стандартных умовах –1350 эВ. Спектры высокага разрознення былі запісаны з выкарыстаннем энергіі прапускання 50 эВ з крокам 0,2 эВ.
Інкубаваныя ўзоры вымалі і акуратна прамывалі PBS (pH 7,4 ± 0,2) на працягу 15 секунд 45 секунд. Каб назіраць за жыццяздольнасцю бактэрый біяплёнак на ўзорах, біяплёнкі афарбоўвалі з выкарыстаннем набору LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Юджын, Арэгон, ЗША). Набор змяшчае два флуарэсцэнтныя фарбавальнікі: зялёны флуарэсцэнтны фарбавальнік SYTO-9 і чырвоны флуарэсцэнтны фарбавальнік прапідыю ёдыду (PI). У CLSM флуарэсцэнтныя зялёныя і чырвоныя кропкі прадстаўляюць жывыя і мёртвыя клеткі адпаведна. Для афарбоўвання 1 мл сумесі, якая змяшчае 3 мкл SYTO-9 і 3 мкл раствора PI, інкубавалі на працягу 20 хвілін пры пакаёвай тэмпературы (23°C) у цемры. Пасля гэтага афарбаваныя ўзоры даследавалі на дзвюх даўжынях хваль (488 нм для жывых клетак і 559 нм для мёртвых клетак) з выкарыстаннем апарата Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Японія). Таўшчыня біяплёнкі вымяралася ў рэжыме 3D-сканавання.
Як цытаваць гэты артыкул: Li, H. і інш. Мікробная карозія супердуплекснай нержавеючай сталі 2707, выкліканая марской біяплёнкай Pseudomonas aeruginosa. The Science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае растрэскванне пад напружаннем дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у растворах хларыду ў прысутнасці тыясульфату. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае растрэскванне пад напружаннем дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у растворах хларыду ў прысутнасці тыясульфату. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае растрэскванне пад напругай дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у растворах хларыдаў у прысутнасці тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае растрэскванне пад напружаннем дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у растворах хларыду ў прысутнасці тыясульфату. 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 双相нержавеючая сталь在福代сульфат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. Каразійнае растрэскванне пад напругай дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у растворы хларыду ў прысутнасці тиосульфата. Занота, Ф., Грасі, В., Бальба, А., Манцічэлі, К. і Дзуккі, Ф. Каразійнае растрэскванне пад напружаннем дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у растворы хларыду ў прысутнасці тыясульфату.coros science 80, 205–212 (2014).
Кім, С.Т., Джанг, С.Х., Лі, І.С. і Парк, Ю.С. Уплыў апрацоўкі на раствор і азоту ў ахоўным газе на ўстойлівасць да кропкавай карозіі зварных швоў гіпердуплекснай нержавеючай сталі. Кім, С.Т., Джанг, С.Х., Лі, І.С. і Парк, Ю.С. Уплыў апрацоўкі на раствор і азоту ў ахоўным газе на ўстойлівасць да кропкавай карозіі зварных швоў гіпердуплекснай нержавеючай сталі.Кім, С.Т., Джанг, С.Х., Лі, І.С. і Парк, Ю.С. Уплыў апрацоўкі на растворную тэрмічную апрацоўку і азоту ў ахоўным газе на ўстойлівасць да кропкавай карозіі зварных швоў гіпердуплекснай нержавеючай сталі. Кім, ST, Джанг, SH, Лі, IS і Парк, 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。 Кім, СТ, Чан, Ш.Х., Лі, І.С. і Пак, Ю.С.Кім, С.Т., Джанг, С.Х., Лі, І.С. і Парк, Ю.С. Уплыў апрацоўкі на раствор і азоту ў ахоўным газе на ўстойлівасць зварных швоў супердуплекснай нержавеючай сталі да кропкавай карозіі.koros. навука. 53, 1939–1947 (2011).
Шы, Х., Аўчы, Р., Гейзер, М. і Левандоўскі, З. Параўнальнае даследаванне ў хіміі мікробна- і электрахімічна выкліканага пітынгу нержавеючай сталі 316L. Шы, Х., Аўчы, Р., Гейзер, М. і Левандоўскі, З. Параўнальнае даследаванне ў хіміі мікробна- і электрахімічна выкліканага пітынгу нержавеючай сталі 316L.Шы, Х., Аўчы, Р., Гейзер, М. і Левандоўскі, З. Параўнальнае хімічнае даследаванне мікрабіялагічнай і электрахімічнай кропкавай карозіі нержавеючай сталі 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & 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。 Шы, Х., Аўчы, Р., Гейзер, М. і Левандоўскі, З.Шы, Х., Аўчы, Р., Гейзер, М. і Левандоўскі, З. Параўнальнае хімічнае даследаванне мікрабіялагічнай і электрахімічна выкліканай кропкавай карозіі ў нержавеючай сталі 316L.koros. навука. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Электрахімічныя ўласцівасці дуплекснай нержавеючай сталі 2205 у шчолачных растворах з розным pH у прысутнасці хларыду. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Электрахімічныя ўласцівасці дуплекснай нержавеючай сталі 2205 у шчолачных растворах з розным pH у прысутнасці хларыду.Luo H., Dong KF, Lee HG і Xiao K. Электрахімічныя ўласцівасці дуплекснай нержавеючай сталі 2205 у шчолачных растворах з розным pH у прысутнасці хларыду. Луо, Х., Донг, CF, Лі, XG і Сяо, К. 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 & Xiao, K. 2205 Электрахімічныя ўласцівасці нержавеючай сталі 双相 у прысутнасці хларыду пры розных значэннях pH у шчолачным растворы.Luo H., Dong KF, Lee HG і Xiao K. Электрахімічныя ўласцівасці дуплекснай нержавеючай сталі 2205 у шчолачных растворах з розным pH у прысутнасці хларыду.Часопіс «Электрахімія». 64, 211–220 (2012).
Літл, Б. Дж., Лі, Дж. С. і Рэй, Р. І. Уплыў марскіх біяплёнак на карозію: кароткі агляд. Літл, Б. Дж., Лі, Дж. С. і Рэй, Р. І. Уплыў марскіх біяплёнак на карозію: кароткі агляд.Літл, Б. Дж., Лі, Дж. С. і Рэй, Р. І. Уплыў марскіх біяплёнак на карозію: кароткі агляд. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述。 Літл, Б. Дж., Лі, Дж. С. і Рэй, Род-АйлендЛітл, Б. Дж., Лі, Дж. С. і Рэй, Р. І. Уплыў марскіх біяплёнак на карозію: кароткі агляд.Часопіс «Электрахімія». 54, 2–7 (2008).