Благодарим ви, че посетихте Nature.com. Версията на браузъра, която използвате, има ограничена поддръжка за CSS. За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да изключите режима на съвместимост в Internet Explorer). Междувременно, за да осигурим непрекъсната поддръжка, ние ще показваме сайта без стилове и JavaScript.
Микробната корозия (MIC) е сериозен проблем в много индустрии, тъй като може да причини огромни икономически загуби. 2707 супердуплексна неръждаема стомана (2707 HDSS) се използва в морска среда поради отличната си химическа устойчивост. Въпреки това, нейната устойчивост на MIC не е експериментално демонстрирана. В това проучване поведението на MIC на 2707 HDSS, причинено от морската аеробна бактерия Pseudomonas aeruginosa, е инвестирано igated.Електрохимичният анализ показа, че в присъствието на биофилм на Pseudomonas aeruginosa в среда 2216E има положителна промяна в потенциала на корозия и увеличаване на плътността на корозионния ток. Анализът с рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS) показа намаляване на съдържанието на Cr на повърхността на образеца под биофилма. Анализът на изображенията на ямките показа, че биофилът на P. aeruginosa m произвежда максимална дълбочина на ямата от 0,69 μm по време на 14 дни инкубация. Въпреки че това е малко, това показва, че 2707 HDSS не е напълно имунизиран срещу MIC на биофилми на P. aeruginosa.
Дуплексните неръждаеми стомани (DSS) се използват широко в различни индустрии заради идеалната комбинация от отлични механични свойства и устойчивост на корозия1,2. Въпреки това все още се появява локализирана хлътване и това засяга целостта на тази стомана3,4.DSS не е устойчива на микробна корозия (MIC)5,6.Въпреки широкия диапазон от приложения на DSS, все още има среди, където корозионната устойчивост на DSS не е достатъчна за дългосрочна употреба.Това означава, че са необходими по-скъпи материали с по-висока устойчивост на корозия. Jeon et al7 откриха, че дори супердуплексните неръждаеми стомани (SDSS) имат някои ограничения по отношение на устойчивостта на корозия. Следователно, супердуплексните неръждаеми стомани (HDSS) с по-висока устойчивост на корозия са необходими в някои приложения. Това доведе до разработването на високо легирани HDSS.
Корозионната устойчивост на DSS зависи от съотношението на алфа и гама фазите и обеднените на Cr, Mo и W региони 8, 9, 10, съседни на втората фаза. HDSS съдържа високо съдържание на Cr, Mo и N11, така че има отлична устойчивост на корозия и висока стойност (45-50) еквивалентно число на устойчивост на питинг (PREN), определено от тегловни % Cr + 3,3 (тегл. % Mo + 0,5 w t% W) + 16 wt% N12. Отличната му устойчивост на корозия се основава на балансиран състав, съдържащ приблизително 50% феритни (α) и 50% аустенитни (γ) фази, HDSS има по-добри механични свойства и по-висока устойчивост от конвенционалния DSS13.Свойства на хлоридна корозия. Подобрената устойчивост на корозия разширява използването на HDSS в по-корозивни хлоридни среди, като например морска среда.
MIC са основен проблем в много индустрии като нефт, газ и водоснабдяване14. MIC представлява 20% от всички щети от корозия15. MIC е биоелектрохимична корозия, която може да се наблюдава в много среди. Биофилмите, които се образуват върху метални повърхности, променят електрохимичните условия, като по този начин влияят на корозионния процес. Широко разпространено е мнението, че MIC корозията се причинява от биофилми. Електрогенните микроорганизми разяждат метала s за получаване на поддържаща енергия за оцеляване17. Скорошни проучвания на MIC показват, че EET (извънклетъчен електронен трансфер) е факторът, ограничаващ скоростта при MIC, индуциран от електрогенни микроорганизми. Zhang et al.18 показаха, че електронните медиатори ускоряват трансфера на електрони между клетките на Desulfovibrio sessificans и 304 неръждаема стомана, което води до по-тежка MIC атака. Enning et al.19 и Venzlaff et al.20 показа, че корозивните биофилми на сулфат-редуциращи бактерии (SRB) могат директно да абсорбират електрони от метални субстрати, което води до тежка питингова корозия.
Известно е, че DSS е податлив на MIC в среди, съдържащи SRB, желязо-редуциращи бактерии (IRB) и т.н. 21. Тези бактерии причиняват локализирано образуване на дупки върху DSS повърхности под биофилми 22, 23. За разлика от DSS, MIC на HDSS 24 е слабо познат.
Pseudomonas aeruginosa е грам-отрицателна подвижна пръчковидна бактерия, която е широко разпространена в природата25. Pseudomonas aeruginosa също е основна микробна група в морската среда, причиняваща MIC на стоманата. Pseudomonas е тясно включен в процесите на корозия и е признат за пионер колонизатор по време на образуването на биофилм. Mahat et al.28 и Yuan et al.29 демонстрира, че Pseudomonas aeruginosa има тенденция да повишава скоростта на корозия на мека стомана и сплави във водна среда.
Основната цел на тази работа беше да се изследват MIC свойствата на 2707 HDSS, причинени от морската аеробна бактерия Pseudomonas aeruginosa, като се използват електрохимични методи, повърхностни аналитични техники и анализ на корозионни продукти. Електрохимични изследвания, включително потенциал на отворена верига (OCP), линейно поляризационно съпротивление (LPR), електрохимична импедансна спектроскопия (EIS) и потенциална динамична поляризация бяха извършени за изследване поведението на MIC на 2707 HDSS. Беше извършен анализ на енергийно дисперсионния спектрометър (EDS), за да се намерят химични елементи върху корозиралата повърхност. В допълнение, анализът с рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS) беше използван за определяне на стабилността на пасивацията на оксиден филм под въздействието на морска среда, съдържаща Pseudomonas aeruginosa. Дълбочината на ямата беше измерена под конфокален лазерен сканиращ микроскоп (CLSM).
Таблица 1 показва химичния състав на 2707 HDSS. Таблица 2 показва, че 2707 HDSS има отлични механични свойства с граница на провлачване от 650 MPa. Фигура 1 показва оптичната микроструктура на термично обработен разтвор 2707 HDSS. Удължени ивици от аустенитни и феритни фази без вторични фази могат да се видят в микроструктурата, съдържаща около 50% аустенит и 50% феритни фази.
Фигура 2а показва потенциала на отворена верига (Eocp) спрямо данните за времето на експозиция за 2707 HDSS в абиотична среда 2216E и бульон от P. aeruginosa за 14 дни при 37 °C. Тя показва, че най-голямата и значителна промяна в Eocp настъпва в рамките на първите 24 часа. Стойностите на Eocp и в двата случая достигнаха пик при -145 mV (срещу SCE) около 16 часа и след това рязко спаднаха , достигайки -477 mV (срещу SCE) и -236 mV (срещу SCE) за абиотичната проба и P, съответно).Купони на Pseudomonas aeruginosa, съответно. След 24 часа стойността на Eocp от 2707 HDSS за P. aeruginosa беше относително стабилна при -228 mV (срещу SCE), докато съответната стойност за небиологични проби беше приблизително -442 mV (срещу SCE). Eocp в присъствието на P. aeruginosa беше доста ниска.
Електрохимично изследване на 2707 HDSS проби в абиотична среда и бульон на Pseudomonas aeruginosa при 37 °C:
( a ) Eocp като функция от времето на експозиция, ( b ) поляризационни криви на ден 14, ( c ) Rp като функция от времето на експозиция и ( d ) icorr като функция от времето на експозиция.
Таблица 3 изброява стойностите на параметъра на електрохимичната корозия на 2707 HDSS проби, изложени на абиотична среда и среда, инокулирана с Pseudomonas aeruginosa, в продължение на 14 дни. Тангенсите на анодната и катодната криви бяха екстраполирани, за да се достигне до пресечните точки, даващи плътност на тока на корозия (icorr), потенциал на корозия (Ecorr) и наклони на Tafel (βα и βc) съгласно стандартните методи30,31.
Както е показано на фигура 2b, изместването нагоре на кривата на P. aeruginosa доведе до увеличаване на Ecorr в сравнение с абиотичната крива. Стойността на icorr, която е пропорционална на скоростта на корозия, се увеличи до 0,328 μA cm-2 в пробата на Pseudomonas aeruginosa, четири пъти по-голяма от тази на небиологичната проба (0,087 μA cm-2).
LPR е класически неразрушителен електрохимичен метод за бърз анализ на корозия. Използван е и за изследване на MIC32. Фигура 2c показва поляризационното съпротивление (Rp) като функция от времето на експозиция. По-висока стойност на Rp означава по-малко корозия. В рамките на първите 24 часа Rp на 2707 HDSS достигна максимална стойност от 1955 kΩ cm2 за абиотични проби и 1429 kΩ cm2 за Pseu проби от domonas aeruginosa. Фигура 2c също показва, че стойността на Rp намалява бързо след един ден и след това остава относително непроменена през следващите 13 дни. Стойността на Rp на пробата от Pseudomonas aeruginosa е около 40 kΩ cm2, което е много по-ниско от стойността от 450 kΩ cm2 на небиологичната проба.
Стойността на icorr е пропорционална на равномерната скорост на корозия. Стойността й може да се изчисли от следното уравнение на Stern-Geary,
Следвайки Zou et al.33, типичната стойност на наклона B на Tafel в тази работа се приема за 26 mV/dec. Фигура 2d показва, че icorr на небиологичната проба 2707 остава относително стабилна, докато пробата на P. aeruginosa варира значително след първите 24 часа. Стойностите на icorr на пробите на P. aeruginosa са с порядък по-високи от небиологичните контроли. Тази тенденция е в съответствие с резултатите от поляризационното съпротивление.
EIS е друга неразрушителна техника, използвана за характеризиране на електрохимични реакции при корозирали интерфейси. Импедансни спектри и изчислени стойности на капацитет на образци, изложени на абиотична среда и разтвор на Pseudomonas aeruginosa, Rb устойчивост на пасивен филм/биофилм, образуван върху повърхността на образеца, Rct съпротивление на пренос на заряд, Cdl електрически двуслоен капацитет (EDL) и QCPE елемент с постоянна фаза (CPE) параметри. Тези параметри бяха допълнително анализирани чрез монтиране на данните с помощта на модел на еквивалентна схема (EEC).
Фигура 3 показва типични диаграми на Найкуист (a и b) и графики на Боде (а' и b') на 2707 HDSS проби в абиотична среда и бульон от P. aeruginosa за различни времена на инкубация. Диаметърът на пръстена на Найкуист намалява в присъствието на Pseudomonas aeruginosa. Графиката на Боде (фиг. 3b') показва увеличение на големината на общия импеданс Информацията за времевата константа на релаксация може да бъде осигурена от фазовите максимуми. Фигура 4 показва физическите структури, базирани на монослой (a) и двуслой (b), и съответните им EECs. CPE се въвежда в модела EEC. Неговият пропуск и импеданс се изразяват, както следва:
Два физически модела и съответни еквивалентни схеми за монтиране на импедансния спектър на образеца 2707 HDSS:
където Y0 е величината на CPE, j е въображаемото число или (-1)1/2, ω е ъгловата честота и n е индексът на мощност на CPE, по-малък от единица35. Обратната стойност на съпротивлението на пренос на заряд (т.е. 1/Rct) съответства на скоростта на корозия. По-малката Rct означава по-бърза скорост на корозия27. След 14 дни инкубация, Rct на Pseudomonas пробите от aeruginosa достигнаха 32 kΩ cm2, много по-малко от 489 kΩ cm2 на небиологичните проби (Таблица 4).
CLSM изображенията и SEM изображенията на Фигура 5 ясно показват, че покритието на биофилма върху повърхността на 2707 HDSS образеца след 7 дни е плътно. След 14 дни обаче покритието на биофилма беше оскъдно и се появиха някои мъртви клетки. Таблица 5 показва дебелината на биофилма на 2707 HDSS проби след излагане на P. aeruginosa за 7 и 14 дни. Максималната дебелина на биофилма се промени от 23,4 μm след 7 дни до 18,9 μm след 14 дни. Средната дебелина на биофилма също потвърждава тази тенденция. Тя намалява от 22,2 ± 0,7 μm след 7 дни до 17,8 ± 1,0 μm след 14 дни.
(a) 3-D CLSM изображение след 7 дни, (b) 3-D CLSM изображение след 14 дни, (c) SEM изображение след 7 дни и (d) SEM изображение след 14 дни.
EDS разкрива химически елементи в биофилми и корозионни продукти върху проби, изложени на P. aeruginosa в продължение на 14 дни. Фигура 6 показва, че съдържанието на C, N, O и P в биофилмите и корозионните продукти е много по-високо от това в голите метали, тъй като тези елементи са свързани с биофилми и техните метаболити. Микробите се нуждаят само от следи от хром и желязо. Високи нива на Cr и Fe в биофилма и корозионните продукти на повърхността на образците показват, че металната матрица е загубила елементи поради корозия.
След 14 дни се наблюдават вдлъбнатини с и без P. aeruginosa в среда 2216E. Преди инкубацията повърхността на образеца беше гладка и без дефекти (фиг. 7а). След инкубиране и отстраняване на биофилма и корозионните продукти, най-дълбоките вдлъбнатини на повърхността на пробите бяха изследвани под CLSM, както е показано на фигури 7b и c. Не бяха открити очевидни вдлъбнатини на повърхността на не-би логични контролни проби (максимална дълбочина на ямка 0,02 μm). Максималната дълбочина на ямка, причинена от Pseudomonas aeruginosa, беше 0,52 μm след 7 дни и 0,69 μm след 14 дни, въз основа на средната максимална дълбочина на ямка от 3 проби (10 стойности на максимална дълбочина на ямка бяха избрани за всяка проба) достигна 0,42 ± 0,12 μm и 0,52 ± 0 .15 μm, съответно (Таблица 5). Тези стойности на дълбочината на ямата са малки, но важни.
(a) Преди излагане, (b) 14 дни в абиотична среда и (c) 14 дни в бульон на Pseudomonas aeruginosa.
Фигура 8 показва XPS спектрите на различни повърхности на пробите и химичните състави, анализирани за всяка повърхност, са обобщени в таблица 6. В таблица 6 атомните проценти на Fe и Cr в присъствието на P. aeruginosa (проби A и B) са много по-ниски от тези на небиологичните контролни проби (проби C и D). За пробата на P. aeruginosa спектралната крива на ниво на ядро ​​Cr 2p е подходяща ted до четири пикови компонента със стойности на енергия на свързване (BE) от 574.4, 576.6, 578.3 и 586.8 eV, които могат да бъдат приписани съответно на Cr, Cr2O3, CrO3 и Cr(OH)3 (фиг. 9a и b). За небиологични образци спектърът на основно ниво на Cr 2p съдържа два основни пика за Cr (573.80 eV за BE) и Cr2O3 (575.90 eV за BE) на фиг. 9c и d, съответно. Най-забележителната разлика между абиотичните проби и P. aeruginosa пробите е наличието на Cr6+ и по-висока относителна фракция на Cr(OH)3 (BE от 586.8 eV) под биофилма.
Широките XPS спектри на повърхността на образеца 2707 HDSS в двете среди са съответно 7 дни и 14 дни.
(a) 7 дни излагане на P. aeruginosa, (b) 14 дни излагане на P. aeruginosa, (c) 7 дни в абиотична среда и (d) 14 дни в абиотична среда.
HDSS показва високи нива на устойчивост на корозия в повечето среди. Kim et al.2 съобщава, че UNS S32707 HDSS е дефиниран като силно легиран DSS с PREN повече от 45. Стойността на PREN на образеца 2707 HDSS в тази работа е 49. Това се дължи на високото съдържание на хром и високите нива на молибден и Ni, които са полезни в киселинни и високохлоридни среди. В допълнение, добре балансираният състав и микроструктурата без дефекти са полезни за структурата урална стабилност и устойчивост на корозия. Въпреки това, въпреки отличната си химическа устойчивост, експерименталните данни в тази работа предполагат, че 2707 HDSS не е напълно имунизиран срещу MIC на биофилмите на P. aeruginosa.
Електрохимичните резултати показват, че скоростта на корозия на 2707 HDSS в P. aeruginosa бульон е значително повишена след 14 дни в сравнение с небиологична среда. На Фигура 2а се наблюдава намаляване на Eocp както в абиотичната среда, така и в P. aeruginosa бульон през първите 24 часа. След това биофилмът е завършил покриването на повърхността на образеца и Eocp става относително стабилен36 Въпреки това, нивото на биологичния Eocp е много по-високо от това на небиологичния Eocp. Има причина да се смята, че тази разлика се дължи на образуването на биофилм от P. aeruginosa. На фиг. 2d, в присъствието на P. aeruginosa, стойността на icorr на 2707 HDSS достига 0,627 μA cm-2, което е с порядък по-висок от този на абиотичния контрол (0,063 μA cm-2), което съответства на стойността на Rct, измерена от EIS. През първите няколко дни стойностите на импеданса в бульона на P. aeruginosa се повишават поради прикрепването на клетките на P. aeruginosa и образуването на биофилми. Въпреки това, когато биофилмът напълно покрие повърхността на образеца, импедансът намалява. Защитният слой се атакува първо поради образуването на биофилми и метаболити на биофилма. руда, устойчивостта на корозия намалява с времето и прикрепването на P. aeruginosa причинява локализирана корозия. Тенденциите в абиотичните среди са различни. Устойчивостта на корозия на небиологичната контрола е много по-висока от съответната стойност на пробите, изложени на бульон от P. aeruginosa. Освен това, за абиотичните проби стойността на Rct от 2707 HDSS достига 489 kΩ cm2 на 14-ия ден, което е 15 пъти стойността на Rct (32 kΩ cm2) в присъствието на P. aeruginosa. Следователно, 2707 HDSS има отлична устойчивост на корозия в стерилна среда, но не е устойчив на атака на MIC от биофилми на P. aeruginosa.
Тези резултати могат да се наблюдават и от поляризационните криви на Фиг. 2b. Анодното разклоняване се дължи на образуването на биофилм от Pseudomonas aeruginosa и реакциите на окисление на метала. В същото време катодната реакция е редукция на кислорода. Наличието на P. aeruginosa значително повишава плътността на корозионния ток, приблизително с порядък по-висок от абиотичния контрол. Това показва, че P. aeruginos биофилмът увеличава локализираната корозия на 2707 HDSS. Yuan et al29 откриха, че плътността на корозионния ток на 70/30 Cu-Ni сплав се увеличава при предизвикване на биофилм от P. aeruginosa. Това може да се дължи на биокатализата на намаляване на кислорода от биофилми от Pseudomonas aeruginosa. Това наблюдение може също да обясни MIC на 2707 HDSS в тази работа. Aero bic биофилмите също могат да имат по-малко кислород под тях. Следователно неуспехът да се пасивира повторно металната повърхност от кислород може да бъде фактор, допринасящ за MIC в тази работа.
Дикинсън и др.38 предполагат, че скоростите на химичните и електрохимичните реакции могат да бъдат пряко повлияни от метаболитната активност на сесилните бактерии на повърхността на образеца и естеството на корозионните продукти. Както е показано на Фигура 5 и Таблица 5, както броят на клетките, така и дебелината на биофилма намаляват след 14 дни. Това може разумно да се обясни, че след 14 дни повечето от сесилните клетки на повърхността на 2707 HDSS умират поради хранителни вещества de попълване в среда 2216E или освобождаване на токсични метални йони от 2707 HDSS матрица. Това е ограничение на партидните експерименти.
В тази работа биофилмът на P. aeruginosa насърчава локалното изчерпване на Cr и Fe под биофилма на повърхността на 2707 HDSS (фиг. 6). В таблица 6, намаляването на Fe и Cr в проба D в сравнение с проба C, което показва, че разтворените Fe и Cr, причинени от биофилма на P. aeruginosa, продължават след първите 7 дни. Средата 2216E се използва за симулиране на морска среда. Съдържа 17700 ppm Cl-, което е сравнимо с това, открито в естествената морска вода. Наличието на 17700 ppm Cl- е основната причина за намаляването на Cr в 7- и 14-дневните абиотични проби, анализирани от XPS. В сравнение с пробите от P. aeruginosa, разтварянето на Cr в абиотичните проби е много по-малко поради силната устойчивост на Cl− на 2707 HDSS в a биотични среди. Фигура 9 показва наличието на Cr6+ в пасивиращия филм. Той може да участва в отстраняването на Cr от стоманени повърхности чрез биофилми на P. aeruginosa, както е предложено от Chen и Clayton.
Поради бактериалния растеж стойностите на рН на средата преди и след култивирането бяха съответно 7,4 и 8,2. Следователно, под биофилма на P. aeruginosa, корозията от органична киселина е малко вероятно да бъде фактор, допринасящ за тази работа поради относително високото рН в насипната среда. РН на небиологичната контролна среда не се промени значително (от първоначално 7,4 до крайно 7,5) по време на 14-те дневен тестов период. Повишаването на рН в инокулационната среда след инкубиране се дължи на метаболитната активност на P. aeruginosa и беше установено, че има същия ефект върху рН в отсъствието на тест ленти.
Както е показано на Фигура 7, максималната дълбочина на вдлъбнатината, причинена от биофилма на P. aeruginosa, е 0,69 μm, което е много по-голямо от това на абиотичната среда (0,02 μm). Това е в съответствие с електрохимичните данни, описани по-горе. Дълбочината на вдлъбнатината от 0,69 μm е повече от десет пъти по-малка от стойността от 9,5 μm, отчетена за 2205 DSS при същите условия. Тези данни показват, че 27 07 HDSS проявява по-добра устойчивост на MIC в сравнение с 2205 DSS. Това не трябва да е изненада, тъй като 2707 HDSS има по-високо съдържание на хром, осигуряващо по-дълготрайна пасивация, поради балансираната фазова структура без вредни вторични утайки, което затруднява P. aeruginosa да депасивира и да започне затъмнение на точките.
В заключение, на повърхността на 2707 HDSS в бульон от P. aeruginosa беше открита MIC питинг в сравнение с незначителна питинг в абиотична среда. Тази работа показва, че 2707 HDSS има по-добра устойчивост на MIC от 2205 DSS, но не е напълно имунизиран срещу MIC поради биофилма на P. aeruginosa. Тези констатации помагат при избора на подходящи неръждаеми стомани и очаквания експлоатационен живот за морската среда .
Купонът за 2707 HDSS се предоставя от Факултета по металургия на Североизточния университет (NEU) в Шенянг, Китай. Елементният състав на 2707 HDSS е показан в таблица 1, която е анализирана от отдела за анализ и тестване на материали на NEU. Всички проби бяха третирани с разтвор при 1180 °C в продължение на 1 час. поставената повърхностна площ от 1 cm2 се полира до 2000 песъчинки със силициев карбид и допълнително се полира с прахова суспензия от 0,05 μm Al2O3. Страните и дъното са защитени с инертна боя. След изсушаване, образците се изплакват със стерилна дейонизирана вода и се стерилизират със 75% (v/v) етанол за 0,5 h. След това се изсушават на въздух под ултравиолетови лъчи оставете (UV) светлина за 0,5 часа преди употреба.
Морски щам Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 е закупен от Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Китай. Pseudomonas aeruginosa се отглежда аеробно при 37°C в колби от 250 ml и 500 ml електрохимични стъклени клетки, като се използва течна среда Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao , Китай). Среда (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 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4, 5,0 пептон, 1,0 дрожден екстракт и 0,1 железен цитрат. Автоклавирайте при 121°C за 20 минути преди инокулация. Пребройте сесилните и планктонните клетки с помощта на хемоцитометър под светлинен микроскоп при 400-кратно увеличение. Първоначалната клетъчна концентрация на планктон Pseudomonas aer uginosa веднага след инокулацията е приблизително 106 клетки/ml.
Електрохимичните тестове бяха извършени в класическа триелектродна стъклена клетка със среден обем от 500 ml. Платинен лист и наситен каломелов електрод (SCE) бяха свързани към реактора чрез капиляри на Luggin, пълни със солни мостове, служещи съответно като противоположни и референтни електроди. За да се направят работните електроди, медна жица с гумено покритие беше прикрепена към всеки образец и покрита с епоксидна смола, оставяйки около 1 cm2 открита едностранна повърхностна площ за работния електрод. По време на електрохимичните измервания пробите бяха поставени в среда 2216E и поддържани при постоянна температура на инкубация (37 °C) във водна баня. OCP, LPR, EIS и данните за потенциална динамична поляризация бяха измерени с помощта на Autolab потенциостат (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). LPR тестовете бяха записани при скорост на сканиране 0 .125 mV s-1 в диапазона от -5 и 5 mV с Eocp и честота на вземане на проби от 1 Hz. EIS беше извършен със синусоида в честотния диапазон от 0,01 до 10 000 Hz, използвайки 5 mV приложено напрежение в стабилно състояние Eocp. Преди измерването на потенциала електродите бяха в режим на отворена верига, докато се достигна стабилна стойност на потенциала на свободна корозия. Поляризационни криви след това се провеждат от -0,2 до 1,5 V спрямо Eocp при скорост на сканиране от 0,166 mV/s. Всеки тест се повтаря 3 пъти със и без P. aeruginosa.
Образците за металографски анализ бяха механично полирани с 2000 грит мокра SiC хартия и след това допълнително полирани с 0,05 μm Al2O3 суспензия на прах за оптично наблюдение. Металографският анализ беше извършен с помощта на оптичен микроскоп. Пробите бяха гравирани с 10 тегл.% разтвор на калиев хидроксид 43.
След инкубиране, пробите се промиват 3 пъти с фосфатно буфериран физиологичен разтвор (PBS) (рН 7,4 ± 0,2) и след това се фиксират с 2,5% (v/v) глутаралдехид в продължение на 10 часа, за да се фиксират биофилми. Впоследствие се дехидратира с градуирана серия (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% и 100% v/ v) етанол преди изсушаване на въздух. Накрая повърхността на пробата се напръсква със златен филм, за да се осигури проводимост за SEM наблюдение. SEM изображенията бяха фокусирани върху петната с най-заседналите клетки на P. aeruginosa на повърхността на всеки образец. Извършете EDS анализ, за ​​да намерите химични елементи. За измерване беше използван конфокален лазерен сканиращ микроскоп (CLSM) на Zeiss (LSM 710, Zeiss, Германия). дълбочината на вдлъбнатината. За да се наблюдават корозионните вдлъбнатини под биофилма, тестовото парче първо беше почистено в съответствие с китайския национален стандарт (CNS) GB/T4334.4-2000, за да се отстранят корозионните продукти и биофилмът върху повърхността на тестовото парче.
Анализът с рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS, ESCALAB250 система за повърхностен анализ, Thermo VG, САЩ) беше извършен с помощта на монохроматичен рентгенов източник (алуминиева Kα линия при 1500 eV енергия и 150 W мощност) в широк диапазон на енергия на свързване 0 при стандартни условия –1350 eV. Спектрите с висока разделителна способност бяха записани с помощта на 50 eV енергия на пропускане и 0,2 eV размер на стъпката.
Инкубираните проби бяха отстранени и внимателно изплакнати с PBS (pH 7,4 ± 0,2) за 15 s45. За да се наблюдава бактериалната жизнеспособност на биофилмите върху пробите, биофилмите бяха оцветени с помощта на LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Комплектът има две флуоресцентни багрила, зелена флуоресцентна SY TO-9 багрило и червен флуоресцентен пропидиев йодид (PI) багрило. При CLSM точки с флуоресцентно зелено и червено представляват съответно живи и мъртви клетки. За оцветяване смес от 1 ml, съдържаща 3 μl SYTO-9 и 3 μl разтвор на PI, се инкубира за 20 минути при стайна температура (23 oC) на тъмно. След това оцветените проби се наблюдават при две дължини на вълната ths (488 nm за живи клетки и 559 nm за мъртви клетки) с помощта на машина Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Япония). Дебелината на биофилма беше измерена в 3-D режим на сканиране.
Как да цитирам тази статия: Li, H. et al. Микробна корозия на 2707 супердуплексна неръждаема стомана от морски биофилм на Pseudomonas aeruginosa.science.Rep.6, 20190;doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозионно напукване на LDX 2101 дуплексна неръждаема стомана в хлориден разтвор в присъствието на тиосулфат.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Ефект от топлинната обработка на разтвора и азота в защитния газ върху устойчивостта на точкова корозия на супердуплексни заварки от неръждаема стомана.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Сравнително химическо изследване на микробна и електрохимично индуцирана питинг корозия в 316L неръждаема стомана.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Електрохимично поведение на дуплексна неръждаема стомана 2205 в алкални разтвори с различно pH в присъствието на хлорид.Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Ефектът на морските биофилми върху корозията: кратък преглед. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).