Tak for dit besøg på Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset understøttelse af CSS. For at få den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller slår kompatibilitetstilstand fra i Internet Explorer). I mellemtiden vil vi for at sikre fortsat understøttelse vise webstedet uden stilarter og JavaScript.
Mikrobiel korrosion (MIC) er et alvorligt problem i mange industrier, da det kan forårsage enorme økonomiske tab. 2707 super duplex rustfrit stål (2707 HDSS) er blevet brugt i marine miljøer på grund af dets fremragende kemiske resistens. Dets resistens over for MIC er dog ikke blevet eksperimentelt demonstreret. I denne undersøgelse blev MIC-adfærden af ​​2707 HDSS forårsaget af den marine aerobe bakterie Pseudomonas aeruginosa undersøgt. Elektrokemisk analyse viste, at der i nærvær af Pseudomonas aeruginosa biofilm i 2216E medium var en positiv ændring i korrosionspotentialet og en stigning i korrosionsstrømtætheden. Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) analyse viste et fald i Cr-indholdet på overfladen af ​​prøven under biofilmen. Billedanalyse af gruberne viste, at P. aeruginosa biofilmen producerede en maksimal grubedybde på 0,69 μm i løbet af 14 dages inkubation. Selvom dette er lille, indikerer det, at 2707 HDSS ikke er fuldt immun over for MIC'en af P. aeruginosa biofilm.
Duplex rustfrit stål (DSS) anvendes i vid udstrækning i forskellige industrier på grund af deres ideelle kombination af fremragende mekaniske egenskaber og korrosionsbestandighed1,2. Lokaliseret grubetæring forekommer dog stadig, og det påvirker stålets integritet3,4. DSS er ikke modstandsdygtigt over for mikrobiel korrosion (MIC)5,6. Trods DSS' brede anvendelsesområde er der stadig miljøer, hvor DSS' korrosionsbestandighed ikke er tilstrækkelig til langvarig brug. Dette betyder, at dyrere materialer med højere korrosionsbestandighed er nødvendige. Jeon et al.7 fandt, at selv superduplex rustfrit stål (SDSS) har nogle begrænsninger med hensyn til korrosionsbestandighed. Derfor kræves superduplex rustfrit stål (HDSS) med højere korrosionsbestandighed i nogle anvendelser. Dette førte til udviklingen af ​​højtlegeret HDSS.
DSS' korrosionsbestandighed afhænger af forholdet mellem alfa- og gammafaser og de Cr-, Mo- og W-udarmede områder 8, 9, 10, der støder op til den anden fase. HDSS indeholder et højt indhold af Cr, Mo og N11, så det har en fremragende korrosionsbestandighed og et højt Pitting Resistance Equivalent Number (PREN)-tal (45-50), bestemt af vægt% Cr + 3,3 (vægt% Mo + 0,5 vægt% W) + 16 vægt% N12. Dets fremragende korrosionsbestandighed er afhængig af en afbalanceret sammensætning, der indeholder ca. 50% ferrit (α) og 50% austenit (γ) faser. HDSS har bedre mekaniske egenskaber og højere modstand end konventionelt DSS13. Kloridkorrosionsegenskaber. Den forbedrede korrosionsbestandighed udvider brugen af ​​HDSS i mere korrosive kloridmiljøer, såsom marine miljøer.
MIC'er er et stort problem i mange industrier såsom olie- og gasindustrien samt vandforsyningsvirksomheder14. MIC tegner sig for 20 % af al korrosionsskade15. MIC er bioelektrokemisk korrosion, der kan observeres i mange miljøer. Biofilm, der dannes på metaloverflader, ændrer de elektrokemiske forhold og påvirker derved korrosionsprocessen. Det er en udbredt opfattelse, at MIC-korrosion er forårsaget af biofilm. Elektrogene mikroorganismer korroderer metaller for at opnå vedvarende energi for at overleve17. Nylige MIC-undersøgelser har vist, at EET (ekstracellulær elektronoverførsel) er den hastighedsbegrænsende faktor i MIC induceret af elektrogene mikroorganismer. Zhang et al.18 demonstrerede, at elektronmediatorer accelererer elektronoverførsel mellem Desulfovibrio sessificans-celler og 304 rustfrit stål, hvilket fører til et mere alvorligt MIC-angreb. Enning et al.19 og Venzlaff et al.20 viste, at korrosive sulfatreducerende bakterie (SRB) biofilm direkte kan absorbere elektroner fra metalsubstrater, hvilket resulterer i alvorlig grubetæring.
DSS er kendt for at være modtagelig for MIC i miljøer, der indeholder SRB, jernreducerende bakterier (IRB) osv. 21. Disse bakterier forårsager lokaliseret grubedannelse på DSS-overflader under biofilm 22,23. I modsætning til DSS er MIC'en for HDSS 24 dårligt kendt.
Pseudomonas aeruginosa er en gram-negativ, motil, stavformet bakterie, der er vidt udbredt i naturen25. Pseudomonas aeruginosa er også en vigtig mikrobiel gruppe i havmiljøet, der forårsager MIC i stål. Pseudomonas er tæt involveret i korrosionsprocesser og er anerkendt som en pionerkolonisator under biofilmdannelse. Mahat et al.28 og Yuan et al.29 viste, at Pseudomonas aeruginosa har en tendens til at øge korrosionshastigheden af ​​blødt stål og legeringer i vandige miljøer.
Hovedformålet med dette arbejde var at undersøge MIC-egenskaberne af 2707 HDSS forårsaget af den marine aerobe bakterie Pseudomonas aeruginosa ved hjælp af elektrokemiske metoder, overfladeanalytiske teknikker og korrosionsproduktanalyse. Elektrokemiske undersøgelser, herunder åbent kredsløbspotentiale (OCP), lineær polarisationsmodstand (LPR), elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) og potentiel dynamisk polarisering, blev udført for at studere MIC-opførslen af ​​2707 HDSS. Energidispersiv spektrometer (EDS) analyse blev udført for at finde kemiske elementer på den korroderede overflade. Derudover blev røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) analyse brugt til at bestemme stabiliteten af ​​oxidfilmpassivering under påvirkning af et marint miljø, der indeholder Pseudomonas aeruginosa. Grubedybden blev målt under et konfokalt laserscanningsmikroskop (CLSM).
Tabel 1 viser den kemiske sammensætning af 2707 HDSS. Tabel 2 viser, at 2707 HDSS har fremragende mekaniske egenskaber med en flydespænding på 650 MPa. Figur 1 viser den optiske mikrostruktur af opløsningsvarmebehandlet 2707 HDSS. Aflange bånd af austenit- og ferritfaser uden sekundære faser kan ses i mikrostrukturen, der indeholder ca. 50% austenit- og 50% ferritfaser.
Figur 2a viser data for åbent kredsløbspotentiale (Eocp) versus eksponeringstid for 2707 HDSS i abiotisk 2216E-medium og P. aeruginosa-bouillon i 14 dage ved 37 °C. Det viser, at den største og mest signifikante ændring i Eocp forekommer inden for de første 24 timer. Eocp-værdierne toppede i begge tilfælde ved -145 mV (vs. SCE) omkring 16 timer og faldt derefter kraftigt og nåede henholdsvis -477 mV (vs. SCE) og -236 mV (vs. SCE) for den abiotiske prøve og P. aeruginosa. Pseudomonas aeruginosa-kuponer. Efter 24 timer var Eocp-værdien af ​​2707 HDSS for P. aeruginosa relativt stabil ved -228 mV (vs. SCE), mens den tilsvarende værdi for ikke-biologiske prøver var cirka -442 mV (vs. SCE). Eocp i nærvær af P. aeruginosa var ret lav.
Elektrokemisk testning af 2707 HDSS-prøver i abiotisk medium og Pseudomonas aeruginosa-bouillon ved 37 °C:
(a) Eocp som funktion af eksponeringstid, (b) polarisationskurver på dag 14, (c) Rp som funktion af eksponeringstid og (d) icorr som funktion af eksponeringstid.
Tabel 3 viser de elektrokemiske korrosionsparameterværdier for 2707 HDSS-prøver eksponeret for abiotisk medium og Pseudomonas aeruginosa-inokuleret medium i 14 dage. Tangenterne til de anodiske og katodiske kurver blev ekstrapoleret for at nå frem til skæringspunkterne, hvilket gav korrosionsstrømtæthed (icorr), korrosionspotentiale (Ecorr) og Tafel-hældninger (βα og βc) i henhold til standardmetoder30,31.
Som vist i figur 2b resulterede den opadgående forskydning af P. aeruginosa-kurven i en stigning i Ecorr sammenlignet med den abiotiske kurve. Icorr-værdien, som er proportional med korrosionshastigheden, steg til 0,328 μA cm-2 i Pseudomonas aeruginosa-prøven, fire gange så høj som i den ikke-biologiske prøve (0,087 μA cm-2).
LPR er en klassisk ikke-destruktiv elektrokemisk metode til hurtig korrosionsanalyse. Den blev også brugt til at studere MIC32. Figur 2c viser polarisationsmodstanden (Rp) som funktion af eksponeringstid. En højere Rp-værdi betyder mindre korrosion. Inden for de første 24 timer nåede Rp for 2707 HDSS en maksimal værdi på 1955 kΩ cm2 for abiotiske prøver og 1429 kΩ cm2 for Pseudomonas aeruginosa-prøver. Figur 2c viser også, at Rp-værdien faldt hurtigt efter en dag og derefter forblev relativt uændret i de næste 13 dage. Rp-værdien for Pseudomonas aeruginosa-prøven er omkring 40 kΩ cm2, hvilket er meget lavere end 450 kΩ cm2-værdien for den ikke-biologiske prøve.
Icorr-værdien er proportional med den ensartede korrosionshastighed. Dens værdi kan beregnes ud fra følgende Stern-Geary-ligning,
I overensstemmelse med Zou et al. 33 blev en typisk værdi for Tafel-hældningen B i dette arbejde antaget at være 26 mV/dec. Figur 2d viser, at icorr-værdierne for den ikke-biologiske 2707-prøve forblev relativt stabile, mens P. aeruginosa-prøven fluktuerede meget efter de første 24 timer. Icorr-værdierne for P. aeruginosa-prøverne var en størrelsesorden højere end for de ikke-biologiske kontroller. Denne tendens er i overensstemmelse med resultaterne for polarisationsmodstanden.
EIS er en anden ikke-destruktiv teknik, der anvendes til at karakterisere elektrokemiske reaktioner ved korroderede grænseflader. Impedansspektre og beregnede kapacitansværdier for prøver udsat for abiotiske medier og Pseudomonas aeruginosa-opløsning, Rb-modstand af passiv film/biofilm dannet på overfladen af ​​prøven, Rct-ladningsoverførselsmodstand, Cdl elektrisk dobbeltlagskapacitans (EDL) og QCPE konstant faseelement (CPE) parametre. Disse parametre blev yderligere analyseret ved at tilpasse dataene ved hjælp af en ækvivalent kredsløbsmodel (EEC).
Figur 3 viser typiske Nyquist-plot (a og b) og Bode-plot (a' og b') af 2707 HDSS-prøver i abiotisk medium og P. aeruginosa-bouillon for forskellige inkubationstider. Nyquist-ringens diameter falder i nærvær af Pseudomonas aeruginosa. Bode-plottet (fig. 3b') viser en stigning i størrelsen af ​​den samlede impedans. Information om relaksationstidskonstanten kan gives ved hjælp af fasemaksima. Figur 4 viser de fysiske strukturer baseret på monolag (a) og dobbeltlag (b) og deres tilsvarende EEC'er. CPE introduceres i EEC-modellen. Dens admittans og impedans udtrykkes som følger:
To fysiske modeller og tilsvarende ækvivalente kredsløb til tilpasning af impedansspektret for 2707 HDSS-prøven:
hvor Y0 er størrelsen af ​​CPE, j er det imaginære tal eller (-1)1/2, ω er vinkelfrekvensen, og n er CPE-effektindekset mindre end én35. Den inverse værdi af ladningsoverførselsmodstanden (dvs. 1/Rct) svarer til korrosionshastigheden. Mindre Rct betyder hurtigere korrosionshastighed27. Efter 14 dages inkubation nåede Rct for Pseudomonas aeruginosa-prøverne 32 kΩ cm2, hvilket er meget mindre end de 489 kΩ cm2 for de ikke-biologiske prøver (Tabel 4).
CLSM-billederne og SEM-billederne i figur 5 viser tydeligt, at biofilmdækningen på overfladen af ​​2707 HDSS-prøven er tæt efter 7 dage. Efter 14 dage var biofilmdækningen dog sparsom, og der opstod nogle døde celler. Tabel 5 viser biofilmtykkelsen på 2707 HDSS-prøver efter eksponering for P. aeruginosa i 7 og 14 dage. Den maksimale biofilmtykkelse ændrede sig fra 23,4 μm efter 7 dage til 18,9 μm efter 14 dage. Den gennemsnitlige biofilmtykkelse bekræftede også denne tendens. Den faldt fra 22,2 ± 0,7 μm efter 7 dage til 17,8 ± 1,0 μm efter 14 dage.
(a) 3D CLSM-billede efter 7 dage, (b) 3D CLSM-billede efter 14 dage, (c) SEM-billede efter 7 dage og (d) SEM-billede efter 14 dage.
EDS afslørede kemiske elementer i biofilm og korrosionsprodukter på prøver udsat for P. aeruginosa i 14 dage. Figur 6 viser, at indholdet af C, N, O og P i biofilm og korrosionsprodukter er meget højere end i rene metaller, fordi disse elementer er forbundet med biofilm og deres metabolitter. Mikrober behøver kun spor af krom og jern. Høje niveauer af Cr og Fe i biofilmen og korrosionsprodukterne på overfladen af ​​prøverne indikerer, at metalmatrixen har mistet elementer på grund af korrosion.
Efter 14 dage blev der observeret grubedannelse med og uden P. aeruginosa i 2216E-medium. Før inkubation var prøveoverfladen glat og defektfri (fig. 7a). Efter inkubation og fjernelse af biofilm og korrosionsprodukter blev de dybeste gruber på prøvernes overflade undersøgt under CLSM, som vist i figur 7b og c. Der blev ikke fundet nogen tydelige gruber på overfladen af ​​de ikke-biologiske kontrolprøver (maksimal grubedybde 0,02 μm). Den maksimale grubedybde forårsaget af Pseudomonas aeruginosa var 0,52 μm efter 7 dage og 0,69 μm efter 14 dage, baseret på den gennemsnitlige maksimale grubedybde for 3 prøver (10 maksimale grubedybdeværdier blev valgt for hver prøve) som nåede henholdsvis 0,42 ± 0,12 μm og 0,52 ± 0,15 μm (tabel 5). Disse grubedybdeværdier er små, men vigtige.
(a) Før eksponering, (b) 14 dage i abiotisk medium og (c) 14 dage i Pseudomonas aeruginosa-bouillon.
Figur 8 viser XPS-spektrene for forskellige prøveoverflader, og de kemiske sammensætninger, der blev analyseret for hver overflade, er opsummeret i tabel 6. I tabel 6 var atomprocenterne af Fe og Cr i nærvær af P. aeruginosa (prøverne A og B) meget lavere end for de ikke-biologiske kontrolprøver (prøverne C og D). For P. aeruginosa-prøven blev Cr2p-kerneniveauspektralkurven tilpasset fire topkomponenter med bindingsenergi (BE)-værdier på henholdsvis 574,4, 576,6, 578,3 og 586,8 eV, som kan tilskrives henholdsvis Cr, Cr2O3, CrO3 og Cr(OH)3 (fig. 9a og b). For ikke-biologiske prøver indeholder Cr2p-kerneniveauspektret to hovedtoppe for Cr (573,80 eV for BE) og Cr2O3 (575,90 eV for BE) i fig. 9c og d. Den mest slående forskel mellem de abiotiske og P. aeruginosa-prøverne var tilstedeværelsen af ​​Cr6+ og en højere relativ andel af Cr(OH)3 (BE på 586,8 eV) under biofilmen.
De brede XPS-spektre af overfladen af ​​2707 HDSS-prøven i de to medier er henholdsvis 7 dage og 14 dage.
(a) 7 dages eksponering for P. aeruginosa, (b) 14 dages eksponering for P. aeruginosa, (c) 7 dage i abiotisk medium og (d) 14 dage i abiotisk medium.
HDSS udviser høje niveauer af korrosionsbestandighed i de fleste miljøer. Kim et al. 2 rapporterede, at UNS S32707 HDSS blev defineret som et højtlegeret DSS med en PREN på mere end 45. PREN-værdien for 2707 HDSS-prøven i dette arbejde var 49. Dette skyldes dets høje kromindhold og høje molybdæn- og Ni-niveauer, som er gavnlige i sure og kloridrige miljøer. Derudover er en velafbalanceret sammensætning og en defektfri mikrostruktur nyttige for strukturel stabilitet og korrosionsbestandighed. På trods af dets fremragende kemiske resistens tyder de eksperimentelle data i dette arbejde dog på, at 2707 HDSS ikke er fuldstændig immun over for MIC'en i P. aeruginosa-biofilm.
Elektrokemiske resultater viste, at korrosionshastigheden af ​​2707 HDSS i P. aeruginosa-bouillon var signifikant forøget efter 14 dage sammenlignet med ikke-biologisk medium. I figur 2a blev der observeret en reduktion i Eocp i både abiotisk medium og P. aeruginosa-bouillon i løbet af de første 24 timer. Derefter havde biofilmen dækket prøveoverfladen fuldstændigt, og Eocp blev relativt stabil36. Niveauet af biologisk Eocp var dog meget højere end niveauet af ikke-biologisk Eocp. Der er grund til at tro, at denne forskel skyldes dannelse af P. aeruginosa-biofilm. I figur 2d nåede icorr-værdien af ​​2707 HDSS i nærvær af P. aeruginosa 0,627 μA cm-2, hvilket var en størrelsesorden højere end den abiotiske kontrol (0,063 μA cm-2), hvilket var i overensstemmelse med Rct-værdien målt ved EIS. I løbet af de første par dage blev impedansværdierne i P. aeruginosa-bouillon steg på grund af bindingen af ​​P. aeruginosa-celler og dannelsen af ​​biofilm. Men når biofilmen fuldstændigt dækker prøvens overflade, falder impedansen. Det beskyttende lag angribes først på grund af dannelsen af ​​biofilm og biofilmmetabolitter. Derfor faldt korrosionsbestandigheden over tid, og bindingen af ​​P. aeruginosa forårsagede lokal korrosion. Tendenserne i abiotiske medier var forskellige. Korrosionsbestandigheden for den ikke-biologiske kontrol var meget højere end den tilsvarende værdi for prøverne udsat for P. aeruginosa-bouillon. Desuden nåede Rct-værdien af ​​2707 HDSS for abiotiske prøver 489 kΩ cm2 på dag 14, hvilket var 15 gange Rct-værdien (32 kΩ cm2) i nærvær af P. aeruginosa. Derfor har 2707 HDSS fremragende korrosionsbestandighed i et sterilt miljø, men er ikke resistent over for MIC-angreb fra P. aeruginosa-biofilm.
Disse resultater kan også observeres ud fra polarisationskurverne i figur 2b. Den anodiske forgrening blev tilskrevet dannelse af Pseudomonas aeruginosa-biofilm og metaloxidationsreaktioner. Samtidig er den katodiske reaktion reduktionen af ​​ilt. Tilstedeværelsen af ​​P. aeruginosa øgede korrosionsstrømtætheden betydeligt, omtrent en størrelsesorden højere end den abiotiske kontrol. Dette indikerer, at P. aeruginosa-biofilm øger lokaliseret korrosion af 2707 HDSS. Yuan et al.29 fandt, at korrosionsstrømtætheden af ​​70/30 Cu-Ni-legeringen steg under eksponering for P. aeruginosa-biofilm. Dette kan skyldes biokatalysen af ​​iltreduktion med Pseudomonas aeruginosa-biofilm. Denne observation kan også forklare MIC'en for 2707 HDSS i dette arbejde. Aerobe biofilm kan også have mindre ilt under sig. Derfor kan manglende repassivering af metaloverfladen med ilt være en medvirkende faktor til MIC'en i dette arbejde.
Dickinson et al. 38 foreslog, at hastigheden af ​​kemiske og elektrokemiske reaktioner kan påvirkes direkte af den metaboliske aktivitet af fastsiddende bakterier på overfladen af ​​prøven og arten af ​​korrosionsprodukterne. Som vist i figur 5 og tabel 5 faldt både celleantal og biofilmtykkelse efter 14 dage. Dette kan med rimelighed forklares med, at efter 14 dage døde de fleste af de fastsiddende celler på overfladen af ​​2707 HDSS på grund af næringsstofudtømning i 2216E-mediet eller frigivelse af giftige metalioner fra 2707 HDSS-matrixen. Dette er en begrænsning ved batchforsøg.
I dette arbejde fremmede P. aeruginosa-biofilmen den lokale udtømning af Cr og Fe under biofilmen på 2707 HDSS-overfladen (fig. 6). I tabel 6 vises reduktionen af ​​Fe og Cr i prøve D sammenlignet med prøve C, hvilket indikerer, at opløst Fe og Cr forårsaget af P. aeruginosa-biofilm fortsatte ud over de første 7 dage. 2216E-mediet bruges til at simulere marine miljøer. Det indeholder 17700 ppm Cl-, hvilket er sammenligneligt med det, der findes i naturligt havvand. Tilstedeværelsen af ​​17700 ppm Cl- var hovedårsagen til reduktionen i Cr i de 7- og 14-dages abiotiske prøver analyseret med XPS. Sammenlignet med P. aeruginosa-prøver var opløsningen af ​​Cr i abiotiske prøver meget mindre på grund af den stærke Cl−-resistens af 2707 HDSS i abiotiske miljøer. Figur 9 viser tilstedeværelsen af ​​Cr6+ i passiveringsfilmen. Det kan være involveret i fjernelse af Cr fra ståloverflader af P. aeruginosa biofilm, som foreslået af Chen og Clayton.
På grund af bakterievækst var pH-værdierne for mediet før og efter dyrkning henholdsvis 7,4 og 8,2. Derfor er det usandsynligt, at organisk syrekorrosion under P. aeruginosa-biofilmen er en medvirkende faktor til dette arbejde på grund af den relativt høje pH i bulkmediet. pH-værdien i det ikke-biologiske kontrolmedium ændrede sig ikke signifikant (fra en initial værdi på 7,4 til en endelig værdi på 7,5) i løbet af den 14 dage lange testperiode. Stigningen i pH i inokuleringsmediet efter inkubation skyldtes den metaboliske aktivitet af P. aeruginosa og viste sig at have den samme effekt på pH i fravær af teststrimler.
Som vist i figur 7 var den maksimale grubedybde forårsaget af P. aeruginosa biofilm 0,69 μm, hvilket var meget større end det abiotiske mediums (0,02 μm). Dette stemmer overens med de elektrokemiske data beskrevet ovenfor. Grubedybden på 0,69 μm er mere end ti gange mindre end den 9,5 μm-værdi, der er rapporteret for 2205 DSS under de samme forhold. Disse data viser, at 2707 HDSS udviser bedre MIC-resistens sammenlignet med 2205 DSS. Dette burde ikke komme som nogen overraskelse, da 2707 HDSS har et højere kromindhold, hvilket giver en længerevarende passivering på grund af den afbalancerede fasestruktur uden skadelige sekundære udfældninger, hvilket gør det sværere for P. aeruginosa at depassivere og starte punktformørkelse.
Afslutningsvis blev der fundet MIC-pitting på overfladen af ​​2707 HDSS i P. aeruginosa-bouillon sammenlignet med ubetydelig pitting i abiotiske medier. Dette arbejde viser, at 2707 HDSS har bedre MIC-resistens end 2205 DSS, men det er ikke fuldt immunt over for MIC på grund af P. aeruginosa-biofilm. Disse fund hjælper med at vælge egnede rustfrie ståltyper og estimere levetid for havmiljøet.
Kuponen for 2707 HDSS leveres af School of Metallurgy of Northeastern University (NEU) i Shenyang, Kina. Grundstofsammensætningen af ​​2707 HDSS er vist i tabel 1, som blev analyseret af NEU's materialeanalyse- og testafdeling. Alle prøver blev opløsningsbehandlet ved 1180 °C i 1 time. Før korrosionstestning blev møntformet 2707 HDSS med et topeksponeret overfladeareal på 1 cm2 poleret til 2000 grit med siliciumcarbidpapir og yderligere poleret med en 0,05 μm Al2O3 pulversuspension. Siderne og bunden er beskyttet af inert maling. Efter tørring blev prøverne skyllet med sterilt deioniseret vand og steriliseret med 75% (v/v) ethanol i 0,5 time. De blev derefter lufttørret under ultraviolet (UV) lys i 0,5 timer før brug.
Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099-stammen blev købt fra Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Kina. Pseudomonas aeruginosa blev dyrket aerobt ved 37°C i 250 ml kolber og 500 ml elektrokemiske glasceller ved hjælp af Marine 2216E flydende medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina). Medium (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 pepton, 1,0 gærekstrakt og 0,1 jerncitrat. Autoklaver ved 121 °C i 20 minutter før podning. Tæl fastsiddende og planktoniske celler ved hjælp af et hæmocytometer under et lysmikroskop ved 400X forstørrelse. Den indledende cellekoncentration af planktonisk Pseudomonas aeruginosa umiddelbart efter podning var ca. 106 celler/ml.
Elektrokemiske tests blev udført i en klassisk tre-elektrode glascelle med et medium volumen på 500 ml. En platinplade og en mættet kalomelelektrode (SCE) blev forbundet til reaktoren via Luggin-kapillærer fyldt med saltbroer, der fungerede som henholdsvis mod- og referenceelektroder. For at fremstille arbejdselektroderne blev en gummibelagt kobbertråd fastgjort til hver prøve og dækket med epoxy, hvilket efterlod ca. 1 cm2 eksponeret ensidig overfladeareal til arbejdselektroden. Under elektrokemiske målinger blev prøverne placeret i 2216E-medium og holdt ved en konstant inkubationstemperatur (37 °C) i et vandbad. OCP, LPR, EIS og potentielle dynamiske polarisationsdata blev målt ved hjælp af en Autolab-potentiostat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). LPR-tests blev registreret med en scanningshastighed på 0,125 mV s-1 over området -5 og 5 mV med Eocp og en samplingsfrekvens på 1 Hz. EIS blev udført med en sinusbølge i frekvensområdet 0,01. til 10.000 Hz ved brug af en påført spænding på 5 mV ved steady state Eocp. Før potentialscanningen var elektroderne i åbent kredsløb, indtil en stabil værdi for frit korrosionspotentiale blev nået. Polarisationskurver blev derefter kørt fra -0,2 til 1,5 V vs. Eocp ved en scanningshastighed på 0,166 mV/s. Hver test blev gentaget 3 gange med og uden P. aeruginosa.
Prøver til metallografisk analyse blev mekanisk poleret med vådt SiC-papir med kornstørrelse 2000 og derefter yderligere poleret med 0,05 μm Al2O3-pulversuspension til optisk observation. Metallografisk analyse blev udført ved hjælp af et optisk mikroskop. Prøverne blev ætset med 10 vægt% kaliumhydroxidopløsning 43.
Efter inkubation blev prøverne vasket 3 gange med fosfatbufret saltvandsopløsning (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) og derefter fikseret med 2,5% (v/v) glutaraldehyd i 10 timer for at fiksere biofilm. De blev efterfølgende dehydreret med en graderet serie (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% og 100% v/v) ethanol før lufttørring. Til sidst forstøves prøvens overflade med en guldfilm for at give ledningsevne til SEM-observation. SEM-billederne blev fokuseret på pletterne med de mest fastsiddende P. aeruginosa-celler på overfladen af ​​hver prøve. Udfør EDS-analyse for at finde kemiske elementer. Et Zeiss Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Tyskland) blev brugt til at måle dybden af ​​hullerne. For at observere korrosionshullerne under biofilmen blev teststykket først rengjort i henhold til den kinesiske nationale standard. (CNS) GB/T4334.4-2000 til fjernelse af korrosionsprodukter og biofilm på overfladen af ​​prøveemnet.
Røntgenfotoelektronspektroskopianalyse (XPS, ESCALAB250 overfladeanalysesystem, Thermo VG, USA) blev udført ved hjælp af en monokromatisk røntgenkilde (aluminium Kα-linje ved 1500 eV energi og 150 W effekt) over et bredt bindingsenergiområde på 0 under standardbetingelser -1350 eV. Højopløsningsspektre blev optaget ved hjælp af 50 eV passenergi og 0,2 eV trinstørrelse.
De inkuberede prøver blev fjernet og skyllet forsigtigt med PBS (pH 7,4 ± 0,2) i 15 sekunder og 45 sekunder. For at observere den bakterielle levedygtighed af biofilmene på prøverne blev biofilmene farvet ved hjælp af LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Kittet indeholder to fluorescerende farvestoffer, et grønt fluorescerende SYTO-9-farvestof og et rødt fluorescerende propidiumiodid (PI)-farvestof. Under CLSM repræsenterer prikker med fluorescerende grønt og rødt henholdsvis levende og døde celler. Til farvning blev en 1 ml blanding indeholdende 3 μl SYTO-9 og 3 μl PI-opløsning inkuberet i 20 minutter ved stuetemperatur (23 °C) i mørke. Derefter blev de farvede prøver observeret ved to bølgelængder (488 nm for levende celler og 559 nm for døde celler) ved hjælp af en Nikon CLSM-maskine (C2 Plus, Nikon, Japan). Biofilmtykkelsen blev målt i 3D-scanningstilstand.
Sådan citerer du denne artikel: Li, H. et al. Mikrobiel korrosion af 2707 super duplex rustfrit stål ved marine Pseudomonas aeruginosa biofilm. science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spændingskorrosion af LDX 2101 duplex rustfrit stål i kloridopløsning i nærvær af thiosulfat. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effekt af opløsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgas på modstandsdygtigheden over for grubetæring af superduplex rustfri stålsvejsninger. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. En sammenlignende kemisk undersøgelse af mikrobiel og elektrokemisk induceret grubetæring i 316L rustfrit stål. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Elektrokemisk opførsel af 2205 duplex rustfrit stål i alkaliske opløsninger med forskellig pH i nærvær af klorid. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI. Effekten af ​​marine biofilm på korrosion: en kortfattet gennemgang. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).