Tak fordi du besøger Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset CSS-understøttelse. For at få den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller deaktiverer kompatibilitetstilstand i Internet Explorer). I mellemtiden, for at sikre fortsat support, vil vi gengive webstedet uden typografier og JavaScript.
Mikrobiel korrosion (MIC) er et alvorligt problem i mange industrier, da det kan føre til enorme økonomiske tab. Super duplex rustfrit stål 2707 (2707 HDSS) anvendes i marine miljøer på grund af dets fremragende kemiske resistens. Dets resistens over for MIC er dog ikke blevet eksperimentelt påvist. Denne undersøgelse undersøgte opførslen af ​​MIC 2707 HDSS forårsaget af den marine aerobe bakterie Pseudomonas aeruginosa. Elektrokemisk analyse viste, at der i nærvær af Pseudomonas aeruginosa biofilm i 2216E-mediet forekommer en positiv ændring i korrosionspotentialet og en stigning i korrosionsstrømtætheden. Analyse af røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) viste et fald i Cr-indholdet på overfladen af ​​prøven under biofilmen. Visuel analyse 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 fuldstændig immun over for MIC'en i P. aeruginosa-biofilm.
Duplex rustfrit stål (DSS) anvendes i vid udstrækning i forskellige industrier på grund af den perfekte kombination af fremragende mekaniske egenskaber og korrosionsbestandighed1,2. Lokaliseret grubetæring forekommer dog stadig, hvilket påvirker stålets integritet3,4. DSS er ikke modstandsdygtigt over for mikrobiel korrosion (MIC)5,6. På trods af den brede vifte af anvendelser for DSS er der stadig miljøer, hvor korrosionsbestandigheden af ​​DSS ikke er tilstrækkelig til langvarig brug. Det betyder, at dyrere materialer med højere korrosionsbestandighed er påkrævet. Jeon et al7 fandt, at selv superduplex rustfrit stål (SDSS) har nogle begrænsninger med hensyn til korrosionsbestandighed. Derfor kræves der i nogle tilfælde superduplex rustfrit stål (HDSS) med højere korrosionsbestandighed. Dette førte til udviklingen af ​​højtlegeret HDSS.
Korrosionsbestandighed DSS afhænger af forholdet mellem alfa- og gammafaser og er udtømt i Cr-, Mo- og W-regionerne 8, 9 og 10 ved siden af ​​den anden fase. HDSS indeholder et højt indhold af Cr, Mo og N11, derfor har det fremragende korrosionsbestandighed og en høj værdi (45-50) af det ækvivalente pittingmodstandstal (PREN) bestemt ved vægt% Cr + 3,3 (vægt% Mo + 0,5 vægt% V) + 16 vægt% N12. Dets fremragende korrosionsbestandighed afhænger af en afbalanceret sammensætning, der indeholder ca. 50% ferritiske (α) og 50% austenitiske (γ) faser. HDSS har bedre mekaniske egenskaber og højere modstandsdygtighed over for kloridkorrosion. Forbedret korrosionsbestandighed forlænger brugen af ​​HDSS i mere aggressive kloridmiljøer, såsom marine miljøer.
MIC'er er et stort problem i mange industrier såsom olie-, gas- og vandindustrien14. MIC tegner sig for 20 % af alle korrosionsskader15. MIC er en bioelektrokemisk korrosion, der kan observeres i mange miljøer. Biofilm, der dannes på metaloverflader, ændrer de elektrokemiske forhold og påvirker dermed korrosionsprocessen. Det er en udbredt opfattelse, at MIC-korrosion er forårsaget af biofilm. Elektrogene mikroorganismer æder metaller væk for at opnå den energi, de har brug for 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 viste, at elektronformidlere accelererer overførslen af ​​elektroner mellem Desulfovibrio sessificans-celler og 304 rustfrit stål, hvilket resulterer i et mere alvorligt MIC-angreb. Anning et al.19 og Wenzlaff et al.20 har vist, at biofilm af korrosive sulfatreducerende bakterier (SRB'er) direkte kan absorbere elektroner fra metalsubstrater, hvilket resulterer i alvorlig grubetæring.
DSS er kendt for at være modtagelig for MIC i medier, der indeholder SRB'er, jernreducerende bakterier (IRB'er) osv. 21. Disse bakterier forårsager lokaliseret grubedannelse på overfladen af ​​DSS under biofilm 22,23. I modsætning til DSS er HDSS 24 MIC ikke velkendt.
Pseudomonas aeruginosa er en gramnegativ, motil, stavformet bakterie, der er vidt udbredt i naturen25. Pseudomonas aeruginosa er også en vigtig mikrobiel gruppe i havmiljøet, der forårsager forhøjede MIC-koncentrationer. Pseudomonas er aktivt involveret i korrosionsprocessen 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 vandmiljøer.
Hovedformålet med dette arbejde var at undersøge egenskaberne af MIC 2707 HDSS forårsaget af den marine aerobe bakterie Pseudomonas aeruginosa ved hjælp af elektrokemiske metoder, overfladeanalysemetoder og korrosionsproduktanalyse. Elektrokemiske undersøgelser, herunder åbent kredsløbspotentiale (OCP), lineær polarisationsmodstand (LPR), elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) og potentiel dynamisk polarisering, blev udført for at studere MIC 2707 HDSS' opførsel. Energidispersiv spektrometrisk analyse (EDS) blev udført for at detektere kemiske elementer på en korroderet overflade. Derudover blev røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) brugt til at bestemme stabiliteten af ​​oxidfilmpassivering under påvirkning af et marint miljø indeholdende Pseudomonas aeruginosa. Dybden af ​​hullerne 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. Fig. 1 viser den optiske mikrostruktur af opløsningsvarmebehandlet 2707 HDSS. I mikrostrukturen, der indeholder ca. 50% austenit- og 50% ferritfaser, er aflange bånd af austenit- og ferritfaser uden sekundære faser synlige.
Fig. 2a viser åbent kredsløbspotentiale (Eocp) versus eksponeringstid for 2707 HDSS i 2216E abiotisk 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 (sammenlignet med SCE) omkring 16 timer og faldt derefter kraftigt og nåede -477 mV (sammenlignet med SCE) og -236 mV (sammenlignet med SCE) for den abiotiske prøve og P. Pseudomonas aeruginosa-kuponer. Efter 24 timer var Eocp 2707 HDSS-værdien for P. aeruginosa relativt stabil ved -228 mV (sammenlignet med SCE), mens den tilsvarende værdi for ikke-biologiske prøver var cirka -442 mV (sammenlignet med SCE). Eocp i nærvær af P. aeruginosa var ret lav.
Elektrokemisk undersøgelse 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 korrosionsparametre for 2707 HDSS-prøver eksponeret for abiotiske og Pseudomonas aeruginosa-inokulerede medier over en periode på 14 dage. Tangenterne til anode- og katodekurverne blev ekstrapoleret for at opnå skæringspunkter, der giver korrosionsstrømtæthed (icorr), korrosionspotentiale (Ecorr) og Tafel-hældning (βα og βc) i henhold til standardmetoder30,31.
Som vist i fig. 2b resulterede et opadgående skift i 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, hvilket er fire gange større end i den ikke-biologiske prøve (0,087 µA cm-2).
LPR er en klassisk ikke-destruktiv elektrokemisk metode til hurtig korrosionsanalyse. Den er også blevet brugt til at studere MIC32. Figur 2c viser polarisationsmodstanden (Rp) som funktion af eksponeringstiden. En højere Rp-værdi betyder mindre korrosion. Inden for de første 24 timer toppede Rp 2707 HDSS ved 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 løbet af de næste 13 dage. Rp-værdien for en Pseudomonas aeruginosa-prøve er omkring 40 kΩ cm2, hvilket er meget lavere end 450 kΩ cm2-værdien for en ikke-biologisk prøve.
Værdien af ​​icorr er proportional med den ensartede korrosionshastighed. Dens værdi kan beregnes ud fra følgende Stern-Giri-ligning:
Ifølge Zoe et al. 33 blev den typiske værdi af Tafel-hældningen B i dette arbejde sat til at være 26 mV/dec. Figur 2d viser, at icorr-værdierne for den ikke-biologiske prøve 2707 forblev relativt stabil, 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 af polarisationsmodstanden.
EIS er en anden ikke-destruktiv metode, der anvendes til at karakterisere elektrokemiske reaktioner på korroderede overflader. Impedansspektre og beregnede kapacitansværdier for prøver udsat for abiotisk miljø og Pseudomonas aeruginosa-opløsning, passiv film/biofilmmodstand Rb dannet på prøveoverfladen, ladningsoverførselsmodstand Rct, elektrisk dobbeltlagskapacitans Cdl (EDL) og konstante QCPE-faseelementparametre (CPE). 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') for 2707 HDSS-prøver i abiotiske medier og P. aeruginosa-bouillon for forskellige inkubationstider. Diameteren af ​​Nyquist-ringen falder i nærvær af Pseudomonas aeruginosa. Bode-plottet (figur 3b') viser stigningen i den samlede impedans. Information om relaksationstidskonstanten kan fås fra fasemaksima. Figur 4 viser de fysiske strukturer baseret på et monolag (a) og et dobbeltlag (b) og de 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 prøve 2707 HDSS:
hvor Y0 er KPI-værdien, j er det imaginære tal eller (-1)1/2, ω er vinkelfrekvensen, n er KPI-effektindekset mindre end én35. Inversionen af ​​ladningsoverføringsmodstanden (dvs. 1/Rct) svarer til korrosionshastigheden. Jo mindre Rct, desto højere korrosionshastighed27. Efter 14 dages inkubation nåede Rct for Pseudomonas aeruginosa-prøverne 32 kΩ cm2, hvilket er meget mindre end de 489 kΩ cm2 for ikke-biologiske prøver (Tabel 4).
CLSM-billederne og SEM-billederne i figur 5 viser tydeligt, at biofilmbelægningen på overfladen af ​​HDSS-prøve 2707 er tæt efter 7 dage. Efter 14 dage var biofilmdækningen dog dårlig, 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.
EMF 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 betydeligt højere end i rene metaller, da 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 huller med og uden P. aeruginosa i medium 2216E. Før inkubation var prøvernes overflade glat og defektfri (fig. 7a). Efter inkubation og fjernelse af biofilm og korrosionsprodukter blev de dybeste huller på prøvernes overflade undersøgt ved hjælp af CLSM, som vist i fig. 7b og c. Der blev ikke fundet nogen tydelig huller på overfladen af ​​ikke-biologiske kontroller (maksimal hulledybde 0,02 µm). Den maksimale hulledybde forårsaget af P. aeruginosa var 0,52 µm efter 7 dage og 0,69 µm efter 14 dage, baseret på den gennemsnitlige maksimale hulledybde fra 3 prøver (10 maksimale hulledybder blev valgt for hver prøve). Opnåelse af henholdsvis 0,42 ± 0,12 µm og 0,52 ± 0,15 µm (tabel 5). Disse hulledybdeværdier er små, men vigtige.
(a) før eksponering, (b) 14 dage i et abiotisk miljø, og (c) 14 dage i Pseudomonas aeruginosa-bouillon.
I figur 8 vises XPS-spektrene for forskellige prøveoverflader, og den kemiske sammensætning, 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 ikke-biologiske kontroller (prøverne C og D). For en P. aeruginosa-prøve blev spektralkurven på niveau med Cr2p-kernen tilpasset fire topkomponenter med bindingsenergier (BE) på henholdsvis 574,4, 576,6, 578,3 og 586,8 eV, som kan tilskrives henholdsvis Cr, Cr2O3, CrO3 og Cr(OH)3 (figur 9a og b). For ikke-biologiske prøver indeholder spektret for det primære Cr2p-niveau to hovedtoppe for Cr (573,80 eV for BE) og Cr2O3 (575,90 eV for BE) i figurerne. 9c og d, henholdsvis. Den mest slående forskel mellem abiotiske prøver og P. aeruginosa-prøver var tilstedeværelsen af ​​Cr6+ og en højere relativ andel af Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) under biofilmen.
De brede XPS-spektre af overfladen af ​​prøve 2707 HDSS i to medier er henholdsvis 7 og 14 dage.
(a) 7 dages eksponering for P. aeruginosa, (b) 14 dages eksponering for P. aeruginosa, (c) 7 dage i et abiotisk miljø, og (d) 14 dage i et abiotisk miljø.
HDSS udviser en høj grad af korrosionsbestandighed i de fleste miljøer. Kim et al.2 rapporterede, at HDSS UNS S32707 blev identificeret som et højt legeret DSS med en PREN større end 45. PREN-værdien for prøve 2707 HDSS i dette arbejde var 49. Dette skyldes det høje kromindhold og det høje indhold af molybdæn og nikkel, som er nyttige i sure miljøer og miljøer med højt kloridindhold. Derudover er en velafbalanceret sammensætning og en defektfri mikrostruktur gavnlige for strukturel stabilitet og korrosionsbestandighed. På trods af dens fremragende kemiske resistens tyder de eksperimentelle data i dette arbejde dog på, at 2707 HDSS ikke er fuldstændig immun over for P. aeruginosa biofilm MIC'er.
Elektrokemiske resultater viste, at korrosionshastigheden af ​​2707 HDSS i P. aeruginosa-bouillon steg signifikant efter 14 dage sammenlignet med det ikke-biologiske miljø. I figur 2a blev der observeret et fald i Eocp både i det abiotiske medium og i P. aeruginosa-bouillon i løbet af de første 24 timer. Derefter dækker biofilmen fuldstændigt overfladen af ​​prøven, og Eocp bliver relativt stabil36. Det biologiske Eocp-niveau var dog meget højere end det ikke-biologiske Eocp-niveau. Der er grunde til at tro, at denne forskel er forbundet med dannelsen af ​​P. aeruginosa-biofilm. I figur 2d, i nærvær af P. aeruginosa, nåede icorr 2707 HDSS-værdien 0,627 μA cm-2, hvilket er 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 steg impedansværdierne i P. aeruginosa-bouillonen på grund af hæftning af P. aeruginosa-celler og dannelsen af ​​biofilm. Men når biofilmen dækker prøveoverfladen fuldstændigt, falder impedansen. Det beskyttende lag angribes primært på grund af dannelsen af ​​biofilm og biofilmmetabolitter. Følgelig faldt korrosionsbestandigheden over tid, og hæftning af P. aeruginosa forårsagede lokal korrosion. Tendenserne i abiotiske miljøer var forskellige. Korrosionsbestandigheden for den ikke-biologiske kontrol var meget højere end den tilsvarende værdi for prøverne udsat for P. aeruginosa-bouillon. Derudover nåede Rct 2707 HDSS-værdien for abiotiske accessioner 489 kΩ cm2 på dag 14, hvilket er 15 gange højere end Rct-værdien (32 kΩ cm2) i nærvær af P. aeruginosa. 2707 HDSS har således fremragende korrosionsbestandighed i et sterilt miljø, men er ikke resistent over for MIC'er fra P. aeruginosa biofilm.
Disse resultater kan også observeres ud fra polarisationskurverne i figur 2b. Anodisk forgrening er blevet forbundet med dannelse af Pseudomonas aeruginosa-biofilm og metaloxidationsreaktioner. I dette tilfælde er den katodiske reaktion reduktion af ilt. Tilstedeværelsen af ​​P. aeruginosa øgede korrosionsstrømtætheden signifikant, omtrent en størrelsesorden højere end i den abiotiske kontrol. Dette indikerer, at P. aeruginosa-biofilmen forstærker lokaliseret korrosion af 2707 HDSS. Yuan et al.29 fandt, at korrosionsstrømtætheden af ​​Cu-Ni 70/30-legeringen steg under påvirkning af P. aeruginosa-biofilmen. Dette kan skyldes biokatalysen af ​​iltreduktion ved hjælp af Pseudomonas aeruginosa-biofilm. Denne observation kan også forklare MIC 2707 HDSS i dette arbejde. Der kan også være mindre ilt under aerobe biofilm. Derfor kan afvisningen af ​​at re-passivere metaloverfladen med ilt være en faktor, der bidrager til MIC 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 prøveoverfladen og arten af ​​korrosionsprodukterne. Som vist i figur 5 og tabel 5 faldt antallet af celler og biofilmtykkelsen 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 bidrog en P. aeruginosa biofilm til lokal udtømning af Cr og Fe under biofilmen på overfladen af ​​2707 HDSS (fig. 6). Tabel 6 viser reduktionen i Fe og Cr i prøve D sammenlignet med prøve C, hvilket indikerer, at det opløste Fe og Cr forårsaget af P. aeruginosa biofilmen persisterede i de første 7 dage. 2216E-miljøet bruges til at simulere havmiljøet. Det indeholder 17700 ppm Cl-, hvilket er sammenligneligt med dets indhold i naturligt havvand. Tilstedeværelsen af ​​17700 ppm Cl- var hovedårsagen til faldet i Cr i 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 2707 HDSS' stærke resistens over for klor under abiotiske forhold. Fig. 9 viser tilstedeværelsen af ​​Cr6+ i passiveringsfilmen. Det kan være involveret i fjernelse af krom fra ståloverflader ved hjælp af P. aeruginosa-biofilm, som foreslået af Chen og Clayton.
På grund af bakterievækst var mediets pH-værdier før og efter dyrkning henholdsvis 7,4 og 8,2. Under P. aeruginosa-biofilmen er det således usandsynligt, at organisk syrekorrosion vil bidrage til dette arbejde på grund af den relativt høje pH i bulkmediet. PH-værdien i det ikke-biologiske kontrolmedium ændrede sig ikke signifikant (fra initiale 7,4 til endelige 7,5) i løbet af den 14 dage lange testperiode. Stigningen i pH i frømediet efter inkubation skyldtes P. aeruginosas metaboliske aktivitet 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 er meget større end for det abiotiske medium (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 værdi på 9,5 µm, der er rapporteret for 2205 DSS under de samme forhold. Disse data viser, at 2707 HDSS udviser bedre resistens over for MIC'er end 2205 DSS. Dette burde ikke komme som en overraskelse, da 2707 HDSS har højere Cr-niveauer, hvilket giver længere passivering, er vanskeligere at depassivere P. aeruginosa, og på grund af sin afbalancerede fasestruktur uden skadelig sekundær udfældning forårsager grubetæring.
Afslutningsvis blev der fundet MIC-gruber på overfladen af ​​2707 HDSS i P. aeruginosa-bouillon sammenlignet med ubetydelige gruber i det abiotiske miljø. Dette arbejde viser, at 2707 HDSS har bedre resistens over for MIC end 2205 DSS, men det er ikke fuldstændig immunt over for MIC på grund af P. aeruginosa-biofilm. Disse resultater hjælper med at udvælge egnede rustfrie ståltyper og øge den forventede levetid for det marine miljø.
Kupon til 2707 HDSS leveret af Northeastern University (NEU) School of Metallurgy i Shenyang, Kina. Grundstofsammensætningen af ​​2707 HDSS er vist i tabel 1, som blev analyseret af NEU's materialeanalyse- og testafdeling. Alle prøver blev behandlet til fast opløsning ved 1180 °C i 1 time. Før korrosionstestning blev en møntformet 2707 HDSS med et åbent overfladeareal på 1 cm2 poleret til 2000 grit med siliciumcarbidsandpapir og derefter poleret med en 0,05 µm Al2O3 pulveropslæmning. Sider og bund er beskyttet med inert maling. Efter tørring blev prøverne vasket 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 time før brug.
Marine Pseudomonas aeruginosa-stammen MCCC 1A00099 blev købt fra Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Kina. Pseudomonas aeruginosa blev dyrket under aerobe forhold 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 indeholder (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, 0,016 6NH26NH3, 3,0016 NH3 5,0 pepton, 1,0 gærekstrakt og 0,1 jerncitrat. Autoklaver ved 121°C i 20 minutter før podning. Tæl fastsiddende og planktoniske celler med et hæmocytometer under et lysmikroskop ved 400x forstørrelse. Den indledende koncentration af planktonisk Pseudomonas aeruginosa umiddelbart efter podning var cirka 106 celler/ml.
Elektrokemiske tests blev udført i en klassisk tre-elektrode glascelle med et medium volumen på 500 ml. Platinpladen og den mættede kalomelelektrode (SAE) blev forbundet til reaktoren via Luggin-kapillærer fyldt med saltbroer, der fungerede som henholdsvis mod- og referenceelektroder. Til fremstilling af arbejdselektroder blev gummieret kobbertråd fastgjort til hver prøve og dækket med epoxyharpiks, hvilket efterlod ca. 1 cm2 ubeskyttet område til arbejdselektroden på den ene side. Under elektrokemiske målinger blev prøverne placeret i 2216E-mediet 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 i området -5 til 5 mV med Eocp og en samplingshastighed på 1 Hz. EIS blev udført med en sinusbølge over et frekvensområde på 0,01 til 10.000 Hz ved hjælp af en påført spænding på 5 mV ved steady-state Eocp. Før potentialscanningen var elektroderne i inaktiv tilstand, indtil en stabil værdi af det frie korrosionspotentiale blev nået. Polarisationskurverne blev derefter målt fra -0,2 til 1,5 V som funktion af 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 2000 grit SiC-papir og derefter yderligere poleret med en 0,05 µm Al2O3-pulversuspension til optisk observation. Metallografisk analyse blev udført ved hjælp af et optisk mikroskop. Prøverne blev ætset med en 10 vægt% opløsning af kaliumhydroxid 43.
Efter inkubation blev prøverne vasket 3 gange med fosfatbufret saltvand (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) og derefter fikseret med 2,5% (v/v) glutaraldehyd i 10 timer for at fiksere biofilm. Derefter blev dehydreret med batchet ethanol (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% og 100% efter volumen) før lufttørring. Endelig aflejres en guldfilm på overfladen af ​​prøven for at give ledningsevne til SEM-observation. SEM-billeder blev fokuseret på pletter med de mest fastsiddende P. aeruginosa-celler på overfladen af ​​hver prøve. Udfør en EDS-analyse for at finde kemiske elementer. Et Zeiss konfokalt laserscanningsmikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Tyskland) blev brugt til at måle grubedybden. For at observere korrosionshuller under biofilmen blev testprøven først rengjort i henhold til den kinesiske nationale standard (CNS) GB/T4334.4-2000 for at fjerne korrosionsprodukter og biofilm fra testprøvens overflade.
Røntgenfotoelektronspektroskopianalyse (XPS, ESCALAB250 overfladeanalysesystem, Thermo VG, USA) blev udført ved hjælp af en monokromatisk røntgenkilde (aluminium Kα-linje med en energi på 1500 eV og en effekt på 150 W) i et bredt område af bindingsenergier under standardbetingelser på -1350 eV. Højopløsningsspektre blev optaget ved hjælp af en transmissionsenergi på 50 eV og et trin på 0,2 eV.
De inkuberede prøver blev fjernet og vasket forsigtigt med PBS (pH 7,4 ± 0,2) i 15 s45. For at observere bakteriel levedygtighed af biofilm på prøverne blev biofilmene farvet ved hjælp af LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Kittet indeholder to fluorescerende farvestoffer: SYTO-9 grønt fluorescerende farvestof og propidiumiodid (PI) rødt fluorescerende farvestof. I CLSM repræsenterer fluorescerende grønne og røde prikker henholdsvis levende og døde celler. Til farvning blev 1 ml af en 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 undersøgt ved to bølgelængder (488 nm for levende celler og 559 nm for døde celler) ved hjælp af et Nikon CLSM-apparat (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 af Pseudomonas aeruginosa marine biofilm. the science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spændingskorrosionsrevnedannelse af LDX 2101 duplex rustfrit stål i kloridopløsninger i nærvær af thiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spændingskorrosionsrevnedannelse af LDX 2101 duplex rustfrit stål i kloridopløsninger i nærvær af thiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spændingskorrosionsrevnedannelse af duplex rustfrit stål LDX 2101 i kloridopløsninger i nærvær af thiosulfat. 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rustfrit stål在福代sulfat分下下南性性生于中倾僅倧性生于中倾僅倉。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spændingskorrosionsrevnedannelse af duplex rustfrit stål LDX 2101 i kloridopløsning i nærvær af thiosulfat.coros science 80, 205-212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Virkninger af opløsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgas på modstanden mod grubetæring af hyperduplex svejsninger i rustfrit stål. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Virkninger af opløsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgas på modstanden mod grubetæring af hyperduplex svejsninger i rustfrit stål.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YS. Effekt af opløsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgas på modstanden mod grubetæring af hyperduplex-svejsninger i rustfrit stål. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YS. Effekt af opløsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgas på modstanden mod grubetæring af superduplex rustfri stålsvejsninger.Koros. Videnskaben. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Sammenlignende kemiundersøgelse af mikrobielt og elektrokemisk induceret grubetæring i 316L rustfrit stål. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Sammenlignende kemiundersøgelse af mikrobielt og elektrokemisk induceret grubetæring i 316L rustfrit stål.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. og Lewandowski, Z. Sammenlignende kemisk undersøgelse af mikrobiologisk og elektrokemisk grubetæring i 316L rustfrit stål. 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 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. og Lewandowski, Z. Sammenlignende kemisk undersøgelse af mikrobiologisk og elektrokemisk induceret grubetæring i 316L rustfrit stål.Koros. Videnskaben. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Den elektrokemiske opførsel af 2205 duplex rustfrit stål i alkaliske opløsninger med forskellig pH i nærvær af klorid. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Den elektrokemiske opførsel af 2205 duplex rustfrit stål i alkaliske opløsninger med forskellig pH i nærvær af klorid.Luo H., Dong KF, Lee HG og Xiao K. Elektrokemisk opførsel af duplex rustfrit stål 2205 i alkaliske opløsninger med forskellig pH i nærvær af klorid. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Elektrokemisk opførsel af rustfrit stål i nærvær af klorid ved forskellig pH i alkalisk opløsning.Luo H., Dong KF, Lee HG og Xiao K. Elektrokemisk opførsel af duplex rustfrit stål 2205 i alkaliske opløsninger med forskellig pH i nærvær af klorid.Elektrokemi. Magasin. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI. Marine biofilms indflydelse på korrosion: En kortfattet gennemgang. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI. Marine biofilms indflydelse på korrosion: En kortfattet gennemgang.Little, BJ, Lee, JS og Ray, RI. Virkninger af marine biofilm på korrosion: En kort gennemgang. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RILittle, BJ, Lee, JS og Ray, RI. Virkninger af marine biofilm på korrosion: En kort gennemgang.Elektrokemi. Magasin. 54, 2-7 (2008).