Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com. Η έκδοση του προγράμματος περιήγησης που χρησιμοποιείτε έχει περιορισμένη υποστήριξη για CSS. Για την καλύτερη εμπειρία, σας συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer). Στο μεταξύ, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, θα εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Η μικροβιακή διάβρωση (MIC) είναι ένα σοβαρό πρόβλημα σε πολλές βιομηχανίες καθώς μπορεί να προκαλέσει τεράστιες οικονομικές απώλειες. Ο ανοξείδωτος χάλυβας 2707 super duplex (2707 HDSS) έχει χρησιμοποιηθεί σε θαλάσσια περιβάλλοντα λόγω της εξαιρετικής χημικής του αντοχής. Ωστόσο, η αντίστασή του στο MIC δεν έχει αποδειχθεί πειραματικά. Σε αυτή τη μελέτη, η συμπεριφορά του MIC του 2707 mariceroeig προκλήθηκε από το 2707 mariobaca. Η ηλεκτροχημική ανάλυση έδειξε ότι παρουσία βιοφίλμ Pseudomonas aeruginosa σε μέσο 2216E, υπήρξε θετική αλλαγή στο δυναμικό διάβρωσης και αύξηση στην πυκνότητα του ρεύματος διάβρωσης. Η ανάλυση φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίου ακτίνων Χ (XPS) έδειξε μείωση της περιεκτικότητας σε Cr στην επιφάνεια του δείγματος. Το ofilm παρήγαγε μέγιστο βάθος λάκκου 0,69 μm κατά τη διάρκεια 14 ημερών επώασης. Αν και αυτό είναι μικρό, δείχνει ότι το 2707 HDSS δεν είναι πλήρως άνοσο στο MIC των βιοφίλμς P. aeruginosa.
Οι διπλοί ανοξείδωτοι χάλυβες (DSS) χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες για τον ιδανικό συνδυασμό εξαιρετικών μηχανικών ιδιοτήτων και αντοχής στη διάβρωση1,2.Ωστόσο, εξακολουθεί να εμφανίζεται εντοπισμένο διάβρωση και επηρεάζει την ακεραιότητα αυτού του χάλυβα. χρήση. Αυτό σημαίνει ότι απαιτούνται πιο ακριβά υλικά με υψηλότερη αντοχή στη διάβρωση. Οι Jeon et al7 διαπίστωσαν ότι ακόμη και οι super duplex ανοξείδωτοι χάλυβες (SDSS) έχουν κάποιους περιορισμούς όσον αφορά την αντοχή στη διάβρωση. Ως εκ τούτου, σε ορισμένες εφαρμογές απαιτούνται super duplex ανοξείδωτοι χάλυβες (HDSS) με υψηλότερη αντοχή στη διάβρωση. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη υψηλής κράματος HDSS.
Η αντίσταση στη διάβρωση του DSS εξαρτάται από την αναλογία των φάσεων άλφα και γάμμα και τις περιοχές 8, 9, 10 με εξάντληση Cr, Mo και W που γειτνιάζουν με τη δεύτερη φάση. 0,5 wt% W) + 16 wt% N12. Η εξαιρετική του αντοχή στη διάβρωση βασίζεται σε μια ισορροπημένη σύνθεση που περιέχει περίπου 50% φάσεις φερρίτη (α) και 50% ωστενίτη (γ), το HDSS έχει καλύτερες μηχανικές ιδιότητες και μεγαλύτερη αντοχή από το συμβατικό DSS13.Ιδιότητες διάβρωσης χλωριδίου. Η βελτιωμένη αντίσταση στη διάβρωση επεκτείνει τη χρήση του HDSS σε πιο διαβρωτικά περιβάλλοντα χλωρίου, όπως τα θαλάσσια περιβάλλοντα.
Τα MIC είναι ένα σημαντικό πρόβλημα σε πολλές βιομηχανίες όπως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο και οι επιχειρήσεις ύδρευσης14. Το MIC αντιπροσωπεύει το 20% όλων των ζημιών από διάβρωση15. Το MIC είναι βιοηλεκτροχημική διάβρωση που μπορεί να παρατηρηθεί σε πολλά περιβάλλοντα. Τα βιοφίλμ που σχηματίζονται σε μεταλλικές επιφάνειες αλλάζουν τις ηλεκτροχημικές συνθήκες, επηρεάζοντας έτσι τη διαδικασία διάβρωσης. διαβρώνουν μέταλλα για να αποκτήσουν ενέργεια διατήρησης για να επιβιώσουν17. Πρόσφατες μελέτες MIC έχουν δείξει ότι η EET (εξωκυτταρική μεταφορά ηλεκτρονίων) είναι ο περιοριστικός παράγοντας του ρυθμού στο MIC που προκαλείται από ηλεκτρογονικούς μικροοργανισμούς. Zhang et al.18 απέδειξε ότι οι μεσολαβητές ηλεκτρονίων επιταχύνουν τη μεταφορά ηλεκτρονίων μεταξύ των κυττάρων Desulfovibrio sessificans και του ανοξείδωτου χάλυβα 304, οδηγώντας σε πιο σοβαρή επίθεση MIC.Enning et al.19 και Venzlaff et al.20 έδειξε ότι τα διαβρωτικά βιομεμβράνες που μειώνουν τα θειικά βακτήρια (SRB) μπορούν να απορροφήσουν άμεσα ηλεκτρόνια από μεταλλικά υποστρώματα, με αποτέλεσμα τη σοβαρή διάβρωση των κοιλοτήτων.
Το DSS είναι γνωστό ότι είναι ευαίσθητο στο MIC σε περιβάλλοντα που περιέχουν SRB, βακτήρια που μειώνουν τον σίδηρο (IRB), κ.λπ. 21 . Αυτά τα βακτήρια προκαλούν εντοπισμένες κοιλότητες σε επιφάνειες DSS κάτω από βιοφίλμ22,23. Σε αντίθεση με το DSS, το MIC του HDSS24 είναι ελάχιστα γνωστό.
Το Pseudomonas aeruginosa είναι ένα gram-αρνητικό κινητικό βακτήριο σε σχήμα ράβδου που είναι ευρέως διαδεδομένο στη φύση25. Το Pseudomonas aeruginosa είναι επίσης μια σημαντική μικροβιακή ομάδα στο θαλάσσιο περιβάλλον, που προκαλεί το MIC στον χάλυβα.28 και Yuan et al.29 έδειξε ότι το Pseudomonas aeruginosa έχει την τάση να αυξάνει τον ρυθμό διάβρωσης του ήπιου χάλυβα και των κραμάτων σε υδατικά περιβάλλοντα.
Ο κύριος στόχος αυτής της εργασίας ήταν να διερευνήσει τις ιδιότητες MIC του 2707 HDSS που προκαλείται από το θαλάσσιο αερόβιο βακτήριο Pseudomonas aeruginosa χρησιμοποιώντας ηλεκτροχημικές μεθόδους, τεχνικές ανάλυσης επιφάνειας και ανάλυση προϊόντων διάβρωσης. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση της συμπεριφοράς MIC του 2707 HDSS. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση φασματόμετρου διασποράς ενέργειας (EDS) για να βρεθούν χημικά στοιχεία στη διαβρωμένη επιφάνεια. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ανάλυση φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίου ακτίνων Χ (XPS) για να προσδιοριστεί η σταθερότητα της παθητικοποίησης του φιλμ οξειδίου υπό την επίδραση ενός θαλάσσιου περιβάλλοντος που περιείχε θαλάσσιο περιβάλλον που περιείχε ψευδομετρία μικροσκοπίας. πεδίο εφαρμογής (CLSM).
Ο Πίνακας 1 παραθέτει τη χημική σύνθεση του 2707 HDSS. Ο Πίνακας 2 δείχνει ότι το 2707 HDSS έχει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες με αντοχή διαρροής 650 MPa. Το σχήμα 1 δείχνει την οπτική μικροδομή του διαλύματος που έχει υποστεί θερμική επεξεργασία Φάσεις φερρίτη 0%.
Το Σχήμα 2α δείχνει το δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος (Eocp) σε σχέση με τα δεδομένα χρόνου έκθεσης για 2707 HDSS σε αβιοτικό μέσο 2216E και ζωμό P. aeruginosa για 14 ημέρες στους 37 °C. Δείχνει ότι η μεγαλύτερη και σημαντική αλλαγή στο Eocp συμβαίνει εντός των πρώτων 24 ωρών. Οι τιμές Eocp σημειώθηκαν σε mCE και μετά -15 h περίπου και στις δύο περιπτώσεις περίπου σε -1 s5 Ώρα. έπεσε απότομα, φθάνοντας -477 mV (έναντι SCE) και -236 mV (έναντι SCE) για το αβιοτικό δείγμα και P, αντίστοιχα).κουπόνια Pseudomonas aeruginosa, αντίστοιχα. Μετά από 24 ώρες, η τιμή Eocp των 2707 HDSS για το P. aeruginosa ήταν σχετικά σταθερή στα -228 mV (έναντι SCE), ενώ η αντίστοιχη τιμή για μη βιολογικά δείγματα ήταν περίπου -442 mV (έναντι της παρουσίας του SCE. Eocp. ήταν μάλλον χαμηλή).
Ηλεκτροχημική δοκιμή 2707 δειγμάτων HDSS σε αβιοτικό μέσο και ζωμό Pseudomonas aeruginosa στους 37 °C:
(α) Eocp ως συνάρτηση του χρόνου έκθεσης, (β) καμπύλες πόλωσης την ημέρα 14, (γ) Rp ως συνάρτηση του χρόνου έκθεσης και (δ) icorr ως συνάρτηση του χρόνου έκθεσης.
Ο Πίνακας 3 παραθέτει τις τιμές των παραμέτρων ηλεκτροχημικής διάβρωσης 2707 δειγμάτων HDSS που εκτέθηκαν σε αβιοτικό μέσο και εμβολιασμένο με Pseudomonas aeruginosa για 14 ημέρες. Οι εφαπτομένες της ανοδικής και καθοδικής καμπύλης προεκτέθηκαν για να φτάσουν στις διασταυρώσεις που αποδίδουν δυναμικό διάβρωσης (δυναμικό διάβρωσης) και βγ) σύμφωνα με τις τυπικές μεθόδους30,31.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2β, η ανοδική μετατόπιση της καμπύλης P. aeruginosa οδήγησε σε αύξηση του Ecorr σε σύγκριση με την αβιοτική καμπύλη. Η τιμή icorr, η οποία είναι ανάλογη του ρυθμού διάβρωσης, αυξήθηκε σε 0,328 μA cm-2 στο Pseudomonas aeruginosa, τέσσερις φορές αυτή του μη βιολογικού δείγματος (0 cm2 μA-08 μΑ).
Το LPR είναι μια κλασική μη καταστροφική ηλεκτροχημική μέθοδος για ταχεία ανάλυση διάβρωσης. Χρησιμοποιήθηκε επίσης για τη μελέτη MIC32. Το σχήμα 2γ δείχνει την αντίσταση πόλωσης (Rp) ως συνάρτηση του χρόνου έκθεσης. Μια υψηλότερη τιμή Rp σημαίνει λιγότερη διάβρωση. Μέσα στις πρώτες 24 ώρες, η Rp των 2707 HDSS έφτασε σε μέγιστη τιμή Pse2 cm1 για δείγμα kΩ5 Pse2 cm για μέγιστη τιμή kΩ5 δείγματα udomonas aeruginosa. Το Σχήμα 2γ δείχνει επίσης ότι η τιμή Rp μειώθηκε γρήγορα μετά από μία ημέρα και στη συνέχεια παρέμεινε σχετικά αμετάβλητη για τις επόμενες 13 ημέρες. Η τιμή Rp του δείγματος Pseudomonas aeruginosa είναι περίπου 40 kΩ cm2, που είναι πολύ χαμηλότερη από την τιμή 450 kΩ cm2 του μη--cm2 δείγματος.
Η τιμή icorr είναι ανάλογη με τον ομοιόμορφο ρυθμό διάβρωσης. Η τιμή της μπορεί να υπολογιστεί από την ακόλουθη εξίσωση Stern-Geary,
Ακολουθώντας τους Zou et al.33, μια τυπική τιμή της κλίσης του Tafel B σε αυτή την εργασία υποτέθηκε ότι είναι 26 mV/dec. Το σχήμα 2δ δείχνει ότι το icorr του μη βιολογικού δείγματος 2707 παρέμεινε σχετικά σταθερό, ενώ το δείγμα P. aeruginosa παρουσίασε μεγάλες διακυμάνσεις μετά τις πρώτες 24 ώρες. Οι τιμές P. Αυτή η τάση είναι συνεπής με τα αποτελέσματα της αντίστασης πόλωσης.
Το EIS είναι μια άλλη μη καταστροφική τεχνική που χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό ηλεκτροχημικών αντιδράσεων σε διαβρωμένες διεπαφές. Φάσματα σύνθετης αντίστασης και υπολογισμένες τιμές χωρητικότητας δειγμάτων που εκτίθενται σε αβιοτικά μέσα και διάλυμα Pseudomonas aeruginosa, αντίσταση Rb παθητικής μεμβράνης/βιοφίλμ που σχηματίζεται στην επιφάνεια του δείγματος, Rcttl charge transfer layer CEDL. Παράμετροι (CPE). Αυτές οι παράμετροι αναλύθηκαν περαιτέρω προσαρμόζοντας τα δεδομένα χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο ισοδύναμου κυκλώματος (EEC).
Το σχήμα 3 δείχνει τυπικές γραφικές παραστάσεις Nyquist (α και β) και διαγράμματα Bode (α' και β') 2707 δειγμάτων HDSS σε αβιοτικό μέσο και ζωμό P. aeruginosa για διαφορετικούς χρόνους επώασης. Η διάμετρος του δακτυλίου Nyquist μειώνεται παρουσία Pseudomonas aeruginosa. σχετικά με τη σταθερά χρόνου χαλάρωσης μπορεί να παρέχεται από τα μέγιστα φάσης. Το σχήμα 4 δείχνει τις φυσικές δομές που βασίζονται σε μονοστιβάδα (α) και διπλό στρώμα (β) και τα αντίστοιχα EEC τους. Το CPE εισάγεται στο μοντέλο EEC. Η αποδοχή και η σύνθετη αντίστασή του εκφράζονται ως εξής:
Δύο φυσικά μοντέλα και αντίστοιχα ισοδύναμα κυκλώματα για την προσαρμογή του φάσματος σύνθετης αντίστασης του δείγματος 2707 HDSS:
όπου Y0 είναι το μέγεθος του CPE, j είναι ο φανταστικός αριθμός ή (-1)1/2, ω είναι η γωνιακή συχνότητα και n είναι ο δείκτης ισχύος CPE μικρότερος από μονάδα35. Το αντίστροφο της αντίστασης μεταφοράς φορτίου (δηλαδή 1/Rct) αντιστοιχεί στον ρυθμό διάβρωσης. Μικρότερο Rct σημαίνει ταχύτερη ημέρα διάβρωσης1.b. Τα δείγματα aeruginosa έφτασαν τα 32 kΩ cm2, πολύ μικρότερα από τα 489 kΩ cm2 των μη βιολογικών δειγμάτων (Πίνακας 4).
Οι εικόνες CLSM και οι εικόνες SEM στο Σχήμα 5 δείχνουν ξεκάθαρα ότι η κάλυψη βιοφίλμ στην επιφάνεια του δείγματος 2707 HDSS μετά από 7 ημέρες είναι πυκνή. Ωστόσο, μετά από 14 ημέρες, η κάλυψη του βιοφίλμ ήταν αραιή και εμφανίστηκαν μερικά νεκρά κύτταρα. Ο Πίνακας 5 δείχνει το βιοφίλμ για πάχος 707 σε HDSS2. 14 ημέρες. Το μέγιστο πάχος βιοφίλμ άλλαξε από 23,4 μm μετά από 7 ημέρες σε 18,9 μm μετά από 14 ημέρες. Το μέσο πάχος βιοφίλμ επιβεβαίωσε επίσης αυτή την τάση. Μειώθηκε από 22,2 ± 0,7 μm μετά από 7 ημέρες σε 17,8 ± 1,0 μm μετά από 14 ημέρες.
(α) 3-D εικόνα CLSM μετά από 7 ημέρες, (β) 3-D εικόνα CLSM μετά από 14 ημέρες, (γ) εικόνα SEM μετά από 7 ημέρες και (δ) εικόνα SEM μετά από 14 ημέρες.
Το EDS αποκάλυψε χημικά στοιχεία σε βιομεμβράνες και προϊόντα διάβρωσης σε δείγματα που εκτέθηκαν στο P. aeruginosa για 14 ημέρες. Το σχήμα 6 δείχνει ότι η περιεκτικότητα σε C, N, O, και P σε βιοφίλμ και προϊόντα διάβρωσης είναι πολύ υψηλότερη από αυτή στα γυμνά μέταλλα, επειδή αυτά τα στοιχεία σχετίζονται με τα βιοφίλμ και τους μεταβολίτες τους. m και τα προϊόντα διάβρωσης στην επιφάνεια των δειγμάτων δείχνουν ότι η μεταλλική μήτρα έχει χάσει στοιχεία λόγω διάβρωσης.
Μετά από 14 ημέρες, παρατηρήθηκαν λακκούβες με και χωρίς P. aeruginosa στο μέσο 2216E. Πριν από την επώαση, η επιφάνεια του δείγματος ήταν λεία και χωρίς ελαττώματα (Εικ. 7a). Μετά την επώαση και την αφαίρεση βιοφίλμ και προϊόντων διάβρωσης, βρέθηκαν οι βαθύτερες κοιλότητες στην επιφάνεια των δειγμάτων και δεν εξετάστηκαν κάτω από τα δείγματα c. επιφάνεια των δειγμάτων μη βιολογικού ελέγχου (μέγιστο βάθος λάκκου 0,02 μm). Το μέγιστο βάθος λάκκου που προκλήθηκε από Pseudomonas aeruginosa ήταν 0,52 μm μετά από 7 ημέρες και 0,69 μm μετά από 14 ημέρες, με βάση το μέσο μέγιστο βάθος λάκκου των 3 δειγμάτων (10 μm μέγιστη τιμή λάκκου για κάθε λάκκο 0,0. 0,52 ± 0,15 μm, αντίστοιχα (Πίνακας 5). Αυτές οι τιμές βάθους λάκκου είναι μικρές αλλά σημαντικές.
(α) Πριν από την έκθεση, (β) 14 ημέρες σε αβιοτικό μέσο και (γ) 14 ημέρες σε ζωμό Pseudomonas aeruginosa.
Το Σχήμα 8 δείχνει τα φάσματα XPS διαφορετικών επιφανειών δειγμάτων και οι χημικές συνθέσεις που αναλύθηκαν για κάθε επιφάνεια συνοψίζονται στον Πίνακα 6. Στον Πίνακα 6, τα ατομικά ποσοστά Fe και Cr παρουσία P. aeruginosa (δείγματα Α και Β) ήταν πολύ χαμηλότερα από εκείνα των μη βιολογικών δειγμάτων ελέγχου (δείγματα P. curalep 2 και D). Το ve τοποθετήθηκε σε τέσσερα στοιχεία κορυφής με τιμές ενέργειας δέσμευσης (BE) 574,4, 576,6, 578,3 και 586,8 eV, τα οποία μπορούν να αποδοθούν στα Cr, Cr2O3, CrO3 και Cr(OH)3, αντίστοιχα (Εικ. 9a και b). (573,80 eV για το BE) και το Cr2O3 (575,90 eV για το BE) στο Σχήμα 9c και d, αντίστοιχα. Η πιο εντυπωσιακή διαφορά μεταξύ των αβιοτικών δειγμάτων και των δειγμάτων P. aeruginosa ήταν η παρουσία Cr6+ και ένα υψηλότερο σχετικό κλάσμα Cr(OH)3 (BE 586,8) κάτω από το bifilm.
Τα ευρέα φάσματα XPS της επιφάνειας του δείγματος HDSS 2707 στα δύο μέσα είναι 7 ημέρες και 14 ημέρες, αντίστοιχα.
(α) 7 ημέρες έκθεσης στο P. aeruginosa, (β) 14 ημέρες έκθεσης στο P. aeruginosa, (γ) 7 ημέρες σε αβιοτικό μέσο και (δ) 14 ημέρες σε αβιοτικό μέσο.
Το HDSS παρουσιάζει υψηλά επίπεδα αντοχής στη διάβρωση στα περισσότερα περιβάλλοντα. Kim et al.2 ανέφερε ότι το UNS S32707 HDSS ορίστηκε ως ένα DSS υψηλής κραματοποίησης με PREN μεγαλύτερο από 45. Η τιμή PREN του δείγματος 2707 HDSS σε αυτήν την εργασία ήταν 49. Αυτό οφείλεται στην υψηλή περιεκτικότητά του σε χρώμιο και στα υψηλά επίπεδα μολυβδαινίου και νιτρώματος, τα οποία είναι ευεργετικά σε όξινη σύνθεση και υψηλά επίπεδα μικροοργανισμού. είναι χρήσιμα για δομική σταθερότητα και αντοχή στη διάβρωση. Ωστόσο, παρά την εξαιρετική χημική του αντοχή, τα πειραματικά δεδομένα σε αυτή την εργασία υποδηλώνουν ότι το 2707 HDSS δεν είναι πλήρως ανοσία στο MIC των βιοφίλμ P. aeruginosa.
Τα ηλεκτροχημικά αποτελέσματα έδειξαν ότι ο ρυθμός διάβρωσης του 2707 HDSS στον ζωμό P. aeruginosa αυξήθηκε σημαντικά μετά από 14 ημέρες σε σύγκριση με το μη βιολογικό μέσο. Στο Σχήμα 2α, παρατηρήθηκε μείωση του Eocp τόσο στο αβιοτικό μέσο όσο και στο ζωμό P. aeruginosa κατά τη διάρκεια των πρώτων 24 ωρών. σταθερό36.Ωστόσο, το επίπεδο της βιολογικής Eocp ήταν πολύ υψηλότερο από αυτό της μη βιολογικής Eocp. Υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι αυτή η διαφορά οφείλεται στον σχηματισμό βιοφίλμ του P. aeruginosa. Στο Σχήμα 2d, παρουσία του P. aeruginosa, η τιμή icorr των 2707 mAde που ήταν υψηλότερη από 0,62 HDSS ήταν υψηλότερη από 0,627 0,063 μA cm-2), η οποία ήταν σύμφωνη με την τιμή Rct που μετρήθηκε με EIS. Τις πρώτες ημέρες, οι τιμές σύνθετης αντίστασης στον ζωμό P. aeruginosa αυξήθηκαν λόγω της προσκόλλησης των κυττάρων P. aeruginosa και του σχηματισμού βιοφίλμ. Ωστόσο, όταν το βιοφίλμ καλύπτει πλήρως την επιφάνεια του προστατευτικού δείγματος και μειώνεται η επιφάνεια του προστατευτικού δείγματος. μεταβολίτες του φίλμ. Ως εκ τούτου, η αντίσταση στη διάβρωση μειώθηκε με την πάροδο του χρόνου και η προσκόλληση του P. aeruginosa προκάλεσε τοπική διάβρωση. Οι τάσεις στα αβιοτικά μέσα ήταν διαφορετικές. Η αντίσταση στη διάβρωση του μη βιολογικού μάρτυρα ήταν πολύ υψηλότερη από την αντίστοιχη τιμή των δειγμάτων που εκτέθηκαν σε ζωμό P. aeruginosa. Επιπλέον, η τιμή R20ct των αβιοτικών δειγμάτων ημέρας Ω8 έφθασε την τιμή R2000 των αβιοτικών δειγμάτων. 4, η οποία ήταν 15 φορές η τιμή Rct (32 kΩ cm2) παρουσία P. aeruginosa. Ως εκ τούτου, το 2707 HDSS έχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση σε αποστειρωμένο περιβάλλον, αλλά δεν είναι ανθεκτικό στην επίθεση MIC από βιομεμβράνες P. aeruginosa.
Αυτά τα αποτελέσματα μπορούν επίσης να παρατηρηθούν από τις καμπύλες πόλωσης στο Σχ. 2β. Η ανοδική διακλάδωση αποδόθηκε στον σχηματισμό βιοφίλμ Pseudomonas aeruginosa και τις αντιδράσεις οξείδωσης μετάλλων. Ταυτόχρονα, η καθοδική αντίδραση είναι η μείωση του οξυγόνου. Το βιοφίλμ ruginosa αυξάνει την εντοπισμένη διάβρωση του 2707 HDSS. Οι Yuan et al29 διαπίστωσαν ότι η πυκνότητα του ρεύματος διάβρωσης του 70/30 κράματος Cu-Ni αυξήθηκε υπό την πρόκληση του βιοφίλμ P. aeruginosa. Αυτό μπορεί να οφείλεται στη βιοκατάλυση της μείωσης του οξυγόνου από το Pseudomonas biservofilms7 μπορεί επίσης να ερμηνεύσει αυτό το Pseudomonas biservofilms7 aerug. .Τα αερόβια βιοφίλμ μπορεί επίσης να έχουν λιγότερο οξυγόνο από κάτω τους. Ως εκ τούτου, η αποτυχία επαναπαθητικοποίησης της μεταλλικής επιφάνειας από το οξυγόνο μπορεί να είναι ένας παράγοντας που συμβάλλει στο MIC σε αυτήν την εργασία.
Dickinson et al.38 πρότεινε ότι οι ρυθμοί των χημικών και ηλεκτροχημικών αντιδράσεων μπορούν να επηρεαστούν άμεσα από τη μεταβολική δραστηριότητα των άμιστων βακτηρίων στην επιφάνεια του δείγματος και τη φύση των προϊόντων διάβρωσης. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 5 και στον Πίνακα 5, τόσο ο αριθμός των κυττάρων όσο και το πάχος του βιοφίλμ μειώθηκαν μετά από 14 ημέρες. στην εξάντληση θρεπτικών ουσιών στο μέσο 2216E ή στην απελευθέρωση τοξικών μεταλλικών ιόντων από τη μήτρα 2707 HDSS. Αυτός είναι ένας περιορισμός πειραμάτων παρτίδας.
Σε αυτή την εργασία, το βιοφίλμ P. aeruginosa προώθησε την τοπική εξάντληση του Cr και του Fe κάτω από το βιοφίλμ στην επιφάνεια του 2707 HDSS (Εικ. 6). Στον Πίνακα 6, η μείωση του Fe και του Cr στο δείγμα D σε σύγκριση με το δείγμα C, υποδεικνύοντας ότι ο διαλυμένος Fe και ο Cr που προκλήθηκαν από το P. aeruginosa χρησιμοποιήθηκαν πέρα ​​από το biofilm του P. aeruginosa. θαλάσσια περιβάλλοντα.Περιέχει 17700 ppm Cl-, το οποίο είναι συγκρίσιμο με αυτό που βρίσκεται στο φυσικό θαλασσινό νερό. Η παρουσία 17700 ppm Cl- ήταν ο κύριος λόγος για τη μείωση του Cr στα αβιοτικά δείγματα 7 και 14 ημερών που αναλύθηκαν από το XPS. βιοτικά περιβάλλοντα. Το σχήμα 9 δείχνει την παρουσία του Cr6+ στο φιλμ παθητικοποίησης. Μπορεί να εμπλέκεται στην αφαίρεση του Cr από τις επιφάνειες του χάλυβα με βιομεμβράνες P. aeruginosa, όπως προτείνουν οι Chen και Clayton.
Λόγω της βακτηριακής ανάπτυξης, οι τιμές pH του μέσου πριν και μετά την καλλιέργεια ήταν 7,4 και 8,2, αντίστοιχα. Ως εκ τούτου, κάτω από το βιοφίλμ P. aeruginosa, η διάβρωση του οργανικού οξέος είναι απίθανο να συμβάλλει σε αυτήν την εργασία λόγω του σχετικά υψηλού pH στο χύμα μέσο. 5) κατά τη διάρκεια της περιόδου δοκιμής 14 ημερών. Η αύξηση του pH στο μέσο ενοφθαλμισμού μετά την επώαση οφειλόταν στη μεταβολική δραστηριότητα του P. aeruginosa και βρέθηκε ότι είχε την ίδια επίδραση στο pH απουσία δοκιμαστικών ταινιών.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 7, το μέγιστο βάθος λάκκου που προκλήθηκε από το βιοφίλμ P. aeruginosa ήταν 0,69 μm, το οποίο ήταν πολύ μεγαλύτερο από αυτό του αβιοτικού μέσου (0,02 μm). Αυτό είναι σύμφωνο με τα ηλεκτροχημικά δεδομένα που περιγράφονται παραπάνω. Το βάθος λάκκου 0,69 μm είναι πάνω από δέκα φορές μικρότερο από την τιμή μ2 που αναφέρθηκε για το 9. Το 2707 HDSS εμφανίζει καλύτερη αντίσταση στο MIC σε σύγκριση με το 2205 DSS. Αυτό δεν πρέπει να αποτελεί έκπληξη, καθώς το 2707 HDSS έχει υψηλότερη περιεκτικότητα σε χρώμιο, παρέχοντας παθητικοποίηση μεγαλύτερης διάρκειας, λόγω της ισορροπημένης δομής φάσης χωρίς επιβλαβή δευτερεύοντα ιζήματα, καθιστώντας δυσκολότερο για το P. aeruginosa να αποπαθητευθεί και τα σημεία έναρξης ec.
Συμπερασματικά, το MIC pitting βρέθηκε στην επιφάνεια του 2707 HDSS σε ζωμό P. aeruginosa σε σύγκριση με το αμελητέο pitting σε αβιοτικά μέσα. Αυτή η εργασία δείχνει ότι το 2707 HDSS έχει καλύτερη αντίσταση στο MIC από το 2205 DSS, αλλά δεν είναι πλήρως ανοσία στο MIC λόγω του P. aeruginosa.
Το κουπόνι για 2707 HDSS παρέχεται από τη Σχολή Μεταλλουργίας του Northeastern University (NEU) στο Shenyang της Κίνας. Η στοιχειακή σύνθεση του 2707 HDSS φαίνεται στον Πίνακα 1, ο οποίος αναλύθηκε από το Τμήμα Ανάλυσης και Δοκιμών Υλικών NEU. Όλα τα δείγματα υποβλήθηκαν σε επεξεργασία διαλύματος στους 1180°C. Το SS με εκτεθειμένη επιφάνεια 1 cm2 γυαλίστηκε στα 2000 grit με χαρτί καρβιδίου του πυριτίου και γυαλίστηκε περαιτέρω με αιώρημα σκόνης 0,05 μm Al2O3. Οι πλευρές και ο πυθμένας προστατεύονται με αδρανές χρώμα. Μετά την ξήρανση, τα δείγματα ξεπλύθηκαν με αποστειρωμένο απιονισμένο νερό. -ξήρανση υπό υπεριώδη ακτινοβολία (UV) για 0,5 ώρα πριν από τη χρήση.
Το θαλάσσιο στέλεχος Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 αγοράστηκε από το Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Κίνα. , Κίνα). Μέσο (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, 0,034 SrCl2, 0,203, 0,30 Sr. , 0016 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4, 5,0 πεπτόνη, 1,0 εκχύλισμα ζύμης και 0,1 κιτρικός σίδηρος. Αποστείλετε αυτόματοκλειστό στους 121°C για 20 λεπτά πριν από τον εμβολιασμό. Μετρήστε τα άμισχα και πλαγκτονικά κύτταρα σε ένα αρχικό σχέδιο μικροσκοπίου αιμοκυττάρου 40ktX. Το onic Pseudomonas aeruginosa αμέσως μετά τον εμβολιασμό ήταν περίπου 106 κύτταρα/ml.
Πραγματοποιήθηκαν ηλεκτροχημικές δοκιμές σε μια κλασική γυάλινη κυψέλη τριών ηλεκτροδίων με μέσο όγκο 500 ml. Ένα φύλλο πλατίνας και ένα ηλεκτρόδιο κορεσμένης καλομέλας (SCE) συνδέθηκαν στον αντιδραστήρα μέσω τριχοειδών αγγείων Luggin γεμάτα με γέφυρες αλατιού, που χρησίμευαν ως αντίθετα και ως ηλεκτρόδια αναφοράς, αντίστοιχα. y, αφήνοντας περίπου 1 cm2 εκτεθειμένης επιφάνειας μονής όψης για το ηλεκτρόδιο εργασίας. Κατά τη διάρκεια των ηλεκτροχημικών μετρήσεων, τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε μέσο 2216E και διατηρήθηκαν σε σταθερή θερμοκρασία επώασης (37 °C) σε υδατόλουτρο. OCP, LPR, EIS και δεδομένα δυναμικής δυναμικής πόλωσης μετρήθηκαν χρησιμοποιώντας μια δοκιμή Autolab potentry000, Inc. με ρυθμό σάρωσης 0,125 mV s-1 σε εύρος -5 και 5 mV με Eocp και συχνότητα δειγματοληψίας 1 Hz. Το EIS πραγματοποιήθηκε με ημιτονοειδές κύμα στην περιοχή συχνοτήτων 0,01 έως 10.000 Hz χρησιμοποιώντας μια εφαρμοζόμενη τάση 5 mV σε σταθερή κατάσταση ηλεκτρικού ρεύματος, έως ότου το δυναμικό ήταν ανοικτό σε κατάσταση Eocp. Επετεύχθη η τιμή δυναμικού διάβρωσης. Στη συνέχεια, οι καμπύλες πόλωσης εκτελέστηκαν από -0,2 έως 1,5 V έναντι Eocp με ρυθμό σάρωσης 0,166 mV/s. Κάθε δοκιμή επαναλήφθηκε 3 φορές με και χωρίς P. aeruginosa.
Τα δείγματα για μεταλλογραφική ανάλυση γυαλίστηκαν μηχανικά με υγρό SiC χαρτί 2000 grit και στη συνέχεια γυαλίστηκαν περαιτέρω με εναιώρημα σκόνης 0,05 μm Al2O3 για οπτική παρατήρηση. Η μεταλλογραφική ανάλυση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση οπτικού μικροσκοπίου. Τα δείγματα χαράχτηκαν με διάλυμα υδροξειδίου καλίου 10% κατά βάρος43.
Μετά την επώαση, τα δείγματα πλύθηκαν 3 φορές με διάλυμα φυσιολογικού ορού ρυθμισμένου με φωσφορικά (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) και στη συνέχεια σταθεροποιήθηκαν με 2,5% (v/v) γλουταραλδεΰδη για 10 ώρες για να στερεωθούν βιομεμβράνες. Στη συνέχεια αφυδατώθηκε με μια διαβαθμισμένη σειρά 7%, 0%, 0%, 0%, 0%, 0% (5%) 00% v/v) αιθανόλης πριν από την ξήρανση στον αέρα. Τέλος, η επιφάνεια του δείγματος διασκορπίζεται με μια μεμβράνη χρυσού για να παρέχει αγωγιμότητα για παρατήρηση SEM. Οι εικόνες SEM επικεντρώθηκαν στα σημεία με τα πιο άμισχα κύτταρα P. aeruginosa στην επιφάνεια κάθε δείγματος. Πραγματοποιήστε ανάλυση EDSA για να βρείτε χημικά στοιχεία (Lassserscanfocal. Zeiss, Γερμανία) χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση του βάθους λάκκου. Προκειμένου να παρατηρηθούν τα κοιλώματα διάβρωσης κάτω από το βιοφίλμ, το δοκίμιο καθαρίστηκε πρώτα σύμφωνα με το Κινεζικό Εθνικό Πρότυπο (CNS) GB/T4334.4-2000 για να αφαιρεθούν τα προϊόντα διάβρωσης και το βιοφίλμ στην επιφάνεια του δοκιμίου.
Η ανάλυση φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS, ESCALAB250 επιφανειακό σύστημα ανάλυσης, Thermo VG, USA) πραγματοποιήθηκε με τη χρήση μιας μονόχρωμης πηγής ακτίνων Χ (γραμμή αλουμινίου Kα σε ενέργεια 1500 eV και ισχύ 150 W) σε ένα ευρύ φάσμα ενέργειας δέσμευσης 0 υπό τυπικές συνθήκες – καταγράφηκε βήμα 1350 eV. μέγεθος.
Τα επωασμένα δείγματα αφαιρέθηκαν και ξεπλύθηκαν απαλά με PBS (pH 7,4 ± 0,2) για 15 s45. Για την παρατήρηση της βακτηριακής βιωσιμότητας των βιοφίλμς στα δείγματα, τα βιοφίλμ χρωματίστηκαν χρησιμοποιώντας το κιτ LIVE/DEAD BacLight BacLight BacLight Viability Kit (Invitrogen, The green dygenes, The greenesent, The greenscent, US). φθορίζουσα χρωστική SYTO-9 και μια κόκκινη φθορίζουσα βαφή ιωδιούχου προπιδίου (PI). Κάτω από το CLSM, οι κουκκίδες με φθορίζον πράσινο και κόκκινο αντιπροσωπεύουν ζωντανά και νεκρά κύτταρα, αντίστοιχα. παρατηρήθηκε σε δύο μήκη κύματος (488 nm για ζωντανά κύτταρα και 559 nm για νεκρά κύτταρα) χρησιμοποιώντας μηχανή Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japan). Το πάχος του βιοφίλμ μετρήθηκε σε λειτουργία σάρωσης 3-D.
Πώς να αναφέρετε αυτό το άρθρο: Li, H. et al. Μικροβιακή διάβρωση από ανοξείδωτο χάλυβα 2707 super duplex από τη marine Pseudomonas aeruginosa biofilm.science.Rep.6, 20190;doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Stress corrosion cracking of LDX 2101 duplex ininless steel in chloride solution in present of thiosulfate.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Επίδραση της θερμικής επεξεργασίας διαλύματος και του αζώτου στο προστατευτικό αέριο στην αντοχή στη διάβρωση των αυλακώσεων των συγκολλήσεων από ανοξείδωτο χάλυβα super duplex.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. A Comparative Chemical Study of Microbial and Electrochemically Induced Pitting Corrosion in 316L Stainless Steel.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Ηλεκτροχημική συμπεριφορά διπλού ανοξείδωτου χάλυβα 2205 σε αλκαλικά διαλύματα διαφορετικού pH παρουσία χλωριδίου.Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI The effect of marine biofilms on corrosion: a concise review.Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).