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La corrosión microbiana (MIC) es un problema grave en muchas industrias, ya que puede conducir a enormes pérdidas económicas. El acero inoxidable súper dúplex 2707 (2707 HDSS) se utiliza en entornos marinos debido a su excelente resistencia química. Sin embargo, su resistencia a la MIC no se ha demostrado experimentalmente. Este estudio examinó el comportamiento de la MIC 2707 HDSS causada por la bacteria aerobia marina Pseudomonas aeruginosa. El análisis electroquímico mostró que en presencia de biopelícula de Pseudomonas aeruginosa en el medio 2216E, se produce un cambio positivo en el potencial de corrosión y un aumento en la densidad de corriente de corrosión. El análisis de espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS) mostró una disminución en el contenido de Cr en la superficie de la muestra debajo de la biopelícula. El análisis visual de las picaduras mostró que la biopelícula de P. aeruginosa produjo una profundidad máxima de picaduras de 0,69 µm durante 14 días de incubación. Aunque esto es pequeño, indica que 2707 HDSS no es completamente inmune a la MIC de las biopelículas de P. aeruginosa.
Los aceros inoxidables dúplex (DSS) se utilizan ampliamente en diversas industrias debido a la perfecta combinación de excelentes propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión1,2. Sin embargo, aún se producen picaduras localizadas que afectan la integridad de este acero3,4. El DSS no es resistente a la corrosión microbiana (MIC)5,6. A pesar de la amplia gama de aplicaciones para el DSS, todavía hay entornos donde la resistencia a la corrosión del DSS no es suficiente para un uso a largo plazo. Esto significa que se requieren materiales más caros con mayor resistencia a la corrosión. Jeon et al7 encontraron que incluso los aceros inoxidables súper dúplex (SDSS) tienen algunas limitaciones en términos de resistencia a la corrosión. Por lo tanto, en algunos casos, se requieren aceros inoxidables súper dúplex (HDSS) con mayor resistencia a la corrosión. Esto condujo al desarrollo de HDSS altamente aleados.
La resistencia a la corrosión del DSS depende de la proporción de las fases alfa y gamma, y ​​se agota en las regiones de Cr, Mo y W 8, 9 y 10 adyacentes a la segunda fase. El HDSS contiene un alto contenido de Cr, Mo y N11, por lo que tiene una excelente resistencia a la corrosión y un alto valor (45-50) del número de resistencia a picaduras equivalente (PREN) determinado por el % en peso de Cr + 3,3 (% en peso de Mo + 0,5 % en peso) + 16 % en peso de N12. Su excelente resistencia a la corrosión depende de una composición equilibrada que contiene aproximadamente un 50 % de fases ferríticas (α) y un 50 % de fases austeníticas (γ). El HDSS tiene mejores propiedades mecánicas y una mayor resistencia a la corrosión por cloruros. La resistencia a la corrosión mejorada extiende el uso del HDSS en entornos con cloruros más agresivos, como los entornos marinos.
Las MIC son un problema importante en muchas industrias, como las de petróleo y gas, y agua14. La MIC representa el 20% de todos los daños por corrosión15. La MIC es una corrosión bioelectroquímica que se puede observar en muchos entornos. Las biopelículas que se forman en las superficies metálicas cambian las condiciones electroquímicas, lo que afecta el proceso de corrosión. Se cree ampliamente que la corrosión por MIC es causada por biopelículas. Los microorganismos electrogénicos consumen metales para obtener la energía que necesitan para sobrevivir17. Estudios recientes de MIC han demostrado que la EET (transferencia extracelular de electrones) es el factor limitante de la velocidad en la MIC inducida por microorganismos electrogénicos. Zhang et al. 18 demostraron que los intermediarios electrónicos aceleran la transferencia de electrones entre las células de Desulfovibrio sessificans y el acero inoxidable 304, lo que resulta en un ataque de MIC más severo. Anning et al. 19 y Wenzlaff et al. 20 han demostrado que las biopelículas de bacterias reductoras de sulfato (SRB) corrosivas pueden absorber directamente electrones de sustratos metálicos, lo que resulta en picaduras severas.
Se sabe que el DSS es susceptible a la CMI en medios que contienen SRB, bacterias reductoras de hierro (IRB), etc. 21. Estas bacterias causan picaduras localizadas en la superficie del DSS bajo biopelículas22,23. A diferencia del DSS, la CMI del HDSS24 no se conoce bien.
Pseudomonas aeruginosa es una bacteria gramnegativa, móvil y con forma de bastón, ampliamente distribuida en la naturaleza25. Pseudomonas aeruginosa también es un grupo microbiano importante en el medio marino, causando concentraciones elevadas de CMI. Pseudomonas participa activamente en el proceso de corrosión y se reconoce como un colonizador pionero durante la formación de biopelículas. Mahat et al. 28 y Yuan et al. 29 demostraron que Pseudomonas aeruginosa tiende a aumentar la velocidad de corrosión del acero dulce y sus aleaciones en ambientes acuáticos.
El objetivo principal de este trabajo fue investigar las propiedades del HDSS MIC 2707 causado por la bacteria aerobia marina Pseudomonas aeruginosa utilizando métodos electroquímicos, métodos de análisis de superficie y análisis de productos de corrosión. Se realizaron estudios electroquímicos, incluyendo potencial de circuito abierto (OCP), resistencia de polarización lineal (LPR), espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) y polarización dinámica potencial, para estudiar el comportamiento del HDSS MIC 2707. Se llevó a cabo un análisis espectrométrico de energía dispersiva (EDS) para detectar elementos químicos en una superficie corroída. Además, se utilizó espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) para determinar la estabilidad de la pasivación de la película de óxido bajo la influencia de un entorno marino que contenía Pseudomonas aeruginosa. La profundidad de las picaduras se midió bajo un microscopio confocal de barrido láser (CLSM).
La Tabla 1 muestra la composición química del acero HDSS 2707. La Tabla 2 muestra que el acero HDSS 2707 posee excelentes propiedades mecánicas, con un límite elástico de 650 MPa. La Fig. 1 muestra la microestructura óptica del acero HDSS 2707 tratado térmicamente en solución. En la microestructura, que contiene aproximadamente un 50 % de fases de austenita y un 50 % de ferrita, se observan bandas alargadas de fases de austenita y ferrita sin fases secundarias.
En la fig. 2a se muestra el potencial de circuito abierto (Eocp) versus el tiempo de exposición para 2707 HDSS en medio abiótico 2216E y caldo de P. aeruginosa durante 14 días a 37°C. Muestra que el cambio más grande y significativo en Eocp ocurre dentro de las primeras 24 horas. Los valores de Eocp en ambos casos alcanzaron un máximo de -145 mV (en comparación con SCE) alrededor de las 16 h y luego cayeron bruscamente, llegando a -477 mV (en comparación con SCE) y -236 mV (en comparación con SCE) para la muestra abiótica. y cupones de Pseudomonas aeruginosa P, respectivamente). Después de 24 horas, el valor de Eocp 2707 HDSS para P. aeruginosa fue relativamente estable a -228 mV (en comparación con SCE), mientras que el valor correspondiente para muestras no biológicas fue de aproximadamente -442 mV (en comparación con SCE). El Eocp en presencia de P. aeruginosa fue bastante bajo.
Estudio electroquímico de 2707 muestras de HDSS en medio abiótico y caldo de Pseudomonas aeruginosa a 37 °C:
(a) Eocp en función del tiempo de exposición, (b) curvas de polarización en el día 14, (c) Rp en función del tiempo de exposición y (d) icorr en función del tiempo de exposición.
La Tabla 3 muestra los parámetros de corrosión electroquímica de 2707 muestras de HDSS expuestas a medios abióticos e inoculados con Pseudomonas aeruginosa durante 14 días. Las tangentes de las curvas anódica y catódica se extrapolaron para obtener intersecciones que dan la densidad de corriente de corrosión (icorr), el potencial de corrosión (Ecorr) y la pendiente de Tafel (βα y βc) según métodos estándar30,31.
Como se muestra en la figura 2b, un desplazamiento ascendente de la curva de P. aeruginosa resultó en un aumento de Ecorr en comparación con la curva abiótica. El valor de icorr, proporcional a la velocidad de corrosión, aumentó a 0,328 µA cm⁻² en la muestra de Pseudomonas aeruginosa, cuatro veces mayor que en la muestra no biológica (0,087 µA cm⁻²).
La LPR es un método electroquímico no destructivo clásico para el análisis rápido de la corrosión. También se ha utilizado para estudiar MIC32. La figura 2c muestra la resistencia a la polarización (Rp) en función del tiempo de exposición. Un valor de Rp más alto implica una menor corrosión. Durante las primeras 24 horas, la Rp del HDSS 2707 alcanzó un máximo de 1955 kΩ cm² para muestras abióticas y de 1429 kΩ cm² para muestras de Pseudomonas aeruginosa. La figura 2c también muestra que el valor de Rp disminuyó rápidamente después de un día y se mantuvo prácticamente sin cambios durante los 13 días siguientes. El valor de Rp de una muestra de Pseudomonas aeruginosa es de aproximadamente 40 kΩ cm², mucho menor que el valor de 450 kΩ cm² de una muestra no biológica.
El valor de icorr es proporcional a la velocidad de corrosión uniforme. Su valor puede calcularse mediante la siguiente ecuación de Stern-Giri:
Según Zoe et al. 33, el valor típico de la pendiente B de Tafel en este trabajo se consideró de 26 mV/dec. La Figura 2d muestra que el icorr de la muestra no biológica 2707 se mantuvo relativamente estable, mientras que la muestra de P. aeruginosa fluctuó considerablemente después de las primeras 24 horas. Los valores de icorr de las muestras de P. aeruginosa fueron un orden de magnitud superiores a los de los controles no biológicos. Esta tendencia concuerda con los resultados de la resistencia a la polarización.
La EIS es otro método no destructivo utilizado para caracterizar reacciones electroquímicas en superficies corroídas. Se analizaron los espectros de impedancia y los valores de capacitancia calculados de muestras expuestas a un ambiente abiótico y a una solución de Pseudomonas aeruginosa, la resistencia de la película pasiva/biopelícula Rb formada en la superficie de la muestra, la resistencia a la transferencia de carga Rct, la capacitancia eléctrica de doble capa Cdl (EDL) y los parámetros del elemento de fase (CPE) QCPE constantes. Estos parámetros se analizaron posteriormente ajustando los datos mediante un modelo de circuito equivalente (EEC).
La figura 3 muestra los diagramas de Nyquist (a y b) y de Bode (a' y b') típicos para 2707 muestras de HDSS en medios abióticos y caldo de P. aeruginosa para diferentes tiempos de incubación. El diámetro del anillo de Nyquist disminuye en presencia de Pseudomonas aeruginosa. El diagrama de Bode (figura 3b') muestra el aumento de la impedancia total. La información sobre la constante de tiempo de relajación puede obtenerse a partir de los máximos de fase. La figura 4 muestra las estructuras físicas basadas en una monocapa (a) y una bicapa (b) y los EEC correspondientes. El CPE se introduce en el modelo EEC. Su admitancia e impedancia se expresan de la siguiente manera:
Dos modelos físicos y circuitos equivalentes correspondientes para ajustar el espectro de impedancia de la muestra 2707 HDSS:
Donde Y0 es el valor del KPI, j es el número imaginario o (-1)½, ω es la frecuencia angular y n es el índice de potencia del KPI menor que uno. La inversión de la resistencia a la transferencia de carga (es decir, 1/Rct) corresponde a la velocidad de corrosión. Cuanto menor sea el Rct, mayor será la velocidad de corrosión. Tras 14 días de incubación, el Rct de las muestras de Pseudomonas aeruginosa alcanzó 32 kΩ cm², muy inferior a los 489 kΩ cm² de las muestras no biológicas (Tabla 4).
Las imágenes CLSM y SEM de la Figura 5 muestran claramente que la biopelícula que recubre la superficie de la muestra HDSS 2707 es densa después de 7 días. Sin embargo, después de 14 días, la biopelícula presentaba una cobertura deficiente y aparecieron algunas células muertas. La Tabla 5 muestra el espesor de la biopelícula en las muestras HDSS 2707 tras la exposición a P. aeruginosa durante 7 y 14 días. El espesor máximo de la biopelícula pasó de 23,4 µm a los 7 días a 18,9 µm a los 14 días. El espesor medio de la biopelícula también confirmó esta tendencia, disminuyendo de 22,2 ± 0,7 µm a los 7 días a 17,8 ± 1,0 µm a los 14 días.
(a) Imagen CLSM 3-D a los 7 días, (b) Imagen CLSM 3-D a los 14 días, (c) Imagen SEM a los 7 días, y (d) Imagen SEM a los 14 días.
Los campos electromagnéticos (CEM) revelaron elementos químicos en biopelículas y productos de corrosión en muestras expuestas a P. aeruginosa durante 14 días. La figura 6 muestra que el contenido de C, N, O y P en biopelículas y productos de corrosión es significativamente mayor que en metales puros, ya que estos elementos están asociados con las biopelículas y sus metabolitos. Los microbios solo necesitan trazas de cromo y hierro. Los altos niveles de Cr y Fe en la biopelícula y los productos de corrosión en la superficie de las muestras indican que la matriz metálica ha perdido elementos debido a la corrosión.
Después de 14 días, se observaron picaduras con y sin P. aeruginosa en el medio 2216E. Antes de la incubación, la superficie de las muestras era lisa y libre de defectos (Fig. 7a). Después de la incubación y la eliminación de la biopelícula y los productos de corrosión, las picaduras más profundas en la superficie de las muestras se examinaron utilizando CLSM, como se muestra en la Fig. 7b y c. No se encontraron picaduras obvias en la superficie de los controles no biológicos (profundidad máxima de picaduras 0,02 µm). La profundidad máxima de picaduras causada por P. aeruginosa fue de 0,52 µm a los 7 días y de 0,69 µm a los 14 días, con base en la profundidad máxima promedio de picaduras de 3 muestras (se seleccionaron 10 profundidades máximas de picaduras para cada muestra). Logro de 0,42 ± 0,12 µm y 0,52 ± 0,15 µm, respectivamente (Tabla 5). Estos valores de profundidad del agujero son pequeños pero importantes.
(a) antes de la exposición, (b) 14 días en un ambiente abiótico y (c) 14 días en caldo de Pseudomonas aeruginosa.
En la fig., la Tabla 8 muestra los espectros XPS de varias superficies de muestra, y la composición química analizada para cada superficie se resume en la Tabla 6. En la Tabla 6, los porcentajes atómicos de Fe y Cr en presencia de P. aeruginosa (muestras A y B) fueron mucho menores que los de los controles no biológicos (muestras C y D). Para una muestra de P. aeruginosa, la curva espectral a nivel del núcleo Cr₂⁻ se ajustó a cuatro componentes pico con energías de enlace (EB) de 574,4, 576,6, 578,3 y 586,8 eV, que pueden atribuirse a Cr, Cr₂O₃, CrO₃ y Cr(OH)₃, respectivamente (Fig. 9a y b). En muestras no biológicas, el espectro del nivel principal de Cr₂₃ contiene dos picos principales para Cr (573,80 eV para BE) y Cr₂O₃ (575,90 eV para BE) en las figuras 9c y d, respectivamente. La diferencia más notable entre las muestras abióticas y las de P. aeruginosa fue la presencia de Cr₆₃ y una mayor proporción relativa de Cr(OH)₃ (BE 586,8 eV) bajo la biopelícula.
Los espectros XPS amplios de la superficie de la muestra 2707 HDSS en dos medios son de 7 y 14 días, respectivamente.
(a) 7 días de exposición a P. aeruginosa, (b) 14 días de exposición a P. aeruginosa, (c) 7 días en un ambiente abiótico, y (d) 14 días en un ambiente abiótico.
El HDSS exhibe un alto nivel de resistencia a la corrosión en la mayoría de los ambientes. Kim et al.2 informaron que el HDSS UNS S32707 se identificó como un DSS altamente aleado con un PREN superior a 45. El valor de PREN de la muestra 2707 HDSS en este trabajo fue de 49. Esto se debe al alto contenido de cromo, molibdeno y níquel, que son útiles en ambientes ácidos y con alto contenido de cloruro. Además, una composición bien equilibrada y una microestructura sin defectos son beneficiosas para la estabilidad estructural y la resistencia a la corrosión. Sin embargo, a pesar de su excelente resistencia química, los datos experimentales de este trabajo sugieren que el HDSS 2707 no es completamente inmune a las CMI de la biopelícula de P. aeruginosa.
Los resultados electroquímicos mostraron que la tasa de corrosión de 2707 HDSS en caldo de P. aeruginosa aumentó significativamente después de 14 días en comparación con el entorno no biológico. En la Figura 2a, se observó una disminución en Eocp tanto en el medio abiótico como en caldo de P. aeruginosa durante las primeras 24 horas. Después de eso, la biopelícula cubre completamente la superficie de la muestra y el Eocp se vuelve relativamente estable36. Sin embargo, el nivel biológico de Eocp fue mucho más alto que el nivel de Eocp no biológico. Hay razones para creer que esta diferencia está asociada con la formación de biopelículas de P. aeruginosa. En la fig. 2d en presencia de P. aeruginosa, el valor de icorr 2707 HDSS alcanzó 0,627 μA cm-2, que es un orden de magnitud mayor que el del control abiótico (0,063 μA cm-2), que fue consistente con el valor de Rct medido por EIS. Durante los primeros días, los valores de impedancia en el caldo de P. aeruginosa aumentaron debido a la adhesión de células de P. aeruginosa y la formación de biopelículas. Sin embargo, cuando la biopelícula cubre completamente la superficie de la muestra, la impedancia disminuye. La capa protectora es atacada principalmente debido a la formación de biopelículas y metabolitos de la biopelícula. En consecuencia, la resistencia a la corrosión disminuyó con el tiempo y la adhesión de P. aeruginosa causó corrosión localizada. Las tendencias en ambientes abióticos fueron diferentes. La resistencia a la corrosión del control no biológico fue mucho mayor que el valor correspondiente de las muestras expuestas al caldo de P. aeruginosa. Además, para las accesiones abióticas, el valor Rct 2707 HDSS alcanzó 489 kΩ cm2 el día 14, que es 15 veces mayor que el valor Rct (32 kΩ cm2) en presencia de P. aeruginosa. Por lo tanto, el HDSS 2707 tiene una excelente resistencia a la corrosión en un entorno estéril, pero no es resistente a las MIC de las biopelículas de P. aeruginosa.
Estos resultados también se pueden observar a partir de las curvas de polarización en las Figs. 2b. La ramificación anódica se ha asociado con la formación de biopelículas de Pseudomonas aeruginosa y las reacciones de oxidación de metales. En este caso, la reacción catódica es la reducción de oxígeno. La presencia de P. aeruginosa aumentó significativamente la densidad de corriente de corrosión, alrededor de un orden de magnitud mayor que en el control abiótico. Esto indica que la biopelícula de P. aeruginosa mejora la corrosión localizada de 2707 HDSS. Yuan et al.29 encontraron que la densidad de corriente de corrosión de la aleación Cu-Ni 70/30 aumentó bajo la acción de la biopelícula de P. aeruginosa. Esto puede deberse a la biocatálisis de la reducción de oxígeno por biopelículas de Pseudomonas aeruginosa. Esta observación también puede explicar el MIC 2707 HDSS en este trabajo. También puede haber menos oxígeno bajo biopelículas aeróbicas. Por lo tanto, la negativa a volver a pasivar la superficie del metal con oxígeno puede ser un factor que contribuya a la MIC en este trabajo.
Dickinson et al. 38 sugirieron que la velocidad de las reacciones químicas y electroquímicas puede verse directamente afectada por la actividad metabólica de las bacterias sésiles en la superficie de la muestra y la naturaleza de los productos de corrosión. Como se muestra en la Figura 5 y la Tabla 5, el número de células y el espesor de la biopelícula disminuyeron después de 14 días. Esto se puede explicar razonablemente por el hecho de que, después de 14 días, la mayoría de las células sésiles en la superficie del HDSS 2707 murieron debido al agotamiento de nutrientes en el medio 2216E o a la liberación de iones metálicos tóxicos de la matriz del HDSS 2707. Esta es una limitación de los experimentos por lotes.
En este trabajo, una biopelícula de P. aeruginosa contribuyó al agotamiento local de Cr y Fe bajo la biopelícula en la superficie de 2707 HDSS (Fig. 6). La Tabla 6 muestra la reducción en Fe y Cr en la muestra D en comparación con la muestra C, lo que indica que el Fe y Cr disueltos causados ​​por la biopelícula de P. aeruginosa persistieron durante los primeros 7 días. El entorno 2216E se utiliza para simular el entorno marino. Contiene 17700 ppm de Cl-, que es comparable a su contenido en agua de mar natural. La presencia de 17700 ppm de Cl- fue la razón principal de la disminución de Cr en muestras abióticas de 7 y 14 días analizadas por XPS. En comparación con las muestras de P. aeruginosa, la disolución de Cr en muestras abióticas fue mucho menor debido a la fuerte resistencia de 2707 HDSS al cloro en condiciones abióticas. En la fig. 9 se muestra la presencia de Cr6+ en la película pasivante. Podría estar involucrado en la eliminación de cromo de las superficies de acero por las biopelículas de P. aeruginosa, como sugirieron Chen y Clayton.
Debido al crecimiento bacteriano, los valores de pH del medio antes y después del cultivo fueron de 7,4 y 8,2, respectivamente. Por lo tanto, por debajo de la biopelícula de P. aeruginosa, es improbable que la corrosión por ácidos orgánicos contribuya a este resultado debido al pH relativamente alto del medio a granel. El pH del medio de control no biológico no varió significativamente (de 7,4 inicial a 7,5 final) durante los 14 días del ensayo. El aumento del pH en el medio de siembra tras la incubación se debió a la actividad metabólica de P. aeruginosa y se observó el mismo efecto sobre el pH en ausencia de tiras reactivas.
Como se muestra en la Figura 7, la profundidad máxima de picadura causada por la biopelícula de P. aeruginosa fue de 0,69 µm, mucho mayor que la del medio abiótico (0,02 µm). Esto concuerda con los datos electroquímicos descritos anteriormente. La profundidad de picadura de 0,69 µm es más de diez veces menor que el valor de 9,5 µm reportado para 2205 DSS en las mismas condiciones. Estos datos muestran que 2707 HDSS exhibe mejor resistencia a los MIC que 2205 DSS. Esto no debería sorprender, ya que 2707 HDSS tiene mayores niveles de Cr, lo que proporciona una pasivación más prolongada, es más difícil despasivar P. aeruginosa y, debido a su estructura de fase equilibrada sin precipitación secundaria dañina, causa picaduras.
En conclusión, se encontraron picaduras de MIC en la superficie del HDSS 2707 en caldo de P. aeruginosa, en comparación con picaduras insignificantes en el ambiente abiótico. Este trabajo demuestra que el HDSS 2707 presenta mayor resistencia a la MIC que el DSS 2205, pero no es completamente inmune a la MIC debido a la biopelícula de P. aeruginosa. Estos resultados facilitan la selección de aceros inoxidables adecuados y una mayor esperanza de vida útil para el ambiente marino.
Cupón para acero HDSS 2707 proporcionado por la Facultad de Metalurgia de la Universidad del Noreste (NEU) en Shenyang, China. La composición elemental del acero HDSS 2707 se muestra en la Tabla 1, la cual fue analizada por el Departamento de Análisis y Pruebas de Materiales de la NEU. Todas las muestras se sometieron a un tratamiento de disolución sólida a 1180 °C durante 1 hora. Antes de la prueba de corrosión, se pulió un acero HDSS 2707 en forma de moneda con una superficie superior abierta de 1 cm² a grano 2000 con papel de lija de carburo de silicio y luego se pulió con una suspensión de polvo de Al₂O₃ de 0,05 µm. Los lados y el fondo se protegieron con pintura inerte. Tras el secado, las muestras se lavaron con agua desionizada estéril y se esterilizaron con etanol al 75 % (v/v) durante media hora. Posteriormente, se secaron al aire bajo luz ultravioleta (UV) durante media hora antes de su uso.
La cepa MCCC 1A00099 de Pseudomonas aeruginosa marina se adquirió del Centro de Recolección de Cultivos Marinos de Xiamen (MCCC), China. Pseudomonas aeruginosa se cultivó en condiciones aeróbicas a 37 °C en matraces de 250 ml y celdas electroquímicas de vidrio de 500 ml utilizando el medio líquido Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). El medio contiene (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl₂, 3,24 Na₂SO₃, 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 6NH₂₃, 3,0016 NH₃, 5,0 peptona, 1,0 extracto de levadura y 0,1 citrato de hierro. Esterilizar en autoclave a 121 °C durante 20 minutos antes de la inoculación. Contar las células sésiles y planctónicas con un hemocitómetro bajo un microscopio óptico a 400 aumentos. La concentración inicial de Pseudomonas aeruginosa planctónica inmediatamente después de la inoculación fue de aproximadamente 10⁻¹ células/ml.
Las pruebas electroquímicas se llevaron a cabo en una celda de vidrio clásica de tres electrodos con un volumen medio de 500 ml. La lámina de platino y el electrodo de calomelanos saturado (SAE) se conectaron al reactor mediante capilares de Luggin con puentes salinos, que sirvieron como contraelectrodos y electrodos de referencia, respectivamente. Para la fabricación de los electrodos de trabajo, se fijó un alambre de cobre engomado a cada muestra y se cubrió con resina epoxi, dejando aproximadamente 1 cm² de área sin protección para el electrodo de trabajo en un lado. Durante las mediciones electroquímicas, las muestras se colocaron en el medio 2216E y se mantuvieron a una temperatura de incubación constante (37 °C) en un baño de agua. Los datos de OCP, LPR, EIS y polarización dinámica potencial se midieron utilizando un potenciostato Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., EE. UU.). Las pruebas de LPR se registraron a una velocidad de barrido de 0,125 mV s⁻¹ en el rango de -5 a 5 mV con Eocp y una frecuencia de muestreo de 1 Hz. La EIS se realizó con una onda sinusoidal en un rango de frecuencia de 0,01 a 10 000 Hz, aplicando un voltaje de 5 mV a un Eocp en estado estacionario. Antes del barrido de potencial, los electrodos permanecieron en reposo hasta alcanzar un valor estable del potencial de corrosión libre. Posteriormente, se midieron las curvas de polarización de -0,2 a 1,5 V en función del Eocp a una velocidad de barrido de 0,166 mV/s. Cada prueba se repitió tres veces con y sin P. aeruginosa.
Las muestras para análisis metalográfico se pulieron mecánicamente con papel de lija SiC húmedo de grano 2000 y, posteriormente, se pulieron con una suspensión de polvo de Al₂O₃ de 0,05 µm para su observación óptica. El análisis metalográfico se realizó con un microscopio óptico. Las muestras se grabaron con una solución de hidróxido de potasio 43 al 10 % en peso.
Después de la incubación, las muestras se lavaron 3 veces con solución salina tamponada con fosfato (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) y luego se fijaron con glutaraldehído al 2,5 % (v/v) durante 10 horas para fijar las biopelículas. Luego se deshidrató con etanol por lotes (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % y 100 % en volumen) antes del secado al aire. Finalmente, se depositó una película de oro sobre la superficie de la muestra para proporcionar conductividad para la observación SEM. Las imágenes SEM se enfocaron en los puntos con las células de P. aeruginosa más sésiles en la superficie de cada muestra. Realice un análisis EDS para encontrar elementos químicos. Se utilizó un microscopio confocal de barrido láser Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Alemania) para medir la profundidad de las picaduras. Para observar las picaduras de corrosión debajo de la biopelícula, primero se limpió la muestra de prueba de acuerdo con la Norma Nacional China (CNS) GB/T4334.4-2000 para eliminar los productos de corrosión y la biopelícula de la superficie de la muestra de prueba.
El análisis por espectroscopía fotoelectrónica de rayos X (XPS, sistema de análisis de superficie ESCALAB250, Thermo VG, EE. UU.) se realizó utilizando una fuente de rayos X monocromática (línea Kα de aluminio con una energía de 1500 eV y una potencia de 150 W) en un amplio rango de energías de enlace, desde 0 hasta -1350 eV en condiciones estándar. Se registraron espectros de alta resolución utilizando una energía de transmisión de 50 eV y un paso de 0,2 eV.
Las muestras incubadas se retiraron y se lavaron suavemente con PBS (pH 7,4 ± 0,2) durante 15 s45. Para observar la viabilidad bacteriana de las biopelículas en las muestras, estas se tiñeron utilizando el kit LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability (Invitrogen, Eugene, OR, EE. UU.). El kit contiene dos colorantes fluorescentes: el colorante fluorescente verde SYTO-9 y el colorante fluorescente rojo de yoduro de propidio (PI). En el CLSM, los puntos fluorescentes verde y rojo representan células vivas y muertas, respectivamente. Para la tinción, se incubó 1 ml de una mezcla que contenía 3 µl de SYTO-9 y 3 µl de solución de PI durante 20 minutos a temperatura ambiente (23 °C) en oscuridad. Posteriormente, las muestras teñidas se examinaron a dos longitudes de onda (488 nm para células vivas y 559 nm para células muertas) utilizando un aparato Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japón). El espesor de la biopelícula se midió en modo de escaneo 3D.
Cómo citar este artículo: Li, H. et al. Corrosión microbiana del acero inoxidable superdúplex 2707 por biopelícula marina de Pseudomonas aeruginosa. The Science, 6 de febrero de 2019. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. y Zucchi, F. Agrietamiento por corrosión bajo tensión del acero inoxidable dúplex LDX 2101 en soluciones de cloruro en presencia de tiosulfato. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. y Zucchi, F. Agrietamiento por corrosión bajo tensión del acero inoxidable dúplex LDX 2101 en soluciones de cloruro en presencia de tiosulfato. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. y Zucchi, F. Agrietamiento por corrosión bajo tensión del acero inoxidable dúplex LDX 2101 en soluciones de cloruro en presencia de tiosulfato. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. y 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 acero inoxidable, sulfato, sulfato, etc. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворе хлорида в присутствии tiosulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. y Zucchi, F. Agrietamiento por corrosión bajo tensión del acero inoxidable dúplex LDX 2101 en solución de cloruro en presencia de tiosulfato.ciencia coros 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS y Park, YS Efectos del tratamiento térmico en solución y nitrógeno en el gas de protección sobre la resistencia a la corrosión por picaduras de soldaduras de acero inoxidable hiperdúplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS y Park, YS Efectos del tratamiento térmico en solución y nitrógeno en el gas de protección sobre la resistencia a la corrosión por picaduras de soldaduras de acero inoxidable hiperdúplex.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS y Park, YS Efecto del tratamiento térmico en solución y nitrógeno en el gas de protección sobre la resistencia a la corrosión por picaduras de soldaduras de acero inoxidable hiperdúplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS y Park, YS Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS y Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS y Park, YS Efecto del tratamiento térmico en solución y nitrógeno en el gas de protección sobre la resistencia a la corrosión por picaduras de soldaduras de acero inoxidable súper dúplex.koros. la ciencia. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. y Lewandowski, Z. Estudio comparativo en química de picaduras inducidas microbiana y electroquímicamente en acero inoxidable 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. y Lewandowski, Z. Estudio comparativo en química de picaduras inducidas microbiana y electroquímicamente en acero inoxidable 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. y Lewandowski, Z. Estudio químico comparativo de picaduras microbiológicas y electroquímicas del acero inoxidable 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. y Lewandowski, Z. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. y Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. y Lewandowski, Z. Estudio químico comparativo de picaduras inducidas microbiológicamente y electroquímicamente en acero inoxidable 316L.koros. la ciencia. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG y Xiao, K. El comportamiento electroquímico del acero inoxidable dúplex 2205 en soluciones alcalinas con diferentes pH en presencia de cloruro. Luo, H., Dong, CF, Li, XG y Xiao, K. El comportamiento electroquímico del acero inoxidable dúplex 2205 en soluciones alcalinas con diferentes pH en presencia de cloruro.Luo H., Dong KF, Lee HG y Xiao K. Comportamiento electroquímico del acero inoxidable dúplex 2205 en soluciones alcalinas con diferentes pH en presencia de cloruro. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的电化学行为. Luo, H., Dong, CF, Li, XG y Xiao, K. 2205 Comportamiento electroquímico del acero inoxidable en presencia de cloruro a diferentes pH en solución alcalina.Luo H., Dong KF, Lee HG y Xiao K. Comportamiento electroquímico del acero inoxidable dúplex 2205 en soluciones alcalinas con diferentes pH en presencia de cloruro.Electrochem. Revista. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS y Ray, RI La influencia de las biopelículas marinas en la corrosión: una revisión concisa. Little, BJ, Lee, JS y Ray, RI La influencia de las biopelículas marinas en la corrosión: una revisión concisa.Little, BJ, Lee, JS y Ray, RI Efectos de las biopelículas marinas sobre la corrosión: una breve revisión. Little, BJ, Lee, JS y Ray, RI. Little, BJ, Lee, JS y Ray, RILittle, BJ, Lee, JS y Ray, RI Efectos de las biopelículas marinas sobre la corrosión: una breve revisión.Electrochem. Revista. 54, 2-7 (2008).