Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käyttämässäsi selainversiossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Sillä välin varmistaaksemme jatkuvan tuen hahmonnamme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Mikrobikorroosio (MIC) on vakava ongelma monilla teollisuudenaloilla, koska se voi johtaa valtaviin taloudellisiin tappioihin.Super duplex ruostumatonta terästä 2707 (2707 HDSS) käytetään meriympäristöissä sen erinomaisen kemiallisen kestävyyden ansiosta.Sen MIC-resistenssiä ei kuitenkaan ole kokeellisesti osoitettu.Tässä tutkimuksessa tutkittiin meren aerobisen Pseudomonas aeruginosan bakteerin aiheuttamaa MIC 2707 HDSS:n käyttäytymistä.Sähkökemiallinen analyysi osoitti, että Pseudomonas aeruginosa -biofilmin läsnä ollessa 2216E-väliaineessa tapahtuu positiivinen muutos korroosiopotentiaalissa ja korroosiovirran tiheyden lisääntyminen.Röntgenfotoelektronispektroskopian (XPS) analyysi osoitti Cr-pitoisuuden laskun näytteen pinnalla biofilmin alla.Kuoppien visuaalinen analyysi osoitti, että P. aeruginosan biofilmi tuotti maksimikuoppasyvyyden 0,69 um 14 päivän inkuboinnin aikana.Vaikka tämä on pieni, se osoittaa, että 2707 HDSS ei ole täysin immuuni P. aeruginosan biofilmien MIC:lle.
Ruostumattomia duplex-teräksiä (DSS) käytetään laajasti eri teollisuudenaloilla erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien ja korroosionkestävyyden täydellisen yhdistelmän ansiosta1,2.Paikallista pistesyöpymistä esiintyy kuitenkin edelleen ja se vaikuttaa tämän teräksen eheyteen3,4.DSS ei kestä mikrobista korroosiota (MIC)5,6.Huolimatta DSS:n laajasta käyttöalueesta, on edelleen ympäristöjä, joissa DSS:n korroosionkestävyys ei riitä pitkäaikaiseen käyttöön.Tämä tarkoittaa, että tarvitaan kalliimpia materiaaleja, joilla on korkeampi korroosionkestävyys.Jeon et al7 havaitsivat, että jopa superduplex ruostumattomilla teräksillä (SDSS) on joitain rajoituksia korroosionkestävyyden suhteen.Siksi joissakin tapauksissa tarvitaan superduplex ruostumattomia teräksiä (HDSS), joilla on korkeampi korroosionkestävyys.Tämä johti vahvasti seostetun HDSS:n kehittämiseen.
Korroosionkestävyys DSS riippuu alfa- ja gamma-faasien suhteesta ja on tyhjentynyt Cr-, Mo- ja W-alueilla 8, 9, 10 toisen vaiheen vieressä.HDSS sisältää runsaasti Cr-, Mo- ja N11-pitoisuuksia, minkä vuoksi sillä on erinomainen korroosionkestävyys ja korkea arvo (45-50) vastaavalla pistekorroosiokestävyysluvulla (PREN) määritettynä painoprosentilla Cr + 3,3 (paino-% Mo + 0,5 paino-, paino-%) + 16 paino-%.N12.Sen erinomainen korroosionkestävyys riippuu tasapainoisesta koostumuksesta, joka sisältää noin 50 % ferriittistä (α) ja 50 % austeniittista (γ) faaseja.HDSS:llä on paremmat mekaaniset ominaisuudet ja parempi kloridikorroosionkestävyys.Parannettu korroosionkestävyys laajentaa HDSS:n käyttöä aggressiivisemmissa kloridiympäristöissä, kuten meriympäristöissä.
MIC-arvot ovat suuri ongelma monilla teollisuudenaloilla, kuten öljy-, kaasu- ja vesiteollisuudessa14.MIC:n osuus kaikista korroosiovaurioista on 20 %15.MIC on biosähkökemiallinen korroosio, jota voidaan havaita monissa ympäristöissä.Metallipinnoille muodostuvat biokalvot muuttavat sähkökemiallisia olosuhteita ja vaikuttavat siten korroosioprosessiin.Yleisesti uskotaan, että MIC-korroosio johtuu biofilmeistä.Elektrogeeniset mikro-organismit syövät pois metalleja saadakseen selviytymiseen tarvittavan energian17.Viimeaikaiset MIC-tutkimukset ovat osoittaneet, että EET (solunulkoinen elektroninsiirto) on nopeutta rajoittava tekijä elektrogeenisten mikro-organismien aiheuttamassa MIC:ssä.Zhang et ai.18 osoitti, että elektronivälittäjät nopeuttavat elektronien siirtoa Desulfovibrio sessificans -solujen ja ruostumattoman teräksen 304 välillä, mikä johtaa vakavampaan MIC-hyökkäykseen.Anning et ai.19 ja Wenzlaff et ai.20 ovat osoittaneet, että syövyttävien sulfaattia vähentävien bakteerien (SRB:t) biofilmit voivat absorboida elektroneja suoraan metallisubstraateilta, mikä johtaa vakaviin pistesyttymiin.
DSS:n tiedetään olevan herkkä MIC:lle väliaineissa, jotka sisältävät SRB:itä, rautaa vähentäviä bakteereja (IRB) jne. 21 .Nämä bakteerit aiheuttavat paikallisia kuoppia DSS:n pinnalle biofilmien alla22,23.Toisin kuin DSS, HDSS24 MIC ei ole hyvin tunnettu.
Pseudomonas aeruginosa on gramnegatiivinen, liikkuva, sauvamainen bakteeri, joka on laajalle levinnyt luonnossa25.Pseudomonas aeruginosa on myös merkittävä mikrobiryhmä meriympäristössä, mikä aiheuttaa kohonneita MIC-pitoisuuksia.Pseudomonas osallistuu aktiivisesti korroosioprosessiin ja tunnetaan edelläkävijänä kolonisaattorina biofilmin muodostumisen aikana.Mahat et ai.28 ja Yuan et ai.29 osoitti, että Pseudomonas aeruginosa pyrkii lisäämään mietojen terästen ja metalliseosten korroosionopeutta vesiympäristössä.
Tämän työn päätavoitteena oli tutkia meren aerobisen bakteerin Pseudomonas aeruginosa aiheuttaman MIC 2707 HDSS:n ominaisuuksia sähkökemiallisilla menetelmillä, pinta-analyysimenetelmillä ja korroosiotuoteanalyysillä.MIC 2707 HDSS:n käyttäytymisen tutkimiseksi suoritettiin sähkökemiallisia tutkimuksia, mukaan lukien avoimen piirin potentiaali (OCP), lineaarinen polarisaatiovastus (LPR), sähkökemiallinen impedanssispektroskopia (EIS) ja potentiaalinen dynaaminen polarisaatio.Energiadispersiospektrometrinen analyysi (EDS) suoritettiin kemiallisten elementtien havaitsemiseksi syöpyneeltä pinnalta.Lisäksi röntgenfotoelektronispektroskopiaa (XPS) käytettiin määrittämään oksidikalvon passivoitumisen stabiilius Pseudomonas aeruginosaa sisältävän meriympäristön vaikutuksesta.Kuoppien syvyys mitattiin konfokaalisella laserpyyhkäisymikroskoopilla (CLSM).
Taulukossa 1 esitetään 2707 HDSS:n kemiallinen koostumus.Taulukko 2 osoittaa, että 2707 HDSS:llä on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet ja myötöraja on 650 MPa.KuvassaKuvassa 1 on esitetty liuoksella lämpökäsitellyn 2707 HDSS:n optinen mikrorakenne.Mikrorakenteessa, joka sisältää noin 50 % austeniitti- ja 50 % ferriittifaaseja, on näkyvissä pitkänomaisia ​​austeniitti- ja ferriittifaasinauhoja ilman sekundaarisia faaseja.
KuvassaKuva 2a esittää avoimen piirin potentiaalin (Eocp) altistusajan funktiona 2707 HDSS:lle 2216E abioottisessa alustassa ja P. aeruginosa -liemessä 14 päivän ajan 37 °C:ssa.Se osoittaa, että suurin ja merkittävin muutos Eocp:ssä tapahtuu ensimmäisen 24 tunnin aikana.Eocp-arvot saavuttivat molemmissa tapauksissa huippunsa -145 mV:ssa (verrattuna SCE:hen) noin 16 tunnin kuluttua ja putosivat sitten jyrkästi ja olivat -477 mV (verrattuna SCE:hen) ja -236 mV (verrattuna SCE:hen) abioottisen näytteen osalta.ja P Pseudomonas aeruginosa -kupongit, vastaavasti).24 tunnin kuluttua Eocp 2707 HDSS -arvo P. aeruginosalle oli suhteellisen vakaa -228 mV:ssa (verrattuna SCE:hen), kun taas vastaava arvo ei-biologisille näytteille oli noin -442 mV (verrattuna SCE:hen).Eocp P. aeruginosan läsnä ollessa oli melko alhainen.
2707 HDSS-näytteen sähkökemiallinen tutkimus abioottisessa väliaineessa ja Pseudomonas aeruginosa -liemessä 37 °C:ssa:
(a) Eocp valotusajan funktiona, (b) polarisaatiokäyrät päivänä 14, (c) Rp valotusajan funktiona ja (d) icorr valotusajan funktiona.
Taulukossa 3 esitetään sähkökemialliset korroosioparametrit 2707 HDSS-näytteestä, jotka on altistettu abioottiselle ja Pseudomonas aeruginosa -siirrostetulle alustalle 14 päivän aikana.Anodi- ja katodikäyrien tangentit ekstrapoloitiin, jotta saatiin leikkauspisteet, jotka antoivat korroosiovirran tiheyden (icorr), korroosiopotentiaalin (Ecorr) ja Tafel-kaltevuuden (βα ja βc) standardimenetelmien mukaisesti30,31.
Kuten kuvassa näkyy.Kuviossa 2b P. aeruginosa -käyrän siirtymä ylöspäin johti Ecorr:n kasvuun abioottiseen käyrään verrattuna.Korroosionopeuteen verrannollinen icorr-arvo nousi Pseudomonas aeruginosa -näytteessä arvoon 0,328 µA cm-2, mikä on neljä kertaa suurempi kuin ei-biologisessa näytteessä (0,087 µA cm-2).
LPR on klassinen tuhoamaton sähkökemiallinen menetelmä nopeaan korroosioanalyysiin.Sitä on myös käytetty MIC32:n tutkimiseen.KuvassaKuva 2c esittää polarisaatioresistanssin (Rp) valotusajan funktiona.Korkeampi Rp-arvo tarkoittaa vähemmän korroosiota.Ensimmäisen 24 tunnin aikana Rp 2707 HDSS saavutti huippunsa 1955 kΩ cm2 abioottisilla näytteillä ja 1429 kΩ cm2 Pseudomonas aeruginosa -näytteillä.Kuva 2c osoittaa myös, että Rp-arvo laski nopeasti yhden päivän jälkeen ja pysyi sitten suhteellisen muuttumattomana seuraavien 13 päivän aikana.Pseudomonas aeruginosa -näytteen Rp-arvo on noin 40 kΩ cm2, mikä on paljon pienempi kuin ei-biologisen näytteen 450 kΩ cm2-arvo.
Icorr-arvo on verrannollinen tasaiseen korroosionopeuteen.Sen arvo voidaan laskea seuraavasta Stern-Giri yhtälöstä:
Zoe et ai.33, Tafel-kaltevuuden B tyypilliseksi arvoksi tässä työssä on otettu 26 mV/dec.Kuva 2d osoittaa, että ei-biologisen näytteen 2707 icorr pysyi suhteellisen vakaana, kun taas P. aeruginosa -näyte vaihteli suuresti ensimmäisen 24 tunnin jälkeen.P. aeruginosa -näytteiden icorr-arvot olivat suuruusluokkaa korkeammat kuin ei-biologisten kontrollien.Tämä suuntaus on yhdenmukainen polarisaatiovastuksen tulosten kanssa.
EIS on toinen tuhoamaton menetelmä, jota käytetään syöpyneiden pintojen sähkökemiallisten reaktioiden karakterisointiin.Abioottiselle ympäristölle ja Pseudomonas aeruginosa -liuokselle altistettujen näytteiden impedanssispektrit ja lasketut kapasitanssiarvot, näytteen pinnalle muodostunut passiivinen kalvo/biofilmivastus Rb, varauksensiirtovastus Rct, sähköinen kaksikerroksinen kapasitanssi Cdl (EDL) ja vakio QCPE Phase element -parametrit (CPE ).Näitä parametreja analysoitiin edelleen sovittamalla tiedot käyttämällä vastaavaa piirimallia (EEC).
KuvassaKuva 3 esittää tyypillisiä Nyquist-käyrät (a ja b) ja Bode-käyrät (a' ja b') 2707 HDSS-näytteelle abioottisessa väliaineessa ja P. aeruginosa -liemessä eri inkubaatioajoille.Nyquist-renkaan halkaisija pienenee Pseudomonas aeruginosan läsnä ollessa.Boden käyrä (kuvio 3b') näyttää kokonaisimpedanssin kasvun.Tietoa relaksaatioaikavakiosta voidaan saada vaihemaksimista.KuvassaKuva 4 esittää fysikaaliset rakenteet, jotka perustuvat yksikerroksiseen (a) ja kaksikerroksiseen (b) ja vastaaviin EEC:ihin.CPE on sisällytetty ETY-malliin.Sen sisääntulo ja impedanssi ilmaistaan ​​seuraavasti:
Kaksi fyysistä mallia ja vastaavat vastaavat piirit näytteen 2707 HDSS impedanssispektrin sovittamiseen:
missä Y0 on KPI-arvo, j on imaginaariluku tai (-1)1/2, ω on kulmataajuus, n on KPI:n tehoindeksi, joka on pienempi kuin yksi35.Varauksensiirtovastuksen inversio (eli 1/Rct) vastaa korroosion nopeutta.Mitä pienempi Rct, sitä korkeampi korroosionopeus27.14 päivän inkuboinnin jälkeen Pseudomonas aeruginosa -näytteiden Rct saavutti arvon 32 kΩ cm2, mikä on paljon vähemmän kuin ei-biologisten näytteiden 489 kΩ cm2 (taulukko 4).
Kuvan 5 CLSM-kuvat ja SEM-kuvat osoittavat selvästi, että HDSS-näytteen 2707 pinnalla oleva biofilmipinnoite 7 päivän jälkeen on tiheä.14 päivän kuluttua biofilmin peitto oli kuitenkin heikko ja joitain kuolleita soluja ilmestyi.Taulukossa 5 esitetään biofilmin paksuus 2707 HDSS-näytteessä 7 ja 14 päivän P. aeruginosa -altistuksen jälkeen.Biokalvon maksimipaksuus muuttui 23,4 um:sta 7 päivän jälkeen 18,9 um:iin 14 päivän jälkeen.Myös keskimääräinen biokalvon paksuus vahvisti tämän suuntauksen.Se laski 22,2 ± 0,7 μm:stä 7 päivän jälkeen 17,8 ± 1,0 μm:iin 14 päivän jälkeen.
(a) 3-D CLSM-kuva 7 päivän kohdalla, (b) 3-D CLSM-kuva 14 päivän kohdalla, (c) SEM-kuva 7 päivän kohdalla ja (d) SEM-kuva 14 päivän kohdalla.
EMF paljasti kemiallisia elementtejä biofilmeistä ja korroosiotuotteista näytteissä, jotka altistettiin P. aeruginosalle 14 päivän ajan.KuvassaKuvasta 6 näkyy, että biofilmien ja korroosiotuotteiden C-, N-, O- ja P-pitoisuus on huomattavasti korkeampi kuin puhtaissa metalleissa, koska nämä alkuaineet liittyvät biofilmeihin ja niiden metaboliitteihin.Mikrobit tarvitsevat vain pieniä määriä kromia ja rautaa.Korkeat Cr- ja Fe-pitoisuudet biofilmissä ja korroosiotuotteet näytteiden pinnalla osoittavat, että metallimatriisi on menettänyt elementtejä korroosion vuoksi.
14 päivän kuluttua kasvualustassa 2216E havaittiin kuoppia P. aeruginosan kanssa ja ilman.Ennen inkubointia näytteiden pinta oli sileä ja virheetön (kuvio 7a).Inkuboinnin ja biofilmin ja korroosiotuotteiden poistamisen jälkeen näytteiden pinnan syvimmät kuopat tutkittiin käyttämällä CLSM:ää, kuten on esitetty kuvioissa 7b ja c.Ei-biologisten kontrollien (maksimi pistesyvyys 0,02 µm) pinnalla ei havaittu ilmeistä kuoppaa.P. aeruginosan aiheuttama kuopan maksimi syvyys oli 0,52 µm 7 päivänä ja 0,69 µm 14 päivänä, perustuen keskimääräiseen maksimikuoppasyvyyteen 3 näytteestä (kuhunkin näytteeseen valittiin 10 maksimikuoppasyvyyttä).Saavutettiin vastaavasti 0,42 ± 0,12 µm ja 0,52 ± 0,15 µm (taulukko 5).Nämä reiän syvyysarvot ovat pieniä, mutta tärkeitä.
(a) ennen altistusta, (b) 14 päivää abioottisessa ympäristössä ja (c) 14 päivää Pseudomonas aeruginosa -liemessä.
KuvassaTaulukossa 8 on esitetty eri näytepintojen XPS-spektrit, ja kunkin pinnan analysoitu kemiallinen koostumus on yhteenveto taulukossa 6. Taulukossa 6 Fe:n ja Cr:n atomiprosentit P. aeruginosan läsnä ollessa (näytteet A ja B) olivat paljon alhaisemmat kuin ei-biologisten kontrollien.(näytteet C ja D).P. aeruginosa -näytteessä spektrikäyrä Cr 2p -ytimen tasolla sovitettiin neljään huippukomponenttiin, joiden sitoutumisenergiat (BE) olivat 574,4, 576,6, 578,3 ja 586,8 eV, mikä voidaan katsoa Cr, Cr2O3, CrO3:n ansioksi.ja Cr(OH)3, vastaavasti (kuviot 9a ja b).Ei-biologisten näytteiden osalta pääasiallisen Cr 2p -tason spektri sisältää kaksi pääpiikkiä Cr:lle (573,80 eV BE:lle) ja Cr2O3:lle (575,90 eV BE:lle) kuvioissa 1 ja 2.9c ja d, vastaavasti.Silmiinpistävin ero abioottisten näytteiden ja P. aeruginosa -näytteiden välillä oli Cr6+:n läsnäolo ja suurempi suhteellinen Cr(OH)3:n osuus (BE 586,8 eV) biofilmin alla.
Näytteen 2707 HDSS pinnan leveät XPS-spektrit kahdessa väliaineessa ovat 7 ja 14 päivää, vastaavasti.
(a) 7 päivää P. aeruginosalle, (b) 14 päivää P. aeruginosalle, (c) 7 päivää abioottisessa ympäristössä ja (d) 14 päivää abioottisessa ympäristössä.
HDSS:llä on korkea korroosionkestävyys useimmissa ympäristöissä.Kim et al.2 raportoivat, että HDSS UNS S32707 tunnistettiin erittäin seostetuksi DSS:ksi, jonka PREN on suurempi kuin 45. Näytteen 2707 HDSS PREN-arvo tässä työssä oli 49. Tämä johtuu korkeasta kromipitoisuudesta ja korkeasta molybdeenin ja nikkelin pitoisuudesta, jotka ovat hyödyllisiä happamissa ympäristöissä.ja ympäristöissä, joissa on korkea kloridipitoisuus.Lisäksi tasapainoinen koostumus ja virheetön mikrorakenne edistävät rakenteellista vakautta ja korroosionkestävyyttä.Huolimatta erinomaisesta kemiallisesta kestävyydestään tämän työn kokeelliset tiedot viittaavat siihen, että 2707 HDSS ei ole täysin immuuni P. aeruginosan biofilmin MIC:ille.
Sähkökemialliset tulokset osoittivat, että 2707 HDSS:n korroosionopeus P. aeruginosa -liemessä lisääntyi merkittävästi 14 päivän jälkeen verrattuna ei-biologiseen ympäristöön.Kuvassa 2a havaittiin Eocp:n lasku sekä abioottisessa alustassa että P. aeruginosa -liemessä ensimmäisen 24 tunnin aikana.Sen jälkeen biofilmi peittää näytteen pinnan kokonaan ja Eocp muuttuu suhteellisen vakaaksi36.Biologinen Eocp-taso oli kuitenkin paljon korkeampi kuin ei-biologinen Eocp-taso.On syytä uskoa, että tämä ero liittyy P. aeruginosan biofilmien muodostumiseen.KuvassaKuvassa 2d P. aeruginosan läsnä ollessa icorr 2707 HDSS -arvo saavutti arvon 0,627 μA cm-2, mikä on suuruusluokkaa korkeampi kuin abioottisen kontrollin (0,063 μA cm-2), mikä vastasi EIS:llä mitattua Rct-arvoa.P. aeruginosa -liemessä impedanssiarvot nousivat ensimmäisten päivien aikana johtuen P. aeruginosa -solujen kiinnittymisestä ja biofilmien muodostumisesta.Kuitenkin, kun biofilmi peittää näytteen pinnan kokonaan, impedanssi pienenee.Suojakerrokseen hyökätään ensisijaisesti biofilmien ja biofilmin metaboliittien muodostumisen vuoksi.Tämän seurauksena korroosionkestävyys heikkeni ajan myötä ja P. aeruginosan kiinnittyminen aiheutti paikallista korroosiota.Suuntaukset abioottisissa ympäristöissä olivat erilaisia.Ei-biologisen kontrollin korroosionkestävyys oli paljon suurempi kuin P. aeruginosa -liemelle altistettujen näytteiden vastaava arvo.Lisäksi abioottisten liittymien osalta Rct 2707 HDSS -arvo saavutti 489 kΩ cm2 päivänä 14, mikä on 15 kertaa korkeampi kuin Rct-arvo (32 kΩ cm2) P. aeruginosan läsnä ollessa.Siten 2707 HDSS:llä on erinomainen korroosionkestävyys steriilissä ympäristössä, mutta se ei kestä P. aeruginosan biofilmien MIC-arvoja.
Nämä tulokset voidaan havaita myös kuvioiden 1 ja 2 polarisaatiokäyristä.2b.Anodinen haarautuminen on yhdistetty Pseudomonas aeruginosan biofilmin muodostumiseen ja metallien hapetusreaktioihin.Tässä tapauksessa katodinen reaktio on hapen pelkistys.P. aeruginosan esiintyminen lisäsi merkittävästi korroosiovirran tiheyttä, noin suuruusluokkaa korkeampi kuin abioottisessa kontrollissa.Tämä osoittaa, että P. aeruginosan biofilmi lisää 2707 HDSS:n paikallista korroosiota.Yuan et al.29 havaitsivat, että Cu-Ni 70/30 -lejeeringin korroosiovirran tiheys kasvoi P. aeruginosan biofilmin vaikutuksesta.Tämä voi johtua Pseudomonas aeruginosan biofilmien hapen pelkistyksen biokatalysoinnista.Tämä havainto voi myös selittää MIC 2707 HDSS:n tässä työssä.Aerobisten biofilmien alla voi myös olla vähemmän happea.Siksi metallipinnan uudelleenpassivoimatta jättäminen hapella voi olla MIC:tä edistävä tekijä tässä työssä.
Dickinson et ai.38 ehdotti, että kemiallisten ja sähkökemiallisten reaktioiden nopeuteen voivat suoraan vaikuttaa näytteen pinnalla olevien istumattomien bakteerien metabolinen aktiivisuus ja korroosiotuotteiden luonne.Kuten kuviossa 5 ja taulukossa 5 esitetään, solujen lukumäärä ja biokalvon paksuus vähenivät 14 päivän jälkeen.Tämä voidaan perustellusti selittää sillä, että 14 päivän kuluttua suurin osa 2707 HDSS:n pinnalla olevista istumattomista soluista kuoli ravinteiden ehtymisen vuoksi 2216E-väliaineessa tai myrkyllisten metalli-ionien vapautuessa 2707 HDSS-matriisista.Tämä on eräkokeiden rajoitus.
Tässä työssä P. aeruginosan biofilmi vaikutti Cr:n ja Fe:n paikalliseen ehtymiseen biofilmin alla 2707 HDSS:n pinnalla (kuva 6).Taulukossa 6 esitetään Fe:n ja Cr:n väheneminen näytteessä D verrattuna näytteeseen C, mikä osoittaa, että P. aeruginosan biofilmin aiheuttamat liuenneet Fe ja Cr säilyivät ensimmäiset 7 päivää.2216E-ympäristöä käytetään meriympäristön simulointiin.Se sisältää 17700 ppm Cl-, mikä on verrattavissa sen pitoisuuteen luonnollisessa merivedessä.17700 ppm Cl-:n läsnäolo oli tärkein syy Cr:n laskuun XPS:llä analysoiduissa 7 ja 14 päivän abioottisissa näytteissä.Verrattuna P. aeruginosa -näytteisiin Cr:n liukeneminen abioottisissa näytteissä oli paljon pienempi johtuen 2707 HDSS:n voimakkaasta kloorinresistenssistä abioottisissa olosuhteissa.KuvassaKuvio 9 esittää Cr6+:n läsnäolon passivoivassa kalvossa.Se voi olla osallisena kromin poistamisessa teräspinnoilta P. aeruginosan biofilmeillä, kuten Chen ja Clayton ovat ehdottaneet.
Bakteerikasvusta johtuen alustan pH-arvot ennen viljelyä ja sen jälkeen olivat 7,4 ja 8,2.Siten P. aeruginosan biofilmin alapuolella orgaaninen happokorroosio ei todennäköisesti vaikuta tähän työhön, koska irtoväliaineen pH on suhteellisen korkea.Ei-biologisen kontrolliväliaineen pH ei muuttunut merkittävästi (alkuarvosta 7,4 lopulliseen 7,5:een) 14 päivän testijakson aikana.pH:n nousu siemenelatusaineessa inkuboinnin jälkeen johtui P. aeruginosan metabolisesta aktiivisuudesta, ja sen havaittiin olevan sama vaikutus pH-arvoon ilman testiliuskoja.
Kuten kuvasta 7 on esitetty, P. aeruginosan biofilmin aiheuttama kuopan suurin syvyys oli 0,69 µm, mikä on paljon suurempi kuin abioottisen väliaineen (0,02 µm).Tämä on yhdenmukainen edellä kuvattujen sähkökemiallisten tietojen kanssa.Kuopan syvyys 0,69 µm on yli kymmenen kertaa pienempi kuin 9,5 µm:n arvo, joka on raportoitu 2205 DSS:lle samoissa olosuhteissa.Nämä tiedot osoittavat, että 2707 HDSS kestää paremmin MIC:itä kuin 2205 DSS.Tämän ei pitäisi tulla yllätyksenä, koska 2707 HDSS:ssä on korkeammat Cr-tasot, jotka tarjoavat pidemmän passivoitumisen, vaikeammin depasivoitavan P. aeruginosan ja koska sen tasapainoinen faasirakenne ilman haitallista toissijaista saostumista aiheuttaa pistesyöpymistä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että P. aeruginosa -liemestä löytyi 2707 HDSS:n pinnalta MIC-kuoppia verrattuna merkityksettömiin kuoppiin abioottisessa ympäristössä.Tämä työ osoittaa, että 2707 HDSS:llä on parempi vastustuskyky MIC:lle kuin 2205 DSS:llä, mutta se ei ole täysin immuuni MIC:lle P. aeruginosan biofilmin vuoksi.Nämä tulokset auttavat valitsemaan sopivia ruostumattomia teräksiä ja elinikää meriympäristöön.
Kupongin 2707 HDSS:n tarjoaa Northeastern University (NEU) School of Metallurgy Shenyangissa Kiinassa.2707 HDSS:n alkuainekoostumus on esitetty taulukossa 1, jonka NEU:n materiaalianalyysi- ja testausosasto analysoi.Kaikkia näytteitä käsiteltiin kiinteän liuoksen saamiseksi 1 180 °C:ssa 1 tunnin ajan.Ennen korroosiotestausta kolikon muotoinen 2707 HDSS, jonka yläpinta avoin pinta-ala oli 1 cm2, kiillotettiin 2000 karkeuteen piikarbidihiomapaperilla ja kiillotettiin sitten 0,05 µm Al2O3-jauhelietteellä.Sivut ja pohja on suojattu inertillä maalilla.Kuivauksen jälkeen näytteet pestiin steriilillä deionisoidulla vedellä ja steriloitiin 75 % (v/v) etanolilla 0,5 tuntia.Sitten niitä ilmakuivattiin ultraviolettivalossa (UV) 0,5 tuntia ennen käyttöä.
Marine Pseudomonas aeruginosa -kanta MCCC 1A00099 ostettiin Xiamen Marine Culture Collection Centeristä (MCCC), Kiina.Pseudomonas aeruginosaa kasvatettiin aerobisissa olosuhteissa 37 °C:ssa 250 ml:n pulloissa ja 500 ml:n lasisähkökemiallisissa kennoissa käyttäen Marine 2216E nestemäistä alustaa (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kiina).Elatusaine sisältää (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2S04, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,034 SrCl2, 0,08 SrB030202i , 0016 6NH26NH3, 3.0016 NH3 5.0 peptoni, 1.0 hiivauute ja 0.1 rautasitraatti.Autoklaavissa 121 °C:ssa 20 minuuttia ennen inokulaatiota.Laske istumattomat ja planktoniset solut hemosytometrillä valomikroskoopilla 400-kertaisella suurennuksella.Planktonisen Pseudomonas aeruginosan alkupitoisuus välittömästi siirrostuksen jälkeen oli noin 106 solua/ml.
Sähkökemialliset testit suoritettiin klassisessa kolmielektrodisessa lasikennossa, jonka keskimääräinen tilavuus oli 500 ml.Platinalevy ja kyllästetty kalomelielektrodi (SAE) yhdistettiin reaktoriin Luggin-kapillaarien kautta, jotka oli täytetty suolasiloilla, jotka toimivat vasta- ja vertailuelektrodeina, vastaavasti.Työelektrodien valmistusta varten kuhunkin näytteeseen kiinnitettiin kumitettu kuparilanka ja peitettiin epoksihartsilla, jolloin työelektrodille jäi noin 1 cm2 suojaamatonta aluetta toiselle puolelle.Sähkökemiallisten mittausten aikana näytteet asetettiin 2216E-väliaineeseen ja pidettiin vakiossa inkubointilämpötilassa (37 °C) vesihauteessa.OCP-, LPR-, EIS- ja potentiaalisen dynaamisen polarisaatiotiedot mitattiin käyttämällä Autolab-potentiostaattia (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).LPR-testit tallennettiin pyyhkäisynopeudella 0,125 mV s-1 alueella -5 - 5 mV Eocp:llä ja näytteenottotaajuudella 1 Hz.EIS suoritettiin siniaallolla taajuusalueella 0,01 - 10 000 Hz käyttämällä 5 mV:n jännitettä vakaassa tilassa Eocp.Ennen potentiaalipyyhkäisyä elektrodit olivat lepotilassa, kunnes vapaan korroosiopotentiaalin vakaa arvo saavutettiin.Polarisaatiokäyrät mitattiin sitten välillä -0,2 - 1,5 V Eocp:n funktiona skannausnopeudella 0,166 mV/s.Jokainen testi toistettiin 3 kertaa P. aeruginosan kanssa ja ilman.
Näytteet metallografista analyysiä varten kiillotettiin mekaanisesti märällä 2000 karkeudella SiC-paperilla ja kiillotettiin sitten edelleen 0,05 µm Al2O3-jauhesuspensiolla optista tarkkailua varten.Metallografinen analyysi suoritettiin optisella mikroskoopilla.Näytteet syövytettiin 10 painoprosenttisella kaliumhydroksidin 43 liuoksella.
Inkuboinnin jälkeen näytteet pestiin 3 kertaa fosfaattipuskuroidulla suolaliuoksella (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) ja kiinnitettiin sitten 2,5 % (v/v) glutaraldehydillä 10 tunnin ajan biofilmien kiinnittämiseksi.Sen jälkeen se kuivattiin etanolilla (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % ja 100 tilavuus-%) ennen ilmakuivausta.Lopuksi kultakalvo kerrostetaan näytteen pinnalle johtavuuden aikaansaamiseksi SEM-havaintoja varten.SEM-kuvat kohdistettiin kohtiin, joissa oli istumattomimmat P. aeruginosa -solut kunkin näytteen pinnalla.Suorita EDS-analyysi löytääksesi kemiallisia alkuaineita.Kuopan syvyyden mittaamiseen käytettiin Zeissin konfokaalista laserpyyhkäisymikroskooppia (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Saksa).Biofilmin alla olevien korroosiokuoppien havaitsemiseksi testinäyte puhdistettiin ensin Kiinan kansallisen standardin (CNS) GB/T4334.4-2000 mukaisesti korroosiotuotteiden ja biofilmin poistamiseksi testinäytteen pinnalta.
Röntgenfotoelektronispektroskopia (XPS, ESCALAB250 pinta-analyysijärjestelmä, Thermo VG, USA) analyysi suoritettiin käyttämällä monokromaattista röntgenlähdettä (alumiini Kaa -linja, jonka energia on 1500 eV ja teho 150 W) laajalla sitoutumisenergia-alueella 0 standardiolosuhteissa -1350.Korkean resoluution spektrit tallennettiin käyttämällä 50 eV lähetysenergiaa ja 0,2 eV askelta.
Inkuboidut näytteet poistettiin ja pestiin varovasti PBS:llä (pH 7,4 ± 0,2) 15 s45 ajan.Biofilmien bakteerien elinkelpoisuuden havaitsemiseksi näytteissä biofilmit värjättiin käyttämällä LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit -sarjaa (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Sarja sisältää kaksi fluoresoivaa väriainetta: SYTO-9 vihreä fluoresoiva väriaine ja propidiumjodidi (PI) punainen fluoresoiva väriaine.CLSM:ssä fluoresoivat vihreät ja punaiset pisteet edustavat eläviä ja kuolleita soluja.Värjäämistä varten 1 ml seosta, joka sisälsi 3 ui SYTO-9:ää ja 3 ui PI-liuosta, inkuboitiin 20 minuuttia huoneenlämpötilassa (23 °C) pimeässä.Sen jälkeen värjätyt näytteet tutkittiin kahdella aallonpituudella (488 nm eläville soluille ja 559 nm kuolleille soluille) käyttämällä Nikon CLSM -laitetta (C2 Plus, Nikon, Japani).Biokalvon paksuus mitattiin 3D-skannaustilassa.
Kuinka lainata tätä artikkelia: Li, H. et al.2707 superduplex ruostumattoman teräksen mikrobikorroosio Pseudomonas aeruginosa meren biofilmillä.Tiede.6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 duplex ruostumattoman teräksen jännityskorroosiohalkeilu kloridiliuoksissa tiosulfaatin läsnä ollessa. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 duplex ruostumattoman teräksen jännityskorroosiohalkeilu kloridiliuoksissa tiosulfaatin läsnä ollessa. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. оридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Duplex ruostumattoman teräksen LDX 2101 jännityskorroosiohalkeilu kloridiliuoksissa tiosulfaatin läsnä ollessa. 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牲亶溶裂. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相 ruostumaton teräs在福代sulfate分下下南性性生于中姾像 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F.. да в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Duplex ruostumattoman teräksen LDX 2101 jännityskorroosiohalkeilu kloridiliuoksessa tiosulfaatin läsnä ollessa.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Liuoksen lämpökäsittelyn ja suojakaasun typen vaikutukset ruostumattoman teräksen hyperduplex-hitsausten pistekorroosionkestävyyteen. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Liuoksen lämpökäsittelyn ja suojakaasun typen vaikutukset ruostumattoman teräksen hyperduplex-hitsausten pistekorroosionkestävyyteen.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ja Park, YS Liuoslämpökäsittelyn ja suojakaasussa olevan typen vaikutus ruostumattoman teräksen hyperduplex-hitsausten pistekorroosionkestävyyteen. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS 固溶热处理和保护气体中的氮气对超双相不锈咢焊缝抗炀 Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS ja Park, YS Liuoksen lämpökäsittelyn ja suojakaasun typen vaikutus superduplex-teräshitsausten pistekorroosionkestävyyteen.koros.Tiede.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Vertaileva tutkimus 316L ruostumattoman teräksen mikrobiaalisesti ja sähkökemiallisesti indusoidun pistesyöpymisen kemiassa. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Vertaileva tutkimus 316L ruostumattoman teräksen mikrobiaalisesti ja sähkökemiallisesti indusoidun pistesyöpymisen kemiassa.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. ja Lewandowski, Z. Vertaileva kemiallinen tutkimus mikrobiologisista ja sähkökemiallisista pisteistä 316L ruostumattomasta teräksestä. 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炩炩 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. ja Lewandowski, Z. Vertaileva kemiallinen tutkimus mikrobiologisista ja sähkökemiallisesti indusoiduista pisteistä 316 litran ruostumattomassa teräksessä.koros.Tiede.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 duplex ruostumattoman teräksen sähkökemiallinen käyttäytyminen alkalisissa liuoksissa, joiden pH on erilainen kloridin läsnä ollessa. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 duplex ruostumattoman teräksen sähkökemiallinen käyttäytyminen alkalisissa liuoksissa, joiden pH on erilainen kloridin läsnä ollessa.Luo H., Dong KF, Lee HG ja Xiao K. Duplex ruostumattoman teräksen 2205 sähkökemiallinen käyttäytyminen alkalisissa liuoksissa, joiden pH on erilainen kloridin läsnä ollessa. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性㺶液中的电匡液中的电匡 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相ruostumattoman teräksen sähkökemiallinen käyttäytyminen kloridin läsnä ollessa eri pH:ssa alkalisessa liuoksessa.Luo H., Dong KF, Lee HG ja Xiao K. Duplex ruostumattoman teräksen 2205 sähkökemiallinen käyttäytyminen alkalisissa liuoksissa, joiden pH on erilainen kloridin läsnä ollessa.Electrochem.Aikakauslehti.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Meren biofilmien vaikutus korroosioon: tiivis katsaus. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Meren biofilmien vaikutus korroosioon: tiivis katsaus.Little, BJ, Lee, JS ja Ray, RI Meribiofilmien vaikutukset korroosioon: lyhyt katsaus. 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 ja Ray, RI Meribiofilmien vaikutukset korroosioon: lyhyt katsaus.Electrochem.Aikakauslehti.54, 2-7 (2008).