Hvala što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili isključite način rada kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazat ćemo web mjesto bez stilova i JavaScripta.
Mikrobna korozija (MIC) je ozbiljan problem u mnogim industrijama jer može uzrokovati ogromne ekonomske gubitke. Nehrđajući čelik 2707 super duplex (2707 HDSS) korišten je u morskom okruženju zbog svoje izvrsne kemijske otpornosti. Međutim, njegova otpornost na MIC nije eksperimentalno dokazana. U ovoj studiji, ponašanje MIC 2707 HDSS uzrokovano morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa je uloženo igated.Elektrokemijska analiza pokazala je da je u prisutnosti biofilma Pseudomonas aeruginosa u mediju 2216E došlo do pozitivne promjene potencijala korozije i povećanja gustoće struje korozije. Analiza rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) pokazala je smanjenje sadržaja Cr na površini uzorka ispod biofilma. Analiza jamica pokazala je da biofil P. aeruginosa m proizvela je maksimalnu dubinu jama od 0,69 μm tijekom 14 dana inkubacije. Iako je to malo, ukazuje da 2707 HDSS nije potpuno imun na MIC biofilma P. aeruginosa.
Duplex nehrđajući čelici (DSS) naširoko se koriste u raznim industrijama zbog svoje idealne kombinacije izvrsnih mehaničkih svojstava i otpornosti na koroziju1,2. Međutim, lokalizirana rupičasta pojava još uvijek se javlja i utječe na cjelovitost ovog čelika3,4. DSS nije otporan na mikrobnu koroziju (MIC)5,6. Unatoč širokom rasponu primjena DSS-a, još uvijek postoje okruženja u kojima otpornost na koroziju DSS-a nije dovoljna za dugotrajnu upotrebu. znači da su potrebni skuplji materijali s većom otpornošću na koroziju. Jeon i suradnici7 otkrili su da čak i super dupleks nehrđajući čelici (SDSS) imaju neka ograničenja u pogledu otpornosti na koroziju. Stoga su u nekim primjenama potrebni super dupleks nehrđajući čelici (HDSS) s većom otpornošću na koroziju. To je dovelo do razvoja visokolegiranog HDSS-a.
Otpornost na koroziju DSS-a ovisi o omjeru alfa i gama faza i područjima osiromašenim Cr, Mo i W 8, 9, 10 uz drugu fazu. HDSS sadrži visok sadržaj Cr, Mo i N11, tako da ima izvrsnu otpornost na koroziju i visoku vrijednost (45-50) Ekvivalentnog broja otpornosti na piting (PREN), koji se određuje težinskim postotkom Cr + 3,3 (težinski % Mo + 0,5 w t% W) + 16 wt% N12. Njegova izvrsna otpornost na koroziju oslanja se na uravnotežen sastav koji sadrži približno 50% feritne (α) i 50% austenitne (γ) faze, HDSS ima bolja mehanička svojstva i veću otpornost od konvencionalnog DSS13.Svojstva kloridne korozije. Poboljšana otpornost na koroziju proširuje upotrebu HDSS-a u korozivnijim kloridnim okruženjima, kao što je morsko okruženje.
MIC su veliki problem u mnogim industrijama kao što su naftna i plinska i vodovodna poduzeća14. MIC čini 20% svih oštećenja od korozije15.MIC je bioelektrokemijska korozija koja se može uočiti u mnogim okruženjima. Biofilmovi koji se stvaraju na metalnim površinama mijenjaju elektrokemijske uvjete, utječući na taj način na proces korozije. Općenito je mišljenje da MIC koroziju uzrokuju biofilmovi. Elektrogeni mikroorganizmi nagrizaju metal s kako bi dobili potrebnu energiju za preživljavanje17. Nedavne studije MIC-a pokazale su da je EET (izvanstanični prijenos elektrona) čimbenik koji ograničava brzinu u MIC-u izazvanom elektrogenim mikroorganizmima. Zhang et al.18 pokazalo je da posrednici elektrona ubrzavaju prijenos elektrona između stanica Desulfovibrio sessificans i nehrđajućeg čelika 304, što dovodi do ozbiljnijeg MIC napada. Enning et al.19 i Venzlaff et al.20 pokazalo je da biofilm korozivnih sulfat-reducirajućih bakterija (SRB) može izravno apsorbirati elektrone s metalnih supstrata, što rezultira ozbiljnom rupičastom korozijom.
Poznato je da je DSS osjetljiv na MIC u okruženjima koja sadrže SRB, bakterije koje reduciraju željezo (IRB) itd. 21. Ove bakterije uzrokuju lokalizirane rupičaste mrlje na DSS površinama ispod biofilmova 22, 23. Za razliku od DSS-a, MIC HDSS-a 24 je slabo poznat.
Pseudomonas aeruginosa je gram-negativna pokretna štapićasta bakterija koja je široko rasprostranjena u prirodi25. Pseudomonas aeruginosa također je glavna mikrobna skupina u morskom okolišu, uzrokujući MIC čelika. Pseudomonas je blisko uključen u procese korozije i prepoznat je kao pionir kolonizatora tijekom stvaranja biofilma. Mahat et al.28 i Yuan et al.29 pokazalo je da Pseudomonas aeruginosa ima tendenciju povećanja brzine korozije mekog čelika i legura u vodenom okruženju.
Glavni cilj ovog rada bio je istražiti MIC svojstva 2707 HDSS uzrokovane morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa korištenjem elektrokemijskih metoda, površinskih analitičkih tehnika i analize proizvoda korozije. Elektrokemijske studije uključujući potencijal otvorenog kruga (OCP), linearnu polarizacijsku otpornost (LPR), elektrokemijsku impedancijsku spektroskopiju (EIS) i potencijalnu dinamičku polarizaciju provedene su za proučavanje MIC ponašanje 2707 HDSS. Analiza energetskim disperzijskim spektrometrom (EDS) provedena je kako bi se pronašli kemijski elementi na korodiranoj površini. Osim toga, analiza rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) korištena je za određivanje stabilnosti pasivacije oksidnog filma pod utjecajem morskog okoliša koji sadrži Pseudomonas aeruginosa. Dubina jame je mjerena pod konfokalnim laserskim skenirajućim mikroskopom (CLSM).
Tablica 1 prikazuje kemijski sastav 2707 HDSS. Tablica 2 pokazuje da 2707 HDSS ima izvrsna mehanička svojstva s granicom tečenja od 650 MPa. Slika 1 prikazuje optičku mikrostrukturu toplinski obrađene otopine 2707 HDSS. Izdužene trake austenitnih i feritnih faza bez sekundarnih faza mogu se vidjeti u mikrostrukturi koja sadrži oko 50% austenita i 50% feritne faze.
Slika 2a prikazuje potencijal otvorenog kruga (Eocp) u odnosu na podatke o vremenu izlaganja za 2707 HDSS u abiotičkom mediju 2216E i bujonu P. aeruginosa tijekom 14 dana na 37 °C. Prikazuje da se najveća i značajna promjena u Eocp događa unutar prva 24 sata. Vrijednosti Eocp u oba slučaja dosegle su vrhunac na -145 mV (u odnosu na SCE) oko 16 h, a zatim su naglo pale , dosežući -477 mV (u odnosu na SCE) i -236 mV (u odnosu na SCE) za abiotski uzorak odnosno P).Nakon 24 sata, vrijednost Eocp od 2707 HDSS za P. aeruginosa bila je relativno stabilna na -228 mV (u odnosu na SCE), dok je odgovarajuća vrijednost za nebiološke uzorke bila približno -442 mV (u odnosu na SCE). Eocp u prisutnosti P. aeruginosa bio je prilično nizak.
Elektrokemijsko ispitivanje 2707 HDSS uzoraka u abiotičkom mediju i bujonu Pseudomonas aeruginosa na 37 °C:
(a) Eocp kao funkcija vremena izlaganja, (b) polarizacijske krivulje 14. dana, (c) Rp kao funkcija vremena izlaganja i (d) icorr kao funkcija vremena izlaganja.
Tablica 3 navodi vrijednosti parametara elektrokemijske korozije 2707 HDSS uzoraka izloženih abiotičkom mediju i mediju inokuliranom Pseudomonas aeruginosa tijekom 14 dana. Tangente anodnih i katodnih krivulja ekstrapolirane su da bi se došlo do sjecišta koja daju gustoću struje korozije (icorr), potencijal korozije (Ecorr) i Tafelove nagibe (βα i βc) prema standardnim metodama30,31.
Kao što je prikazano na slici 2b, pomak prema gore krivulje P. aeruginosa rezultirao je povećanjem Ecorr u usporedbi s abiotičkom krivuljom. Vrijednost icorr, koja je proporcionalna brzini korozije, porasla je na 0,328 μA cm-2 u uzorku Pseudomonas aeruginosa, četiri puta više nego u nebiološkom uzorku (0,087 μA cm-2).
LPR je klasična nedestruktivna elektrokemijska metoda za brzu analizu korozije. Također je korištena za proučavanje MIC32. Slika 2c prikazuje polarizacijski otpor (Rp) kao funkciju vremena izlaganja. Veća vrijednost Rp znači manju koroziju. Unutar prva 24 sata, Rp 2707 HDSS dosegao je maksimalnu vrijednost od 1955 kΩ cm2 za abiotske uzorke i 1429 kΩ cm2 za Pseu uzorci domonas aeruginosa. Slika 2c također pokazuje da se vrijednost Rp brzo smanjila nakon jednog dana, a zatim je ostala relativno nepromijenjena sljedećih 13 dana. Vrijednost Rp uzorka Pseudomonas aeruginosa je oko 40 kΩ cm2, što je puno niže od vrijednosti od 450 kΩ cm2 nebiološkog uzorka.
Vrijednost icorr proporcionalna je ravnomjernoj brzini korozije. Njezina se vrijednost može izračunati iz sljedeće Stern-Gearyjeve jednadžbe,
Nakon Zoua i sur.33, pretpostavljena je tipična vrijednost Tafel nagiba B u ovom radu od 26 mV/dec. Slika 2d pokazuje da je icorr nebiološkog uzorka 2707 ostao relativno stabilan, dok je uzorak P. aeruginosa uvelike fluktuirao nakon prva 24 sata. Vrijednosti icorr uzoraka P. aeruginosa bile su red veličine veće od nebioloških kontrole. Ovaj trend je u skladu s rezultatima polarizacijskog otpora.
EIS je još jedna nedestruktivna tehnika koja se koristi za karakterizaciju elektrokemijskih reakcija na korodiranim sučeljima. Spektri impedancije i izračunate vrijednosti kapacitivnosti uzoraka izloženih abiotskom mediju i otopini Pseudomonas aeruginosa, Rb otpornost pasivnog filma/biofilma formiranog na površini uzorka, Rct otpor prijenosu naboja, Cdl električni dvoslojni kapacitet (EDL) i QCPE element konstantne faze (CPE) parametri. Ovi parametri su dalje analizirani prilagođavanjem podataka pomoću modela ekvivalentnog kruga (EEC).
Slika 3 prikazuje tipične Nyquistove dijagrame (a i b) i Bodeove dijagrame (a' i b') od 2707 HDSS uzoraka u abiotičkom mediju i bujonu P. aeruginosa za različita vremena inkubacije. Promjer Nyquistovog prstena smanjuje se u prisutnosti Pseudomonas aeruginosa. Bodeov dijagram (Slika 3b') pokazuje povećanje magnitude ukupne impedancije .Informacije o vremenskoj konstanti relaksacije mogu se osigurati faznim maksimumima. Slika 4 prikazuje fizičke strukture temeljene na monosloju (a) i dvosloju (b) i njihovim odgovarajućim EEC-ima. CPE je uveden u EEC model. Njegov admitans i impedancija izraženi su na sljedeći način:
Dva fizička modela i odgovarajući ekvivalentni krugovi za prilagođavanje spektra impedancije uzorka 2707 HDSS:
gdje je Y0 veličina CPE, j je imaginarni broj ili (-1)1/2, ω je kutna frekvencija, a n je CPE indeks snage manji od jedinice35. Inverzna vrijednost otpora prijenosa naboja (tj. 1/Rct) odgovara brzini korozije. Manji Rct znači bržu stopu korozije27. Nakon 14 dana inkubacije, Rct Pseudomonas aeruginosa dosegli su 32 kΩ cm2, mnogo manje od 489 kΩ cm2 nebioloških uzoraka (Tablica 4).
CLSM slike i SEM slike na slici 5 jasno pokazuju da je pokrivenost biofilmom na površini uzorka 2707 HDSS nakon 7 dana gusta. Međutim, nakon 14 dana pokrivenost biofilmom bila je rijetka i pojavile su se neke mrtve stanice. Tablica 5 prikazuje debljinu biofilma na uzorcima 2707 HDSS nakon izlaganja P. aeruginosa tijekom 7 i 14 dana. Maksimalna debljina biofilma promijenila se od 23,4 μm nakon 7 dana na 18,9 μm nakon 14 dana. Prosječna debljina biofilma također je potvrdila ovaj trend. Smanjila se s 22,2 ± 0,7 μm nakon 7 dana na 17,8 ± 1,0 μm nakon 14 dana.
(a) 3-D CLSM slika nakon 7 dana, (b) 3-D CLSM slika nakon 14 dana, (c) SEM slika nakon 7 dana i (d) SEM slika nakon 14 dana.
EDS je otkrio kemijske elemente u biofilmovima i korozijskim produktima na uzorcima izloženim P. aeruginosa 14 dana. Slika 6 pokazuje da je sadržaj C, N, O i P u biofilmovima i korozijskim produktima puno veći nego u golim metalima, jer su ti elementi povezani s biofilmovima i njihovim metabolitima. Mikrobima trebaju samo tragovi kroma i željeza. Visoke razine Cr i Fe u biofilmu i produkti korozije na površini uzoraka pokazuju da je metalna matrica izgubila elemente uslijed korozije.
Nakon 14 dana, u mediju 2216E primijećena je rupičasta šupljina s P. aeruginosa i bez nje. Prije inkubacije, površina uzorka bila je glatka i bez oštećenja (Slika 7a). Nakon inkubacije i uklanjanja biofilma i proizvoda korozije, najdublje jamice na površini uzoraka ispitane su pod CLSM-om, kao što je prikazano na slikama 7b i c. Na površini ne-bi nisu pronađene očite jamice. ološki kontrolni uzorci (maksimalna dubina udubljenja 0,02 μm). Maksimalna dubina udubljenja uzrokovana Pseudomonas aeruginosa bila je 0,52 μm nakon 7 dana i 0,69 μm nakon 14 dana, na temelju prosječne maksimalne dubine udubljenja od 3 uzorka (10 maksimalnih vrijednosti dubine udubljenja odabrano je za svaki uzorak) dosegnula je 0,42 ± 0,12 μm i 0,52 ± 0 .15 μm, odnosno (Tablica 5). Ove vrijednosti dubine jame su male, ali važne.
(a) Prije izlaganja, (b) 14 dana u abiotičkom mediju i (c) 14 dana u bujonu Pseudomonas aeruginosa.
Slika 8 prikazuje XPS spektre različitih površina uzoraka, a kemijski sastavi analizirani za svaku površinu sažeti su u tablici 6. U tablici 6, atomski postoci Fe i Cr u prisutnosti P. aeruginosa (uzorci A i B) bili su mnogo niži od onih u nebiološkim kontrolnim uzorcima (uzorci C i D). Za uzorak P. aeruginosa odgovarala je spektralna krivulja Cr 2p razine jezgre vezan za četiri vršne komponente s vrijednostima energije vezanja (BE) od 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, koje se mogu pripisati Cr, Cr2O3, CrO3 i Cr(OH)3, redom (sl. 9a i b). Za nebiološke uzorke, Cr 2p spektar jezgrene razine sadrži dva glavna vrha za Cr (573,80 eV za BE) i Cr2O3 (575,90 eV za BE) na sl. 9c odnosno d. Najupečatljivija razlika između abiotskih i P. aeruginosa uzoraka bila je prisutnost Cr6+ i višeg relativnog udjela Cr(OH)3 (BE od 586,8 eV) ispod biofilma.
Široki XPS spektar površine 2707 HDSS uzorka u dva medija je 7 dana, odnosno 14 dana.
(a) 7 dana izlaganja P. aeruginosa, (b) 14 dana izlaganja P. aeruginosa, (c) 7 dana u abiotičkom mediju i (d) 14 dana u abiotičkom mediju.
HDSS pokazuje visoku razinu otpornosti na koroziju u većini okruženja. Kim et al.2 izvijestio je da je UNS S32707 HDSS definiran kao visokolegirani DSS s PREN-om većim od 45. PREN vrijednost uzorka 2707 HDSS u ovom radu bila je 49. To je zbog njegovog visokog sadržaja kroma i visokih razina molibdena i Ni, koji su korisni u kiselim i visokokloridnim okruženjima. Osim toga, dobro uravnotežen sastav i mikrostruktura bez nedostataka korisni su za strukturu uralnu stabilnost i otpornost na koroziju. Međutim, unatoč izvrsnoj kemijskoj otpornosti, eksperimentalni podaci u ovom radu sugeriraju da 2707 HDSS nije potpuno imun na MIC biofilma P. aeruginosa.
Elektrokemijski rezultati pokazali su da je stopa korozije 2707 HDSS u bujonu P. aeruginosa značajno povećana nakon 14 dana u usporedbi s nebiološkim medijem. Na slici 2a, primijećeno je smanjenje Eocp i u abiotičkom mediju i u bujonu P. aeruginosa tijekom prva 24 sata. Nakon toga, biofilm je završio s pokrivanjem površine uzorka i Eocp postaje relativno stabilan36 Međutim, razina biološkog Eocp bila je mnogo viša od one nebiološkog Eocp. Postoji razlog za vjerovanje da je ta razlika posljedica stvaranja biofilma P. aeruginosa. Na slici 2d, u prisutnosti P. aeruginosa, vrijednost icorr 2707 HDSS dosegla je 0,627 μA cm-2, što je bio red veličine više od vrijednosti abiotičke kontrole (0,063 μA cm-2), što je bilo u skladu s Rct vrijednošću izmjerenom EIS-om. Tijekom prvih nekoliko dana, vrijednosti impedancije u bujonu P. aeruginosa porasle su zbog pričvršćivanja stanica P. aeruginosa i stvaranja biofilma. Međutim, kada biofilm potpuno prekrije površinu uzorka, impedancija se smanjuje. Zaštitni sloj je prvi napadnut zbog stvaranja biofilma i metabolita biofilma. rude, otpornost na koroziju smanjila se tijekom vremena, a pričvršćivanje P. aeruginosa uzrokovalo je lokaliziranu koroziju. Trendovi u abiotskim medijima bili su različiti. Otpornost na koroziju nebiološke kontrole bila je mnogo viša od odgovarajuće vrijednosti uzoraka izloženih bujonu P. aeruginosa. Nadalje, za abiotičke uzorke, Rct vrijednost od 2707 HDSS dosegnula je 489 kΩ cm2 14. dana, što je bio je 15 puta veći od Rct vrijednosti (32 kΩ cm2) u prisutnosti P. aeruginosa. Stoga, 2707 HDSS ima izvrsnu otpornost na koroziju u sterilnom okruženju, ali nije otporan na MIC napad biofilmova P. aeruginosa.
Ovi se rezultati također mogu promatrati iz polarizacijskih krivulja na slici 2b. Anodno grananje pripisano je stvaranju biofilma Pseudomonas aeruginosa i reakcijama oksidacije metala. U isto vrijeme katodna reakcija je redukcija kisika. Prisutnost P. aeruginosa uvelike je povećala gustoću struje korozije, otprilike red veličine više od abiotičke kontrole. To ukazuje da je P. aeruginos biofilm povećava lokaliziranu koroziju 2707 HDSS. Yuan i suradnici29 otkrili su da se gustoća struje korozije 70/30 Cu-Ni legure povećala pod utjecajem biofilma P. aeruginosa. To može biti posljedica biokatalize redukcije kisika pomoću biofilma Pseudomonas aeruginosa. Ovo opažanje također može objasniti MIC 2707 HDSS u ovom radu. Aero bic biofilmovi također mogu imati manje kisika ispod sebe. Stoga, neuspjeh ponovnog pasiviziranja metalne površine kisikom može biti faktor koji pridonosi MIC-u u ovom radu.
Dickinson i sur.38 sugeriraju da na stope kemijskih i elektrokemijskih reakcija može izravno utjecati metabolička aktivnost sesilnih bakterija na površini uzorka i priroda produkata korozije. Kao što je prikazano na slici 5 i tablici 5, i broj stanica i debljina biofilma smanjili su se nakon 14 dana. To se može razumno objasniti da je nakon 14 dana većina sesilnih stanica na površini 2707 HDSS umrla zbog degradacije hranjivih tvari. u mediju 2216E ili oslobađanje toksičnih metalnih iona iz matrice 2707 HDSS. Ovo je ograničenje šaržnih eksperimenata.
U ovom radu, biofilm P. aeruginosa promicao je lokalno smanjenje Cr i Fe ispod biofilma na površini 2707 HDSS (slika 6). U tablici 6, smanjenje Fe i Cr u uzorku D u usporedbi s uzorkom C, ukazuje da su otopljeni Fe i Cr uzrokovani biofilmom P. aeruginosa postojali nakon prvih 7 dana. Medij 2216E koristi se za simulaciju morskog okoliša. Sadrži 17700 ppm Cl-, što je usporedivo s onim pronađenim u prirodnoj morskoj vodi. Prisutnost 17700 ppm Cl- bila je glavni razlog za smanjenje Cr u 7- i 14-dnevnim abiotskim uzorcima analiziranim XPS-om. U usporedbi s uzorcima P. aeruginosa, otapanje Cr u abiotskim uzorcima bilo je mnogo manje zbog jake otpornosti na Cl− 2707 HDSS u biotička okruženja. Slika 9 prikazuje prisutnost Cr6+ u pasivacijskom filmu. On bi mogao biti uključen u uklanjanje Cr s čeličnih površina pomoću biofilmova P. aeruginosa, kao što su predložili Chen i Clayton.
Zbog rasta bakterija, pH vrijednosti medija prije i nakon uzgoja bile su 7,4 odnosno 8,2. Stoga, ispod biofilma P. aeruginosa, malo je vjerojatno da će korozija organske kiseline biti faktor koji pridonosi ovom radu zbog relativno visokog pH u masovnom mediju. pH nebiološkog kontrolnog medija nije se značajno promijenio (s početnih 7,4 na konačnih 7,5) tijekom 14- dan testnog razdoblja. Porast pH u mediju za inokulaciju nakon inkubacije bio je posljedica metaboličke aktivnosti P. aeruginosa i utvrđeno je da ima isti učinak na pH u nedostatku testnih traka.
Kao što je prikazano na slici 7, maksimalna dubina udubljenja uzrokovana biofilmom P. aeruginosa bila je 0,69 μm, što je bilo puno više od one u abiotskom mediju (0,02 μm). Ovo je u skladu s gore opisanim elektrokemijskim podacima. Dubina udubljenja od 0,69 μm više je od deset puta manja od vrijednosti od 9,5 μm prijavljene za 2205 DSS pod istim uvjetima. Ovi podaci pokazuju da 27 07 HDSS pokazuje bolju otpornost na MIC u usporedbi s 2205 DSS. Ovo ne bi trebalo biti iznenađenje, budući da 2707 HDSS ima viši sadržaj kroma, osiguravajući dugotrajniju pasivaciju, zbog uravnotežene fazne strukture bez štetnih sekundarnih taloga, što P. aeruginosa otežava depasivaciju i započinje pomračenje točaka.
U zaključku, MIC piting je pronađen na površini 2707 HDSS u P. aeruginosa bujonu u usporedbi sa zanemarivim pitingom u abiotskom mediju. Ovaj rad pokazuje da 2707 HDSS ima bolju otpornost na MIC od 2205 DSS, ali nije potpuno imun na MIC zbog P. aeruginosa biofilma. Ovi nalazi pomažu u odabiru prikladnih nehrđajućih čelika i procijenjenom vijeku trajanja za morski okoliš .
Kupon za 2707 HDSS je osigurao Metalurški fakultet Sveučilišta Northeastern (NEU) u Shenyangu, Kina. Elementarni sastav 2707 HDSS prikazan je u tablici 1, koju je analizirao Odjel za analizu i ispitivanje materijala NEU. Svi uzorci su tretirani otopinom na 1180 °C tijekom 1 sata. Prije ispitivanja korozije, 2707 HDSS u obliku kovanice s vrhom ex postavljena površina od 1 cm2 polirana je do 2000 grit papirom od silicijevog karbida i dalje polirana suspenzijom praha od 0,05 μm Al2O3. Strane i dno su zaštićeni inertnom bojom. Nakon sušenja, uzorci su isprani sterilnom deioniziranom vodom i sterilizirani 75% (v/v) etanolom 0,5 h. Zatim su osušeni na zraku pod ultravioletom ostaviti (UV) svjetlo 0,5 sati prije upotrebe.
Morski soj Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 nabavljen je od Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Kina. Pseudomonas aeruginosa je uzgojena aerobno na 37°C u tikvicama od 250 ml i elektrokemijskim staklenim ćelijama od 500 ml koristeći tekući medij Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao). , Kina). Medij (g/L): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0016 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4 , 5,0 peptona, 1,0 ekstrakta kvasca i 0,1 fericitrata. Prije inokulacije 20 minuta u autoklavu na 121°C. Brojite sesilne i planktonske stanice pomoću hemocitometra pod svjetlosnim mikroskopom pri povećanju od 400x. Početna stanična koncentracija planktona Pseudomonas aer uginosa neposredno nakon inokulacije bila je približno 106 stanica/ml.
Elektrokemijska ispitivanja provedena su u klasičnoj staklenoj ćeliji s tri elektrode srednjeg volumena od 500 ml. Ploča platine i zasićena kalomel elektroda (SCE) spojene su na reaktor preko Lugginovih kapilara ispunjenih slanim mostovima, služeći kao protu odnosno referentne elektrode. Za izradu radnih elektroda, bakrena žica presvučena gumom pričvršćena je na svaki uzorak i prekrivena epoksidom, ostavljajući oko 1 cm2 izložene jednostrane površine za radnu elektrodu. Tijekom elektrokemijskih mjerenja uzorci su stavljeni u medij 2216E i održavani na konstantnoj temperaturi inkubacije (37 °C) u vodenoj kupelji. Podaci o OCP, LPR, EIS i potencijalnoj dinamičkoj polarizaciji mjereni su pomoću potenciostata Autolab (Referenca 600TM, Gamry Instruments, Inc., SAD). LPR testovi su zabilježeni brzinom skeniranja od 0 .125 mV s-1 u rasponu od -5 i 5 mV s Eocp i frekvencijom uzorkovanja od 1 Hz. EIS je izveden sa sinusnim valom u frekvencijskom rasponu od 0,01 do 10 000 Hz koristeći primijenjeni napon od 5 mV u stabilnom stanju Eocp. Prije pomicanja potencijala, elektrode su bile u načinu rada otvorenog kruga sve dok nije postignuta stabilna vrijednost potencijala slobodne korozije. Krivulje polarizacije zatim su pokrenuti od -0,2 do 1,5 V u odnosu na Eocp pri brzini skeniranja od 0,166 mV/s. Svaki test je ponovljen 3 puta sa i bez P. aeruginosa.
Uzorci za metalografsku analizu mehanički su polirani s 2000 grit mokrim SiC papirom, a zatim su dodatno polirani s 0,05 μm suspenzijom praha Al2O3 za optičko promatranje. Metalografska analiza je provedena pomoću optičkog mikroskopa. Uzorci su nagrizani s 10 wt.% otopinom kalijevog hidroksida 43.
Nakon inkubacije, uzorci su isprani 3 puta otopinom fosfatnog pufera (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) i zatim fiksirani s 2,5% (v/v) glutaraldehidom tijekom 10 sati kako bi se fiksirali biofilmovi. Nakon toga je dehidriran s stupnjevanim serijama (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% v/ v) etanola prije sušenja na zraku. Konačno, površina uzorka je raspršena zlatnim filmom kako bi se osigurala vodljivost za SEM promatranje. SEM slike su fokusirane na točke s najviše sesilnih stanica P. aeruginosa na površini svakog uzorka. Izvršite EDS analizu kako biste pronašli kemijske elemente. Za mjerenje je korišten Zeissov konfokalni laserski skenirajući mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Njemačka). dubina udubljenja. Kako bi se promatrale korozijske udubljenja ispod biofilma, ispitni komad je prvo očišćen u skladu s kineskim nacionalnim standardom (CNS) GB/T4334.4-2000 kako bi se uklonili korozijski proizvodi i biofilm na površini ispitnog komada.
Analiza rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS, ESCALAB250 sustav za analizu površine, Thermo VG, SAD) provedena je korištenjem monokromatskog izvora rendgenskih zraka (aluminijska Kα linija pri 1500 eV energije i 150 W snage) u širokom rasponu energije vezanja 0 pod standardnim uvjetima –1350 eV. Spektri visoke rezolucije snimljeni su korištenjem 50 eV energije prolaza i 0,2 eV veličina koraka.
Inkubirani uzorci su uklonjeni i nježno isprani PBS-om (pH 7,4 ± 0,2) tijekom 15 s45. Kako bi se promatrala bakterijska održivost biofilmova na uzorcima, biofilmovi su obojeni pomoću LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, SAD). Komplet sadrži dvije fluorescentne boje, zelenu fluorescentnu SY TO-9 boja i crvena fluorescentna propidij jodid (PI) boja. Pod CLSM-om, točkice s fluorescentno zelenom i crvenom bojom predstavljaju žive odnosno mrtve stanice. Za bojenje, smjesa od 1 ml koja je sadržavala 3 μl SYTO-9 i 3 μl otopine PI inkubirana je 20 minuta na sobnoj temperaturi (23 oC) u mraku. Nakon toga su obojeni uzorci promatrani na dvije valne duljine ths (488 nm za žive stanice i 559 nm za mrtve stanice) korištenjem Nikon CLSM stroja (C2 Plus, Nikon, Japan). Debljina biofilma je mjerena u 3-D načinu skeniranja.
Kako citirati ovaj članak: Li, H. et al. Mikrobna korozija 2707 super duplex nehrđajućeg čelika morskim biofilmom Pseudomonas aeruginosa.science.Rep.6, 20190;doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pukotine uzrokovane naponskom korozijom dupleks nehrđajućeg čelika LDX 2101 u otopini klorida u prisutnosti tiosulfata.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Učinak toplinske obrade otopine i dušika u zaštitnom plinu na otpornost na rupičastu koroziju super dupleksnih zavara od nehrđajućeg čelika.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Komparativna kemijska studija mikrobne i elektrokemijski inducirane rupičaste korozije u nehrđajućem čeliku 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Elektrokemijsko ponašanje dupleks nehrđajućeg čelika 2205 u alkalnim otopinama različitog pH u prisutnosti klorida. Electrochim.Journal.64, 211-220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Učinak morskih biofilmova na koroziju: sažeti pregled. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).