Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazivat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Mikrobna korozija (MIC) ozbiljan je problem u mnogim industrijama jer može dovesti do ogromnih ekonomskih gubitaka. Super dupleks nehrđajući čelik 2707 (2707 HDSS) koristi se u morskim okruženjima zbog svoje izvrsne kemijske otpornosti. Međutim, njegova otpornost na MIC nije eksperimentalno dokazana. Ova je studija ispitala ponašanje MIC 2707 HDSS uzrokovanog morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa. Elektrokemijska je analiza pokazala da u prisutnosti biofilma Pseudomonas aeruginosa u mediju 2216E dolazi do pozitivne promjene korozijskog potencijala i povećanja gustoće struje korozije. Analiza rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) pokazala je smanjenje sadržaja Cr na površini uzorka ispod biofilma. Vizualna analiza udubljenja pokazala je da je biofilm P. aeruginosa proizveo maksimalnu dubinu udubljenja od 0,69 µm tijekom 14 dana inkubacije. Iako je ovo malo, ukazuje na to da 2707 HDSS nije potpuno imun na minimalnu inhibitornu koncentraciju (MIC) biofilmova P. aeruginosa.
Dupleks nehrđajući čelici (DSS) široko se koriste u raznim industrijama zbog savršene kombinacije izvrsnih mehaničkih svojstava i otpornosti na koroziju1,2. Međutim, lokalizirano korozijsko nakupljanje i dalje se javlja i utječe na integritet 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 DSS-a na koroziju nije dovoljna za dugotrajnu upotrebu. To znači da su potrebni skuplji materijali s većom otpornošću na koroziju. Jeon i sur.7 otkrili su da čak i super dupleks nehrđajući čelici (SDSS) imaju neka ograničenja u pogledu otpornosti na koroziju. Stoga su u nekim slučajevima potrebni super dupleks nehrđajući čelici (HDSS) s većom otpornošću na koroziju. To je dovelo do razvoja visoko legiranih HDSS-a.
Otpornost na koroziju DSS-a ovisi o omjeru alfa i gama faza te je osiromašen Cr, Mo i W područjima 8, 9, 10 uz drugu fazu. HDSS sadrži visok sadržaj Cr, Mo i N11, stoga ima izvrsnu otpornost na koroziju i visoku vrijednost (45-50) ekvivalentnog broja otpornosti na koroziju (PREN) određenog kao težinski % Cr + 3,3 (težinski % Mo + 0,5 težinski % W) + 16 težinski % N12. Njegova izvrsna otpornost na koroziju ovisi o uravnoteženom sastavu koji sadrži približno 50% feritne (α) i 50% austenitne (γ) faze. HDSS ima bolja mehanička svojstva i veću otpornost na kloridnu koroziju. Poboljšana otpornost na koroziju proširuje upotrebu HDSS-a u agresivnijim kloridnim okruženjima kao što su morska okruženja.
MIC su glavni problem u mnogim industrijama poput naftne, plinske i vodne industrije14. MIC čini 20% svih oštećenja od korozije15. MIC je bioelektrokemijska korozija koja se može primijetiti u mnogim okruženjima. Biofilmovi koji se formiraju na metalnim površinama mijenjaju elektrokemijske uvjete, čime utječu na proces korozije. Općenito se vjeruje da je MIC korozija uzrokovana biofilmovima. Elektrogeni mikroorganizmi jedu metale kako bi dobili energiju potrebnu za preživljavanje17. Nedavne studije MIC-a pokazale su da je EET (izvanstanični prijenos elektrona) faktor koji ograničava brzinu MIC-a izazvanog elektrogenim mikroorganizmima. Zhang i sur.18 pokazali su da elektronski posrednici ubrzavaju prijenos elektrona između stanica Desulfovibrio sessificans i nehrđajućeg čelika 304, što rezultira težim napadom MIC-a. Anning i sur.19 i Wenzlaff i sur.20 pokazali su da biofilmovi korozivnih sulfatno-redukirajućih bakterija (SRB) mogu izravno apsorbirati elektrone iz metalnih podloga, što rezultira jakim korozijskim korozijskim promjenama.
Poznato je da je DSS osjetljiv na MIC u medijima koji sadrže SRB-ove, bakterije koje reduciraju željezo (IRB) itd. 21. Ove bakterije uzrokuju lokalizirano udubljivanje na površini DSS-a ispod biofilmova 22,23. Za razliku od DSS-a, MIC za HDSS24 nije dobro poznat.
Pseudomonas aeruginosa je gram-negativna, pokretna, štapićasta bakterija koja je široko rasprostranjena u prirodi25. Pseudomonas aeruginosa je također glavna mikrobna skupina u morskom okolišu, uzrokujući povišene koncentracije minimalne inhibitorne koncentracije (MIC). Pseudomonas je aktivno uključen u proces korozije i prepoznat je kao pionirski kolonizator tijekom stvaranja biofilma. Mahat i sur.28 te Yuan i sur.29 pokazali su da Pseudomonas aeruginosa ima tendenciju povećanja brzine korozije mekog čelika i legura u vodenim okolišima.
Glavni cilj ovog rada bio je istražiti svojstva MIC 2707 HDSS-a uzrokovanog morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa korištenjem elektrokemijskih metoda, metoda analize površine i analize produkata korozije. Provedene su elektrokemijske studije, uključujući potencijal otvorenog kruga (OCP), linearni polarizacijski otpor (LPR), elektrokemijsku impedancijsku spektroskopiju (EIS) i potencijalnu dinamičku polarizaciju, kako bi se proučilo ponašanje MIC 2707 HDSS-a. Energetski disperzivna spektrometrijska analiza (EDS) provedena je za detekciju kemijskih elemenata na korodiranoj površini. Osim toga, rendgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS) korištena je za određivanje stabilnosti pasivizacije oksidnog filma pod utjecajem morskog okoliša koji sadrži Pseudomonas aeruginosa. Dubina udubljenja mjerena je konfokalnim laserskim skenirajućim mikroskopom (CLSM).
Tablica 1 prikazuje kemijski sastav 2707 HDSS-a. Tablica 2 pokazuje da 2707 HDSS ima izvrsna mehanička svojstva s granicom razvlačenja od 650 MPa. Na sl. 1 prikazana je optička mikrostruktura toplinski obrađenog 2707 HDSS-a. U mikrostrukturi koja sadrži oko 50% austenitne i 50% feritne faze, vidljive su izdužene vrpce austenitne i feritne faze bez sekundarnih faza.
Na sl. 2a prikazan je potencijal otvorenog kruga (Eocp) u odnosu na vrijeme izlaganja za 2707 HDSS u abiotičkom mediju 2216E i bujonu P. aeruginosa tijekom 14 dana na 37°C. Pokazuje da se najveća i najznačajnija promjena Eocp događa unutar prvih 24 sata. Vrijednosti Eocp u oba slučaja dosegle su vrhunac od -145 mV (u usporedbi sa SCE) oko 16 sati, a zatim su naglo pale, dosegnuvši -477 mV (u usporedbi sa SCE) i -236 mV (u usporedbi sa SCE) za abiotički uzorak i kupone P. Pseudomonas aeruginosa. Nakon 24 sata, vrijednost Eocp 2707 HDSS za P. aeruginosa bila je relativno stabilna na -228 mV (u usporedbi sa SCE), dok je odgovarajuća vrijednost za nebiološke uzorke bila približno -442 mV (u usporedbi sa SCE). Eocp u prisutnosti P. aeruginosa bio je prilično nizak.
Elektrokemijska studija 2707 HDSS uzoraka u abiotičkom mediju i bujonu Pseudomonas aeruginosa na 37 °C:
(a) Eocp kao funkcija vremena ekspozicije, (b) polarizacijske krivulje 14. dana, (c) Rp kao funkcija vremena ekspozicije i (d) icorr kao funkcija vremena ekspozicije.
Tablica 3 prikazuje parametre elektrokemijske korozije 2707 HDSS uzoraka izloženih abiotskim i Pseudomonas aeruginosa inokuliranim medijima tijekom razdoblja od 14 dana. Tangente anodne i katodne krivulje ekstrapolirane su kako bi se dobili presjecišta koja daju gustoću struje korozije (icorr), potencijal korozije (Ecorr) i Tafelov nagib (βα i βc) prema standardnim metodama30,31.
Kao što je prikazano na sl. 2b, pomak krivulje P. aeruginosa prema gore rezultirao je povećanjem Ecorr u usporedbi s abiotičkom krivuljom. Vrijednost icorr, koja je proporcionalna brzini korozije, povećala se na 0,328 µA cm-2 u uzorku Pseudomonas aeruginosa, što je četiri puta više nego u nebiološkom uzorku (0,087 µA cm-2).
LPR je klasična nerazorna elektrokemijska metoda za brzu analizu korozije. Također je korištena za proučavanje MIC32. Na sl. 2c prikazan je polarizacijski otpor (Rp) kao funkcija vremena izlaganja. Viša vrijednost Rp znači manju koroziju. Unutar prvih 24 sata, Rp 2707 HDSS dosegao je vrhunac od 1955 kΩ cm2 za abiotske uzorke i 1429 kΩ cm2 za uzorke Pseudomonas aeruginosa. Slika 2c također pokazuje da se vrijednost Rp brzo smanjila nakon jednog dana, a zatim ostala relativno nepromijenjena tijekom sljedećih 13 dana. Vrijednost Rp uzorka Pseudomonas aeruginosa iznosi oko 40 kΩ cm2, što je znatno niže od vrijednosti od 450 kΩ cm2 nebiološkog uzorka.
Vrijednost icorr proporcionalna je jednolikoj brzini korozije. Njena vrijednost može se izračunati pomoću sljedeće Stern-Girijeve jednadžbe:
Prema Zoe i suradnicima33, tipična vrijednost Tafelovog nagiba B u ovom radu uzeta je kao 26 mV/dec. Slika 2d pokazuje da je icorr nebiološkog uzorka 2707 ostao relativno stabilan, dok je uzorak P. aeruginosa uvelike fluktuirao nakon prvih 24 sata. Vrijednosti icorr uzoraka P. aeruginosa bile su za red veličine veće od onih nebioloških kontrola. Ovaj trend je u skladu s rezultatima polarizacijske otpornosti.
EIS je još jedna nerazorna metoda koja se koristi za karakterizaciju elektrokemijskih reakcija na korodiranim površinama. Spektri impedancije i izračunate vrijednosti kapacitivnosti uzoraka izloženih abiotičkom okruženju i otopini Pseudomonas aeruginosa, otpor pasivnog filma/biofilma Rb formiranog na površini uzorka, otpor prijenosa naboja Rct, električni kapacitet dvostrukog sloja Cdl (EDL) i konstantni QCPE parametri faznog elementa (CPE). Ovi parametri su dalje analizirani prilagođavanjem podataka korištenjem modela ekvivalentnog kruga (EEC).
Na sl. 3 prikazani su tipični Nyquistovi dijagrami (a i b) i Bodeovi dijagrami (a' i b') za 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 (sl. 3b') pokazuje povećanje ukupne impedancije. Informacije o vremenskoj konstanti relaksacije mogu se dobiti iz faznih maksimuma. Na sl. 4 prikazane su fizičke strukture temeljene na monosloju (a) i dvosloju (b) te odgovarajućim elektrokemijskim elementima (EEC). CPE je uveden u EEC model. Njegova admitancija i impedancija izraženi su na sljedeći način:
Dva fizička modela i odgovarajući ekvivalentni krugovi za prilagođavanje spektra impedancije uzorka 2707 HDSS:
gdje je Y0 vrijednost KPI-ja, j je imaginarni broj ili (-1)1/2, ω je kutna frekvencija, n je indeks snage KPI-ja manji od jedan35. Inverzija otpora prijenosa naboja (tj. 1/Rct) odgovara brzini korozije. Što je Rct manji, to je veća brzina korozije27. Nakon 14 dana inkubacije, Rct uzoraka Pseudomonas aeruginosa dosegao je 32 kΩ cm2, što je znatno manje od 489 kΩ cm2 nebioloških uzoraka (Tablica 4).
CLSM slike i SEM slike na slici 5 jasno pokazuju da je premaz biofilma na površini HDSS uzorka 2707 nakon 7 dana gust. Međutim, nakon 14 dana, pokrivenost biofilmom bila je slaba i pojavile su se neke mrtve stanice. Tablica 5 prikazuje debljinu biofilma na HDSS uzorcima 2707 nakon izlaganja P. aeruginosa tijekom 7 i 14 dana. Maksimalna debljina biofilma promijenila se s 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) 3D CLSM slika nakon 7 dana, (b) 3D CLSM slika nakon 14 dana, (c) SEM slika nakon 7 dana i (d) SEM slika nakon 14 dana.
EMF je otkrio kemijske elemente u biofilmovima i produktima korozije na uzorcima izloženim P. aeruginosa tijekom 14 dana. Na sl. Slika 6 pokazuje da je sadržaj C, N, O i P u biofilmovima i produktima korozije znatno veći nego u čistim metalima, budući da su ti elementi povezani s biofilmovima i njihovim metabolitima. Mikrobima su potrebne samo tragovi kroma i željeza. Visoke razine Cr i Fe u biofilmu i produktima korozije na površini uzoraka ukazuju na to da je metalna matrica izgubila elemente zbog korozije.
Nakon 14 dana, u mediju 2216E uočene su udubine sa i bez P. aeruginosa. Prije inkubacije, površina uzoraka bila je glatka i bez nedostataka (slika 7a). Nakon inkubacije i uklanjanja biofilma i produkata korozije, najdublje udubine na površini uzoraka pregledane su pomoću CLSM-a, kao što je prikazano na slikama 7b i c. Na površini nebioloških kontrola nije pronađeno očito udubljenje (maksimalna dubina udubljenja 0,02 µm). Maksimalna dubina udubljenja uzrokovana P. aeruginosa bila je 0,52 µm nakon 7 dana i 0,69 µm nakon 14 dana, na temelju prosječne maksimalne dubine udubljenja iz 3 uzorka (za svaki uzorak odabrano je 10 maksimalnih dubina udubljenja). Postignute su vrijednosti od 0,42 ± 0,12 µm odnosno 0,52 ± 0,15 µm (Tablica 5). Ove vrijednosti dubine udubljenja su male, ali važne.
(a) prije izlaganja, (b) 14 dana u abiotičkom okruženju i (c) 14 dana u bujonu Pseudomonas aeruginosa.
Na sl. Tablica 8 prikazuje XPS spektre različitih površina uzoraka, a kemijski sastav analiziran za svaku površinu sažet je u Tablici 6. U Tablici 6, atomski postoci Fe i Cr u prisutnosti P. aeruginosa (uzorci A i B) bili su znatno niži od onih u nebiološkim kontrolama (uzorci C i D). Za uzorak P. aeruginosa, spektralna krivulja na razini jezgre Cr2p prilagođena je četirima komponentama vrha s energijama vezanja (BE) od 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, koje se mogu pripisati Cr, Cr2O3, CrO3 i Cr(OH)3 (slika 9a i b). Za nebiološke uzorke, spektar glavne razine Cr2p sadrži dva glavna vrha za Cr (573,80 eV za BE) i Cr2O3 (575,90 eV za BE) na sl. 9c i d. Najuočljivija razlika između abiotičkih uzoraka i uzoraka P. aeruginosa bila je prisutnost Cr6+ i veći relativni udio Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) ispod biofilma.
Široki XPS spektri površine uzorka 2707 HDSS u dva medija su 7 odnosno 14 dana.
(a) 7 dana izloženosti P. aeruginosa, (b) 14 dana izloženosti P. aeruginosa, (c) 7 dana u abiotičkom okruženju i (d) 14 dana u abiotičkom okruženju.
HDSS pokazuje visoku razinu otpornosti na koroziju u većini okruženja. Kim i suradnici2 izvijestili su da je HDSS UNS S32707 identificiran kao visoko legirani DSS s PREN-om većim od 45. Vrijednost PREN-a uzorka 2707 HDSS u ovom radu bila je 49. To je zbog visokog sadržaja kroma i visokog sadržaja molibdena i nikla, koji su korisni u kiselim okruženjima i okruženjima s visokim sadržajem klorida. Osim toga, dobro uravnotežen sastav i mikrostruktura bez nedostataka korisni su za strukturnu 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 se brzina korozije 2707 HDSS u juhi P. aeruginosa značajno povećala nakon 14 dana u usporedbi s nebiološkim okruženjem. Na slici 2a uočeno je smanjenje Eocp i u abiotičkom mediju i u juhi P. aeruginosa tijekom prvih 24 sata. Nakon toga, biofilm potpuno prekriva površinu uzorka, a Eocp postaje relativno stabilan36. Međutim, biološka razina Eocp bila je mnogo viša od nebiološke razine Eocp. Postoje razlozi za vjerovanje da je ta razlika povezana s formiranjem biofilmova P. aeruginosa. Na slici 2d u prisutnosti P. aeruginosa, vrijednost icorr 2707 HDSS dosegla je 0,627 μA cm-2, što je za red veličine više od vrijednosti abiotske kontrole (0,063 μA cm-2), što je bilo u skladu s vrijednošću Rct izmjerenom EIS-om. Tijekom prvih nekoliko dana, vrijednosti impedancije u juhi P. aeruginosa povećale su se zbog prianjanja stanica P. aeruginosa i stvaranja biofilmova. Međutim, kada biofilm potpuno prekrije površinu uzorka, impedancija se smanjuje. Zaštitni sloj je napadnut prvenstveno zbog stvaranja biofilmova i metabolita biofilma. Posljedično, otpornost na koroziju smanjivala se s vremenom, a prianjanje P. aeruginosa uzrokovalo je lokaliziranu koroziju. Trendovi u abiotičkim okruženjima bili su različiti. Otpornost na koroziju nebiološke kontrole bila je mnogo veća od odgovarajuće vrijednosti uzoraka izloženih juhi P. aeruginosa. Osim toga, za abiotske pristupnice, vrijednost Rct 2707 HDSS dosegla je 489 kΩ cm2 14. dana, što je 15 puta više od vrijednosti Rct (32 kΩ cm2) u prisutnosti P. aeruginosa. Dakle, 2707 HDSS ima izvrsnu otpornost na koroziju u sterilnom okruženju, ali nije otporan na MIC iz biofilmova P. aeruginosa.
Ovi rezultati mogu se također vidjeti iz polarizacijskih krivulja na slici 2b. Anodno grananje povezano je s stvaranjem biofilma Pseudomonas aeruginosa i reakcijama oksidacije metala. U ovom slučaju, katodna reakcija je redukcija kisika. Prisutnost P. aeruginosa značajno je povećala gustoću korozijske struje, otprilike za red veličine više nego u abiotičkoj kontroli. To ukazuje na to da biofilm P. aeruginosa pojačava lokaliziranu koroziju 2707 HDSS-a. Yuan i sur.29 otkrili su da se gustoća korozijske struje Cu-Ni 70/30 legure povećava pod djelovanjem biofilma P. aeruginosa. To može biti zbog biokatalize redukcije kisika biofilmovima Pseudomonas aeruginosa. Ovo opažanje također može objasniti MIC 2707 HDSS-a u ovom radu. Također može biti manje kisika pod aerobnim biofilmovima. Stoga, odbijanje ponovne pasivizacije metalne površine kisikom može biti faktor koji doprinosi MIC-u u ovom radu.
Dickinson i sur.38 sugerirali su da na brzinu 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 u tablici 5, broj stanica i debljina biofilma smanjili su se nakon 14 dana. To se razumno može objasniti činjenicom da je nakon 14 dana većina sesilnih stanica na površini 2707 HDSS uginula zbog iscrpljivanja hranjivih tvari u mediju 2216E ili oslobađanja toksičnih metalnih iona iz matrice 2707 HDSS. To je ograničenje šaržnih eksperimenata.
U ovom radu, biofilm P. aeruginosa pridonio je lokalnom smanjenju Cr i Fe ispod biofilma na površini 2707 HDSS (slika 6). Tablica 6 prikazuje smanjenje Fe i Cr u uzorku D u usporedbi s uzorkom C, što ukazuje na to da su otopljeni Fe i Cr uzrokovani biofilmom P. aeruginosa ostali prisutni prvih 7 dana. Okruženje 2216E korišteno je za simulaciju morskog okoliša. Sadrži 17700 ppm Cl-, što je usporedivo s njegovim sadržajem u prirodnoj morskoj vodi. Prisutnost 17700 ppm Cl- bila je glavni razlog smanjenja Cr u 7- i 14-dnevnim abiotičkim uzorcima analiziranim XPS-om. U usporedbi s uzorcima P. aeruginosa, otapanje Cr u abiotičkim uzorcima bilo je mnogo manje zbog jake otpornosti 2707 HDSS na klor u abiotičkim uvjetima. Na slici 9 prikazana je prisutnost Cr6+ u pasivizirajućem filmu. Moguće je da je uključen u uklanjanje kroma s čeličnih površina biofilmovima P. aeruginosa, kako sugeriraju Chen i Clayton.
Zbog rasta bakterija, pH vrijednosti medija prije i nakon kultivacije bile su 7,4 odnosno 8,2. Dakle, ispod biofilma P. aeruginosa, korozija organskim kiselinama vjerojatno neće doprinijeti ovom radu zbog relativno visokog pH-a u glavnom mediju. pH nebiološkog kontrolnog medija nije se značajno promijenio (od početnih 7,4 do konačnih 7,5) tijekom 14-dnevnog razdoblja ispitivanja. Povećanje pH-a u mediju za sjeme nakon inkubacije bilo je posljedica metaboličke aktivnosti P. aeruginosa i utvrđeno je da ima isti učinak na pH u odsutnosti testnih traka.
Kao što je prikazano na slici 7, maksimalna dubina udubljenja uzrokovana biofilmom P. aeruginosa bila je 0,69 µm, što je znatno veće od dubine abiotičkog medija (0,02 µm). To 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 zabilježene za 2205 DSS pod istim uvjetima. Ovi podaci pokazuju da 2707 HDSS pokazuje bolju otpornost na MIC od 2205 DSS. To ne bi trebalo biti iznenađenje jer 2707 HDSS ima više razine Cr što omogućuje dulju pasivizaciju, teže je depasivirati P. aeruginosa i zbog svoje uravnotežene fazne strukture bez štetnog sekundarnog taloženja uzrokuje udubljivanje.
Zaključno, MIC jamice pronađene su na površini 2707 HDSS u juhi P. aeruginosa u usporedbi s beznačajnim jamicama u abiotičkom okruženju. Ovaj rad pokazuje da 2707 HDSS ima bolju otpornost na MIC od 2205 DSS, ali nije potpuno imun na MIC zbog biofilma P. aeruginosa. Ovi rezultati pomažu u odabiru prikladnih nehrđajućih čelika i očekivanog životnog vijeka za morski okoliš.
Kupon za 2707 HDSS osigurao je 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-a. Svi uzorci su tretirani za čvrstu otopinu na 1180°C tijekom 1 sata. Prije ispitivanja korozije, 2707 HDSS u obliku novčića s gornjom otvorenom površinom od 1 cm2 poliran je do granulacije 2000 brusnim papirom silicij-karbida, a zatim poliran suspenzijom praha Al2O3 granulacije 0,05 µm. Stranice i dno zaštićeni su inertnom bojom. Nakon sušenja, uzorci su oprani sterilnom deioniziranom vodom i sterilizirani sa 75% (v/v) etanolom tijekom 0,5 sati. Zatim su sušeni na zraku pod ultraljubičastim (UV) svjetlom tijekom 0,5 sati prije upotrebe.
Soj morske Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 kupljen je od Centra za kolekciju morskih kultura Xiamen (MCCC), Kina. Pseudomonas aeruginosa uzgajan je u aerobnim uvjetima na 37°C u tikvicama od 250 ml i staklenim elektrokemijskim ćelijama od 500 ml korištenjem tekućeg medija Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina). Medij sadrži (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0,016 6NH26NH3, 3,0016 NH3, 5,0 pepton, 1,0 ekstrakt kvasca i 0,1 željezovog citrata. Autoklavirajte na 121°C 20 minuta prije inokulacije. Brojite sesilne i planktonske stanice hemocitometrom pod svjetlosnim mikroskopom pri povećanju od 400x. Početna koncentracija planktonske Pseudomonas aeruginosa odmah nakon inokulacije bila je približno 106 stanica/ml.
Elektrokemijska ispitivanja provedena su u klasičnoj staklenoj ćeliji s tri elektrode i volumenom medija od 500 ml. Platinski lim i zasićena kalomelova elektroda (SAE) spojeni su na reaktor putem Lugginovih kapilara ispunjenih solnim mostovima, koje su služile kao protuelektrode i referentne elektrode. Za izradu radnih elektroda, gumirana bakrena žica pričvršćena je na svaki uzorak i prekrivena epoksidnom smolom, ostavljajući oko 1 cm2 nezaštićenog područja za radnu elektrodu s jedne strane. Tijekom elektrokemijskih mjerenja, uzorci su smješteni u medij 2216E i držani na konstantnoj temperaturi inkubacije (37°C) u vodenoj kupelji. Podaci o OCP, LPR, EIS i potencijalnoj dinamičkoj polarizaciji mjereni su pomoću Autolab potenciostata (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., SAD). LPR testovi su snimani pri brzini skeniranja od 0,125 mV s-1 u rasponu od -5 do 5 mV s Eocp i frekvencijom uzorkovanja od 1 Hz. EIS je proveden sinusnim valom u frekvencijskom rasponu od 0,01 do 10 000 Hz korištenjem primijenjenog napona od 5 mV pri stacionarnom stanju Eocp. Prije promjene potencijala, elektrode su bile u stanju mirovanja dok se nije postigla stabilna vrijednost slobodnog korozijskog potencijala. Polarizacijske krivulje su zatim izmjerene od -0,2 do 1,5 V kao funkcija 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 mokrim SiC papirom granulacije 2000, a zatim dodatno polirani suspenzijom Al2O3 praha granulacije 0,05 µm za optičko promatranje. Metalografska analiza provedena je optičkim mikroskopom. Uzorci su nagrizeni 10 težinski % otopinom kalijevog hidroksida 43.
Nakon inkubacije, uzorci su 3 puta isprani fosfatno puferiranom otopinom soli (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), a zatim fiksirani s 2,5% (v/v) glutaraldehidom tijekom 10 sati kako bi se fiksirali biofilmovi. Zatim su dehidrirani s dodanim etanolom (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% volumena) prije sušenja na zraku. Konačno, na površinu uzorka nanosi se zlatni film kako bi se osigurala vodljivost za SEM promatranje. SEM slike su fokusirane na mjesta s najsjedećim stanicama P. aeruginosa na površini svakog uzorka. Provedena je EDS analiza kako bi se pronašli kemijski elementi. Za mjerenje dubine udubljenja korišten je Zeiss konfokalni laserski skenirajući mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Njemačka). Kako bi se uočile korozijske rupe ispod biofilma, ispitni uzorak je prvo očišćen prema kineskom nacionalnom standardu (CNS) GB/T4334.4-2000 kako bi se uklonili produkti korozije i biofilm s površine ispitnog uzorka.
Analiza rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS, ESCALAB250 sustav za analizu površine, Thermo VG, SAD) provedena je korištenjem monokromatskog rendgenskog izvora (aluminijeva Kα linija s energijom od 1500 eV i snagom od 150 W) u širokom rasponu energija vezanja 0 pod standardnim uvjetima od –1350 eV. Spektri visoke rezolucije snimljeni su korištenjem energije prijenosa od 50 eV i koraka od 0,2 eV.
Inkubirani uzorci su uklonjeni i lagano isprani s PBS-om (pH 7,4 ± 0,2) tijekom 15 sekundi i 45 sekundi. Kako bi se promatrala bakterijska održivost biofilmova na uzorcima, biofilmovi su obojeni pomoću LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit-a (Invitrogen, Eugene, OR, SAD). Kit sadrži dvije fluorescentne boje: zelenu fluorescentnu boju SYTO-9 i crvenu fluorescentnu boju propidij jodid (PI). U CLSM-u, fluorescentne zelene i crvene točkice predstavljaju žive, odnosno mrtve stanice. Za bojenje, 1 ml smjese koja sadrži 3 µl SYTO-9 i 3 µl otopine PI inkubiran je 20 minuta na sobnoj temperaturi (23°C) u mraku. Nakon toga, obojeni uzorci su pregledani na dvije valne duljine (488 nm za žive stanice i 559 nm za mrtve stanice) pomoću Nikon CLSM aparata (C2 Plus, Nikon, Japan). Debljina biofilma mjerena je u 3D načinu skeniranja.
Kako citirati ovaj članak: Li, H. i dr. Mikrobna korozija super dupleks nehrđajućeg čelika 2707 uzrokovana morskim biofilmom Pseudomonas aeruginosa. the science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pucanje uslijed korozije pod naponom dupleks nehrđajućeg čelika LDX 2101 u otopinama klorida u prisutnosti tiosulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pucanje uslijed korozije pod naponom dupleks nehrđajućeg čelika LDX 2101 u otopinama klorida u prisutnosti tiosulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Korozivno rastreskanje pod naponom dvostrukog nervnog stališa LDX 2101 u otopini klorida u prisutnosti tiosulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pucanje uslijed korozije naprezanja dupleks nehrđajućeg čelika LDX 2101 u otopinama klorida u prisutnosti tiosulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相nehrđajući čelik在福代sulfat分下下南性性生于中图像剧情开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korozivno rastreskanje pod naponom dvostrukog nervnog stališa LDX 2101 u otopini klorida u prisutnosti tiosulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pucanje uslijed korozije naprezanja dupleks nehrđajućeg čelika LDX 2101 u otopini klorida u prisutnosti tiosulfata.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Učinci toplinske obrade otopinom i dušika u zaštitnom plinu na otpornost na rupičastu koroziju zavarenih spojeva hiperdupleksnog nehrđajućeg čelika. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Učinci toplinske obrade otopinom i dušika u zaštitnom plinu na otpornost na rupičastu koroziju zavarenih spojeva hiperdupleksnog nehrđajućeg čelika.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Utjecaj toplinske obrade otopinom i dušika u zaštitnom plinu na otpornost zavara hiperdupleksnog nehrđajućeg čelika na rupičastu koroziju. 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钢焊缝抗点蚀性能的影响。 Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Utjecaj toplinske obrade otopinom i dušika u zaštitnom plinu na otpornost zavara superdupleks nehrđajućeg čelika na rupičastu koroziju.koros. znanost. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Komparativna studija u kemiji mikrobno i elektrokemijski induciranog tačkastog oštećenja nehrđajućeg čelika 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Komparativna studija u kemiji mikrobno i elektrokemijski induciranog tačkastog oštećenja nehrđajućeg čelika 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Komparativna kemijska studija mikrobiološke i elektrokemijske korozije nehrđajućeg čelika 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. 微生物和电化学诱导的316L 不锈钢点蚀的化学比较研究。 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Komparativna kemijska studija mikrobiološkog i elektrokemijski induciranog tačkastog oštećenja u nehrđajućem čeliku 316L.koros. znanost. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Elektrokemijsko ponašanje nehrđajućeg čelika 2205 dupleks u alkalnim otopinama s različitim pH u prisutnosti klorida. Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Elektrokemijsko ponašanje nehrđajućeg čelika 2205 dupleks u alkalnim otopinama s različitim pH u prisutnosti klorida.Luo H., Dong KF, Lee HG i Xiao K. Elektrokemijsko ponašanje dupleks nehrđajućeg čelika 2205 u alkalnim otopinama s različitim pH u prisutnosti klorida. 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 i Xiao, K. 2205 Elektrokemijsko ponašanje nehrđajućeg čelika 双相 u prisutnosti klorida pri različitim pH vrijednostima u alkalnoj otopini.Luo H., Dong KF, Lee HG i Xiao K. Elektrokemijsko ponašanje dupleks nehrđajućeg čelika 2205 u alkalnim otopinama s različitim pH u prisutnosti klorida.Časopis za elektrokemiju. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Utjecaj morskih biofilmova na koroziju: Sažet pregled. Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Utjecaj morskih biofilmova na koroziju: Sažet pregled.Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Učinci morskih biofilmova na koroziju: Kratak pregled. 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 i Ray, RILittle, BJ, Lee, JS i Ray, RI Učinci morskih biofilmova na koroziju: Kratak pregled.Časopis za elektrokemiju. 54, 2-7 (2008).