Köszönjük, hogy felkereste a Nature.com weboldalt. Az Ön által használt böngészőverzió korlátozott CSS-támogatással rendelkezik. A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy egy frissített böngészőt használjon (vagy tiltsa le a kompatibilitási módot az Internet Explorerben). Időközben a folyamatos támogatás biztosítása érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
A mikrobiális korrózió (MIC) komoly problémát jelent számos iparágban, mivel hatalmas gazdasági veszteségekhez vezethet. A 2707-es szuperduplex rozsdamentes acélt (2707 HDSS) kiváló vegyi ellenálló képessége miatt tengeri környezetben használják. A MIC-vel szembeni ellenálló képességét azonban kísérletileg nem igazolták. Ez a tanulmány a Pseudomonas aeruginosa tengeri aerob baktérium által okozott MIC 2707 HDSS viselkedését vizsgálta. Az elektrokémiai elemzés kimutatta, hogy a Pseudomonas aeruginosa biofilm jelenlétében a 2216E közegben a korróziós potenciál pozitív változása és a korróziós áramsűrűség növekedése következik be. A röntgenfotoelektron-spektroszkópia (XPS) elemzése a biofilm alatti minta felületén a Cr-tartalom csökkenését mutatta. A gödrök vizuális elemzése azt mutatta, hogy a P. aeruginosa biofilm 14 napos inkubáció alatt maximum 0,69 µm-es gödörmélységet produkált. Bár ez kicsi, azt jelzi, hogy a 2707 HDSS nem teljesen immunis a P. aeruginosa biofilmek MIC-jére.
A duplex rozsdamentes acélokat (DSS) széles körben használják különféle iparágakban a kiváló mechanikai tulajdonságok és a korrózióállóság tökéletes kombinációja miatt1,2. A lokális gödrösödés azonban továbbra is előfordul, és befolyásolja az acél integritását3,4. A DSS nem ellenáll a mikrobiális korróziónak (MIC)5,6. A DSS széleskörű alkalmazási területei ellenére még mindig vannak olyan környezetek, ahol a DSS korrózióállósága nem elegendő a hosszú távú használathoz. Ez azt jelenti, hogy drágább, nagyobb korrózióállóságú anyagokra van szükség. Jeon és munkatársai7 azt találták, hogy még a szuperduplex rozsdamentes acéloknak (SDSS) is vannak korlátai a korrózióállóság tekintetében. Ezért bizonyos esetekben nagyobb korrózióállóságú szuperduplex rozsdamentes acélokra (HDSS) van szükség. Ez a magas ötvözetű HDSS kifejlesztéséhez vezetett.
A DSS korrózióállósága az alfa- és gamma fázisok arányától függ, és a második fázishoz közeli 8, 9, 10 Cr, Mo és W régiókban szegényebb. A HDSS magas Cr-, Mo- és N11-tartalommal rendelkezik, ezért kiváló korrózióállósággal és magas (45-50) értékű egyenértékű gödrösödési ellenállási számmal (PREN), amelyet a tömeg% Cr + 3,3 (tömeg% Mo + 0,5 tömeg% W) + 16 tömeg% N12 határoz meg. Kiváló korrózióállósága a körülbelül 50% ferrites (α) és 50% ausztenites (γ) fázist tartalmazó kiegyensúlyozott összetételnek köszönhető. A HDSS jobb mechanikai tulajdonságokkal és nagyobb ellenállással rendelkezik a kloridos korrózióval szemben. A továbbfejlesztett korrózióállóság kiterjeszti a HDSS alkalmazását agresszívebb kloridos környezetben, például tengeri környezetben.
A mikroinduktív korróziós faktorok (MIC) komoly problémát jelentenek számos iparágban, például az olaj- és gáziparban, valamint a víziparban14. A MIC az összes korróziós kár 20%-áért felelős15. A MIC egy bioelektrokémiai korrózió, amely számos környezetben megfigyelhető. A fémfelületeken képződő biofilmek megváltoztatják az elektrokémiai feltételeket, ezáltal befolyásolva a korróziós folyamatot. Széles körben elterjedt az a nézet, hogy a MIC korrózióját biofilmek okozzák. Az elektrogén mikroorganizmusok felemésztik a fémeket, hogy megszerezzék a túléléshez szükséges energiát17. A legújabb MIC-vizsgálatok kimutatták, hogy az EET (extracelluláris elektrontranszfer) a sebességkorlátozó tényező az elektrogén mikroorganizmusok által kiváltott MIC-ben. Zhang és munkatársai18 kimutatták, hogy az elektronközvetítők felgyorsítják az elektronok átvitelét a Desulfovibrio sessificans sejtek és a 304-es rozsdamentes acél között, ami súlyosabb MIC-támadást eredményez. Anning és munkatársai19, valamint Wenzlaff és munkatársai20 kimutatták, hogy a korrozív szulfátredukáló baktériumok (SRB-k) biofilmjei közvetlenül képesek elnyelni az elektronokat a fémfelületekről, ami súlyos gödrösödést eredményez.
A DSS-ről ismert, hogy érzékeny a minimális gátló koncentrációra (MIC) SRB-ket, vasredukáló baktériumokat (IRB-ket) stb. tartalmazó táptalajokban.21 Ezek a baktériumok lokalizált gödrösödést okoznak a DSS felületén biofilm alatt.22,23 A DSS-sel ellentétben a HDSS24 MIC-értéke nem ismert jól.
A Pseudomonas aeruginosa egy Gram-negatív, mozgékony, pálcika alakú baktérium, amely széles körben elterjedt a természetben25. A Pseudomonas aeruginosa a tengeri környezetben is jelentős mikrobiális csoport, amely emelkedett MIC-koncentrációkat okoz. A Pseudomonas aktívan részt vesz a korróziós folyamatban, és a biofilmképződés során úttörő kolonizálóként ismert. Mahat és munkatársai28, valamint Yuan és munkatársai29 kimutatták, hogy a Pseudomonas aeruginosa hajlamos növelni a lágyacél és ötvözeteinek korróziós sebességét vízi környezetben.
E munka fő célja a Pseudomonas aeruginosa tengeri aerob baktérium által okozott MIC 2707 HDSS tulajdonságainak vizsgálata volt elektrokémiai módszerekkel, felületanalízis módszerekkel és korróziós termékanalízissel. Elektrokémiai vizsgálatokat végeztek, beleértve a nyitott áramkörű potenciált (OCP), a lineáris polarizációs ellenállást (LPR), az elektrokémiai impedancia spektroszkópiát (EIS) és a potenciál dinamikus polarizációját, a MIC 2707 HDSS viselkedésének tanulmányozására. Energiadiszperzív spektrometriás analízist (EDS) végeztek a korrodált felületen lévő kémiai elemek kimutatására. Ezenkívül röntgen-fotoelektron spektroszkópiát (XPS) alkalmaztak az oxidfilm passziváció stabilitásának meghatározására Pseudomonas aeruginosa-t tartalmazó tengeri környezet hatása alatt. A gödrök mélységét konfokális lézer pásztázó mikroszkóppal (CLSM) mérték.
Az 1. táblázat a 2707 HDSS kémiai összetételét mutatja. A 2. táblázat azt mutatja, hogy a 2707 HDSS kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, 650 MPa folyáshatárral. Az 1. ábra az oldatban hőkezelt 2707 HDSS optikai mikroszerkezetét mutatja. A körülbelül 50% ausztenit és 50% ferrit fázist tartalmazó mikroszerkezetben másodlagos fázisok nélküli, megnyúlt ausztenit és ferrit fázisú sávok láthatók.
A 2a. ábra a nyitott áramkörű potenciált (Eocp) mutatja az expozíciós idő függvényében 2707 HDSS esetében 2216E abiotikus közegben és P. aeruginosa táptalajban 14 napig, 37°C-on. Ez azt mutatja, hogy az Eocp legnagyobb és legjelentősebb változása az első 24 órán belül következik be. Az Eocp értékek mindkét esetben -145 mV-nál tetőztek (az SCE-hez képest) körülbelül 16 óra elteltével, majd meredeken csökkentek, elérve a -477 mV-ot (az SCE-hez képest) az abiotikus minta és a P. Pseudomonas aeruginosa minták esetében -236 mV-ot (az SCE-hez képest). 24 óra elteltével a P. aeruginosa Eocp 2707 HDSS értéke viszonylag stabil volt -228 mV-on (az SCE-hez képest), míg a nem biológiai minták esetében a megfelelő érték körülbelül -442 mV volt (az SCE-hez képest). A P. aeruginosa jelenlétében az Eocp szintje meglehetősen alacsony volt.
2707 HDSS minta elektrokémiai vizsgálata abiotikus közegben és Pseudomonas aeruginosa táptalajban 37 °C-on:
(a) Eocp az expozíciós idő függvényében, (b) polarizációs görbék a 14. napon, (c) Rp az expozíciós idő függvényében, és (d) icorr az expozíciós idő függvényében.
A 3. táblázat 2707 HDSS minta elektrokémiai korróziós paramétereit mutatja, melyeket 14 napon keresztül abiotikus és Pseudomonas aeruginosa beoltott táptalajnak tettek ki. Az anód- és katódgörbék érintőit extrapolálták, hogy metszéspontokat kapjanak, amelyek a korróziós áramsűrűséget (icorr), a korróziós potenciált (Ecorr) és a Tafel-meredekséget (βα és βc) a standard módszerek szerint30,31 adták meg.
Amint a 2b. ábrán látható, a P. aeruginosa görbéjének felfelé eltolódása az Ecorr értékének növekedését eredményezte az abiotikus görbéhez képest. Az icorr érték, amely arányos a korróziós sebességgel, 0,328 µA cm-2-re nőtt a Pseudomonas aeruginosa mintában, ami négyszerese a nem biológiai mintában mért értéknek (0,087 µA cm-2).
Az LPR egy klasszikus roncsolásmentes elektrokémiai módszer a gyors korrózióanalízishez. Használták már a MIC32 vizsgálatára is. A 2c. ábra a polarizációs ellenállást (Rp) mutatja az expozíciós idő függvényében. A magasabb Rp érték kevesebb korróziót jelent. Az első 24 órán belül az Rp 2707 HDSS 1955 kΩ cm2-es csúcsértéket ért el abiotikus minták, és 1429 kΩ cm2-t Pseudomonas aeruginosa minták esetében. A 2c. ábra azt is mutatja, hogy az Rp érték egy nap után gyorsan csökkent, majd a következő 13 napban viszonylag változatlan maradt. Egy Pseudomonas aeruginosa minta Rp értéke körülbelül 40 kΩ cm2, ami jóval alacsonyabb, mint egy nem biológiai minta 450 kΩ cm2-es értéke.
Az icorr értéke arányos az egyenletes korróziós sebességgel. Értéke a következő Stern-Giri egyenlettel számítható ki:
Zoe és munkatársai szerint33 a Tafel-meredekség B tipikus értékét ebben a munkában 26 mV/dec-nek vették. A 2d. ábra azt mutatja, hogy a nem biológiai 2707-es minta icorr értéke viszonylag stabil maradt, míg a P. aeruginosa minta icorr értéke az első 24 óra után jelentősen ingadozott. A P. aeruginosa minták icorr értékei nagyságrenddel magasabbak voltak, mint a nem biológiai kontrollok értékei. Ez a tendencia összhangban van a polarizációs ellenállás eredményeivel.
Az EIS egy másik roncsolásmentes módszer, amelyet a korrodált felületeken fellépő elektrokémiai reakciók jellemzésére használnak. Abiotikus környezetnek és Pseudomonas aeruginosa oldatnak kitett minták impedancia spektrumai és számított kapacitásértékei, a minta felületén kialakult passzív film/biofilm ellenállása (Rb), töltésátviteli ellenállás (Rct), elektromos kettősréteg kapacitás (Cdl) és állandó QCPE fáziselem paraméterek (CPE). Ezeket a paramétereket tovább elemeztük az adatok ekvivalens áramkör (EEC) modellel történő illesztésével.
A 3. ábra tipikus Nyquist-diagramokat (a és b) és Bode-diagramokat (a' és b') mutat 2707 HDSS mintára abiotikus közegben és P. aeruginosa táptalajban, különböző inkubációs idők esetén. A Nyquist-gyűrű átmérője csökken Pseudomonas aeruginosa jelenlétében. A Bode-diagram (3b'. ábra) a teljes impedancia növekedését mutatja. A relaxációs időállandóról a fázismaximumokból nyerhetünk információt. A 4. ábra az egyrétegű (a) és kétrétegű (b) fizikai szerkezeteket, valamint a megfelelő elektromos áramokat (EEC) mutatja. A CPE-t bevezettük az EEC modellbe. Admittanciáját és impedanciáját a következőképpen fejezzük ki:
Két fizikai modell és a hozzájuk tartozó ekvivalens áramkörök a 2707 HDSS minta impedancia spektrumának illesztéséhez:
ahol Y0 a KPI érték, j a képzetes szám vagy (-1)1/2, ω a körfrekvencia, n pedig az egynél kisebb KPI teljesítményindex35. A töltésátviteli ellenállás inverziója (azaz 1/Rct) a korróziós sebességnek felel meg. Minél kisebb az Rct, annál nagyobb a korróziós sebesség27. 14 napos inkubáció után a Pseudomonas aeruginosa minták Rct értéke elérte a 32 kΩ cm2 értéket, ami jóval kisebb, mint a nem biológiai minták 489 kΩ cm2 értéke (4. táblázat).
Az 5. ábrán látható CLSM és SEM képek egyértelműen mutatják, hogy a 2707-es HDSS minta felületén lévő biofilm bevonat 7 nap elteltével sűrű. 14 nap elteltével azonban a biofilm fedettség gyenge volt, és néhány elhalt sejt megjelent. Az 5. táblázat a 2707-es HDSS minták biofilm vastagságát mutatja a P. aeruginosa 7 és 14 napos expozíciója után. A maximális biofilm vastagság 7 nap után 23,4 µm-ről 14 nap után 18,9 µm-re változott. Az átlagos biofilm vastagság is megerősítette ezt a tendenciát. 7 nap után 22,2 ± 0,7 μm-ről 14 nap után 17,8 ± 1,0 μm-re csökkent.
(a) 3D CLSM kép 7 nap elteltével, (b) 3D CLSM kép 14 nap elteltével, (c) SEM kép 7 nap elteltével és (d) SEM kép 14 nap elteltével.
Az EMF kémiai elemeket mutatott ki a biofilmekben és a korróziós termékekben a P. aeruginosa baktériumnak 14 napig kitett mintákon. A 6. ábra azt mutatja, hogy a biofilmekben és a korróziós termékekben a C, N, O és P tartalom jelentősen magasabb, mint a tiszta fémekben, mivel ezek az elemek a biofilmekhez és azok metabolitjaihoz kapcsolódnak. A mikrobáknak csak nyomokban van szükségük krómra és vasra. A biofilmben és a minták felületén lévő korróziós termékekben található magas Cr és Fe szint azt jelzi, hogy a fémmátrix a korrózió miatt elemeket veszített.
14 nap elteltével a 2216E táptalajon P. aeruginosa jelenlétében és hiányában is megfigyelhetők voltak gödrök. Inkubálás előtt a minták felülete sima és hibamentes volt (7a. ábra). Az inkubálás és a biofilm, valamint a korróziós termékek eltávolítása után a minták felületén található legmélyebb gödröket CLSM segítségével vizsgáltuk, ahogy az a 7b. és c. ábrán látható. A nem biológiai kontrollok felületén nem találtunk szembetűnő gödrösödést (maximális gödrösödési mélység 0,02 µm). A P. aeruginosa által okozott maximális gödörmélység 7 nap után 0,52 µm, 14 nap után pedig 0,69 µm volt, 3 minta átlagos maximális gödörmélységén alapulva (mindegyik mintához 10 maximális gödörmélységet választottunk ki). 0,42 ± 0,12 µm, illetve 0,52 ± 0,15 µm értéket értek el (5. táblázat). Ezek a gödörmélység-értékek kicsik, de fontosak.
(a) az expozíció előtt, (b) 14 napig abiotikus környezetben, és (c) 14 napig Pseudomonas aeruginosa táptalajban.
A 8. ábrán a különböző mintafelületek XPS-spektrumai láthatók, és az egyes felületek esetében elemzett kémiai összetételt a 6. táblázat foglalja össze. A 6. táblázatban a Fe és Cr atomszázalékai P. aeruginosa jelenlétében (A és B minta) sokkal alacsonyabbak voltak, mint a nem biológiai kontrolloké (C és D minta). Egy P. aeruginosa minta esetében a Cr2p mag szintjén lévő spektrális görbét négy csúcskomponenshez illesztették, amelyek kötési energiái (BE) 574,4, 576,6, 578,3 és 586,8 eV voltak, amelyek a Cr-nak, Cr2O3-nak, CrO3-nak és Cr(OH)3-nak tulajdoníthatók (9a. és b. ábra). Nem biológiai minták esetében a fő Cr2p szint spektruma két fő csúcsot tartalmaz: Cr-re (573,80 eV a BE esetében) és Cr2O3-ra (575,90 eV a BE esetében) a 9c. és 9d. ábrán. Az abiotikus minták és a P. aeruginosa minták közötti legszembetűnőbb különbség a Cr6+ jelenléte és a Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) magasabb relatív aránya volt a biofilm alatt.
A 2707 HDSS minta felületének széles XPS spektrumai két közegben 7, illetve 14 napnak felelnek meg.
(a) 7 napos P. aeruginosa fertőzés, (b) 14 napos P. aeruginosa fertőzés, (c) 7 nap abiotikus környezetben, és (d) 14 nap abiotikus környezetben.
A HDSS a legtöbb környezetben magas szintű korrózióállóságot mutat. Kim és munkatársai2 arról számoltak be, hogy a HDSS UNS S32707-et erősen ötvözött DSS-ként azonosították, amelynek PREN-értéke nagyobb, mint 45. A 2707 HDSS minta PREN-értéke ebben a munkában 49 volt. Ez a magas króm-, valamint a molibdén- és nikkeltartalomnak köszönhető, amelyek savas környezetben és magas kloridtartalmú környezetben hasznosak. Ezenkívül a jól kiegyensúlyozott összetétel és a hibamentes mikroszerkezet előnyös a szerkezeti stabilitás és a korrózióállóság szempontjából. A kiváló kémiai ellenálló képesség ellenére azonban a kísérleti adatok ebben a munkában arra utalnak, hogy a 2707 HDSS nem teljesen immunis a P. aeruginosa biofilm MIC-jeivel szemben.
Az elektrokémiai eredmények azt mutatták, hogy a 2707 HDSS korróziós sebessége a P. aeruginosa táptalajban 14 nap után jelentősen megnőtt a nem biológiai környezethez képest. A 2a. ábrán az Eocp csökkenését figyelték meg mind az abiotikus közegben, mind a P. aeruginosa táptalajban az első 24 órában. Ezt követően a biofilm teljesen befedi a minta felületét, és az Eocp viszonylag stabillá válik36. A biológiai Eocp szint azonban jóval magasabb volt, mint a nem biológiai Eocp szint. Okkal feltételezhető, hogy ez a különbség a P. aeruginosa biofilmek kialakulásával van összefüggésben. A 2d. ábrán P. aeruginosa jelenlétében az icorr 2707 HDSS értéke elérte a 0,627 μA cm-2 értéket, ami nagyságrenddel magasabb, mint az abiotikus kontrollé (0,063 μA cm-2), ami összhangban volt az EIS-sel mért Rct értékkel. Az első néhány napban a P. aeruginosa táptalaj impedanciaértékei megnőttek a P. aeruginosa sejtek tapadása és a biofilmképződés miatt. Amikor azonban a biofilm teljesen befedi a minta felületét, az impedancia csökken. A védőréteget elsősorban a biofilmek és a biofilm metabolitjainak képződése támadja meg. Következésképpen az idő múlásával a korrózióállóság csökkent, és a P. aeruginosa tapadása lokalizált korróziót okozott. Az abiotikus környezetben a trendek eltérőek voltak. A nem biológiai kontroll korrózióállósága jóval magasabb volt, mint a P. aeruginosa táptalajnak kitett minták megfelelő értéke. Ezenkívül az abiotikus hozzáférések esetében az Rct 2707 HDSS értéke a 14. napon elérte a 489 kΩ cm2 értéket, ami 15-ször magasabb, mint a P. aeruginosa jelenlétében mért Rct érték (32 kΩ cm2). Így a 2707 HDSS kiváló korrózióállósággal rendelkezik steril környezetben, de nem rezisztens a P. aeruginosa biofilmekből származó MIC-kkel szemben.
Ezek az eredmények a 2b. ábrán látható polarizációs görbékből is megfigyelhetők. Az anódos elágazást a Pseudomonas aeruginosa biofilmképződéssel és a fémoxidációs reakciókkal hozták összefüggésbe. Ebben az esetben a katódos reakció az oxigén redukciója. A P. aeruginosa jelenléte jelentősen megnövelte a korróziós áramsűrűséget, körülbelül egy nagyságrenddel nagyobb mértékben, mint az abiotikus kontrollban. Ez azt jelzi, hogy a P. aeruginosa biofilm fokozza a 2707 HDSS lokalizált korrózióját. Yuan és munkatársai29 azt találták, hogy a Cu-Ni 70/30 ötvözet korróziós áramsűrűsége a P. aeruginosa biofilm hatására megnőtt. Ez a Pseudomonas aeruginosa biofilmek általi oxigénredukció biokatalízisének tudható be. Ez a megfigyelés magyarázhatja a 2707 HDSS minimális koncentrációját (MIC) is ebben a munkában. Az aerob biofilmek alatt kevesebb oxigén is lehet. Ezért a fémfelület oxigénnel történő újrapassziválásának megtagadása tényező lehet a MIC kialakulásában ebben a munkában.
Dickinson és munkatársai38 azt feltételezték, hogy a kémiai és elektrokémiai reakciók sebességét közvetlenül befolyásolhatja a minta felületén lévő ülő baktériumok metabolikus aktivitása és a korróziós termékek jellege. Amint az az 5. ábrán és az 5. táblázatban látható, a sejtek száma és a biofilm vastagsága 14 nap elteltével csökkent. Ez ésszerűen magyarázható azzal, hogy 14 nap elteltével a 2707 HDSS felületén lévő ülő sejtek többsége elpusztult a 2216E táptalaj tápanyaghiánya vagy a 2707 HDSS mátrixból felszabaduló mérgező fémionok miatt. Ez a szakaszos kísérletek egyik korlátja.
Ebben a munkában a P. aeruginosa biofilm hozzájárult a Cr és Fe lokális csökkenéséhez a 2707 HDSS felületén lévő biofilm alatt (6. ábra). A 6. táblázat a Fe és Cr csökkenését mutatja a D mintában a C mintához képest, ami azt jelzi, hogy a P. aeruginosa biofilm által okozott oldott Fe és Cr az első 7 napig fennmaradt. A 2216E környezetet a tengeri környezet szimulálására használták. 17700 ppm Cl⁻-t tartalmaz, ami összehasonlítható a természetes tengervízben található tartalmával. A 17700 ppm Cl⁻ jelenléte volt a fő oka a Cr csökkenésének az XPS-sel elemzett 7 és 14 napos abiotikus mintákban. A P. aeruginosa mintákhoz képest a Cr oldódása az abiotikus mintákban sokkal kisebb volt a 2707 HDSS klórral szembeni erős ellenállása miatt abiotikus körülmények között. A 9. ábra a Cr6+ jelenlétét mutatja a passziváló filmben. Lehetséges, hogy szerepet játszik a króm eltávolításában az acélfelületekről a P. aeruginosa biofilmek által, ahogy azt Chen és Clayton is feltételezi.
A baktériumok növekedése miatt a táptalaj pH-értéke a tenyésztés előtt és után 7,4, illetve 8,2 volt. Így a P. aeruginosa biofilm alatt a szerves savas korrózió valószínűleg nem járul hozzá ehhez a munkához a táptalaj viszonylag magas pH-értéke miatt. A nem biológiai kontroll táptalaj pH-ja nem változott szignifikánsan (a kezdeti 7,4-ről a végső 7,5-re) a 14 napos tesztidőszak alatt. Az oltóközegben az inkubáció utáni pH-növekedés a P. aeruginosa metabolikus aktivitásának köszönhető, és tesztcsíkok hiányában is ugyanilyen hatással volt a pH-ra.
Amint a 7. ábrán látható, a P. aeruginosa biofilm által okozott maximális gödörmélység 0,69 µm volt, ami jóval nagyobb, mint az abiotikus közegé (0,02 µm). Ez összhangban van a fent leírt elektrokémiai adatokkal. A 0,69 µm-es gödörmélység több mint tízszer kisebb, mint a 2205 DSS esetében azonos körülmények között jelentett 9,5 µm-es érték. Ezek az adatok azt mutatják, hogy a 2707 HDSS jobban ellenáll a minimális gátló koncentrációknak (MIC), mint a 2205 DSS. Ez nem meglepő, mivel a 2707 HDSS magasabb Cr-szinttel rendelkezik, ami hosszabb passziválást biztosít, nehezebben depassziválható a P. aeruginosa, és kiegyensúlyozott fázisszerkezete miatt, káros másodlagos kicsapódás nélkül, gödrösödést okoz.
Összefoglalva, a P. aeruginosa táptalajban a 2707 HDSS felületén MIC-gödröket találtak, szemben az abiotikus környezetben található jelentéktelen gödrökkel. Ez a munka azt mutatja, hogy a 2707 HDSS jobban ellenáll a MIC-nek, mint a 2205 DSS, de a P. aeruginosa biofilm miatt nem teljesen immunis a MIC-re. Ezek az eredmények segítenek a megfelelő rozsdamentes acélok kiválasztásában és a várható élettartam meghatározásában a tengeri környezetben.
A 2707 HDSS kupont a kínai Shenyangban található Northeastern University (NEU) Kohászati ​​Kara biztosította. A 2707 HDSS elemi összetételét az 1. táblázat mutatja, melyet az NEU Anyagelemzési és Vizsgálati Osztálya elemzett. Minden mintát szilárd oldat előállítására 1180°C-on 1 órán át kezeltek. A korrózióvizsgálat előtt egy érme alakú, 1 cm2 felső nyitott felületű 2707 HDSS-t 2000-es szemcseméretűre políroztak szilícium-karbid csiszolópapírral, majd 0,05 µm-es Al2O3 porzaggyal políroztak. Az oldalakat és az alját inert festékkel védték. Szárítás után a mintákat steril ioncserélt vízzel mosták, és 75% (v/v) etanollal sterilizálták 0,5 órán át. Ezután felhasználás előtt 0,5 órán át levegőn szárították ultraibolya (UV) fény alatt.
A tengeri Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 törzset a kínai Xiamen Marine Culture Collection Centerből (MCCC) vásároltuk. A Pseudomonas aeruginosa-t aerob körülmények között, 37°C-on tenyésztettük 250 ml-es lombikokban és 500 ml-es üveg elektrokémiai cellákban, Marine 2216E folyékony táptalajban (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kína). A táptalaj tartalma (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 élesztőkivonat és 0,1 vas-citrát. Beoltás előtt autoklávozzuk 121°C-on 20 percig. A ülő és planktonikus sejteket hemocitométerrel, fénymikroszkóp alatt, 400x nagyításban számláljuk. A planktonikus Pseudomonas aeruginosa kezdeti koncentrációja közvetlenül a beoltás után körülbelül 106 sejt/ml volt.
Az elektrokémiai vizsgálatokat egy klasszikus, háromelektródás üvegcellában végezték, 500 ml térfogatú közeggel. A platinalemezt és a telített kalomelelektródot (SAE) sóhidakkal töltött Luggin-kapillárisokon keresztül csatlakoztatták a reaktorhoz, amelyek ellen- és referenciaelektródként szolgáltak. A munkaelektródok gyártásához gumírozott rézhuzalt rögzítettek minden mintához, és epoxigyantával vonták be, az egyik oldalon körülbelül 1 cm2 védelem nélküli területet hagyva a munkaelektród számára. Az elektrokémiai mérések során a mintákat 2216E közegbe helyezték, és állandó inkubációs hőmérsékleten (37°C) tartották vízfürdőben. Az OCP, LPR, EIS és a potenciális dinamikus polarizációs adatokat Autolab potenciosztáttal (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA) mérték. Az LPR teszteket 0,125 mV s-1 pásztázási sebességgel, -5 és 5 mV közötti tartományban, Eocp-vel és 1 Hz mintavételi frekvenciával rögzítették. Az EIS-t szinuszhullámmal végezték 0,01 és 10 000 Hz közötti frekvenciatartományban, 5 mV alkalmazott feszültséggel, állandósult Eocp állapotban. A potenciálkeresés előtt az elektródák tétlen üzemmódban voltak, amíg a szabad korróziós potenciál stabil értéket nem értek el. A polarizációs görbéket ezután -0,2 és 1,5 V között mérték az Eocp függvényében, 0,166 mV/s pásztázási sebességgel. Minden tesztet háromszor ismételtek meg P. aeruginosa jelenlétében és hiányában.
A metallográfiai elemzéshez szükséges mintákat nedves, 2000-es szemcseméretű SiC papírral mechanikusan polírozták, majd optikai megfigyelés céljából 0,05 µm-es Al2O3 por szuszpenzióval tovább polírozták. A metallográfiai elemzést optikai mikroszkóp segítségével végezték. A mintákat 10 tömeg%-os kálium-hidroxid 43-oldattal maratták.
Inkubálás után a mintákat háromszor mostuk foszfáttal pufferolt sóoldattal (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), majd 2,5% (v/v) glutaraldehiddel fixáltuk 10 órán át a biofilmek rögzítése érdekében. Ezután szakaszos etanollal (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% és 100% térfogat) dehidratáltuk, mielőtt levegőn szárítottuk volna. Végül egy aranyfilmet vittünk fel a minta felületére, hogy vezetőképességet biztosítsunk az SEM megfigyeléshez. Az SEM képeket az egyes minták felületén a legülő P. aeruginosa sejtekkel rendelkező foltokra fókuszáltuk. EDS-analízist végeztünk a kémiai elemek megtalálásához. A gödör mélységének mérésére Zeiss konfokális lézer pásztázó mikroszkópot (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Németország) használtunk. A biofilm alatti korróziós gödrök megfigyeléséhez a vizsgálati mintát először a kínai nemzeti szabvány (CNS) GB/T4334.4-2000 szerint megtisztították, hogy eltávolítsák a korróziós termékeket és a biofilmet a vizsgálati minta felületéről.
A röntgen-fotoelektron spektroszkópiás (XPS, ESCALAB250 felületelemző rendszer, Thermo VG, USA) analízist monokromatikus röntgenforrással (1500 eV energiájú és 150 W teljesítményű alumínium Kα vezeték) végeztük széles kötési energiák tartományában, –1350 eV standard körülmények között. Nagy felbontású spektrumokat vettünk fel 50 eV transzmissziós energiával és 0,2 eV lépésközzel.
Az inkubált mintákat eltávolítottuk, és 15 másodpercig PBS-sel (pH 7,4 ± 0,2) óvatosan mostuk. A mintákon lévő biofilmek bakteriális életképességének megfigyeléséhez a biofilmeket LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA) segítségével festettük meg. A készlet két fluoreszcens festéket tartalmaz: SYTO-9 zöld fluoreszcens festéket és propidium-jodid (PI) vörös fluoreszcens festéket. A CLSM-ben a fluoreszcens zöld és piros pontok az élő, illetve az elhalt sejteket jelölik. A festéshez 1 ml 3 µl SYTO-9-et és 3 µl PI oldatot tartalmazó keveréket inkubáltunk 20 percig szobahőmérsékleten (23°C), sötétben. Ezután a festett mintákat két hullámhosszon (488 nm az élő sejtek és 559 nm az elhalt sejtek esetében) vizsgáltuk Nikon CLSM készülékkel (C2 Plus, Nikon, Japán). A biofilm vastagságát 3D szkennelési módban mértük.
Hogyan idézzük ezt a cikket: Li, H. et al. 2707 szuperduplex rozsdamentes acél mikrobiális korróziója Pseudomonas aeruginosa tengeri biofilm által. The Science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. és Zucchi, F. LDX 2101 duplex rozsdamentes acél feszültségkorróziós repedése kloridoldatokban tioszulfát jelenlétében. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. és Zucchi, F. LDX 2101 duplex rozsdamentes acél feszültségkorróziós repedése kloridoldatokban tioszulfát jelenlétében. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. és Zucchi, F. Duplex rozsdamentes acél LDX 2101 feszültségkorróziós repedése kloridoldatokban tioszulfát jelenlétében. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. és 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rozsdamentes acél在福代sulfate分下下南性性生于中姣肏像 Zanotto F. Grassi V. Balbo A. Monticelli C. & Zucchi F. хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. és Zucchi, F. Duplex rozsdamentes acél LDX 2101 feszültségkorróziós repedése kloridoldatban tioszulfát jelenlétében.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS és Park, YS Az oldatos hőkezelés és a nitrogén védőgázban történő alkalmazása a hiperduplex rozsdamentes acél hegesztések gödrös korrózióval szembeni ellenállására. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS és Park, YS Az oldatos hőkezelés és a nitrogén védőgázban történő alkalmazása a hiperduplex rozsdamentes acél hegesztések gödrös korrózióval szembeni ellenállására.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS és Park, YS Az oldatos hőkezelés és a védőgázban lévő nitrogén hatása a hiperduplex rozsdamentes acél hegesztések gödrös korrózióállóságára. 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 és Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS és Park, YS Az oldatos hőkezelés és a védőgázban lévő nitrogén hatása a szuperduplex rozsdamentes acél hegesztések gödrös korrózióállóságára.Koros. A tudomány. 53. szám, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. és Lewandowski, Z. Összehasonlító vizsgálat a 316L rozsdamentes acél mikrobiálisan és elektrokémiailag indukált gödrösödésének kémiájában. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. és Lewandowski, Z. Összehasonlító vizsgálat a 316L rozsdamentes acél mikrobiálisan és elektrokémiailag indukált gödrösödésének kémiájában.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. és Lewandowski, Z. 316L rozsdamentes acél mikrobiológiai és elektrokémiai gödrösödésének összehasonlító kémiai vizsgálata. 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趃炩 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. és Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. és Lewandowski, Z. Mikrobiológiai és elektrokémiai úton indukált gödrösödés összehasonlító kémiai vizsgálata 316L rozsdamentes acélban.Koros. A tudomány. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG és Xiao, K. A 2205 duplex rozsdamentes acél elektrokémiai viselkedése különböző pH-jú lúgos oldatokban klorid jelenlétében. Luo, H., Dong, CF, Li, XG és Xiao, K. A 2205 duplex rozsdamentes acél elektrokémiai viselkedése különböző pH-jú lúgos oldatokban klorid jelenlétében.Luo H., Dong KF, Lee HG és Xiao K. Duplex rozsdamentes acél 2205 elektrokémiai viselkedése különböző pH-jú lúgos oldatokban klorid jelenlétében. 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 és Xiao, K. 2205 Rozsdamentes acél elektrokémiai viselkedése klorid jelenlétében különböző pH-értékeken lúgos oldatban.Luo H., Dong KF, Lee HG és Xiao K. Duplex rozsdamentes acél 2205 elektrokémiai viselkedése különböző pH-jú lúgos oldatokban klorid jelenlétében.Elektrokémia. Magazin. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS és Ray, RI A tengeri biofilmek hatása a korrózióra: rövid áttekintés. Little, BJ, Lee, JS és Ray, RI A tengeri biofilmek hatása a korrózióra: rövid áttekintés.Little, BJ, Lee, JS és Ray, RI: A tengeri biofilmek hatása a korrózióra: rövid áttekintés. 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 és Ray, RILittle, BJ, Lee, JS és Ray, RI: A tengeri biofilmek hatása a korrózióra: rövid áttekintés.Elektrokémia. Magazin. 54. szám, 2–7. oldal (2008).