Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com. Jūsu izmantotajai pārlūkprogrammas versijai ir ierobežots CSS atbalsts. Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, iesakām izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai izslēgt saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer). Tikmēr, lai nodrošinātu nepārtrauktu atbalstu, vietne tiks attēlota bez stiliem un JavaScript.
Mikrobu korozija (MIC) ir nopietna problēma daudzās nozarēs, jo tā var radīt milzīgus ekonomiskos zaudējumus. 2707 superdupleksa nerūsējošais tērauds (2707 HDSS) ir izmantots jūras vidē, pateicoties tā lieliskajai ķīmiskajai izturībai. Tomēr tā izturība pret MIC nav eksperimentāli pierādīta. Šajā pētījumā tika pētīta 2707 HDSS MIC uzvedība, ko izraisa jūras aerobā baktērija Pseudomonas aeruginosa. Elektroķīmiskā analīze parādīja, ka Pseudomonas aeruginosa bioplēves klātbūtnē 2216E vidē bija pozitīvas korozijas potenciāla izmaiņas un korozijas strāvas blīvuma palielināšanās. Rentgenstaru fotoelektronu spektroskopijas (XPS) analīze parādīja Cr satura samazināšanos parauga virsmā zem bioplēves. Bedru attēlveidošanas analīze parādīja, ka P. aeruginosa bioplēve 14 inkubācijas dienu laikā radīja maksimālo bedru dziļumu 0,69 μm. Lai gan tas ir mazs, tas norāda, ka 2707 HDSS nav pilnībā imūns pret P. aeruginosa MIC. bioplēves.
Dupleksa nerūsējošie tēraudi (DSS) tiek plaši izmantoti dažādās nozarēs, pateicoties to ideālajai izcilo mehānisko īpašību un korozijas izturības kombinācijai1,2. Tomēr joprojām notiek lokalizēta punktveida korozija, kas ietekmē šī tērauda integritāti3,4. DSS nav izturīgs pret mikrobu koroziju (MIC)5,6. Neskatoties uz plašo DSS pielietojumu klāstu, joprojām pastāv vides, kurās DSS korozijas izturība nav pietiekama ilgstošai lietošanai. Tas nozīmē, ka ir nepieciešami dārgāki materiāli ar augstāku korozijas izturību. Džons un līdzautori7 atklāja, ka pat superdupleksa nerūsējošajiem tēraudiem (SDSS) ir daži ierobežojumi attiecībā uz korozijas izturību. Tāpēc dažos pielietojumos ir nepieciešami superdupleksa nerūsējošie tēraudi (HDSS) ar augstāku korozijas izturību. Tas noveda pie ļoti leģētu HDSS izstrādes.
DSS korozijas izturība ir atkarīga no alfa un gamma fāžu attiecības un Cr, Mo un W noplicinātajiem apgabaliem 8, 9, 10 blakus otrajai fāzei. HDSS satur augstu Cr, Mo un N11 saturu, tāpēc tam ir lieliska korozijas izturība un augsta (45–50) punktveida korozijas pretestības ekvivalenta skaitļa (PREN) vērtība, ko nosaka pēc svara % Cr + 3,3 (svara % Mo + 0,5 svara % W) + 16 svara % N12. Tā lieliskā korozijas izturība balstās uz sabalansētu sastāvu, kas satur aptuveni 50 % ferīta (α) un 50 % austenīta (γ) fāzes, HDSS ir labākas mehāniskās īpašības un augstāka izturība nekā parastajam DSS13. Hlorīdu korozijas īpašības. Uzlabotā korozijas izturība paplašina HDSS izmantošanu korozīvākā hlorīdu vidē, piemēram, jūras vidē.
MIK ir liela problēma daudzās nozarēs, piemēram, naftas un gāzes, kā arī ūdensapgādes uzņēmumos14. MIK veido 20% no visiem korozijas bojājumiem15. MIK ir bioelektroķīmiskā korozija, ko var novērot daudzās vidēs. Bioplēves, kas veidojas uz metāla virsmām, maina elektroķīmiskos apstākļus, tādējādi ietekmējot korozijas procesu. Pastāv plaši izplatīts uzskats, ka MIK koroziju izraisa bioplēves. Elektrogēni mikroorganismi korodē metālus, lai iegūtu izdzīvošanai nepieciešamo enerģiju17. Jaunākie MIK pētījumi liecina, ka EET (ārpusšūnu elektronu pārnešana) ir ātrumu ierobežojošais faktors MIK, ko izraisa elektrogēni mikroorganismi. Džans un līdzautori18 pierādīja, ka elektronu mediatori paātrina elektronu pārnesi starp Desulfovibrio sessificans šūnām un 304 nerūsējošo tēraudu, izraisot spēcīgāku MIK uzbrukumu. Enings un līdzautori19 un Venclafs un līdzautori20 parādīja, ka kodīgas sulfātu reducējošo baktēriju (SRB) bioplēves var tieši absorbēt elektronus no metāla substrātiem, izraisot smagu punktveida koroziju.
Ir zināms, ka DSS ir jutīga pret minimālo inhibējošo koncentrāciju (MIC) vidē, kas satur SRB, dzelzi reducējošās baktērijas (IRB) utt.21. Šīs baktērijas izraisa lokalizētus bedrīšu veidošanos uz DSS virsmām zem bioplēvēm22,23. Atšķirībā no DSS, HDSS24 MIC ir maz zināma.
Pseudomonas aeruginosa ir gramnegatīva kustīga stieņa formas baktērija, kas ir plaši izplatīta dabā25. Pseudomonas aeruginosa ir arī nozīmīga mikrobu grupa jūras vidē, izraisot tērauda minimālo inhibīciju (MIK). Pseudomonas ir cieši iesaistīts korozijas procesos un tiek atzīts par pionieru kolonizētāju bioplēves veidošanās laikā. Mahat et al.28 un Yuan et al.29 pierādīja, ka Pseudomonas aeruginosa ir tendence palielināt mīkstā tērauda un sakausējumu korozijas ātrumu ūdens vidē.
Šī darba galvenais mērķis bija izpētīt 2707 HDSS minimālās inerces (MIC) īpašības, ko izraisa jūras aerobā baktērija Pseudomonas aeruginosa, izmantojot elektroķīmiskās metodes, virsmas analīzes metodes un korozijas produktu analīzi. Lai pētītu 2707 HDSS MIC uzvedību, tika veikti elektroķīmiskie pētījumi, tostarp atvērtās ķēdes potenciāls (OCP), lineārā polarizācijas pretestība (LPR), elektroķīmiskās impedances spektroskopija (EIS) un potenciāla dinamiskā polarizācija. Lai atrastu ķīmiskos elementus uz korodētās virsmas, tika veikta enerģijas dispersijas spektrometra (EDS) analīze. Turklāt tika izmantota rentgenstaru fotoelektronu spektroskopijas (XPS) analīze, lai noteiktu oksīda plēves pasivācijas stabilitāti jūras vides, kas satur Pseudomonas aeruginosa, ietekmē. Bedres dziļums tika mērīts ar konfokālo lāzera skenēšanas mikroskopu (CLSM).
1. tabulā ir norādīts 2707 HDSS ķīmiskais sastāvs. 2. tabulā redzams, ka 2707 HDSS ir izcilas mehāniskās īpašības ar tecēšanas robežu 650 MPa. 1. attēlā ir parādīta šķīdumā termiski apstrādāta 2707 HDSS optiskā mikrostruktūra. Mikrostruktūrā, kas satur aptuveni 50 % austenīta un 50 % ferīta fāzes, var redzēt iegarenas austenīta un ferīta fāžu joslas bez sekundārajām fāzēm.
2.a attēlā parādīti atvērtās ķēdes potenciāla (Eocp) dati par 2707 HDSS iedarbību abiotiskā 2216E vidē un P. aeruginosa buljonā 14 dienas 37 °C temperatūrā. Tas parāda, ka lielākās un nozīmīgākās Eocp izmaiņas notiek pirmo 24 stundu laikā. Abos gadījumos Eocp vērtības sasniedza maksimumu pie -145 mV (salīdzinājumā ar SCE) aptuveni pēc 16 stundām un pēc tam strauji kritās, sasniedzot attiecīgi -477 mV (salīdzinājumā ar SCE) un -236 mV (salīdzinājumā ar SCE) abiotiskajam paraugam un P). Pseudomonas aeruginosa kuponi. Pēc 24 stundām P. aeruginosa Eocp vērtība 2707 HDSS bija relatīvi stabila pie -228 mV (salīdzinājumā ar SCE), savukārt atbilstošā vērtība nebioloģiskiem paraugiem bija aptuveni -442 mV (salīdzinājumā ar SCE). Eocp P. aeruginosa klātbūtnē bija diezgan zems.
2707 HDSS paraugu elektroķīmiskā testēšana abiotiskā vidē un Pseudomonas aeruginosa buljonā 37 °C temperatūrā:
(a) Eocp kā ekspozīcijas laika funkcija, (b) polarizācijas līknes 14. dienā, (c) Rp kā ekspozīcijas laika funkcija un (d) icorr kā ekspozīcijas laika funkcija.
3. tabulā ir uzskaitītas 2707 HDSS paraugu elektroķīmiskās korozijas parametru vērtības, kas 14 dienas tika pakļautas abiotiskai videi un ar Pseudomonas aeruginosa inokulētai videi. Anodisko un katodisko līkņu pieskares tika ekstrapolētas, lai iegūtu krustpunktus, iegūstot korozijas strāvas blīvumu (icorr), korozijas potenciālu (Ecorr) un Tafela slīpumus (βα un βc) saskaņā ar standarta metodēm30,31.
Kā parādīts 2.b attēlā, P. aeruginosa līknes nobīde uz augšu izraisīja Ecorr pieaugumu salīdzinājumā ar abiotisko līkni. icorr vērtība, kas ir proporcionāla korozijas ātrumam, Pseudomonas aeruginosa paraugā palielinājās līdz 0,328 μA cm-2, kas ir četras reizes vairāk nekā nebioloģiskajā paraugā (0,087 μA cm-2).
LPR ir klasiska nedestruktīva elektroķīmiskā metode ātrai korozijas analīzei. Tā tika izmantota arī MIC32 pētīšanai. 2.c attēlā parādīta polarizācijas pretestība (Rp) kā iedarbības laika funkcija. Augstāka Rp vērtība nozīmē mazāku koroziju. Pirmo 24 stundu laikā 2707 HDSS Rp sasniedza maksimālo vērtību 1955 kΩ cm2 abiotiskiem paraugiem un 1429 kΩ cm2 Pseudomonas aeruginosa paraugiem. 2.c attēlā redzams arī, ka Rp vērtība strauji samazinājās pēc vienas dienas un pēc tam palika relatīvi nemainīga nākamās 13 dienas. Pseudomonas aeruginosa parauga Rp vērtība ir aptuveni 40 kΩ cm2, kas ir daudz zemāka nekā nebioloģiskā parauga 450 kΩ cm2 vērtība.
icorr vērtība ir proporcionāla vienmērīgajam korozijas ātrumam. Tās vērtību var aprēķināt, izmantojot šādu Sterna-Gīrija vienādojumu:
Sekojot Zou et al. 33, šajā darbā tipiska Tafel slīpuma B vērtība tika pieņemta kā 26 mV/dec. 2.d attēlā redzams, ka nebioloģiskā 2707 parauga icorr vērtība saglabājās relatīvi stabila, savukārt P. aeruginosa parauga icorr vērtības pēc pirmajām 24 stundām ievērojami svārstījās. P. aeruginosa paraugu icorr vērtības bija par vienu lieluma kārtu augstākas nekā nebioloģiskajiem kontroles paraugiem. Šī tendence atbilst polarizācijas pretestības rezultātiem.
EIS ir vēl viena nesagraujošā metode, ko izmanto, lai raksturotu elektroķīmiskās reakcijas korodētās saskarnēs. Abiotiskām vidēm un Pseudomonas aeruginosa šķīdumam pakļauto paraugu impedances spektri un aprēķinātās kapacitātes vērtības, uz parauga virsmas izveidotās pasīvās plēves/bioplēves Rb pretestība, Rct lādiņa pārneses pretestība, Cdl elektriskā dubultslāņa kapacitāte (EDL) un QCPE nemainīgās fāzes elementa (CPE) parametri. Šie parametri tika tālāk analizēti, pielāgojot datus, izmantojot ekvivalentās shēmas (EEC) modeli.
3. attēlā redzami tipiski 2707 HDSS paraugu Nyquist diagrammas (a un b) un Bode diagrammas (a' un b') abiotiskā vidē un P. aeruginosa buljonā dažādiem inkubācijas laikiem. Nyquist gredzena diametrs samazinās Pseudomonas aeruginosa klātbūtnē. Bode diagramma (3.b' att.) parāda kopējās impedances lieluma palielināšanos. Informāciju par relaksācijas laika konstanti var sniegt fāzes maksimumi. 4. attēlā redzamas uz monoslāņa (a) un divslāņa (b) bāzes veidotās fizikālās struktūras un to atbilstošie EEC. CPE ir ieviesta EEC modelī. Tās vadāmība un impedance ir izteiktas šādi:
Divi fizikālie modeļi un atbilstošās ekvivalentās shēmas 2707 HDSS parauga impedances spektra pielāgošanai:
kur Y0 ir CPE lielums, j ir imaginārais skaitlis jeb (-1)1/2, ω ir leņķiskā frekvence un n ir CPE jaudas indekss, kas ir mazāks par vienu35. Lādiņa pārneses pretestības apgrieztā vērtība (t.i., 1/Rct) atbilst korozijas ātrumam. Mazāks Rct nozīmē ātrāku korozijas ātrumu27. Pēc 14 inkubācijas dienām Pseudomonas aeruginosa paraugu Rct sasniedza 32 kΩ cm2, kas ir daudz mazāk nekā nebioloģisko paraugu 489 kΩ cm2 (4. tabula).
5. attēlā redzamie CLSM un SEM attēli skaidri parāda, ka bioplēves pārklājums uz 2707 HDSS parauga virsmas pēc 7 dienām ir blīvs. Tomēr pēc 14 dienām bioplēves pārklājums bija rets, un parādījās dažas atmirušas šūnas. 5. tabulā parādīts bioplēves biezums uz 2707 HDSS paraugiem pēc P. aeruginosa iedarbības 7 un 14 dienas. Maksimālais bioplēves biezums mainījās no 23,4 μm pēc 7 dienām līdz 18,9 μm pēc 14 dienām. Arī vidējais bioplēves biezums apstiprināja šo tendenci. Tas samazinājās no 22,2 ± 0,7 μm pēc 7 dienām līdz 17,8 ± 1,0 μm pēc 14 dienām.
(a) 3D CLSM attēls pēc 7 dienām, (b) 3D CLSM attēls pēc 14 dienām, (c) SEM attēls pēc 7 dienām un (d) SEM attēls pēc 14 dienām.
EDS atklāja ķīmiskos elementus bioplēvēs un korozijas produktos paraugos, kas 14 dienas bija pakļauti P. aeruginosa iedarbībai. 6. attēlā redzams, ka C, N, O un P saturs bioplēvēs un korozijas produktos ir daudz augstāks nekā neapstrādātos metālos, jo šie elementi ir saistīti ar bioplēvēm un to metabolītiem. Mikroorganismiem nepieciešams tikai neliels hroma un dzelzs daudzums. Augsts Cr un Fe līmenis bioplēvē un korozijas produktos uz paraugu virsmas norāda, ka metāla matrica korozijas dēļ ir zaudējusi elementus.
Pēc 14 dienām 2216E vidē tika novērota bedru veidošanās ar un bez P. aeruginosa. Pirms inkubācijas parauga virsma bija gluda un bez defektiem (7.a att.). Pēc inkubācijas un bioplēves un korozijas produktu noņemšanas dziļākās bedres uz paraugu virsmas tika pārbaudītas, izmantojot CLSM, kā parādīts 7.b un 7.c attēlā. Nebioloģisko kontroles paraugu virsmā netika konstatētas acīmredzamas bedres (maksimālais bedres dziļums 0,02 μm). Pseudomonas aeruginosa izraisītais maksimālais bedres dziļums bija 0,52 μm pēc 7 dienām un 0,69 μm pēc 14 dienām, pamatojoties uz 3 paraugu vidējo maksimālo bedres dziļumu (katram paraugam tika izvēlētas 10 maksimālās bedres dziļuma vērtības), kas sasniedza attiecīgi 0,42 ± 0,12 μm un 0,52 ± 0,15 μm (5. tabula). Šīs bedres dziļuma vērtības ir nelielas, bet svarīgas.
a) Pirms iedarbības, b) 14 dienas abiotiskā vidē un c) 14 dienas Pseudomonas aeruginosa buljonā.
8. attēlā parādīti dažādu paraugu virsmu XPS spektri, un katrai virsmai analizētais ķīmiskais sastāvs ir apkopots 6. tabulā. 6. tabulā Fe un Cr atomu procentuālais daudzums P. aeruginosa klātbūtnē (A un B paraugs) bija daudz zemāks nekā nebioloģiskajiem kontroles paraugiem (C un D paraugs). P. aeruginosa paraugam Cr 2p serdes līmeņa spektra līkne tika pielāgota četriem pīķu komponentiem ar saistīšanās enerģijas (BE) vērtībām attiecīgi 574,4, 576,6, 578,3 un 586,8 eV, ko var attiecināt uz Cr, Cr2O3, CrO3 un Cr(OH)3 (9.a un b attēls). Nebioloģiskiem paraugiem Cr 2p serdes līmeņa spektrs satur divus galvenos pīķus Cr (573,80 eV BE) un Cr2O3 (575,90 eV BE) attiecīgi 9.c un d attēlā. Visizteiktākā atšķirība starp abiotisko un P. aeruginosa paraugos bija Cr6+ klātbūtne un lielāka relatīvā Cr(OH)3 frakcija (BE 586,8 eV) zem bioplēves.
2707 HDSS parauga virsmas plašie XPS spektri abos materiālos ir attiecīgi 7 dienas un 14 dienas.
a) 7 dienas ilga P. aeruginosa iedarbība, b) 14 dienas ilga P. aeruginosa iedarbība, c) 7 dienas abiotiskā vidē un d) 14 dienas abiotiskā vidē.
HDSS uzrāda augstu korozijas izturības līmeni lielākajā daļā vides. Kim et al.2 ziņoja, ka UNS S32707 HDSS tika definēts kā ļoti leģēts DSS ar PREN vairāk nekā 45. Šajā darbā 2707 HDSS parauga PREN vērtība bija 49. Tas ir saistīts ar tā augsto hroma saturu un augsto molibdēna un Ni līmeni, kas ir labvēlīgi skābā un hlorīdu vidē. Turklāt labi sabalansēts sastāvs un bezdefektu mikrostruktūra ir noderīga strukturālai stabilitātei un korozijas izturībai. Tomēr, neskatoties uz izcilo ķīmisko izturību, šī darba eksperimentālie dati liecina, ka 2707 HDSS nav pilnībā imūns pret P. aeruginosa bioplēvju minimālo inhibējošo koncentrāciju (MIC).
Elektroķīmiskie rezultāti parādīja, ka 2707 HDSS korozijas ātrums P. aeruginosa buljonā pēc 14 dienām bija ievērojami palielināts, salīdzinot ar nebioloģisko barotni. 2.a attēlā redzams, ka gan abiotiskā barotnē, gan P. aeruginosa buljonā pirmo 24 stundu laikā tika novērota Eocp samazināšanās. Pēc tam bioplēve ir pilnībā pārklājusi parauga virsmu, un Eocp kļūst relatīvi stabils36. Tomēr bioloģiskā Eocp līmenis bija daudz augstāks nekā nebioloģiskā Eocp līmenis. Ir pamats uzskatīt, ka šī atšķirība ir saistīta ar P. aeruginosa bioplēves veidošanos. 2.d attēlā P. aeruginosa klātbūtnē 2707 HDSS icorr vērtība sasniedza 0,627 μA cm-2, kas bija par kārtu augstāka nekā abiotiskajā kontrolē (0,063 μA cm-2), kas atbilda ar EIS izmērītajai Rct vērtībai. Pirmajās dienās impedances vērtības P. aeruginosa buljona saturs palielinājās, pateicoties P. aeruginosa šūnu piestiprināšanai un bioplēvju veidošanās procesam. Tomēr, kad bioplēve pilnībā pārklāj parauga virsmu, impedance samazinās. Vispirms tiek uzbrukts aizsargslānis, veidojoties bioplēvēm un bioplēves metabolītiem. Tāpēc laika gaitā korozijas izturība samazinājās, un P. aeruginosa piestiprināšanās izraisīja lokalizētu koroziju. Abiotisko barotņu tendences bija atšķirīgas. Nebioloģiskās kontroles korozijas izturība bija daudz augstāka nekā atbilstošā vērtība paraugiem, kas tika pakļauti P. aeruginosa buljonam. Turklāt abiotiskiem paraugiem 2707 HDSS Rct vērtība 14. dienā sasniedza 489 kΩ cm2, kas bija 15 reizes lielāka nekā Rct vērtība (32 kΩ cm2) P. aeruginosa klātbūtnē. Tāpēc 2707 HDSS ir lieliska korozijas izturība sterilā vidē, bet tas nav izturīgs pret MIK uzbrukumu, ko rada P. aeruginosa bioplēves.
Šos rezultātus var novērot arī no polarizācijas līknēm 2.b attēlā. Anodiskā sazarošanās tika attiecināta uz Pseudomonas aeruginosa bioplēves veidošanos un metālu oksidācijas reakcijām. Tajā pašā laikā katodiskā reakcija ir skābekļa reducēšana. P. aeruginosa klātbūtne ievērojami palielināja korozijas strāvas blīvumu, aptuveni par kārtu augstāk nekā abiotiskajā kontrolē. Tas norāda, ka P. aeruginosa bioplēve palielina 2707 HDSS lokalizēto koroziju. Yuan et al29 atklāja, ka 70/30 Cu-Ni sakausējuma korozijas strāvas blīvums palielinājās, pakļaujot to P. aeruginosa bioplēvei. Tas var būt saistīts ar skābekļa reducēšanas biokatalīzi ar Pseudomonas aeruginosa bioplēvēm. Šis novērojums var arī izskaidrot 2707 HDSS minimālo inhibīciju (MIC) šajā darbā. Aerobās bioplēvēs zem tām var būt arī mazāk skābekļa. Tāpēc metāla virsmas atkārtotas pasivācijas ar skābekli nespēja būt viens no MIC veicinošajiem faktoriem šajā darbā.
Dikinsons un līdzautori38 ieteica, ka ķīmisko un elektroķīmisko reakciju ātrumu var tieši ietekmēt sēdošo baktēriju vielmaiņas aktivitāte uz parauga virsmas un korozijas produktu raksturs. Kā parādīts 5. attēlā un 5. tabulā, gan šūnu skaits, gan bioplēves biezums samazinājās pēc 14 dienām. To var pamatoti izskaidrot ar to, ka pēc 14 dienām lielākā daļa sēdošo šūnu uz 2707 HDSS virsmas gāja bojā barības vielu trūkuma dēļ 2216E vidē vai toksisku metālu jonu izdalīšanās dēļ no 2707 HDSS matricas. Tas ir sērijveida eksperimentu ierobežojums.
Šajā darbā P. aeruginosa bioplēve veicināja lokālu Cr un Fe noplicināšanos zem bioplēves uz 2707 HDSS virsmas (6. att.). 6. tabulā redzama Fe un Cr samazināšanās D paraugā, salīdzinot ar C paraugu, kas norāda, ka P. aeruginosa bioplēves izraisītais izšķīdušais Fe un Cr saglabājās ilgāk par pirmajām 7 dienām. 2216E barotne tiek izmantota jūras vides simulēšanai. Tā satur 17700 ppm Cl⁻, kas ir salīdzināms ar dabiskajā jūras ūdenī esošo. 17700 ppm Cl⁻ klātbūtne bija galvenais Cr samazināšanās iemesls 7 un 14 dienu abiotiskajos paraugos, kas analizēti ar XPS. Salīdzinot ar P. aeruginosa paraugiem, Cr izšķīšana abiotiskos paraugos bija daudz mazāka, pateicoties 2707 HDSS spēcīgajai Cl⁻ rezistencei abiotiskā vidē. 9. attēlā parādīta Cr6+ klātbūtne pasivācijas plēvē. Tas var būt iesaistīts Cr noņemšanā no tērauda virsmām ar P. aeruginosa bioplēvēm. kā ieteica Čens un Kleitons.
Baktēriju augšanas dēļ barotnes pH vērtības pirms un pēc kultivēšanas bija attiecīgi 7,4 un 8,2. Tādēļ zem P. aeruginosa bioplēves organisko skābju korozija, visticamāk, nav veicinošs faktors šajā darbā, ņemot vērā relatīvi augsto pH līmeni pamatbarotnē. Nebioloģiskās kontroles barotnes pH 14 dienu testa periodā būtiski nemainījās (no sākotnējā 7,4 līdz galīgajam 7,5). pH paaugstināšanās inokulācijas vidē pēc inkubācijas bija saistīta ar P. aeruginosa vielmaiņas aktivitāti, un tika konstatēts, ka tai ir tāda pati ietekme uz pH bez testa strēmelēm.
Kā parādīts 7. attēlā, P. aeruginosa bioplēves izraisītais maksimālais bedres dziļums bija 0,69 μm, kas bija daudz lielāks nekā abiotiskajai videi (0,02 μm). Tas atbilst iepriekš aprakstītajiem elektroķīmiskajiem datiem. 0,69 μm bedres dziļums ir vairāk nekā desmit reizes mazāks nekā 9,5 μm vērtība, kas ziņota 2205 DSS tādos pašos apstākļos. Šie dati liecina, ka 2707 HDSS uzrāda labāku minimālās inerces (MIC) izturību salīdzinājumā ar 2205 DSS. Tas nevajadzētu būt pārsteigums, jo 2707 HDSS ir augstāks hroma saturs, kas nodrošina ilgstošāku pasivāciju, pateicoties līdzsvarotai fāžu struktūrai bez kaitīgiem sekundāriem nogulsnēm, apgrūtinot P. aeruginosa depasivāciju un starta punktu aizēnošanu.
Noslēgumā jāsecina, ka uz 2707 HDSS virsmas P. aeruginosa buljonā tika konstatēta minimālā inhibējošā koncentrācija (MIC) salīdzinājumā ar niecīgu iedobumu veidošanos abiotiskā vidē. Šis darbs parāda, ka 2707 HDSS ir labāka MIC izturība nekā 2205 DSS, taču tas nav pilnībā imūns pret MIC P. aeruginosa bioplēves dēļ. Šie atklājumi palīdz izvēlēties piemērotus nerūsējošos tēraudus un aprēķināt to kalpošanas laiku jūras vidē.
2707 HDSS kuponu nodrošina Ziemeļaustrumu universitātes (NEU) Metalurģijas skola Šeņjanā, Ķīnā. 2707 HDSS elementu sastāvs ir parādīts 1. tabulā, ko analizēja NEU Materiālu analīzes un testēšanas nodaļa. Visi paraugi tika apstrādāti ar šķīdumu 1 stundu 1180 °C temperatūrā. Pirms korozijas testēšanas monētas formas 2707 HDSS ar 1 cm2 augšējo atklātās virsmas laukumu tika pulēts līdz 2000 grit ar silīcija karbīda papīru un tālāk pulēts ar 0,05 μm Al2O3 pulvera suspensiju. Sānu malas un apakšdaļa ir aizsargāta ar inertu krāsu. Pēc žāvēšanas paraugus noskaloja ar sterilu dejonizētu ūdeni un sterilizēja ar 75% (v/v) etanolu 0,5 stundas. Pēc tam pirms lietošanas tos 0,5 stundas žāvēja gaisā ultravioletā (UV) gaismā.
Jūras Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 celms tika iegādāts no Sjameņas Jūras kultūru kolekcijas centra (MCCC), Ķīnā. Pseudomonas aeruginosa tika audzēts aerobos apstākļos 37°C temperatūrā 250 ml kolbās un 500 ml elektroķīmiskās stikla šūnās, izmantojot Marine 2216E šķidro barotni (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Cjindao, Ķīna). Barotne (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 NH3, 0,016 NH3, 0,016 NaH2PO4, 5,0 peptons, 1,0 rauga ekstrakts un 0,1 dzelzs citrāts. Pirms inokulācijas autoklāvēt 121°C temperatūrā 20 minūtes. Saskaitīt sēdošās un planktoniskās šūnas, izmantojot hemocitometru gaismas mikroskopā ar 400x palielinājumu. Planktonisko Pseudomonas aeruginosa sākotnējā šūnu koncentrācija tūlīt pēc inokulācijas bija aptuveni 106 šūnas/ml.
Elektroķīmiskie testi tika veikti klasiskā trīs elektrodu stikla šūnā ar vidējo tilpumu 500 ml. Platīna loksne un piesātināts kalomela elektrods (SCE) tika pievienoti reaktoram, izmantojot Luggin kapilārus, kas piepildīti ar sāls tiltiņiem, attiecīgi kalpojot kā pretelektrodi un atsauces elektrodi. Lai izgatavotu darba elektrodus, katram paraugam tika piestiprināta ar gumiju pārklāta vara stieple un pārklāta ar epoksīdsveķiem, atstājot apmēram 1 cm2 atklātas vienpusējās virsmas laukuma darba elektrodam. Elektroķīmisko mērījumu laikā paraugi tika ievietoti 2216E vidē un uzturēti nemainīgā inkubācijas temperatūrā (37 °C) ūdens vannā. OCP, LPR, EIS un potenciāla dinamiskās polarizācijas dati tika mērīti, izmantojot Autolab potenciostatu (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ASV). LPR testi tika reģistrēti ar skenēšanas ātrumu 0,125 mV s-1 diapazonā no -5 līdz 5 mV ar Eocp un paraugu ņemšanas frekvenci 1 Hz. EIS tika veikts ar sinusoidālu vilni frekvenču diapazonā no 0,01 līdz 10 000 Hz, izmantojot 5 mV pielikto spriegumu līdzsvara stāvoklī Eocp. Pirms potenciāla pārbaudes elektrodi atradās atvērtas ķēdes režīmā, līdz tika sasniegta stabila brīvās korozijas potenciāla vērtība. Pēc tam polarizācijas līknes tika skenētas no -0,2 līdz 1,5 V pret Eocp ar skenēšanas ātrumu 0,166 mV/s. Katrs tests tika atkārtots 3 reizes ar un bez P. aeruginosa.
Metalogrāfiskās analīzes paraugi tika mehāniski pulēti ar 2000 graudu mitru SiC papīru un pēc tam tālāk pulēti ar 0,05 μm Al2O3 pulvera suspensiju optiskai novērošanai. Metalogrāfiskā analīze tika veikta, izmantojot optisko mikroskopu. Paraugi tika kodināti ar 10 masas % kālija hidroksīda šķīdumu 43.
Pēc inkubācijas paraugus 3 reizes mazgāja ar fosfātu buferētu sālsūdens (PBS) šķīdumu (pH 7,4 ± 0,2) un pēc tam 10 stundas fiksēja ar 2,5% (v/v) glutaraldehīdu, lai fiksētu bioplēves. Pēc tam to dehidrēja ar pakāpenisku etanola sēriju (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% un 100% v/v) pirms žāvēšanas gaisā. Visbeidzot, parauga virsma tiek pārklāta ar zelta plēvi, lai nodrošinātu vadītspēju SEM novērošanai. SEM attēli tika fokusēti uz plankumiem ar visnesēdošākajām P. aeruginosa šūnām uz katra parauga virsmas. Veiciet EDS analīzi, lai atrastu ķīmiskos elementus. Bedres dziļuma mērīšanai tika izmantots Zeiss konfokālais lāzera skenēšanas mikroskops (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Vācija). Lai novērotu korozijas bedres zem bioplēves, testa paraugs vispirms tika notīrīts saskaņā ar Ķīnas nacionālo standartu (CNS). GB/T4334.4-2000, lai noņemtu korozijas produktus un bioplēvi no testa parauga virsmas.
Rentgenstaru fotoelektronu spektroskopijas (XPS, ESCALAB250 virsmas analīzes sistēma, Thermo VG, ASV) analīze tika veikta, izmantojot monohromatisku rentgenstaru avotu (alumīnija Kα līnija ar 1500 eV enerģiju un 150 W jaudu) plašā saistīšanas enerģijas diapazonā no 0 standarta apstākļos līdz 1350 eV. Augstas izšķirtspējas spektri tika reģistrēti, izmantojot 50 eV caurlaides enerģiju un 0,2 eV soļa izmēru.
Inkubētie paraugi tika izņemti un 15 sekundes uzmanīgi skaloti ar PBS (pH 7,4 ± 0,2). Lai novērotu bioplēvju baktēriju dzīvotspēju uz paraugiem, bioplēves tika iekrāsotas, izmantojot LIVE/DEAD BacLight baktēriju dzīvotspējas komplektu (Invitrogen, Eugene, OR, ASV). Komplektam ir divas fluorescējošas krāsvielas: zaļa fluorescējoša SYTO-9 krāsviela un sarkana fluorescējoša propīdija jodīda (PI) krāsviela. CLSM režīmā punkti ar fluorescējošu zaļu un sarkanu krāsu apzīmē attiecīgi dzīvas un mirušas šūnas. Krāsošanai 1 ml maisījuma, kas satur 3 μl SYTO-9 un 3 μl PI šķīduma, inkubēja 20 minūtes istabas temperatūrā (23 °C) tumsā. Pēc tam iekrāsotos paraugus novēroja divos viļņu garumos (488 nm dzīvām šūnām un 559 nm mirušām šūnām), izmantojot Nikon CLSM iekārtu (C2 Plus, Nikon, Japāna). Bioplēves biezums tika mērīts 3D skenēšanas režīmā.
Kā citēt šo rakstu: Li, H. et al. 2707 superdupleksa nerūsējošā tērauda mikrobu korozija, ko izraisa jūras Pseudomonas aeruginosa biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. un Zucchi, F. LDX 2101 dupleksa nerūsējošā tērauda sprieguma korozijas plaisāšana hlorīda šķīdumā tiosulfāta klātbūtnē.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS un Park, YS Šķīduma termiskās apstrādes un slāpekļa aizsarggāzē ietekme uz superdupleksa nerūsējošā tērauda metinājumu izturību pret punktveida koroziju.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Ši, X., Avči, R., Geisers, M. un Levandovskis, Z. Salīdzinošs ķīmiskais pētījums par mikrobu un elektroķīmiski inducētu punktveida koroziju 316L nerūsējošajā tēraudā. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG un Xiao, K. 2205 dupleksa nerūsējošā tērauda elektroķīmiskā uzvedība sārmainos šķīdumos ar dažādu pH līmeni hlorīda klātbūtnē. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS un Ray, RI Jūras bioplēvju ietekme uz koroziju: īss pārskats. Electrochim.Journal.54, 2–7 (2008).