Ви благодариме што ја посетивте Nature.com. Верзијата на прелистувачот што ја користите има ограничена поддршка за CSS. За најдобро искуство, ви препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го исклучите режимот на компатибилност во Internet Explorer). Во меѓувреме, за да обезбедиме континуирана поддршка, ќе ја прикажеме страницата без стилови и JavaScript.
Микробиската корозија (MIC) е сериозен проблем во многу индустрии бидејќи може да предизвика огромни економски загуби. 2707 супер дуплекс нерѓосувачки челик (2707 HDSS) се користел во морските средини поради неговата одлична хемиска отпорност. Сепак, неговата отпорност на MIC не е експериментално докажана. Во оваа студија, однесувањето на MIC на 2707 marisonaig a investeroe ated.Електрохемиската анализа покажа дека во присуство на биофилмот Pseudomonas aeruginosa во 2216E медиумот, има позитивна промена во потенцијалот за корозија и зголемување на густината на струјата на корозија. Анализата на фотоелектронската спектроскопија со рендген (XPS) покажа намалување на содржината на Cr на површината на биофилмот. ofilm произведе максимална длабочина на јамата од 0,69 μm за време на 14 дена од инкубацијата.
Дуплекс нерѓосувачките челици (DSS) се широко користени во различни индустрии за нивната идеална комбинација на одлични механички својства и отпорност на корозија1,2. Сепак, се уште се појавува локализирано дупчење и тоа влијае на интегритетот на овој челик3,4. употреба. Ова значи дека се потребни поскапи материјали со поголема отпорност на корозија. Jeon et al7 открија дека дури и супер дуплекс нерѓосувачките челици (SDSS) имаат одредени ограничувања во однос на отпорноста на корозија. Затоа, во некои апликации се потребни супер дуплекс нерѓосувачки челици (HDSS) со поголема отпорност на корозија. Ова доведе до развој на високолегирани HDSS.
Отпорот на корозија на DSS зависи од односот на алфа и гама фазите и од Cr, Mo и W осиромашените региони 8, 9, 10 во непосредна близина на втората фаза. 0,5 wt% W) + 16 wt% N12. Неговата одлична отпорност на корозија се потпира на избалансиран состав кој содржи приближно 50% феритни (α) и 50% аустенит (γ) фази, HDSS има подобри механички својства и поголема отпорност од конвенционалните DSS13.Својства на корозија на хлорид. Подобрената отпорност на корозија ја проширува употребата на HDSS во покорозивни средини со хлориди, како што се морските средини.
МИЦ се голем проблем во многу индустрии како што се нафтените и гасните претпријатија и водоводните претпријатија14. МИЦ претставува 20% од сите оштетувања од корозија15. МИЦ е биоелектрохемиска корозија што може да се забележи во многу средини. Биофилмовите што се формираат на металните површини ги менуваат електрохемиските услови, а со тоа влијаат на процесот на корозија. кородираат метали за да добијат енергија за одржување за да преживеат17. Неодамнешните MIC студии покажаа дека EET (екстрацелуларен пренос на електрони) е факторот за ограничување на брзината во MIC индуциран од електрогените микроорганизми.Zhang et al.18 покажа дека електронските медијатори го забрзуваат преносот на електрони помеѓу ќелиите Desulfovibrio sessificans и 304 нерѓосувачки челик, што доведува до потежок напад на MIC. Enning et al.19 и Венцлаф и сор.20 покажа дека биофилмовите со корозивни бактерии кои намалуваат сулфати (SRB) можат директно да ги апсорбираат електроните од металните подлоги, што резултира со тешка корозија со јазли.
Познато е дека DSS е подложен на MIC во средини што содржат SRB, бактерии што го намалуваат железото (IRB), итн. 21 . Овие бактерии предизвикуваат локализирано дупчење на DSS површините под биофилмовите22,23. За разлика од DSS, MIC на HDSS24 е слабо познат.
Pseudomonas aeruginosa е грам-негативна подвижна бактерија во облик на прачка која е широко распространета во природата25.Pseudomonas aeruginosa е исто така главна микробна група во морската средина, предизвикувајќи MIC на челик.28 и Јуан и сор.29 покажа дека Pseudomonas aeruginosa има тенденција да ја зголеми стапката на корозија на благ челик и легури во водени средини.
Главната цел на оваа работа беше да се истражат MIC својствата на 2707 HDSS предизвикани од морската аеробна бактерија Pseudomonas aeruginosa со помош на електрохемиски методи, површински аналитички техники и анализа на производи од корозија. беа изведени за да се проучи однесувањето на MIC на 2707 HDSS. Анализата на енергетски дисперзивен спектрометар (EDS) беше изведена за да се пронајдат хемиски елементи на кородираната површина. Дополнително, анализата со фотоелектронска спектроскопија на Х-зраци (XPS) беше користена за да се одреди стабилноста на пасивацијата на оксидниот филм под влијание на морската средина која содржи микроорганизирана средина која содржи микроорганизирана Pseudomanfosa. опсег (CLSM).
Табела 1 го наведува хемискиот состав на 2707 HDSS. Табела 2 покажува дека 2707 HDSS има одлични механички својства со јачина на отстапување од 650 MPa. На сликата 1 е прикажана оптичката микроструктура на растворот термички обработен 2707 HDSS. 0% феритни фази.
Слика 2а покажува потенцијал на отворено коло (Eocp) наспроти податоци за времето на експозиција за 2707 HDSS во абиотска средина 2216E и супа од P. aeruginosa за 14 дена на 37 °C. Покажува дека најголемата и значајна промена во Eocp се случува во првите 24 часа. Вредностите на Eocp се бележат на околу 1500 m CE (тогаш -1 pev4) во двата случаи. драстично падна, достигнувајќи -477 mV (наспроти SCE) и -236 mV (наспроти SCE) за абиотскиот примерок и P, соодветно).Купоните на Pseudomonas aeruginosa, соодветно. По 24 часа, вредноста на Eocp од 2707 HDSS за P. aeruginosa беше релативно стабилна на -228 mV (наспроти SCE), додека соодветната вредност за небиолошки примероци беше приближно -442 mV (наспроти присуството на SCE). Eocp.
Електрохемиско тестирање на 2707 HDSS примероци во абиотска средина и супа од Pseudomonas aeruginosa на 37 °C:
(а) Eocp како функција од времето на експозиција, (б) криви на поларизација на ден 14, (в) Rp како функција од времето на експозиција и (г) icorr како функција од времето на експозиција.
Табелата 3 ги наведува вредностите на параметрите за електрохемиска корозија на 2707 примероци HDSS изложени на абиотски медиум и на инокулиран медиум Pseudomonas aeruginosa во текот на 14 дена. и βc) според стандардните методи30,31.
Како што е прикажано на слика 2б, поместувањето нагоре на кривата P. aeruginosa резултираше со зголемување на Ecorr во споредба со абиотската крива. Вредноста на icorr, која е пропорционална со стапката на корозија, се зголеми на 0,328 μA cm-2 во примерокот Pseudomonas aeruginosa, четири пати повеќе од небиолошкиот примерок од 0 cm208).
LPR е класичен недеструктивен електрохемиски метод за брза анализа на корозија. Беше користен и за проучување на MIC32. Слика 2в го прикажува отпорот на поларизација (Rp) како функција од времето на изложеност. Повисоката вредност на Rp значи помала корозија. Во првите 24 часа, Rp од 2707 HDSS 2707 HDSS достигна максимална вредност од 2707 HDSS за 1 км 5 км и 5 км. примероци од udomonas aeruginosa. Слика 2в исто така покажува дека вредноста на Rp брзо се намалила по еден ден, а потоа останала релативно непроменета во следните 13 дена. Вредноста на Rp на примерокот на Pseudomonas aeruginosa е околу 40 kΩ cm2, што е многу пониско од вредноста од 450 kΩ cm2 на не-см2 примерокот.
Вредноста на icorr е пропорционална со униформната стапка на корозија. Нејзината вредност може да се пресмета од следната Стерн-Гири равенка,
Следејќи го Зоу и сор.33, типична вредност на наклонот Тафел Б во оваа работа се претпоставува дека е 26 mV/дек. Слика 2г покажува дека икоророт на небиолошкиот примерок 2707 остана релативно стабилен, додека примерокот P. aeruginosa флуктуираше многу по првите 24 часа. олошки контроли.Овој тренд е во согласност со резултатите од отпорот на поларизација.
EIS е уште една недеструктивна техника што се користи за карактеризирање на електрохемиски реакции на кородирани интерфејси. Спектри на импеданса и пресметани вредности на капацитивност на примероци изложени на абиотски медиуми и раствор на Pseudomonas aeruginosa, отпорност на Rb на пасивен филм/биофилм формиран на површината на примерокот, Rct електричен слој за пренос на полнеж, РКТСтан C, (CPE) параметри. Овие параметри беа дополнително анализирани со вклопување на податоците користејќи модел на еквивалентно коло (EEC).
Слика 3 покажува типични Nyquist графици (a и b) и Bode графици (a' и b') од 2707 HDSS примероци во абиотска средина и P. aeruginosa супа за различни времиња на инкубација. Дијаметарот на Nyquist прстен се намалува во присуство на Pseudomonas aeruginosa. на временската константа на релаксација може да се обезбеди со фазните максими. Слика 4 ги прикажува физичките структури базирани на еднослојни (а) и двослојни (б) и нивните соодветни EECs.
Два физички модели и соодветните еквивалентни кола за вклопување на спектарот на импеданса на примерокот 2707 HDSS:
каде што Y0 е големината на CPE, j е имагинарниот број или (-1)1/2, ω е аголната фреквенција и n е индексот на моќност на CPE помал од единицата35. Инверзната отпорност на пренос на полнеж (т.е. 1/Rct) одговара на стапката на корозија. Помала Rct значи поголема брзина на корозија. примероците на aeruginosa достигнаа 32 kΩ cm2, многу помали од 489 kΩ cm2 на небиолошките примероци (Табела 4).
Сликите CLSM и SEM сликите на Слика 5 јасно покажуваат дека покриеноста со биофилмот на површината на примерокот 2707 HDSS по 7 дена е густа. Меѓутоа, по 14 дена, покриеноста со биофилмот беше ретка и се појавија некои мртви клетки. Табела 5 ја покажува дебелината на биофилмот по HDSS70 и HDSS27. 14 дена. Максималната дебелина на биофилмот се промени од 23,4 μm по 7 дена на 18,9 μm по 14 дена. Просечната дебелина на биофилмот исто така го потврди овој тренд. Таа се намали од 22,2 ± 0,7 μm по 7 дена на 17,8 ± 1,0 μm по 14 дена.
(а) 3-D CLSM слика по 7 дена, (б) 3-D CLSM слика по 14 дена, (в) SEM слика по 7 дена и (d) SEM слика по 14 дена.
EDS откри хемиски елементи во биофилмовите и производите од корозија на примероците изложени на P. aeruginosa во текот на 14 дена. Слика 6 покажува дека содржината на C, N, O и P во биофилмовите и производите од корозија е многу повисока отколку во голите метали, бидејќи овие елементи се поврзани со биофилмите и нивните метаболити. m и производите од корозија на површината на примероците покажуваат дека металната матрица изгубила елементи поради корозија.
По 14 дена, дупчење со и без P. aeruginosa беше забележано во 2216E медиум. Пред инкубацијата, површината на примерокот беше мазна и без дефекти (сл. 7а). површината на небиолошките контролни примероци (максимална длабочина на јамата 0,02 μm). Максималната длабочина на јамата предизвикана од Pseudomonas aeruginosa беше 0,52 μm по 7 дена и 0,69 μm по 14 дена, врз основа на просечната максимална длабочина на јамата од 3 примероци. 0,52 ± 0,15 μm, соодветно (Табела 5). Овие вредности на длабочината на јамата се мали, но важни.
(а) Пред изложување, (б) 14 дена во абиотска средина и (в) 14 дена во супа од Pseudomonas aeruginosa.
Слика 8 ги прикажува XPS спектрите на различни површини на примерокот, а хемиските состави анализирани за секоја површина се сумирани во Табела 6. Во Табела 6, атомските проценти на Fe и Cr во присуство на P. aeruginosa (примероци A и B) беа многу пониски од оние на небиолошките контролни примероци (примероци P2corep theruginep за C и D). ve беше поставена на четири врвни компоненти со вредности на енергија на врзување (BE) од 574,4, 576,6, 578,3 и 586,8 eV, што може да се припише на Cr, Cr2O3, CrO3 и Cr(OH)3, соодветно (слика 9a и b). (573,80 eV за BE) и Cr2O3 (575,90 eV за BE) на сл. 9c и d, соодветно. Највпечатлива разлика помеѓу абиотичните и P. aeruginosa примероците беше присуството на Cr6+ и повисока релативна фракција на Cr(OH)3 (BE од 586.8) под биофилот.8.
Широките XPS спектри на површината на примерокот 2707 HDSS во двата медиума се 7 дена и 14 дена, соодветно.
(а) 7 дена изложеност на P. aeruginosa, (б) 14 дена изложеност на P. aeruginosa, (в) 7 дена во абиотска средина и (г) 14 дена во абиотска средина.
HDSS покажува високи нивоа на отпорност на корозија во повеќето средини.Kim et al.2 објави дека UNS S32707 HDSS е дефиниран како високолегиран DSS со PREN од повеќе од 45. Вредноста на PREN на примерокот 2707 HDSS во оваа работа беше 49. Ова се должи на неговата висока содржина на хром и високите нивоа на молибден и Ni, кои се корисни во дополнителен нехлорен состав и високо-киселина средина. се корисни за структурна стабилност и отпорност на корозија. Сепак, и покрај неговата одлична хемиска отпорност, експерименталните податоци во оваа работа сугерираат дека 2707 HDSS не е целосно имун на MIC на биофилмовите P. aeruginosa.
Електрохемиските резултати покажаа дека стапката на корозија на 2707 HDSS во супата од P. aeruginosa беше значително зголемена по 14 дена во споредба со небиолошкиот медиум. На Слика 2а, забележано е намалување на Eocp и во абиотската средина и во супата од P. aeruginosa во текот на првите 24 часа. стабилна36. Сепак, нивото на биолошки Eocp беше многу повисоко од она на небиолошкиот Eocp. Има причина да се верува дека оваа разлика се должи на формирањето на биофилмот на P. aeruginosa. На сл. 2d, во присуство на P. aeruginosa, вредноста на икор од 2707 HDSS достигна 0,627 mAde повисока од тој редослед на HDSS од 0,62. 0,063 μA cm-2), што беше во согласност со вредноста на Rct измерена со EIS. Во текот на првите неколку дена, вредностите на импедансата во супата од P. aeruginosa се зголемија поради прицврстувањето на клетките на P. aeruginosa и формирањето на биофилмови. Меѓутоа, кога биофилмот целосно ја покрива површината на биофилмот заштитниот слој се намалува, биофилмот се намалува. метаболити на филм. Затоа, отпорноста на корозија се намалуваше со текот на времето, а прицврстувањето на P. aeruginosa предизвика локализирана корозија. Трендовите во абиотските медиуми беа различни. Отпорот на корозија на небиолошката контрола беше многу повисока од соодветната вредност на примероците изложени на супа од P. aeruginosa. Понатаму, за абиотичка вредност на Р. 4, што беше 15 пати поголема од вредноста на Rct (32 kΩ cm2) во присуство на P. aeruginosa. Затоа, 2707 HDSS има одлична отпорност на корозија во стерилна средина, но не е отпорен на MIC напад од биофилмовите P. aeruginosa.
Овие резултати може да се забележат и од кривите на поларизација на Сл. 2б. Анодното разгранување се припишува на формирањето биофилм на Pseudomonas aeruginosa и реакциите на оксидација на металот. Во исто време катодната реакција е намалувањето на кислородот. Присуството на P. aeruginosa во голема мера ја зголемува контролата на корозијата, приближно поголема густина од струјата. Биофилмот ruginosa ја зголемува локализираната корозија на 2707 HDSS. Јуан и сор29 откриле дека густината на струјата на корозија од 70/30 легура Cu-Ni се зголемила под предизвикот на биофилмот P. aeruginosa. Аеробните биофилмови, исто така, може да имаат помалку кислород под нив. Затоа, неуспехот повторно да се пасивира металната површина со кислород може да биде фактор што придонесува за MIC во оваа работа.
Дикинсон и сор.38 сугерираше дека стапката на хемиски и електрохемиски реакции може директно да биде засегната од метаболичката активност на неподвижните бактерии на површината на примерокот и природата на производите од корозија. Како што е прикажано на Слика 5 и Табела 5, и бројот на клетките и дебелината на биофилмот се намалиле по 14 дена. до трошење на хранливи материи во медиумот 2216E или ослободување на токсични метални јони од 2707 HDSS матрицата. Ова е ограничување на сериските експерименти.
Во оваа работа, биофилмот P. aeruginosa го промовираше локалното исцрпување на Cr и Fe под биофилмот на површината 2707 HDSS (сл. 6). Во Табела 6, намалувањето на Fe и Cr во примерокот D во споредба со примерокот C, што покажува дека растворениот Fe и Cr предизвикани од P. aeruginosa предизвикани од P. aeruginosa го користеле биофилмот повеќе од E217 дена. морски средини. Содржи 17700 ppm Cl-, што е споредливо со она што се наоѓа во природната морска вода. Присуството на 17700 ppm Cl- беше главната причина за намалувањето на Cr во 7- и 14-дневните абиотски примероци анализирани од XPS. биотски средини. Слика 9 го покажува присуството на Cr6+ во филмот за пасивација. Тоа може да биде вклучено во отстранувањето на Cr од челичните површини со биофилмовите на P. aeruginosa, како што е предложено од Чен и Клејтон.
Поради растот на бактериите, pH вредностите на медиумот пред и по одгледувањето беа 7,4 и 8,2, соодветно. Затоа, под биофилмот P. aeruginosa, корозијата на органската киселина веројатно нема да биде фактор што придонесува за оваа работа поради релативно високата pH вредност во најголемиот медиум. 5).
Како што е прикажано на слика 7, максималната длабочина на јамата предизвикана од биофилмот P. aeruginosa беше 0,69 μm, што беше многу поголема од онаа на абиотската средина (0,02 μm). 2707 HDSS покажува подобра отпорност на MIC во споредба со 2205 DSS. Ова не треба да изненадува, бидејќи 2707 HDSS има поголема содржина на хром, обезбедувајќи подолготрајна пасивација, поради избалансираната фазна структура без штетни секундарни талози, што го отежнува депасивирањето и стартните точки на P. aeruginosa.
Како заклучок, MIC дупчење беше пронајдено на површината на 2707 HDSS во супа од P. aeruginosa во споредба со занемарливото дупчење во абиотски медиуми. Оваа работа покажува дека 2707 HDSS има подобра отпорност на MIC од 2205 DSS, но не е целосно имун на MIC поради P. aeruginosa проценува дека биофилмот без челик е погоден за селекција на животната средина.
Купонот за 2707 HDSS е обезбеден од Факултетот за металургија на североисточниот универзитет (NEU) во Шенјанг, Кина. Елементарниот состав на 2707 HDSS е прикажан во Табела 1, која беше анализирана од Одделот за анализа и тестирање на материјали NEU. SS со горната изложена површина од 1 cm2 беше полиран до 2000 гриз со силициум карбид и дополнително полиран со суспензија од 0,05 μm Al2O3 во прав. Страните и дното се заштитени со инертна боја. По сушењето, примероците беа исплакнати со стерилна дејонизирана вода. - се суши под ултравиолетова (УВ) светлина 0,5 часа пред употреба.
Морски Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 е купен од Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Кина. , Кина). Медиум (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, 0,034 SrCl2, 0,034 Na200, 0,03, Н. , 0016 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4 , 5,0 пептон, 1,0 екстракт од квасец и 0,1 железен цитрат. Автоклавирајте на 121°C 20 минути пред инокулацијата. Пребројте ги неподвижните и планктонските клетки со помош на лесна клеточна концентрација на 40ktмаг. onic Pseudomonas aeruginosa веднаш по инокулацијата беше приближно 106 клетки/ml.
Беа извршени електрохемиски тестови во класична стаклена ќелија со три електроди со среден волумен од 500 ml. Платински лист и заситена каломел електрода (SCE) беа поврзани со реакторот преку капилари Luggin исполнети со солени мостови, кои служеа како контра и референтни електроди, соодветно. y, оставајќи околу 1 cm2 изложена еднострана површина за работната електрода. За време на електрохемиските мерења, примероците беа ставени во медиум 2216E и се одржуваа на константна температура на инкубација (37 °C) во водена бања. изведено со брзина на скенирање од 0,125 mV s-1 во опсег од -5 и 5 mV со Eocp и фреквенција на земање примероци од 1 Hz. EIS беше изведена со синусен бран во опсегот на фреквенции од 0,01 до 10.000 Hz со користење на применет напон од 5 mV при стабилна состојба на рамнотежа, додека потенцијалот не беше отворен на Eocp. Потенцијалната вредност на корозија беше постигната. Кривите на поларизација потоа беа водени од -0,2 до 1,5 V наспроти Eocp со брзина на скенирање од 0,166 mV/s. Секој тест се повторува 3 пати со и без P. aeruginosa.
Примероците за металографска анализа беа механички полирани со 2000 грита влажна SiC хартија, а потоа дополнително полиран со 0,05 μm прашкаст суспензија Al2O3 за оптичко набљудување.
По инкубацијата, примероците беа измиени 3 пати со раствор од фосфат пуфер (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) и потоа фиксирани со 2,5% (v/v) глутаралдехид за 10 часа за да се фиксираат биофилмите. 00% v/v) етанол пред сушење во воздух. На крајот, површината на примерокот се распрскува со златна фолија за да се обезбеди спроводливост за набљудување на SEM. Zeiss, Германија) се користеше за мерење на длабочината на јамата. За да се набљудуваат корозивните јами под биофилмот, тест-парчето прво беше исчистено според кинескиот национален стандард (CNS) GB/T4334.4-2000 за да се отстранат производите од корозија и биофилмот на површината на тестот.
Рендгенска фотоелектронска спектроскопија (XPS, ESCALAB250 систем за анализа на површината, Thermo VG, САД) анализата беше изведена со помош на монохроматски извор на рендген (алуминиумска Kα линија со 1500 eV енергија и моќност 150 W) во широк опсег на енергија на врзување 0 под стандардни услови – 1350 eV евидентирани чекори eV.High-. големина.
Инкубираните примероци беа отстранети и нежно исплакнете со PBS (pH 7,4 ± 0,2) за 15 s45. За да се набљудува бактериската одржливост на биофилмовите на примероците, биофилмовите беа обоени со помош на LIVE/DEAD BacLight BacLight BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen,The greenes,The greenesent,The greenesent,the greenscent,The green,The greenescent, US). флуоресцентна боја SYTO-9 и црвена флуоресцентна боја пропидиум јодид (PI). Под CLSM, точките со флуоресцентно зелена и црвена претставуваат живи и мртви клетки, соодветно. забележано на две бранови должини (488 nm за живи клетки и 559 nm за мртви клетки) со помош на Nikon CLSM машина (C2 Plus, Nikon, Јапонија). Дебелината на биофилмот е измерена во режим на 3-Д скенирање.
Како да се цитира овој напис: Li, H. и сор.6, 20190 година;doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Пукнатина од корозија на стрес на дуплекс нерѓосувачки челик LDX 2101 во раствор на хлорид во присуство на тиосулфат.coros.science.80, 205-212 (201).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS.
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. A Comparative Chemical Study of Microbial and Electrochemically Induced Pitting Corrosion in 316L Stainless Steel.coros.science.45, 2577-2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Електрохемиско однесување на 2205 дуплекс нерѓосувачки челик во алкални раствори со различна pH вредност во присуство на хлорид.Electrochim.Journal.64, 211-220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Ефектот на морските биофилмови врз корозијата: концизен преглед.Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).