Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte CSS-ondersteuning. Voor de beste ervaring raden we u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen). Om de ondersteuning te kunnen blijven garanderen, zullen we de site in de tussentijd zonder stijlen en JavaScript weergeven.
Microbiële corrosie (MIC) is een ernstig probleem in veel industrieën, omdat het kan leiden tot enorme economische verliezen. Superduplex roestvast staal 2707 (2707 HDSS) wordt gebruikt in maritieme omgevingen vanwege zijn uitstekende chemische bestendigheid. De bestendigheid ervan tegen MIC is echter niet experimenteel aangetoond. Deze studie onderzocht het gedrag van MIC 2707 HDSS veroorzaakt door de mariene aerobe bacterie Pseudomonas aeruginosa. Elektrochemische analyse toonde aan dat in aanwezigheid van Pseudomonas aeruginosa biofilm in het 2216E medium een ​​positieve verandering in het corrosiepotentieel en een toename in de corrosiestroomdichtheid optreden. Analyse van röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS) toonde een afname van het Cr-gehalte op het oppervlak van het monster onder de biofilm. Visuele analyse van de putjes toonde aan dat de P. aeruginosa biofilm een ​​maximale putdiepte van 0,69 µm produceerde gedurende 14 dagen incubatie. Hoewel dit klein is, geeft het aan dat 2707 HDSS niet volledig immuun is voor de MIC van P. aeruginosa-biofilms.
Duplex roestvast staal (DSS) wordt veel gebruikt in diverse industrieën dankzij de perfecte combinatie van uitstekende mechanische eigenschappen en corrosiebestendigheid1,2. Er treedt echter nog steeds plaatselijke putcorrosie op, die de integriteit van dit staal aantast3,4. DSS is niet bestand tegen microbiële corrosie (MIC)5,6. Ondanks de brede waaier aan toepassingen voor DSS zijn er nog steeds omgevingen waar de corrosiebestendigheid van DSS onvoldoende is voor langdurig gebruik. Dit betekent dat duurdere materialen met een hogere corrosiebestendigheid vereist zijn. Jeon et al7 ontdekten dat zelfs superduplex roestvast staal (SDSS) beperkingen heeft op het gebied van corrosiebestendigheid. Daarom zijn in sommige gevallen superduplex roestvast staal (HDSS) met een hogere corrosiebestendigheid vereist. Dit leidde tot de ontwikkeling van hooggelegeerd HDSS.
Corrosiebestendigheid DSS is afhankelijk van de verhouding van alfa- en gammafasen en is uitgeput in de Cr-, Mo- en W-gebieden 8, 9 en 10, grenzend aan de tweede fase. HDSS bevat een hoog gehalte aan Cr, Mo en N11 en heeft daardoor een uitstekende corrosiebestendigheid en een hoge waarde (45-50) van de equivalente pitting resistance number (PREN), bepaald door gew.% Cr + 3,3 (gew.% Mo + 0,5 gew.%W) + 16 gew.% N12. De uitstekende corrosiebestendigheid is afhankelijk van een evenwichtige samenstelling met ongeveer 50% ferritische (α) en 50% austenitische (γ) fasen. HDSS heeft betere mechanische eigenschappen en een hogere weerstand tegen chloridecorrosie. Verbeterde corrosiebestendigheid maakt HDSS geschikter voor gebruik in agressievere chlorideomgevingen, zoals mariene omgevingen.
MIC's vormen een groot probleem in veel industrieën, zoals de olie-, gas- en waterindustrie14. MIC is verantwoordelijk voor 20% van alle corrosieschade15. MIC is een bio-elektrochemische corrosie die in veel omgevingen kan worden waargenomen. Biofilms die zich vormen op metaaloppervlakken veranderen de elektrochemische omstandigheden en beïnvloeden zo het corrosieproces. Het wordt algemeen aangenomen dat MIC-corrosie wordt veroorzaakt door biofilms. Elektrogene micro-organismen vreten metalen op om de energie te verkrijgen die ze nodig hebben om te overleven17. Recente MIC-studies hebben aangetoond dat EET (extracellulaire elektronenoverdracht) de snelheidsbeperkende factor is bij MIC geïnduceerd door elektrogene micro-organismen. Zhang et al. 18 toonden aan dat elektronenintermediairs de overdracht van elektronen tussen Desulfovibrio sessificans-cellen en roestvrij staal 304 versnellen, wat resulteert in een ernstigere MIC-aanval. Anning et al. 19 en Wenzlaff et al. 20 hebben aangetoond dat biofilms van corrosieve sulfaatreducerende bacteriën (SRB's) rechtstreeks elektronen van metalen substraten kunnen absorberen, wat resulteert in ernstige putcorrosie.
Het is bekend dat DSS gevoelig is voor MIC in media die SRB's, ijzerreducerende bacteriën (IRB's), enz. bevatten. 21 Deze bacteriën veroorzaken gelokaliseerde putcorrosie op het oppervlak van DSS onder biofilms. 22, 23 In tegenstelling tot DSS is de MIC van HDSS niet goed bekend.
Pseudomonas aeruginosa is een gramnegatieve, beweeglijke, staafvormige bacterie die wijdverspreid in de natuur voorkomt25. Pseudomonas aeruginosa is ook een belangrijke microbiële groep in het mariene milieu en veroorzaakt verhoogde MIC-concentraties. Pseudomonas is actief betrokken bij het corrosieproces en wordt erkend als een pionierkolonisator tijdens de vorming van biofilms. Mahat et al. 28 en Yuan et al. 29 hebben aangetoond dat Pseudomonas aeruginosa de corrosiesnelheid van zacht staal en legeringen in aquatische omgevingen verhoogt.
Het hoofddoel van dit werk was het onderzoeken van de eigenschappen van MIC 2707 HDSS, veroorzaakt door de mariene aerobe bacterie Pseudomonas aeruginosa, met behulp van elektrochemische methoden, oppervlakteanalysemethoden en corrosieproductanalyse. Elektrochemische studies, waaronder open circuit potential (OCP), lineaire polarisatieweerstand (LPR), elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) en potentiaal dynamische polarisatie, werden uitgevoerd om het gedrag van MIC 2707 HDSS te bestuderen. Energiedispersieve spectrometrische analyse (EDS) werd uitgevoerd om chemische elementen op een gecorrodeerd oppervlak te detecteren. Daarnaast werd röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS) gebruikt om de stabiliteit van oxidefilmpassivering te bepalen onder invloed van een mariene omgeving met Pseudomonas aeruginosa. De diepte van de putjes werd gemeten onder een confocale laserscanmicroscoop (CLSM).
Tabel 1 toont de chemische samenstelling van 2707 HDSS. Tabel 2 laat zien dat 2707 HDSS uitstekende mechanische eigenschappen heeft met een vloeigrens van 650 MPa. Figuur 1 toont de optische microstructuur van oplossingsgegloeid 2707 HDSS. In de microstructuur, die bestaat uit ongeveer 50% austeniet en 50% ferriet, zijn langwerpige banden van austeniet- en ferrietfasen zonder secundaire fasen zichtbaar.
Figuur 2a toont de open circuit potentiaal (Eocp) versus blootstellingstijd voor 2707 HDSS in 2216E abiotisch medium en P. aeruginosa bouillon gedurende 14 dagen bij 37 °C. Hieruit blijkt dat de grootste en meest significante verandering in Eocp binnen de eerste 24 uur plaatsvindt. De Eocp-waarden bereikten in beide gevallen een piek van -145 mV (vergeleken met SCE) rond 16 uur en daalden vervolgens scherp tot -477 mV (vergeleken met SCE) en -236 mV (vergeleken met SCE) voor het abiotische monster. en P. Pseudomonas aeruginosa-coupons, respectievelijk). Na 24 uur was de Eocp 2707 HDSS-waarde voor P. aeruginosa relatief stabiel op -228 mV (vergeleken met SCE), terwijl de corresponderende waarde voor niet-biologische monsters ongeveer -442 mV bedroeg (vergeleken met SCE). Eocp in de aanwezigheid van P. aeruginosa was vrij laag.
Elektrochemische studie van 2707 HDSS-monsters in abiotisch medium en Pseudomonas aeruginosa-bouillon bij 37 °C:
(a) Eocp als functie van de belichtingstijd, (b) polarisatiecurven op dag 14, (c) Rp als functie van de belichtingstijd, en (d) icorr als functie van de belichtingstijd.
Tabel 3 toont de elektrochemische corrosieparameters van 2707 HDSS-monsters die gedurende 14 dagen zijn blootgesteld aan abiotische en Pseudomonas aeruginosa-geïnoculeerde media. De raaklijnen van de anode- en kathodecurven werden geëxtrapoleerd om snijpunten te verkrijgen die de corrosiestroomdichtheid (icorr), corrosiepotentiaal (Ecorr) en Tafel-helling (βα en βc) weergeven volgens standaardmethoden30,31.
Zoals weergegeven in figuur 2b, resulteerde een opwaartse verschuiving van de P. aeruginosa-curve in een toename van Ecorr ten opzichte van de abiotische curve. De icorr-waarde, die evenredig is met de corrosiesnelheid, steeg tot 0,328 µA cm-2 in het monster van Pseudomonas aeruginosa, wat vier keer hoger is dan in het niet-biologische monster (0,087 µA cm-2).
LPR is een klassieke niet-destructieve elektrochemische methode voor snelle corrosieanalyse. Deze methode is ook gebruikt om MIC32 te bestuderen. Figuur 2c toont de polarisatieweerstand (Rp) als functie van de blootstellingstijd. Een hogere Rp-waarde betekent minder corrosie. Binnen de eerste 24 uur bereikte Rp 2707 HDSS een piek van 1955 kΩ cm² voor abiotische monsters en 1429 kΩ cm² voor Pseudomonas aeruginosa-monsters. Figuur 2c laat ook zien dat de Rp-waarde na één dag snel afnam en vervolgens de volgende 13 dagen relatief onveranderd bleef. De Rp-waarde van een Pseudomonas aeruginosa-monster is ongeveer 40 kΩ cm², wat veel lager is dan de waarde van 450 kΩ cm² van een niet-biologisch monster.
De waarde van icorr is evenredig met de uniforme corrosiesnelheid. De waarde kan worden berekend met de volgende Stern-Giri-vergelijking:
Volgens Zoe et al. 33 werd de typische waarde van de Tafel-helling B in dit werk vastgesteld op 26 mV/dec. Figuur 2d laat zien dat de icorr van het niet-biologische monster 2707 relatief stabiel bleef, terwijl het P. aeruginosa-monster na de eerste 24 uur sterk fluctueerde. De icorrwaarden van P. aeruginosa-monsters waren een orde van grootte hoger dan die van niet-biologische controles. Deze trend is consistent met de resultaten van polarisatieresistentie.
EIS is een andere niet-destructieve methode die gebruikt wordt om elektrochemische reacties op gecorrodeerde oppervlakken te karakteriseren. Impedantiespectra en berekende capaciteitswaarden van monsters blootgesteld aan een abiotische omgeving en Pseudomonas aeruginosa-oplossing, passieve film-/biofilmweerstand Rb gevormd op het monsteroppervlak, ladingsoverdrachtsweerstand Rct, elektrische dubbellaagscapaciteit Cdl (EDL) en constante QCPE fase-elementparameters (CPE). Deze parameters werden verder geanalyseerd door de gegevens te fitten met behulp van een equivalent circuit (EEC) model.
Figuur 3 toont typische Nyquist-grafieken (a en b) en Bode-grafieken (a' en b') voor 2707 HDSS-monsters in abiotisch medium en P. aeruginosa-bouillon voor verschillende incubatietijden. De diameter van de Nyquist-ring neemt af in aanwezigheid van Pseudomonas aeruginosa. De Bode-grafiek (Fig. 3b') toont de toename van de totale impedantie. Informatie over de relaxatietijdconstante kan worden verkregen uit fasemaxima. Figuur 4 toont de fysische structuren gebaseerd op een monolaag (a) en een dubbellaag (b) en de bijbehorende EEC's. CPE wordt geïntroduceerd in het EEC-model. De admittantie en impedantie worden als volgt weergegeven:
Twee fysieke modellen en bijbehorende equivalente circuits voor het aanpassen van het impedantiespectrum van monster 2707 HDSS:
waarbij Y0 de KPI-waarde is, j het imaginaire getal of (-1)1/2, ω de hoekfrequentie en n de KPI-vermogensindex kleiner dan één35. De inversie van de ladingsoverdrachtsweerstand (d.w.z. 1/Rct) komt overeen met de corrosiesnelheid. Hoe kleiner de Rct, hoe hoger de corrosiesnelheid27. Na 14 dagen incubatie bereikte de Rct van Pseudomonas aeruginosa-monsters 32 kΩ cm², wat aanzienlijk lager is dan de 489 kΩ cm² van niet-biologische monsters (tabel 4).
De CLSM- en SEM-beelden in Figuur 5 laten duidelijk zien dat de biofilmcoating op het oppervlak van HDSS-monster 2707 na 7 dagen dicht is. Na 14 dagen was de biofilmdekking echter slecht en verschenen er enkele dode cellen. Tabel 5 toont de biofilmdikte op HDSS-monsters 2707 na blootstelling aan P. aeruginosa gedurende 7 en 14 dagen. De maximale biofilmdikte veranderde van 23,4 µm na 7 dagen naar 18,9 µm na 14 dagen. De gemiddelde biofilmdikte bevestigde deze trend ook. Deze daalde van 22,2 ± 0,7 µm na 7 dagen naar 17,8 ± 1,0 µm na 14 dagen.
(a) 3-D CLSM-afbeelding op 7 dagen, (b) 3-D CLSM-afbeelding op 14 dagen, (c) SEM-afbeelding op 7 dagen, en (d) SEM-afbeelding op 14 dagen.
EMV onthulde chemische elementen in biofilms en corrosieproducten in monsters die 14 dagen lang waren blootgesteld aan P. aeruginosa. Figuur 6 laat zien dat het gehalte aan C, N, O en P in biofilms en corrosieproducten aanzienlijk hoger is dan in zuivere metalen, omdat deze elementen geassocieerd zijn met biofilms en hun metabolieten. Microben hebben slechts sporen van chroom en ijzer nodig. Hoge concentraties Cr en Fe in de biofilm en corrosieproducten op het oppervlak van de monsters geven aan dat de metaalmatrix elementen heeft verloren door corrosie.
Na 14 dagen werden putjes met en zonder P. aeruginosa waargenomen in medium 2216E. Voor incubatie was het oppervlak van de monsters glad en vrij van defecten (Fig. 7a). Na incubatie en verwijdering van biofilm en corrosieproducten werden de diepste putjes op het oppervlak van de monsters onderzocht met CLSM, zoals weergegeven in Fig. 7b en c. Er werd geen duidelijke putcorrosie gevonden op het oppervlak van niet-biologische controles (maximale putdiepte 0,02 µm). De maximale putdiepte veroorzaakt door P. aeruginosa was 0,52 µm na 7 dagen en 0,69 µm na 14 dagen, gebaseerd op de gemiddelde maximale putdiepte van 3 monsters (voor elk monster werden 10 maximale putdieptes geselecteerd). Bereik van respectievelijk 0,42 ± 0,12 µm en 0,52 ± 0,15 µm (Tabel 5). Deze waarden voor de gatdiepte zijn klein maar belangrijk.
(a) vóór blootstelling, (b) 14 dagen in een abiotische omgeving, en (c) 14 dagen in Pseudomonas aeruginosa-bouillon.
In figuur 8 worden de XPS-spectra van verschillende monsteroppervlakken weergegeven. De chemische samenstelling die voor elk oppervlak is geanalyseerd, is samengevat in tabel 6. In tabel 6 waren de atoompercentages van Fe en Cr in aanwezigheid van P. aeruginosa (monsters A en B) veel lager dan die van niet-biologische controles (monsters C en D). Voor een monster van P. aeruginosa werd de spectrale curve ter hoogte van de Cr 2p-kern gefit aan vier piekcomponenten met bindingsenergieën (BE) van respectievelijk 574,4, 576,6, 578,3 en 586,8 eV, die kunnen worden toegeschreven aan Cr, Cr2O3, CrO3 en Cr(OH)3 (Fig. 9a en b). Voor niet-biologische monsters bevat het spectrum van het belangrijkste Cr2p-niveau twee hoofdpieken voor Cr (573,80 eV voor BE) en Cr2O3 (575,90 eV voor BE) in respectievelijk figuur 9c en d. Het meest opvallende verschil tussen abiotische monsters en P. aeruginosa-monsters was de aanwezigheid van Cr6+ en een hoger relatief aandeel Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) onder de biofilm.
De brede XPS-spectra van het oppervlak van monster 2707 HDSS in twee media bedragen respectievelijk 7 en 14 dagen.
(a) 7 dagen blootstelling aan P. aeruginosa, (b) 14 dagen blootstelling aan P. aeruginosa, (c) 7 dagen in een abiotische omgeving, en (d) 14 dagen in een abiotische omgeving.
HDSS vertoont een hoge corrosiebestendigheid in de meeste omgevingen. Kim et al.2 rapporteerden dat HDSS UNS S32707 werd geïdentificeerd als een hooggelegeerd DSS met een PREN hoger dan 45. De PREN-waarde van monster 2707 HDSS in dit onderzoek was 49. Dit komt door het hoge chroomgehalte en het hoge gehalte aan molybdeen en nikkel, die nuttig zijn in zure omgevingen en omgevingen met een hoog chloridegehalte. Bovendien zijn een goed uitgebalanceerde samenstelling en een defectvrije microstructuur gunstig voor de structurele stabiliteit en corrosiebestendigheid. Ondanks de uitstekende chemische bestendigheid suggereren de experimentele gegevens in dit onderzoek echter dat 2707 HDSS niet volledig immuun is voor P. aeruginosa biofilm-MIC's.
Elektrochemische resultaten toonden aan dat de corrosiesnelheid van 2707 HDSS in P. aeruginosa bouillon significant toenam na 14 dagen vergeleken met de niet-biologische omgeving. In Figuur 2a werd een afname van Eocp waargenomen, zowel in het abiotische medium als in P. aeruginosa bouillon gedurende de eerste 24 uur. Daarna bedekt de biofilm het oppervlak van het monster volledig en wordt Eocp relatief stabiel36. Het biologische Eocp-niveau was echter veel hoger dan het niet-biologische Eocp-niveau. Er zijn redenen om aan te nemen dat dit verschil verband houdt met de vorming van P. aeruginosa-biofilms. Op figuur 2d bereikte de icorr 2707 HDSS-waarde in aanwezigheid van P. aeruginosa 0,627 μA cm-2, wat een orde van grootte hoger is dan die van de abiotische controle (0,063 μA cm-2), wat consistent was met de Rct-waarde gemeten door EIS. Gedurende de eerste paar dagen namen de impedantiewaarden in de P. aeruginosa-bouillon toe als gevolg van de hechting van P. aeruginosa-cellen en de vorming van biofilms. Wanneer de biofilm echter het monsteroppervlak volledig bedekt, neemt de impedantie af. De beschermlaag wordt voornamelijk aangetast door de vorming van biofilms en biofilmmetabolieten. Dientengevolge nam de corrosiebestendigheid in de loop van de tijd af en veroorzaakte de hechting van P. aeruginosa lokale corrosie. De trends in abiotische omgevingen waren verschillend. De corrosiebestendigheid van de niet-biologische controle was veel hoger dan de overeenkomstige waarde van de monsters die waren blootgesteld aan P. aeruginosa-bouillon. Bovendien bereikte de Rct 2707 HDSS-waarde voor abiotische accessies 489 kΩ cm2 op dag 14, wat 15 keer hoger is dan de Rct-waarde (32 kΩ cm2) in aanwezigheid van P. aeruginosa. 2707 HDSS heeft dus een uitstekende corrosiebestendigheid in een steriele omgeving, maar is niet bestand tegen MIC's van P. aeruginosa-biofilms.
Deze resultaten zijn ook af te leiden uit de polarisatiecurven in Fig. 2b. Anodische vertakking is in verband gebracht met de vorming van biofilms van Pseudomonas aeruginosa en metaaloxidatiereacties. In dit geval is de kathodische reactie de reductie van zuurstof. De aanwezigheid van P. aeruginosa verhoogde de corrosiestroomdichtheid aanzienlijk, ongeveer een orde van grootte hoger dan in de abiotische controle. Dit geeft aan dat de biofilm van P. aeruginosa de lokale corrosie van 2707 HDSS versterkt. Yuan et al.29 ontdekten dat de corrosiestroomdichtheid van de Cu-Ni 70/30-legering toenam onder invloed van de biofilm van P. aeruginosa. Dit kan te wijten zijn aan de biokatalyse van zuurstofreductie door biofilms van Pseudomonas aeruginosa. Deze observatie kan ook de MIC 2707 HDSS in dit werk verklaren. Er kan ook minder zuurstof aanwezig zijn onder aerobe biofilms. Daarom kan de weigering om het metaaloppervlak opnieuw te passiveren met zuurstof een factor zijn die bijdraagt ​​aan MIC in dit werk.
Dickinson et al. 38 suggereerden dat de snelheid van chemische en elektrochemische reacties direct beïnvloed kan worden door de metabolische activiteit van sessiele bacteriën op het monsteroppervlak en de aard van de corrosieproducten. Zoals weergegeven in Figuur 5 en Tabel 5, namen het aantal cellen en de dikte van de biofilm na 14 dagen af. Dit kan redelijkerwijs worden verklaard door het feit dat na 14 dagen de meeste sessiele cellen op het oppervlak van 2707 HDSS afstierven door nutriëntenuitputting in het 2216E-medium of door het vrijkomen van giftige metaalionen uit de 2707 HDSS-matrix. Dit is een beperking van batchexperimenten.
In dit onderzoek droeg een biofilm van P. aeruginosa bij aan de lokale uitputting van Cr en Fe onder de biofilm op het oppervlak van 2707 HDSS (Fig. 6). Tabel 6 toont de afname van Fe en Cr in monster D vergeleken met monster C, wat aangeeft dat het opgeloste Fe en Cr, veroorzaakt door de biofilm van P. aeruginosa, gedurende de eerste 7 dagen aanhield. De 2216E-omgeving wordt gebruikt om de mariene omgeving te simuleren. Deze bevat 17700 ppm Cl-, wat vergelijkbaar is met het gehalte in natuurlijk zeewater. De aanwezigheid van 17700 ppm Cl- was de belangrijkste reden voor de afname van Cr in abiotische monsters na 7 en 14 dagen, geanalyseerd met XPS. Vergeleken met monsters van P. aeruginosa was de oplosbaarheid van Cr in abiotische monsters veel lager vanwege de sterke resistentie van 2707 HDSS tegen chloor onder abiotische omstandigheden. Fig. 9 toont de aanwezigheid van Cr6+ in de passiverende film. Het zou een rol kunnen spelen bij het verwijderen van chroom van staaloppervlakken door P. aeruginosa-biofilms, zoals Chen en Clayton suggereren.
Door bacteriële groei waren de pH-waarden van het medium voor en na de kweek respectievelijk 7,4 en 8,2. Onder de biofilm van P. aeruginosa is het daarom onwaarschijnlijk dat corrosie door organische zuren bijdraagt ​​aan dit onderzoek, vanwege de relatief hoge pH in het bulkmedium. De pH van het niet-biologische controlemedium veranderde niet significant (van 7,4 naar 7,5) gedurende de testperiode van 14 dagen. De pH-stijging in het zaaimedium na incubatie was te wijten aan de metabolische activiteit van P. aeruginosa en bleek hetzelfde effect op de pH te hebben bij afwezigheid van teststrips.
Zoals weergegeven in figuur 7, bedroeg de maximale putdiepte veroorzaakt door P. aeruginosa-biofilm 0,69 µm, wat veel groter is dan die van het abiotische medium (0,02 µm). Dit komt overeen met de hierboven beschreven elektrochemische gegevens. De putdiepte van 0,69 µm is meer dan tien keer kleiner dan de waarde van 9,5 µm die voor 2205 DSS onder dezelfde omstandigheden is gerapporteerd. Deze gegevens tonen aan dat 2707 HDSS beter bestand is tegen MIC's dan 2205 DSS. Dit mag geen verrassing zijn, aangezien 2707 HDSS hogere Cr-gehaltes heeft, wat zorgt voor een langere passivering, P. aeruginosa moeilijker te depassiveren is en vanwege de gebalanceerde fasestructuur zonder schadelijke secundaire neerslag putvorming veroorzaakt.
Concluderend werden er MIC-putjes gevonden op het oppervlak van 2707 HDSS in P. aeruginosa-bouillon, vergeleken met onbeduidende putjes in de abiotische omgeving. Dit onderzoek toont aan dat 2707 HDSS beter bestand is tegen MIC dan 2205 DSS, maar niet volledig immuun is voor MIC vanwege de P. aeruginosa-biofilm. Deze resultaten helpen bij de selectie van geschikte roestvaste staalsoorten en de levensduurverwachting voor het mariene milieu.
Coupon voor 2707 HDSS verstrekt door de School of Metallurgy van de Northeastern University (NEU) in Shenyang, China. De elementaire samenstelling van 2707 HDSS is weergegeven in tabel 1, die is geanalyseerd door de afdeling Materials Analysis and Testing van de NEU. Alle monsters werden gedurende 1 uur behandeld met een vaste oplossing bij 1180 °C. Voorafgaand aan de corrosietest werd een muntvormig 2707 HDSS met een open oppervlak aan de bovenkant van 1 cm² gepolijst tot korrel 2000 met siliciumcarbide schuurpapier en vervolgens gepolijst met een 0,05 µm Al₂O₂-poederslurry. De zijkanten en de onderkant zijn beschermd met inerte verf. Na droging werden de monsters gewassen met steriel gedeïoniseerd water en gedurende 0,5 uur gesteriliseerd met 75% (v/v) ethanol. Vervolgens werden ze gedurende 0,5 uur aan de lucht gedroogd onder ultraviolet (UV) licht vóór gebruik.
De mariene Pseudomonas aeruginosa-stam MCCC 1A00099 werd gekocht van het Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC) in China. Pseudomonas aeruginosa werd gekweekt onder aerobe omstandigheden bij 37 °C in 250 ml-kolven en 500 ml glazen elektrochemische cellen met vloeibaar Marine 2216E-medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). Medium bevat (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 gistextract en 0,1 ijzercitraat. Autoclaveer gedurende 20 minuten bij 121 °C vóór inoculatie. Tel sessiele en planktonische cellen met een hemocytometer onder een lichtmicroscoop met een vergroting van 400x. De initiële concentratie van planktonische Pseudomonas aeruginosa direct na inoculatie bedroeg ongeveer 106 cellen/ml.
Elektrochemische testen werden uitgevoerd in een klassieke glazen cel met drie elektroden en een mediumvolume van 500 ml. De platinaplaat en de verzadigde calomelelektrode (SAE) werden met de reactor verbonden via Luggin-capillairen gevuld met zoutbruggen, die respectievelijk als tegen- en referentie-elektroden dienden. Voor de vervaardiging van werkelektroden werd aan elk monster rubberachtig koperdraad bevestigd en bedekt met epoxyhars, waarbij aan één zijde ongeveer 1 cm² onbeschermd oppervlak voor de werkelektrode werd gelaten. Tijdens elektrochemische metingen werden de monsters in het 2216E-medium geplaatst en in een waterbad op een constante incubatietemperatuur (37 °C) gehouden. OCP-, LPR-, EIS- en potentiële dynamische polarisatiegegevens werden gemeten met een Autolab-potentiostaat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., VS). LPR-testen werden opgenomen met een scanfrequentie van 0,125 mV s-1 in het bereik van -5 tot 5 mV met Eocp en een bemonsteringsfrequentie van 1 Hz. EIS werd uitgevoerd met een sinusgolf over een frequentiebereik van 0,01 tot 10.000 Hz, met een aangelegde spanning van 5 mV bij steady state Eocp. Vóór de potentiaalzwaai stonden de elektroden in rust totdat een stabiele waarde van de vrije corrosiepotentiaal was bereikt. De polarisatiecurven werden vervolgens gemeten van -0,2 tot 1,5 V als functie van Eocp met een scansnelheid van 0,166 mV/s. Elke test werd driemaal herhaald met en zonder P. aeruginosa.
Monsters voor metallografische analyse werden mechanisch gepolijst met nat SiC-papier met korrelgrootte 2000 en vervolgens verder gepolijst met een 0,05 µm Al₂O₂-poedersuspensie voor optische observatie. De metallografische analyse werd uitgevoerd met behulp van een optische microscoop. De monsters werden geëtst met een 10 gew.% oplossing van kaliumhydroxide 43.
Na incubatie werden de monsters driemaal gewassen met fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) en vervolgens 10 uur gefixeerd met 2,5% (v/v) glutaraldehyde om biofilms te fixeren. Vervolgens werd het monster gedehydrateerd met ethanol (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% en 100% volume) voordat het aan de lucht werd gedroogd. Tot slot werd een goudlaagje op het oppervlak van het monster afgezet om geleidbaarheid te creëren voor SEM-observatie. SEM-beelden werden gefocust op de plekken met de meeste sessiele P. aeruginosa-cellen op het oppervlak van elk monster. Voer een EDS-analyse uit om chemische elementen te vinden. Een Zeiss confocale laserscanmicroscoop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Duitsland) werd gebruikt om de putdiepte te meten. Om corrosieputjes onder de biofilm te kunnen waarnemen, werd het testmonster eerst gereinigd volgens de Chinese nationale norm (CNS) GB/T4334.4-2000 om corrosieproducten en biofilm van het oppervlak van het testmonster te verwijderen.
Röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS, ESCALAB250 oppervlakteanalysesysteem, Thermo VG, VS) werd uitgevoerd met een monochromatische röntgenbron (aluminium Kα-lijn met een energie van 1500 eV en een vermogen van 150 W) in een breed bereik van bindingsenergieën 0 onder standaardomstandigheden van –1350 eV. Spectra met hoge resolutie werden opgenomen met een transmissie-energie van 50 eV en een stapgrootte van 0,2 eV.
De geïncubeerde monsters werden verwijderd en voorzichtig gewassen met PBS (pH 7,4 ± 0,2) gedurende 15 seconden en 45 seconden. Om de bacteriële levensvatbaarheid van biofilms op monsters te observeren, werden biofilms gekleurd met de LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, VS). De kit bevat twee fluorescerende kleurstoffen: SYTO-9 groene fluorescerende kleurstof en propidiumjodide (PI) rode fluorescerende kleurstof. In CLSM vertegenwoordigen fluorescerende groene en rode stippen respectievelijk levende en dode cellen. Voor kleuring werd 1 ml van een mengsel met 3 µl SYTO-9 en 3 µl PI-oplossing 20 minuten geïncubeerd bij kamertemperatuur (23 °C) in het donker. Daarna werden de gekleurde monsters onderzocht bij twee golflengten (488 nm voor levende cellen en 559 nm voor dode cellen) met behulp van een Nikon CLSM-apparaat (C2 Plus, Nikon, Japan). De dikte van de biofilm werd gemeten in 3D-scanmodus.
Hoe dit artikel te citeren: Li, H. et al. Microbiële corrosie van 2707 super duplex roestvrij staal door Pseudomonas aeruginosa mariene biofilm. the science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosiescheuren van LDX 2101 duplex roestvast staal in chlorideoplossingen in aanwezigheid van thiosulfaat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosiescheuren van LDX 2101 duplex roestvast staal in chlorideoplossingen in aanwezigheid van thiosulfaat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. стали LDX 2101 in растворах хлоридов in Controleer de instellingen. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosiescheuren van duplex roestvast staal LDX 2101 in chlorideoplossingen in aanwezigheid van thiosulfaat. 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 roestvrij staal sulfaat 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. LDX 2101 in het apparaat van de LDX 2101 tiroler. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosiescheuren van duplex roestvast staal LDX 2101 in chlorideoplossing in aanwezigheid van thiosulfaat.coroswetenschap 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effecten van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de weerstand tegen putcorrosie van hyperduplex roestvast staallassen. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effecten van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de weerstand tegen putcorrosie van hyperduplex roestvast staallassen.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS en Park, YS Effect van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de weerstand tegen putcorrosie van hyperduplex roestvast staal lassen. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS en Park, YS Effect van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de weerstand tegen putcorrosie van superduplex roestvast staallassen.koros. de wetenschap. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Vergelijkende studie in de chemie van microbieel en elektrochemisch geïnduceerde putcorrosie van roestvrij staal 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Vergelijkende studie in de chemie van microbieel en elektrochemisch geïnduceerde putcorrosie van roestvrij staal 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. en Lewandowski, Z. Vergelijkende chemische studie van microbiologische en elektrochemische putcorrosie van roestvrij staal 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 316L 不锈钢点蚀的化学比较研究。 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. en Lewandowski, Z. Vergelijkende chemische studie van microbiologisch en elektrochemisch geïnduceerde putcorrosie in roestvrij staal 316L.koros. de wetenschap. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG en Xiao, K. Het elektrochemische gedrag van 2205 duplex roestvrij staal in alkalische oplossingen met verschillende pH-waarden in aanwezigheid van chloride. Luo, H., Dong, CF, Li, XG en Xiao, K. Het elektrochemische gedrag van 2205 duplex roestvrij staal in alkalische oplossingen met verschillende pH-waarden in aanwezigheid van chloride.Luo H., Dong KF, Lee HG en Xiao K. Elektrochemisch gedrag van duplex roestvast staal 2205 in alkalische oplossingen met verschillende pH-waarden in aanwezigheid van chloride. 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 & Xiao, K. 2205 Elektrochemisch gedrag van 双相roestvrij staal in aanwezigheid van chloride bij verschillende pH-waarden in alkalische oplossing.Luo H., Dong KF, Lee HG en Xiao K. Elektrochemisch gedrag van duplex roestvast staal 2205 in alkalische oplossingen met verschillende pH-waarden in aanwezigheid van chloride.Electrochem. Magazine. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI De invloed van mariene biofilms op corrosie: een beknopt overzicht. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI De invloed van mariene biofilms op corrosie: een beknopt overzicht.Little, BJ, Lee, JS en Ray, RI Effecten van mariene biofilms op corrosie: een kort overzicht. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Little, BJ, Lee, JS en Ray, RILittle, BJ, Lee, JS en Ray, RI Effecten van mariene biofilms op corrosie: een kort overzicht.Electrochem. Tijdschrift. 54, 2-7 (2008).