Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com.De browserversie die u gebruikt heeft beperkte CSS-ondersteuning.Voor de beste ervaring raden we u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of Compatibiliteitsmodus uit te schakelen in Internet Explorer).In de tussentijd zullen we, om voortdurende ondersteuning te garanderen, de site weergeven zonder stijlen en JavaScript.
Microbiële corrosie (MIC) is een serieus probleem in veel industrieën, omdat het tot enorme economische verliezen kan leiden.Super duplex roestvrij staal 2707 (2707 HDSS) wordt gebruikt in maritieme omgevingen vanwege de uitstekende chemische weerstand.De resistentie 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 biofilm van P. aeruginosa 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 verschillende industrieën vanwege de perfecte combinatie van uitstekende mechanische eigenschappen en corrosieweerstand1,2.Plaatselijke putcorrosie treedt echter nog steeds op en tast de integriteit van dit staal aan3,4.DSS is niet bestand tegen microbiële corrosie (MIC)5,6.Ondanks het brede scala aan toepassingen voor DSS, zijn er nog steeds omgevingen waar de corrosieweerstand van DSS niet voldoende is voor langdurig gebruik.Dit betekent dat duurdere materialen met een hogere corrosieweerstand nodig zijn.Jeon et al7 ontdekten dat zelfs superduplex roestvast staal (SDSS) enkele beperkingen heeft op het gebied van corrosieweerstand.Daarom zijn in sommige gevallen super duplex roestvast staal (HDSS) met een hogere corrosieweerstand vereist.Dit leidde tot de ontwikkeling van hooggelegeerde HDSS.
Corrosieweerstand DSS is afhankelijk van de verhouding van alfa- en gammafasen en verarmd in Cr-, Mo- en W-gebieden 8, 9, 10 grenzend aan de tweede fase.HDSS bevat een hoog gehalte aan Cr, Mo en N11, daarom heeft het een uitstekende corrosieweerstand en een hoge waarde (45-50) van het equivalente pitting-weerstandsgetal (PREN) bepaald door gew.% Cr + 3,3 (gew.% Mo + 0,5 gew. .%W) + 16 gew.%.N12.De uitstekende corrosieweerstand hangt af van een uitgebalanceerde samenstelling die ongeveer 50% ferritische (α) en 50% austenitische (γ) fasen bevat.HDSS heeft betere mechanische eigenschappen en een hogere weerstand tegen chloridecorrosie.Verbeterde corrosieweerstand breidt het gebruik van HDSS uit in agressievere chloride-omgevingen zoals mariene omgevingen.
MIC's vormen een groot probleem in veel industrieën, zoals de olie- en 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 op metalen oppervlakken vormen, veranderen de elektrochemische omstandigheden en beïnvloeden zo het corrosieproces.Er wordt algemeen aangenomen dat MIC-corrosie wordt veroorzaakt door biofilms.Elektrogene micro-organismen vreten metalen weg om de energie te verkrijgen die ze nodig hebben om te overleven17.Recente MIC-onderzoeken hebben aangetoond dat EET (extracellulaire elektronenoverdracht) de snelheidsbeperkende factor is in MIC veroorzaakt door elektrogene micro-organismen.Zhang et al.18 toonde aan dat elektronentussenpersonen de overdracht van elektronen tussen Desulfovibrio sessificans-cellen en 304 roestvrij staal versnellen, wat resulteert in een ernstiger MIC-aanval.Anning et al.19 en Wenzlaff et al.20 hebben aangetoond dat biofilms van corrosieve sulfaatreducerende bacteriën (SRB's) direct elektronen van metalen substraten kunnen absorberen, wat resulteert in ernstige putvorming.
Van DSS is bekend dat het vatbaar is voor MIC in media die SRB's, ijzerreducerende bacteriën (IRB's) enz. bevatten 21 .Deze bacteriën veroorzaken gelokaliseerde putjes op het oppervlak van DSS onder biofilms22,23.In tegenstelling tot DSS is de HDSS24 MIC niet erg bekend.
Pseudomonas aeruginosa is een Gram-negatieve, beweeglijke, staafvormige bacterie die wijd verspreid is in de natuur25.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 pionier in het koloniseren van biofilmvorming.Mahat et al.28 en Yuan et al.29 toonde aan dat Pseudomonas aeruginosa de neiging heeft om de corrosiesnelheid van zacht staal en legeringen in aquatische omgevingen te verhogen.
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 analyse van corrosieproducten.Elektrochemische studies, waaronder open circuit potentiaal (OCP), lineaire polarisatieweerstand (LPR), elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) en potentiële dynamische polarisatie, werden uitgevoerd om het gedrag van de 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 die Pseudomonas aeruginosa bevat.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.Op afb.1 toont de optische microstructuur van met een oplossing met hitte behandeld 2707 HDSS.In de microstructuur die ongeveer 50% austeniet- en 50% ferrietfasen bevat, zijn langgerekte banden van austeniet- en ferrietfasen zonder secundaire fasen zichtbaar.
Op afb.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.Het laat zien 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 daarna 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 overeenkomstige waarde voor niet-biologische monsters ongeveer -442 mV was (vergeleken met SCE).Eocp in 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 belichtingstijd, (b) polarisatiecurven op dag 14, (c) Rp als functie van belichtingstijd, en (d) icorr als functie van belichtingstijd.
Tabel 3 toont de elektrochemische corrosieparameters van 2707 HDSS-monsters blootgesteld aan abiotische en met Pseudomonas aeruginosa geïnoculeerde media gedurende een periode van 14 dagen.De raaklijnen van de anode- en kathodekrommen werden geëxtrapoleerd om kruispunten te verkrijgen die corrosiestroomdichtheid (icorr), corrosiepotentieel (Ecorr) en Tafelhelling (βα en βc) geven volgens standaardmethoden30,31.
Zoals weergegeven in afb.2b resulteerde een opwaartse verschuiving in de P. aeruginosa-curve in een toename van Ecorr in vergelijking met de abiotische curve.De icorr-waarde, die evenredig is met de corrosiesnelheid, nam toe tot 0,328 µA cm-2 in het Pseudomonas aeruginosa-monster, 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.Het is ook gebruikt om MIC32 te bestuderen.Op afb.2c toont de polarisatieweerstand (Rp) als functie van de belichtingstijd.Een hogere Rp-waarde betekent minder corrosie.Binnen de eerste 24 uur piekte Rp 2707 HDSS op 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 daalde en daarna relatief onveranderd bleef gedurende de volgende 13 dagen.De Rp-waarde van een Pseudomonas aeruginosa-monster is ongeveer 40 kΩ cm2, wat veel lager is dan de 450 kΩ cm2-waarde van een niet-biologisch monster.
De waarde van icorr is evenredig met de uniforme corrosiesnelheid.De waarde kan worden berekend uit de volgende Stern-Giri-vergelijking:
Volgens Zoë et al.33, werd de typische waarde van de Tafelhelling B in dit werk genomen 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 icorr-waarden van P. aeruginosa-monsters waren een orde van grootte hoger dan die van niet-biologische controles.Deze trend komt overeen met de resultaten van polarisatieweerstand.
EIS is een andere niet-destructieve methode die wordt gebruikt om elektrochemische reacties op gecorrodeerde oppervlakken te karakteriseren.Impedantiespectra en berekende capaciteitswaarden van monsters die zijn blootgesteld aan een abiotische omgeving en Pseudomonas aeruginosa-oplossing, passieve film/biofilmweerstand Rb gevormd op het monsteroppervlak, ladingsoverdrachtsweerstand Rct, elektrische dubbellaagse capaciteit Cdl (EDL) en constante QCPE fase-elementparameters (CPE ).Deze parameters werden verder geanalyseerd door de gegevens aan te passen met behulp van een equivalent circuit (EEC) model.
Op afb.3 toont typische Nyquist-plots (a en b) en Bode-plots (a' en b') voor 2707 HDSS-monsters in abiotische media en P. aeruginosa-bouillon voor verschillende incubatietijden.De diameter van de Nyquist-ring neemt af in aanwezigheid van Pseudomonas aeruginosa.De Bode-grafiek (figuur 3b') toont de toename van de totale impedantie.Informatie over de relaxatietijdconstante kan worden verkregen uit fasemaxima.Op afb.4 toont de fysieke structuren op basis van een monolaag (a) en een dubbellaag (b) en de overeenkomstige EEC's.CPE wordt geïntroduceerd in het EEG-model.De toelating en impedantie worden als volgt uitgedrukt:
Twee fysieke modellen en overeenkomstige equivalente circuits voor aanpassing aan het impedantiespectrum van monster 2707 HDSS:
waarbij Y0 de KPI-waarde is, j het imaginaire getal is of (-1)1/2, ω de hoekfrequentie is, n de KPI-vermogensindex kleiner dan één35 is.De inversie van de weerstand tegen ladingsoverdracht (dwz 1/Rct) komt overeen met de corrosiesnelheid.Hoe kleiner Rct, hoe hoger de corrosiesnelheid27.Na 14 dagen incubatie bereikte de Rct van Pseudomonas aeruginosa-monsters 32 kΩ cm2, wat veel minder is dan de 489 kΩ cm2 van niet-biologische monsters (Tabel 4).
De CLSM-afbeeldingen en SEM-afbeeldingen 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 2707 HDSS-monsters 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.Ook de gemiddelde biofilmdikte bevestigde deze trend.Het daalde van 22,2 ± 0,7 μm na 7 dagen tot 17,8 ± 1,0 μm na 14 dagen.
(a) 3D CLSM-beeld na 7 dagen, (b) 3D CLSM-beeld na 14 dagen, (c) SEM-beeld na 7 dagen en (d) SEM-beeld na 14 dagen.
EMF onthulde chemische elementen in biofilms en corrosieproducten op monsters die gedurende 14 dagen waren blootgesteld aan P. aeruginosa.Op afb.Figuur 6 laat zien dat het gehalte aan C, N, O en P in biofilms en corrosieproducten aanzienlijk hoger is dan in zuivere metalen, aangezien deze elementen geassocieerd zijn met biofilms en hun metabolieten.Microben hebben slechts sporen van chroom en ijzer nodig.Hoge niveaus van Cr en Fe in de biofilm en corrosieproducten op het oppervlak van de monsters geven aan dat de metaalmatrix elementen heeft verloren als gevolg van corrosie.
Na 14 dagen werden putjes met en zonder P. aeruginosa waargenomen in medium 2216E.Vóór 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 putten op het oppervlak van de monsters onderzocht met behulp van CLSM, zoals weergegeven in Fig. 7b en c.Er werden geen duidelijke putjes gevonden op het oppervlak van niet-biologische controles (maximale putjesdiepte 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 (10 maximale putdieptes werden geselecteerd voor elk monster).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 bouillon van Pseudomonas aeruginosa.
Op afb.Tabel 8 toont de XPS-spectra van verschillende monsteroppervlakken en de voor elk oppervlak geanalyseerde chemische samenstelling 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 P. aeruginosa-monster werd de spectrale curve ter hoogte van de Cr 2p-kern aangepast aan vier piekcomponenten met bindingsenergieën (BE) van 574,4, 576,6, 578,3 en 586,8 eV, die kunnen worden toegeschreven aan Cr, Cr2O3, CrO3.en Cr(OH)3, respectievelijk (fig. 9a en b).Voor niet-biologische monsters bevat het spectrum van het Cr 2p-hoofdniveau twee hoofdpieken voor Cr (573,80 eV voor BE) en Cr2O3 (575,90 eV voor BE) in Fig.9c en d, respectievelijk.Het meest opvallende verschil tussen abiotische stalen en P. aeruginosa stalen 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 zijn 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 mate van corrosieweerstand in de meeste omgevingen.Kim et al.2 rapporteerden dat HDSS UNS S32707 werd geïdentificeerd als een sterk gelegeerd DSS met een PREN groter dan 45. De PREN-waarde van monster 2707 HDSS in dit werk 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 uitgebalanceerde samenstelling en een defectvrije microstructuur gunstig voor de structurele stabiliteit en corrosieweerstand.Ondanks zijn uitstekende chemische weerstand suggereren de experimentele gegevens in dit werk 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 bouillon van P. aeruginosa na 14 dagen aanzienlijk toenam in vergelijking met de niet-biologische omgeving.In figuur 2a werd gedurende de eerste 24 uur zowel in het abiotische medium als in P. aeruginosa-bouillon een afname van Eocp waargenomen.Daarna bedekt de biofilm het oppervlak van het monster volledig en wordt Eocp relatief stabiel36.Het biologische Eocp-gehalte was echter veel hoger dan het niet-biologische Eocp-gehalte.Er zijn redenen om aan te nemen dat dit verschil verband houdt met de vorming van biofilms van P. aeruginosa.Op afb.2d in aanwezigheid van P. aeruginosa bereikte de icorr 2707 HDSS-waarde 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.Tijdens de eerste dagen namen de impedantiewaarden in de P. aeruginosa-bouillon toe door de aanhechting van P. aeruginosa-cellen en de vorming van biofilms.Wanneer de biofilm het monsteroppervlak echter volledig bedekt, neemt de impedantie af.De beschermlaag wordt voornamelijk aangetast door de vorming van biofilms en biofilmmetabolieten.Bijgevolg nam de corrosieweerstand in de loop van de tijd af en veroorzaakte de aanhechting van P. aeruginosa plaatselijke corrosie.De trends in abiotische omgevingen waren anders.De corrosieweerstand 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 corrosieweerstand in een steriele omgeving, maar is niet bestand tegen MIC's van biofilms van P. aeruginosa.
Deze resultaten kunnen ook worden waargenomen uit de polarisatiecurven in Fig.2b.Anodische vertakking is in verband gebracht met Pseudomonas aeruginosa biofilmvorming 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 lokale corrosie van 2707 HDSS bevordert.Yuan et al.29 vonden dat de corrosiestroomdichtheid van de Cu-Ni 70/30 legering toenam onder invloed van P. aeruginosa biofilm.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 zijn onder aërobe biofilms.Daarom kan de weigering om het metalen oppervlak opnieuw te passiveren met zuurstof een factor zijn die bijdraagt ​​aan MIC in dit werk.
Dickinson et al.38 suggereerde dat de snelheid van chemische en elektrochemische reacties rechtstreeks kan worden beïnvloed door de metabolische activiteit van sessiele bacteriën op het monsteroppervlak en de aard van de corrosieproducten.Zoals weergegeven in figuur 5 en tabel 5, nam 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 stierven als gevolg van uitputting van voedingsstoffen in het 2216E-medium of het vrijkomen van giftige metaalionen uit de 2707 HDSS-matrix.Dit is een beperking van batch-experimenten.
In dit werk 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 vermindering van Fe en Cr in monster D in vergelijking 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 maritieme omgeving te simuleren.Het 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 7- en 14-daagse abiotische monsters geanalyseerd door XPS.Vergeleken met P. aeruginosa-monsters was de oplossing van Cr in abiotische monsters veel minder vanwege de sterke weerstand van 2707 HDSS tegen chloor onder abiotische omstandigheden.Op afb.9 toont de aanwezigheid van Cr6+ in de passiveringsfilm.Het kan betrokken zijn bij de verwijdering van chroom van stalen oppervlakken door biofilms van P. aeruginosa, zoals gesuggereerd door Chen en Clayton.
Door bacteriegroei waren de pH-waarden van het medium voor en na de kweek respectievelijk 7,4 en 8,2.Het is dus onwaarschijnlijk dat corrosie van organisch zuur onder de P. aeruginosa-biofilm bijdraagt ​​aan dit werk vanwege de relatief hoge pH in het bulkmedium.De pH van het niet-biologische controlemedium veranderde niet significant (van aanvankelijk 7,4 naar uiteindelijk 7,5) tijdens de testperiode van 14 dagen.De verhoging van de pH in het zaadmedium na incubatie was het gevolg van de metabolische activiteit van P. aeruginosa en bleek hetzelfde effect op de pH te hebben bij afwezigheid van teststrips.
Zoals weergegeven in figuur 7, was 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 gerapporteerd voor 2205 DSS onder dezelfde omstandigheden.Deze gegevens laten zien dat 2707 HDSS beter bestand is tegen MIC's dan 2205 DSS.Dit zou geen verrassing moeten zijn, aangezien 2707 HDSS hogere Cr-niveaus heeft die zorgen voor een langere passivering, moeilijker te depassiveren P. aeruginosa, en vanwege zijn gebalanceerde fasestructuur zonder schadelijke secundaire neerslag veroorzaakt het putjes.
Concluderend werden MIC-putjes gevonden op het oppervlak van 2707 HDSS in P. aeruginosa-bouillon in vergelijking met onbeduidende putjes in de abiotische omgeving.Dit werk laat zien dat 2707 HDSS beter bestand is tegen MIC dan 2205 DSS, maar niet volledig immuun is voor MIC vanwege P. aeruginosa biofilm.Deze resultaten helpen bij de selectie van geschikt roestvrij staal en levensverwachting voor het mariene milieu.
Coupon voor 2707 HDSS aangeboden door Northeastern University (NEU) School of Metallurgy in Shenyang, China.De elementaire samenstelling van 2707 HDSS wordt weergegeven in tabel 1, die werd geanalyseerd door de NEU Materials Analysis and Testing Department.Alle monsters werden gedurende 1 uur bij 1180°C behandeld voor een vaste oplossing.Voorafgaand aan de corrosietesten werd een muntvormig 2707 HDSS met een open bovenoppervlak van 1 cm2 gepolijst tot korrel 2000 met siliciumcarbide schuurpapier en vervolgens gepolijst met een 0,05 µm Al2O3 poederslurrie.De zijkanten en onderkant zijn beschermd met inerte verf.Na drogen werden de monsters gewassen met steriel gedeïoniseerd water en gesteriliseerd met 75% (v/v) ethanol gedurende 0,5 uur.Vervolgens werden ze vóór gebruik gedurende 0,5 uur onder ultraviolet (UV) licht aan de lucht gedroogd.
Marine Pseudomonas aeruginosa stam MCCC 1A00099 werd gekocht bij het Xiamen Marine Culture Collection Centre (MCCC), China.Pseudomonas aeruginosa werd gekweekt onder aërobe omstandigheden bij 37°C in 250 ml kolven en 500 ml glazen elektrochemische cellen met behulp van Marine 2216E vloeibaar 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, 0016 6 NH26NH3, 3.0016 NH3 5,0 pepton, 1,0 gistextract en 0,1 ijzercitraat.Autoclaaf bij 121°C gedurende 20 minuten voorafgaand aan inoculatie.Tel sessiele en planktonische cellen met een hemocytometer onder een lichtmicroscoop bij een vergroting van 400x.De beginconcentratie van planktonische Pseudomonas aeruginosa onmiddellijk na inoculatie was ongeveer 106 cellen/ml.
Elektrochemische tests werden uitgevoerd in een klassieke glazen cel met drie elektroden met een gemiddeld volume van 500 ml.De platinaplaat en de verzadigde calomel-elektrode (SAE) werden met de reactor verbonden via Luggin-capillairen gevuld met zoutbruggen, die respectievelijk dienden als tegen- en referentie-elektroden.Voor de vervaardiging van werkelektroden werd aan elk monster een met rubber beklede koperdraad bevestigd en bedekt met epoxyhars, waarbij aan één kant ongeveer 1 cm2 onbeschermd gebied overbleef voor de werkelektrode.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 behulp van een Autolab-potentiostaat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., VS).LPR-tests 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 behulp van een aangelegde spanning van 5 mV bij steady-state Eocp.Vóór de potentiaalzwaai waren de elektroden in de inactieve modus totdat een stabiele waarde van het vrije corrosiepotentieel was bereikt.De polarisatiecurven werden vervolgens gemeten van -0,2 tot 1,5 V als functie van Eocp bij een scansnelheid van 0,166 mV/s.Elke test werd 3 keer herhaald met en zonder P. aeruginosa.
Monsters voor metallografische analyse werden mechanisch gepolijst met nat SiC-papier met een korrelgrootte van 2000 en vervolgens verder gepolijst met een 0,05 µm Al2O3-poedersuspensie voor optische observatie.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 3 keer gewassen met fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) en vervolgens gedurende 10 uur gefixeerd met 2,5% (v/v) glutaaraldehyde om biofilms te fixeren.Het werd vervolgens gedehydrateerd met batchgewijs ethanol (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% en 100% per volume) voordat het aan de lucht werd gedroogd.Ten slotte wordt een goudfilm op het oppervlak van het monster afgezet om geleidbaarheid te bieden voor SEM-observatie.SEM-beelden waren gericht op plekken met de meest 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 corrosieputten onder de biofilm te observeren, werd het testmonster eerst gereinigd volgens de Chinese National Standard (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) analyse werd uitgevoerd met behulp van 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 stap van 0,2 eV.
De geïncubeerde monsters werden verwijderd en voorzichtig gewassen met PBS (pH 7,4 ± 0,2) gedurende 15 s45.Om de bacteriële levensvatbaarheid van biofilms op monsters te observeren, werden biofilms gekleurd met behulp van 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 dat 3 µl SYTO-9 en 3 µl PI-oplossing bevatte gedurende 20 minuten bij kamertemperatuur (23°C) in het donker geïncubeerd.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 biofilmdikte 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.de wetenschap.6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosiescheuren van LDX 2101 duplex roestvrij staal in chlorideoplossingen in aanwezigheid van thiosulfaat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosiescheuren van LDX 2101 duplex roestvrij staal in chlorideoplossingen in aanwezigheid van thiosulfaat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. zet de LDX 2101 in het stopcontact. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosiescheuren van duplex roestvrij staal LDX 2101 in chlorideoplossingen in aanwezigheid van thiosulfaat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. en Zucchi, F. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. zet de LDX 2101 in het stopcontact. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosiescheuren van duplex roestvrij 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 roestvaststalen lassen. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effecten van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de weerstand tegen putcorrosie van hyperduplex roestvaststalen lassen.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS en Park, YS Effect van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de weerstand tegen putcorrosie van hyperduplex roestvaststalen 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 roestvaststalen lassen.koren.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 316L roestvrij staal. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Vergelijkende studie in de chemie van microbieel en elektrochemisch geïnduceerde putcorrosie van 316L roestvrij staal.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. en Lewandowski, Z. Vergelijkende chemische studie van microbiologische en elektrochemische pitting van 316L roestvrij staal. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. en Lewandowski, Z. Vergelijkende chemische studie van microbiologische en elektrochemisch geïnduceerde putjes in 316L roestvrij staal.koren.de wetenschap.45, 2577-2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Het elektrochemische gedrag van 2205 duplex roestvrij staal in alkalische oplossingen met verschillende pH in aanwezigheid van chloride. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Het elektrochemische gedrag van 2205 duplex roestvrij staal in alkalische oplossingen met verschillende pH in aanwezigheid van chloride.Luo H., Dong KF, Lee HG en Xiao K. Elektrochemisch gedrag van duplex roestvrij staal 2205 in alkalische oplossingen met verschillende pH in aanwezigheid van chloride. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Elektrochemisch gedrag van roestvrij staal in aanwezigheid van chloride bij verschillende pH in alkalische oplossing.Luo H., Dong KF, Lee HG en Xiao K. Elektrochemisch gedrag van duplex roestvrij staal 2205 in alkalische oplossingen met verschillende pH in aanwezigheid van chloride.Elektrochem.Tijdschrift.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 Weinig, BJ, Lee, JS & Ray, RILittle, BJ, Lee, JS en Ray, RI Effecten van mariene biofilms op corrosie: een kort overzicht.Elektrochem.Tijdschrift.54, 2-7 (2008).