Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com. Wersja przeglądarki, której używasz, ma ograniczoną obsługę CSS. Aby uzyskać najlepsze wrażenia, zalecamy korzystanie ze zaktualizowanej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w programie Internet Explorer). W międzyczasie, aby zapewnić ciągłą obsługę, będziemy renderować witrynę bez stylów i JavaScript.
Korozja mikrobiologiczna (MIC) stanowi poważny problem w wielu gałęziach przemysłu, ponieważ może prowadzić do ogromnych strat ekonomicznych. Stal nierdzewna super duplex 2707 (2707 HDSS) jest stosowana w środowiskach morskich ze względu na doskonałą odporność chemiczną. Jednak jej odporność na MIC nie została eksperymentalnie wykazana. W niniejszym badaniu zbadano zachowanie MIC 2707 HDSS wywołane przez morską bakterię tlenową Pseudomonas aeruginosa. Analiza elektrochemiczna wykazała, że ​​w obecności biofilmu Pseudomonas aeruginosa w środowisku 2216E następuje dodatnia zmiana potencjału korozyjnego i wzrost gęstości prądu korozyjnego. Analiza spektroskopii fotoelektronów rentgenowskich (XPS) wykazała spadek zawartości Cr na powierzchni próbki pod biofilmem. Wizualna analiza wżerów wykazała, że ​​biofilm P. aeruginosa wytworzył maksymalną głębokość wżerów wynoszącą 0,69 µm w ciągu 14 dni inkubacji. Choć jest to wartość niewielka, wskazuje ona, że ​​szczep 2707 HDSS nie jest całkowicie odporny na MIC biofilmu P. aeruginosa.
Stale nierdzewne duplex (DSS) są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu ze względu na doskonałe połączenie doskonałych właściwości mechanicznych i odporności na korozję1,2. Jednak nadal występują lokalne wżery, które wpływają na integralność tej stali3,4. DSS nie jest odporny na korozję mikrobiologiczną (MIC)5,6. Pomimo szerokiego zakresu zastosowań dla DSS, nadal istnieją środowiska, w których odporność na korozję DSS nie jest wystarczająca do długotrwałego użytkowania. Oznacza to, że wymagane są droższe materiały o wyższej odporności na korozję. Jeon i in.7 stwierdzili, że nawet stale nierdzewne super duplex (SDSS) mają pewne ograniczenia pod względem odporności na korozję. Dlatego w niektórych przypadkach wymagane są stale nierdzewne super duplex (HDSS) o wyższej odporności na korozję. Doprowadziło to do opracowania wysokostopowych HDSS.
Odporność na korozję DSS zależy od stosunku faz alfa i gamma i jest zubożona w Cr, Mo i W w regionach 8, 9, 10 sąsiadujących z drugą fazą. HDSS zawiera wysoką zawartość Cr, Mo i N11, dlatego ma doskonałą odporność na korozję i wysoką wartość (45-50) równoważnej liczby odporności na wżery (PREN) określonej przez wt.% Cr + 3,3 (wt.% Mo + 0,5 wt. .%W) + 16% wt. N12. Jego doskonała odporność na korozję zależy od zrównoważonego składu zawierającego około 50% faz ferrytycznych (α) i 50% austenitycznych (γ). HDSS ma lepsze właściwości mechaniczne i wyższą odporność na korozję chlorkową. Poprawiona odporność na korozję wydłuża okres użytkowania HDSS w bardziej agresywnych środowiskach chlorkowych, takich jak środowiska morskie.
MIC stanowią poważny problem w wielu gałęziach przemysłu, takich jak przemysł naftowy, gazowy i wodny14. MIC odpowiada za 20% wszystkich uszkodzeń korozyjnych15. MIC to bioelektrochemiczna korozja, którą można zaobserwować w wielu środowiskach. Biofilmy, które tworzą się na powierzchniach metali, zmieniają warunki elektrochemiczne, wpływając tym samym na proces korozji. Powszechnie uważa się, że korozja MIC jest powodowana przez biofilmy. Mikroorganizmy elektrogeniczne zjadają metale, aby uzyskać energię potrzebną do przetrwania17. Ostatnie badania MIC wykazały, że EET (pozakomórkowy transfer elektronów) jest czynnikiem ograniczającym szybkość MIC indukowanego przez mikroorganizmy elektrogeniczne. Zhang i in. 18 wykazali, że pośrednicy elektronów przyspieszają transfer elektronów między komórkami Desulfovibrio sessificans a stalą nierdzewną 304, co skutkuje poważniejszym atakiem MIC. Anning i in. 19 oraz Wenzlaff i in. 20 badań wykazało, że biofilmy żrących bakterii redukujących siarczany (SRB) mogą bezpośrednio absorbować elektrony z podłoży metalowych, co powoduje powstawanie poważnych wżerów.
Wiadomo, że DSS jest podatny na MIC w mediach zawierających SRB, bakterie redukujące żelazo (IRB) itp. 21 . Bakterie te powodują miejscowe wżery na powierzchni DSS pod biofilmami 22,23. W przeciwieństwie do DSS, MIC HDSS24 nie jest dobrze znany.
Pseudomonas aeruginosa to Gram-ujemna, ruchliwa, pałeczkowata bakteria, która jest szeroko rozpowszechniona w naturze25. Pseudomonas aeruginosa jest również główną grupą drobnoustrojów w środowisku morskim, powodującą podwyższone stężenia MIC. Pseudomonas bierze aktywny udział w procesie korozji i jest uznawana za pioniera kolonizatora podczas formowania biofilmu. Mahat i in. 28 oraz Yuan i in. 29 wykazali, że Pseudomonas aeruginosa ma tendencję do zwiększania szybkości korozji miękkiej stali i stopów w środowiskach wodnych.
Głównym celem tej pracy było zbadanie właściwości MIC 2707 HDSS wywołanych przez morską bakterię tlenową Pseudomonas aeruginosa przy użyciu metod elektrochemicznych, metod analizy powierzchni i analizy produktów korozji. Badania elektrochemiczne, w tym potencjał obwodu otwartego (OCP), rezystancja polaryzacji liniowej (LPR), spektroskopia impedancji elektrochemicznej (EIS) i polaryzacja dynamiczna potencjału, zostały przeprowadzone w celu zbadania zachowania MIC 2707 HDSS. Przeprowadzono analizę spektrometryczną dyspersji energii (EDS) w celu wykrycia pierwiastków chemicznych na skorodowanej powierzchni. Ponadto spektroskopia fotoelektronów rentgenowskich (XPS) została wykorzystana do określenia stabilności pasywacji warstwy tlenkowej pod wpływem środowiska morskiego zawierającego Pseudomonas aeruginosa. Głębokość wżerów mierzono pod konfokalnym mikroskopem skaningowym laserowym (CLSM).
Tabela 1 przedstawia skład chemiczny 2707 HDSS. Tabela 2 pokazuje, że 2707 HDSS ma doskonałe właściwości mechaniczne z granicą plastyczności 650 MPa. Na rys. 1 przedstawiono mikrostrukturę optyczną 2707 HDSS poddanego obróbce cieplnej w roztworze. W mikrostrukturze zawierającej około 50% faz austenitu i 50% faz ferrytu widoczne są wydłużone pasma faz austenitu i ferrytu bez faz wtórnych.
Na rys. 2a pokazano potencjał obwodu otwartego (Eocp) w funkcji czasu ekspozycji dla 2707 HDSS w abiotycznym podłożu 2216E i bulionie P. aeruginosa przez 14 dni w temperaturze 37°C. Pokazuje to, że największa i najbardziej znacząca zmiana Eocp występuje w ciągu pierwszych 24 godzin. Wartości Eocp w obu przypadkach osiągnęły szczyt na poziomie -145 mV (w porównaniu do SCE) około 16 h, a następnie gwałtownie spadły, osiągając -477 mV (w porównaniu do SCE) i -236 mV (w porównaniu do SCE) dla próbki abiotycznej. i P Pseudomonas aeruginosa kupony, odpowiednio). Po 24 godzinach wartość Eocp 2707 HDSS dla P. aeruginosa była stosunkowo stabilna na poziomie -228 mV (w porównaniu do SCE), podczas gdy odpowiadająca jej wartość dla próbek niebiologicznych wynosiła około -442 mV (w porównaniu do SCE). Eocp w obecności P. aeruginosa było dość niskie.
Badanie elektrochemiczne 2707 próbek HDSS w środowisku abiotycznym i bulionie Pseudomonas aeruginosa w temperaturze 37 °C:
(a) Eocp jako funkcja czasu ekspozycji, (b) krzywe polaryzacji w dniu 14, (c) Rp jako funkcja czasu ekspozycji oraz (d) icorr jako funkcja czasu ekspozycji.
Tabela 3 przedstawia parametry korozji elektrochemicznej 2707 próbek HDSS wystawionych na działanie mediów abiotycznych i zaszczepionych Pseudomonas aeruginosa przez okres 14 dni. Styczne krzywych anody i katody ekstrapolowano w celu uzyskania przecięć dających gęstość prądu korozyjnego (icorr), potencjał korozji (Ecorr) i nachylenie Tafela (βα i βc) zgodnie ze standardowymi metodami30,31.
Jak pokazano na rys. 2b, przesunięcie w górę krzywej P. aeruginosa spowodowało wzrost Ecorr w porównaniu do krzywej abiotycznej. Wartość icorr, która jest proporcjonalna do szybkości korozji, wzrosła do 0,328 µA cm-2 w próbce Pseudomonas aeruginosa, co jest wartością czterokrotnie większą niż w próbce niebiologicznej (0,087 µA cm-2).
LPR to klasyczna nieniszcząca elektrochemiczna metoda szybkiej analizy korozji. Była również stosowana do badania MIC32. Na rys. 2c pokazano rezystancję polaryzacji (Rp) jako funkcję czasu ekspozycji. Wyższa wartość Rp oznacza mniejszą korozję. W ciągu pierwszych 24 godzin Rp 2707 HDSS osiągnął szczyt na poziomie 1955 kΩ cm2 dla próbek abiotycznych i 1429 kΩ cm2 dla próbek Pseudomonas aeruginosa. Rysunek 2c pokazuje również, że wartość Rp gwałtownie spadła po jednym dniu, a następnie pozostała stosunkowo niezmieniona przez następne 13 dni. Wartość Rp próbki Pseudomonas aeruginosa wynosi około 40 kΩ cm2, co jest wartością znacznie niższą niż wartość 450 kΩ cm2 próbki niebiologicznej.
Wartość icorr jest proporcjonalna do równomiernej szybkości korozji. Jej wartość można obliczyć z następującego równania Sterna-Giriego:
Według Zoe et al. 33, typowa wartość nachylenia Tafela B w tej pracy została przyjęta jako 26 mV/dec. Rysunek 2d pokazuje, że icorr próbki niebiologicznej 2707 pozostał stosunkowo stabilny, podczas gdy próbka P. aeruginosa wykazywała duże wahania po pierwszych 24 godzinach. Wartości icorr próbek P. aeruginosa były o rząd wielkości wyższe niż wartości kontroli niebiologicznych. Ten trend jest zgodny z wynikami odporności na polaryzację.
EIS to kolejna nieniszcząca metoda stosowana do charakteryzowania reakcji elektrochemicznych na skorodowanych powierzchniach. Widma impedancji i obliczone wartości pojemności próbek wystawionych na działanie środowiska abiotycznego i roztworu Pseudomonas aeruginosa, opór pasywnej warstwy/biofilmu Rb utworzony na powierzchni próbki, opór przenoszenia ładunku Rct, pojemność podwójnej warstwy elektrycznej Cdl (EDL) i stałe parametry elementu fazowego QCPE (CPE). Parametry te zostały dalej przeanalizowane poprzez dopasowanie danych przy użyciu modelu obwodu równoważnego (EEC).
Na rys. 3 przedstawiono typowe wykresy Nyquista (a i b) i wykresy Bodego (a' i b') dla 2707 próbek HDSS w środowisku abiotycznym i bulionie P. aeruginosa dla różnych czasów inkubacji. Średnica pierścienia Nyquista zmniejsza się w obecności Pseudomonas aeruginosa. Wykres Bodego (rys. 3b') pokazuje wzrost całkowitej impedancji. Informacje o stałej czasu relaksacji można uzyskać z maksimów fazowych. Na rys. 4 przedstawiono struktury fizyczne oparte na monowarstwie (a) i dwuwarstwie (b) oraz odpowiadające im EEC. CPE jest wprowadzany do modelu EEC. Jego admitancja i impedancja są wyrażone następująco:
Dwa modele fizyczne i odpowiadające im obwody równoważne do dopasowania widma impedancji próbki 2707 HDSS:
gdzie Y0 jest wartością KPI, j jest liczbą urojoną lub (-1)1/2, ω jest częstotliwością kątową, n jest indeksem mocy KPI mniejszym niż jeden35. Inwersja rezystancji przeniesienia ładunku (tj. 1/Rct) odpowiada szybkości korozji. Im mniejszy Rct, tym wyższa szybkość korozji27. Po 14 dniach inkubacji Rct próbek Pseudomonas aeruginosa osiągnęło 32 kΩ cm2, co jest wartością znacznie niższą niż 489 kΩ cm2 próbek niebiologicznych (Tabela 4).
Obrazy CLSM i obrazy SEM na Rysunku 5 wyraźnie pokazują, że powłoka biofilmu na powierzchni próbki HDSS 2707 po 7 dniach jest gęsta. Jednak po 14 dniach pokrycie biofilmem było słabe i pojawiły się martwe komórki. Tabela 5 przedstawia grubość biofilmu na próbkach HDSS 2707 po narażeniu na P. aeruginosa przez 7 i 14 dni. Maksymalna grubość biofilmu zmieniła się z 23,4 µm po 7 dniach do 18,9 µm po 14 dniach. Średnia grubość biofilmu również potwierdziła tę tendencję. Zmniejszyła się z 22,2 ± 0,7 µm po 7 dniach do 17,8 ± 1,0 µm po 14 dniach.
(a) obraz 3-D CLSM po 7 dniach, (b) obraz 3-D CLSM po 14 dniach, (c) obraz SEM po 7 dniach i (d) obraz SEM po 14 dniach.
EMF ujawniło pierwiastki chemiczne w biofilmach i produktach korozji na próbkach wystawionych na działanie P. aeruginosa przez 14 dni. Na rys. 6 pokazano, że zawartość C, N, O i P w biofilmach i produktach korozji jest znacznie wyższa niż w czystych metalach, ponieważ pierwiastki te są związane z biofilmami i ich metabolitami. Mikroby potrzebują jedynie śladowych ilości chromu i żelaza. Wysokie poziomy Cr i Fe w biofilmie i produktach korozji na powierzchni próbek wskazują, że matryca metalowa utraciła pierwiastki z powodu korozji.
Po 14 dniach w podłożu 2216E zaobserwowano wżery z P. aeruginosa i bez niego. Przed inkubacją powierzchnia próbek była gładka i bez defektów (rys. 7a). Po inkubacji i usunięciu biofilmu i produktów korozji, najgłębsze wżery na powierzchni próbek zbadano przy użyciu CLSM, jak pokazano na rys. 7b i c. Nie znaleziono żadnych widocznych wżerów na powierzchni kontroli niebiologicznych (maksymalna głębokość wżerów 0,02 µm). Maksymalna głębokość wżerów spowodowana przez P. aeruginosa wynosiła 0,52 µm po 7 dniach i 0,69 µm po 14 dniach, w oparciu o średnią maksymalną głębokość wżerów z 3 próbek (dla każdej próbki wybrano 10 maksymalnych głębokości wżerów). Osiągnięto odpowiednio 0,42 ± 0,12 µm i 0,52 ± 0,15 µm (tabela 5). Wartości głębokości otworów są niewielkie, ale istotne.
(a) przed narażeniem, (b) 14 dni w środowisku abiotycznym i (c) 14 dni w bulionie Pseudomonas aeruginosa.
Na rys. Tabela 8 pokazuje widma XPS różnych powierzchni próbek, a skład chemiczny analizowany dla każdej powierzchni jest podsumowany w Tabeli 6. W Tabeli 6, procentowe zawartości atomowe Fe i Cr w obecności P. aeruginosa (próbki A i B) były znacznie niższe niż w przypadku kontroli niebiologicznych. (próbki C i D). W przypadku próbki P. aeruginosa, krzywa widmowa na poziomie jądra Cr 2p została dopasowana do czterech składowych szczytowych o energiach wiązania (BE) wynoszących odpowiednio 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, które można przypisać odpowiednio Cr, Cr2O3, CrO3. i Cr(OH)3 (Rys. 9a i b). W przypadku próbek niebiologicznych widmo głównego poziomu Cr 2p zawiera dwa główne piki dla Cr (573,80 eV dla BE) i Cr2O3 (575,90 eV dla BE) odpowiednio na rys. 9c i d. Najbardziej uderzającą różnicą między próbkami abiotycznymi a próbkami P. aeruginosa była obecność Cr6+ i wyższy względny udział Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) pod biofilmem.
Szerokie widma XPS powierzchni próbki 2707 HDSS w dwóch mediach wynoszą odpowiednio 7 i 14 dni.
(a) 7 dni narażenia na P. aeruginosa, (b) 14 dni narażenia na P. aeruginosa, (c) 7 dni w środowisku abiotycznym i (d) 14 dni w środowisku abiotycznym.
HDSS wykazuje wysoki poziom odporności na korozję w większości środowisk. Kim i in.2 podali, że HDSS UNS S32707 został zidentyfikowany jako wysokostopowy DSS o PREN większym niż 45. Wartość PREN próbki 2707 HDSS w tej pracy wynosiła 49. Wynika to z wysokiej zawartości chromu oraz wysokiej zawartości molibdenu i niklu, które są przydatne w środowiskach kwaśnych i środowiskach o wysokiej zawartości chlorków. Ponadto dobrze zbilansowany skład i wolna od defektów mikrostruktura są korzystne dla stabilności strukturalnej i odporności na korozję. Jednak pomimo doskonałej odporności chemicznej, dane eksperymentalne w tej pracy sugerują, że 2707 HDSS nie jest całkowicie odporny na wartości MIC biofilmu P. aeruginosa.
Wyniki elektrochemiczne wykazały, że szybkość korozji 2707 HDSS w bulionie P. aeruginosa znacznie wzrosła po 14 dniach w porównaniu ze środowiskiem niebiologicznym. Na rysunku 2a zaobserwowano spadek Eocp zarówno w środowisku abiotycznym, jak i w bulionie P. aeruginosa w ciągu pierwszych 24 godzin. Następnie biofilm całkowicie pokrywa powierzchnię próbki, a Eocp staje się stosunkowo stabilny36. Jednak biologiczny poziom Eocp był znacznie wyższy niż niebiologiczny poziom Eocp. Istnieją powody, aby sądzić, że ta różnica jest związana z tworzeniem biofilmów P. aeruginosa. Na rys. 2d w obecności P. aeruginosa wartość icorr 2707 HDSS osiągnęła 0,627 μA cm-2, co jest rzędem wielkości wyższym niż w przypadku kontroli abiotycznej (0,063 μA cm-2), co było zgodne z wartością Rct zmierzoną metodą EIS. W ciągu pierwszych kilku dni wartości impedancji w bulionie P. aeruginosa wzrosły z powodu przyłączenia komórek P. aeruginosa i tworzenia biofilmu. Jednak gdy biofilm całkowicie pokryje powierzchnię próbki, impedancja spada. Warstwa ochronna jest atakowana przede wszystkim z powodu tworzenia biofilmu i metabolitów biofilmu. W konsekwencji odporność na korozję zmniejszała się z czasem, a przyłączenie P. aeruginosa powodowało korozję lokalną. Tendencje w środowiskach abiotycznych były różne. Odporność na korozję kontroli niebiologicznej była znacznie wyższa niż odpowiadająca jej wartość próbek wystawionych na działanie bulionu P. aeruginosa. Ponadto w przypadku abiotycznych akcesji wartość Rct 2707 HDSS osiągnęła 489 kΩ cm2 w dniu 14, co jest 15 razy wyższe niż wartość Rct (32 kΩ cm2) w obecności P. aeruginosa. Zatem materiał 2707 HDSS charakteryzuje się doskonałą odpornością na korozję w środowisku sterylnym, ale nie jest odporny na wartości MIC biofilmu P. aeruginosa.
Te wyniki można również zaobserwować na krzywych polaryzacji na rys. 2b. Rozgałęzienia anodowe są związane z tworzeniem biofilmu Pseudomonas aeruginosa i reakcjami utleniania metali. W tym przypadku reakcją katodową jest redukcja tlenu. Obecność P. aeruginosa znacząco zwiększyła gęstość prądu korozji, około rzędu wielkości wyższą niż w kontroli abiotycznej. Wskazuje to, że biofilm P. aeruginosa zwiększa lokalną korozję 2707 HDSS. Yuan i in.29 odkryli, że gęstość prądu korozji stopu Cu-Ni 70/30 wzrosła pod wpływem biofilmu P. aeruginosa. Może to być spowodowane biokatalizą redukcji tlenu przez biofilmy Pseudomonas aeruginosa. Ta obserwacja może również wyjaśniać MIC 2707 HDSS w tej pracy. Może być również mniej tlenu pod tlenowymi biofilmami. Dlatego też odmowa ponownej pasywacji powierzchni metalu tlenem może być czynnikiem wpływającym na MIC w tej pracy.
Dickinson i in. 38 zasugerowali, że szybkość reakcji chemicznych i elektrochemicznych może być bezpośrednio zależna od aktywności metabolicznej bakterii siedzących na powierzchni próbki i natury produktów korozji. Jak pokazano na rysunku 5 i w tabeli 5, liczba komórek i grubość biofilmu zmniejszyły się po 14 dniach. Można to rozsądnie wyjaśnić faktem, że po 14 dniach większość komórek siedzących na powierzchni 2707 HDSS obumarła z powodu wyczerpania składników odżywczych w podłożu 2216E lub uwolnienia toksycznych jonów metali z matrycy 2707 HDSS. Jest to ograniczenie eksperymentów wsadowych.
W tej pracy biofilm P. aeruginosa przyczynił się do lokalnego zubożenia Cr i Fe pod biofilmem na powierzchni 2707 HDSS (rys. 6). Tabela 6 przedstawia redukcję Fe i Cr w próbce D w porównaniu do próbki C, co wskazuje, że rozpuszczone Fe i Cr spowodowane przez biofilm P. aeruginosa utrzymywały się przez pierwsze 7 dni. Środowisko 2216E jest używane do symulacji środowiska morskiego. Zawiera ono 17700 ppm Cl-, co jest porównywalne z jego zawartością w naturalnej wodzie morskiej. Obecność 17700 ppm Cl- była główną przyczyną spadku Cr w 7- i 14-dniowych próbkach abiotycznych analizowanych metodą XPS. W porównaniu do próbek P. aeruginosa, rozpuszczenie Cr w próbkach abiotycznych było znacznie mniejsze ze względu na silną odporność 2707 HDSS na chlor w warunkach abiotycznych. Na rys. 9 przedstawiono obecność Cr6+ w warstwie pasywującej. Może on brać udział w usuwaniu chromu z powierzchni stali przez biofilmy P. aeruginosa, jak sugerują Chen i Clayton.
Ze względu na wzrost bakterii, wartości pH podłoża przed i po uprawie wynosiły odpowiednio 7,4 i 8,2. Tak więc, poniżej biofilmu P. aeruginosa, mało prawdopodobne jest, aby korozja kwasowa organiczna przyczyniła się do tej pracy ze względu na stosunkowo wysokie pH w podłożu zbiorczym. pH niebiologicznego podłoża kontrolnego nie zmieniło się znacząco (od początkowego 7,4 do końcowego 7,5) w ciągu 14-dniowego okresu testowego. Wzrost pH w podłożu nasiennym po inkubacji był spowodowany aktywnością metaboliczną P. aeruginosa i stwierdzono, że ma taki sam wpływ na pH w przypadku braku pasków testowych.
Jak pokazano na rysunku 7, maksymalna głębokość wżerów spowodowana przez biofilm P. aeruginosa wynosiła 0,69 µm, co jest znacznie więcej niż głębokość wżerów w środowisku abiotycznym (0,02 µm). Jest to zgodne z danymi elektrochemicznymi opisanymi powyżej. Głębokość wżerów wynosząca 0,69 µm jest ponad dziesięć razy mniejsza niż wartość 9,5 µm zgłoszona dla 2205 DSS w tych samych warunkach. Dane te pokazują, że 2707 HDSS wykazuje lepszą odporność na MIC niż 2205 DSS. Nie powinno to być zaskoczeniem, ponieważ 2707 HDSS ma wyższe poziomy Cr, co zapewnia dłuższą pasywację, trudniejszą depasywację P. aeruginosa i ze względu na zrównoważoną strukturę fazową bez szkodliwych wtórnych wytrąceń powoduje powstawanie wżerów.
Podsumowując, na powierzchni 2707 HDSS w bulionie P. aeruginosa znaleziono wżery MIC w porównaniu do nieznacznych wżerów w środowisku abiotycznym. Niniejsza praca pokazuje, że 2707 HDSS ma lepszą odporność na MIC niż 2205 DSS, ale nie jest całkowicie odporny na MIC z powodu biofilmu P. aeruginosa. Wyniki te pomagają w wyborze odpowiednich stali nierdzewnych i przewidywanej żywotności dla środowiska morskiego.
Kupon na 2707 HDSS dostarczony przez Northeastern University (NEU) School of Metallurgy w Shenyang w Chinach. Skład pierwiastkowy 2707 HDSS przedstawiono w tabeli 1, która została przeanalizowana przez NEU Materials Analysis and Testing Department. Wszystkie próbki poddano obróbce w roztworze stałym w temperaturze 1180°C przez 1 godzinę. Przed badaniem korozji monetarny 2707 HDSS o górnej otwartej powierzchni 1 cm2 został wypolerowany do gradacji 2000 papierem ściernym z węglika krzemu, a następnie wypolerowany 0,05 µm zawiesiną proszku Al2O3. Boki i spód zabezpieczono obojętną farbą. Po wysuszeniu próbki umyto sterylną dejonizowaną wodą i wysterylizowano 75% (v/v) etanolem przez 0,5 godziny. Następnie wysuszono je na powietrzu w świetle ultrafioletowym (UV) przez 0,5 godziny przed użyciem.
Szczep Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 został zakupiony w Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Chiny. Pseudomonas aeruginosa hodowano w warunkach tlenowych w temperaturze 37° C w 250 ml kolbach i 500 ml szklanych ogniwach elektrochemicznych przy użyciu płynnego podłoża Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Chiny). Medium zawiera (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 6NH26NH3, 3,0016 NH3 5,0 pepton, 1,0 ekstrakt drożdżowy i 0,1 cytrynian żelaza. Autoklawować w 121°C przez 20 minut przed zaszczepieniem. Policzyć komórki siedzące i planktonowe za pomocą hemocytometru pod mikroskopem świetlnym przy powiększeniu 400x. Początkowe stężenie planktonicznej bakterii Pseudomonas aeruginosa bezpośrednio po zaszczepieniu wynosiło około 106 komórek/ml.
Badania elektrochemiczne przeprowadzono w klasycznej szklanej celi trójelektrodowej o objętości medium 500 ml. Platynowa blacha i nasycona elektroda kalomelowa (SAE) zostały podłączone do reaktora poprzez kapilary Luggina wypełnione mostkami solnymi, które służyły odpowiednio jako elektrody przeciwne i odniesienia. W celu wytworzenia elektrod roboczych do każdej próbki przymocowano gumowany drut miedziany i pokryto żywicą epoksydową, pozostawiając około 1 cm2 niezabezpieczonego obszaru dla elektrody roboczej po jednej stronie. Podczas pomiarów elektrochemicznych próbki umieszczono w medium 2216E i utrzymywano w stałej temperaturze inkubacji (37°C) w łaźni wodnej. Dane OCP, LPR, EIS i potencjalnej polaryzacji dynamicznej mierzono za pomocą potencjostatu Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). Testy LPR rejestrowano przy szybkości skanowania 0,125 mV s-1 w zakresie od -5 do 5 mV z Eocp i szybkością próbkowania 1 Hz. EIS przeprowadzano przy fali sinusoidalnej w zakresie częstotliwości od 0,01 do 10 000 Hz, stosując napięcie przyłożone 5 mV przy ustalonym Eocp. Przed przesunięciem potencjału elektrody znajdowały się w trybie bezczynności, aż do osiągnięcia stabilnej wartości potencjału wolnej korozji. Następnie mierzono krzywe polaryzacji od -0,2 do 1,5 V jako funkcję Eocp przy szybkości skanowania 0,166 mV/s. Każdy test powtarzano 3 razy z P. aeruginosa i bez niego.
Próbki do analizy metalograficznej polerowano mechanicznie mokrym papierem SiC o gradacji 2000, a następnie dodatkowo polerowano 0,05 µm zawiesiną proszku Al2O3 w celu obserwacji optycznej. Analizę metalograficzną wykonano przy użyciu mikroskopu optycznego. Próbki wytrawiono 10% wag. roztworem wodorotlenku potasu 43.
Po inkubacji próbki przemyto 3 razy buforowanym fosforanem roztworem soli fizjologicznej (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), a następnie utrwalono 2,5% (v/v) glutaraldehydem przez 10 godzin w celu utrwalenia biofilmu. Następnie odwodniono je partiami etanolu (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% objętościowo) przed wysuszeniem na powietrzu. Na koniec na powierzchnię próbki osadza się warstwę złota, aby zapewnić przewodność do obserwacji SEM. Obrazy SEM skupiono na punktach z najbardziej siedzącymi komórkami P. aeruginosa na powierzchni każdej próbki. Wykonano analizę EDS w celu znalezienia pierwiastków chemicznych. Do pomiaru głębokości wgłębienia użyto konfokalnego mikroskopu skaningowego laserowego Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Niemcy). Aby zaobserwować wżery korozyjne pod biofilmem, próbkę testową najpierw oczyszczono zgodnie z chińską normą krajową (CNS) GB/T4334.4-2000 w celu usunięcia produktów korozji i biofilmu z powierzchni próbki testowej.
Analizę metodą spektroskopii fotoelektronów rentgenowskich (XPS, system analizy powierzchni ESCALAB250, Thermo VG, USA) wykonano przy użyciu monochromatycznego źródła promieni rentgenowskich (linia Kα z aluminium o energii 1500 eV i mocy 150 W) w szerokim zakresie energii wiązania 0 w warunkach standardowych –1350 eV. Widma o wysokiej rozdzielczości rejestrowano przy użyciu energii transmisji 50 eV i kroku 0,2 eV.
Wyinkubowane próbki usunięto i delikatnie przemyto PBS (pH 7,4 ± 0,2) przez 15 s45. Aby zaobserwować żywotność bakterii w biofilmach na próbkach, biofilmy barwiono przy użyciu zestawu LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Zestaw zawiera dwa barwniki fluorescencyjne: zielony barwnik fluorescencyjny SYTO-9 i czerwony barwnik fluorescencyjny jodku propidyny (PI). W CLSM zielone i czerwone kropki fluorescencyjne oznaczają odpowiednio żywe i martwe komórki. Do barwienia 1 ml mieszanki zawierającej 3 µl SYTO-9 i 3 µl roztworu PI inkubowano przez 20 minut w temperaturze pokojowej (23°C) w ciemności. Następnie barwione próbki badano przy dwóch długościach fal (488 nm dla żywych komórek i 559 nm dla martwych komórek) przy użyciu aparatu Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonia). Grubość biofilmu mierzono w trybie skanowania 3D.
Jak cytować ten artykuł: Li, H. i in. Korozja mikrobiologiczna stali nierdzewnej super duplex 2707 powodowana przez morski biofilm Pseudomonas aeruginosa. the science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej typu duplex LDX 2101 w roztworach chlorkowych w obecności tiosiarczanu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej typu duplex LDX 2101 w roztworach chlorkowych w obecności tiosiarczanu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 w растворах хлоридов w присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej duplex LDX 2101 w roztworach chlorkowych w obecności tiosiarczanu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i 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 Stal nierdzewna 在福代sulfate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. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 w растворе хлорида w присутствии tisulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej duplex LDX 2101 w roztworze chlorkowym w obecności tiosiarczanu.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej w roztworze i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin stali nierdzewnej hiperduplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej w roztworze i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin stali nierdzewnej hiperduplex.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej w roztworze i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin stali nierdzewnej hiperduplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Informacje o produkcie Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej w roztworze i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin stali nierdzewnej superduplex.koros. nauka. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Porównawcze badanie chemiczne wżerów wywołanych mikrobiologicznie i elektrochemicznie w stali nierdzewnej 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Porównawcze badanie chemiczne wżerów wywołanych mikrobiologicznie i elektrochemicznie w stali nierdzewnej 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Porównawcze badanie chemiczne wżerów mikrobiologicznych i elektrochemicznych stali nierdzewnej 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. 微生物和电化学诱导的316L 不锈钢点蚀的化学比较研究. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Porównawcze badanie chemiczne wżerów mikrobiologicznych i elektrochemicznie indukowanych w stali nierdzewnej 316L.koros. nauka. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej dupleksowej 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorków. Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej dupleksowej 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorków.Luo H., Dong KF, Lee HG i Xiao K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej dupleksowej 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorków. Luo, H., Dong, CF, Li, XG i 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 i Xiao, K. 2205 Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej 双相 w obecności chlorków przy różnym pH w roztworze alkalicznym.Luo H., Dong KF, Lee HG i Xiao K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej dupleksowej 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorków.Elektrochem. Czasopismo. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmu morskiego na korozję: zwięzły przegląd. Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmu morskiego na korozję: zwięzły przegląd.Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmu morskiego na korozję: krótki przegląd. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Informacje o produkcie Mały, BJ, Lee, JS i Ray, RILittle, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmu morskiego na korozję: krótki przegląd.Elektrochem. Czasopismo. 54, 2-7 (2008).