Благодарим вас за посещение Nature.com. Версия браузера, которую вы используете, имеет ограниченную поддержку CSS. Для наилучшей работы мы рекомендуем вам использовать обновленный браузер (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). В то же время, чтобы обеспечить постоянную поддержку, мы будем отображать сайт без стилей и JavaScript.
Микробная коррозия (МИК) является серьезной проблемой во многих отраслях промышленности, поскольку она может привести к огромным экономическим потерям. Супердуплексная нержавеющая сталь 2707 (2707 HDSS) используется в морской среде из-за ее превосходной химической стойкости. Однако ее стойкость к МИК не была экспериментально продемонстрирована. В этом исследовании было изучено поведение МИК стали 2707 HDSS, вызванное морской аэробной бактерией Pseudomonas aeruginosa. Электрохимический анализ показал, что в присутствии биопленки Pseudomonas aeruginosa в среде 2216E наблюдалось положительное изменение коррозионного потенциала и увеличение плотности коррозионного тока. Анализ рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) показал снижение содержания Cr на поверхности образца под биопленкой. Анализ изображений ямок показал, что биопленка P. aeruginosa образовала максимальную глубину ямок 0,69 мкм в течение 14 дней инкубации. Хотя это небольшой, это указывает на то, что 2707 HDSS не полностью защищен от МИК биопленок P. aeruginosa.
Дуплексные нержавеющие стали (DSS) широко используются в различных отраслях промышленности благодаря идеальному сочетанию превосходных механических свойств и коррозионной стойкости1,2. Однако локализованная питтинговая коррозия все еще имеет место, и это влияет на целостность этой стали3,4. DSS не устойчива к микробной коррозии (MIC)5,6. Несмотря на широкий спектр применения DSS, все еще существуют среды, в которых коррозионная стойкость DSS недостаточна для долгосрочного использования. Это означает, что требуются более дорогие материалы с более высокой коррозионной стойкостью. Чон и др.7 обнаружили, что даже супердуплексные нержавеющие стали (SDSS) имеют некоторые ограничения с точки зрения коррозионной стойкости. Поэтому в некоторых областях применения требуются супердуплексные нержавеющие стали (HDSS) с более высокой коррозионной стойкостью. Это привело к разработке высоколегированных HDSS.
Коррозионная стойкость DSS зависит от соотношения альфа- и гамма-фаз и обедненных Cr, Mo и W областей 8, 9, 10, прилегающих ко второй фазе. HDSS содержит высокое содержание Cr, Mo и N11, поэтому он имеет превосходную коррозионную стойкость и высокое значение (45-50) эквивалентного числа стойкости к питтинговой коррозии (PREN), определяемое как вес.% Cr + 3,3 (вес.% Mo + 0,5 вес.% W) + 16 вес.% N12. Его превосходная коррозионная стойкость основана на сбалансированном составе, содержащем приблизительно 50% ферритной (α) и 50% аустенитной (γ) фаз, HDSS имеет лучшие механические свойства и более высокую стойкость, чем обычный DSS13. Свойства хлоридной коррозии. Улучшенная коррозионная стойкость расширяет использование HDSS в более агрессивных хлоридных средах, таких как морская среда.
MIC являются серьезной проблемой во многих отраслях промышленности, таких как нефтегазовая и водоснабжение14. MIC составляет 20% всех коррозионных повреждений15. MIC — это биоэлектрохимическая коррозия, которую можно наблюдать во многих средах. Биопленки, которые образуются на металлических поверхностях, изменяют электрохимические условия, тем самым влияя на процесс коррозии. Широко распространено мнение, что коррозия MIC вызывается биопленками. Электрогенные микроорганизмы разъедают металлы, чтобы получить поддерживающую энергию для выживания17. Недавние исследования MIC показали, что EET (внеклеточный перенос электронов) является фактором, ограничивающим скорость в MIC, вызванной электрогенными микроорганизмами. Чжан и др. 18 продемонстрировали, что электронные медиаторы ускоряют перенос электронов между клетками Desulfovibrio sessificans и нержавеющей сталью 304, что приводит к более серьезной атаке MIC. Эннинг и др. 19 и Венцлафф и др. 20 показали, что биопленки едких сульфатредуцирующих бактерий (SRB) могут напрямую поглощать электроны из металлических субстратов, что приводит к сильной точечной коррозии.
Известно, что DSS восприимчив к МИК в средах, содержащих SRB, железовосстанавливающие бактерии (IRB) и т. д. 21. Эти бактерии вызывают локализованные язвы на поверхностях DSS под биопленками 22,23. В отличие от DSS, МИК HDSS 24 изучена недостаточно.
Pseudomonas aeruginosa — это грамотрицательная подвижная палочковидная бактерия, которая широко распространена в природе25. Pseudomonas aeruginosa также является основной микробной группой в морской среде, вызывающей МИК стали. Pseudomonas тесно связана с процессами коррозии и признана пионером колонизации при формировании биопленки. Махат и др. 28 и Юань и др. 29 продемонстрировали, что Pseudomonas aeruginosa имеет тенденцию увеличивать скорость коррозии мягкой стали и сплавов в водной среде.
Основной целью данной работы было исследование свойств МИК 2707 HDSS, вызванных морской аэробной бактерией Pseudomonas aeruginosa, с использованием электрохимических методов, методов анализа поверхности и анализа продуктов коррозии. Для изучения поведения МИК 2707 HDSS были проведены электрохимические исследования, включая потенциал разомкнутой цепи (OCP), линейное поляризационное сопротивление (LPR), электрохимическую импедансную спектроскопию (EIS) и потенциальную динамическую поляризацию. Для поиска химических элементов на корродированной поверхности был проведен энергодисперсионный спектрометрический анализ (EDS). Кроме того, для определения стабильности пассивации оксидной пленки под воздействием морской среды, содержащей Pseudomonas aeruginosa, использовался анализ рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS). Глубина ямок измерялась с помощью конфокального лазерного сканирующего микроскопа (CLSM).
В таблице 1 приведен химический состав стали 2707 HDSS. В таблице 2 показано, что сталь 2707 HDSS обладает превосходными механическими свойствами с пределом текучести 650 МПа. На рисунке 1 показана оптическая микроструктура стали 2707 HDSS, подвергнутой термообработке на твердый раствор. В микроструктуре, содержащей около 50% аустенита и 50% феррита, можно увидеть удлиненные полосы фаз аустенита и феррита без вторичных фаз.
На рисунке 2а показаны данные о потенциале открытой цепи (Eocp) в зависимости от времени экспозиции для 2707 HDSS в абиотической среде 2216E и бульоне P. aeruginosa в течение 14 дней при 37 °C. Из рисунка видно, что наибольшее и значительное изменение Eocp происходит в течение первых 24 часов. Значения Eocp в обоих случаях достигли пика при -145 мВ (по сравнению с SCE) около 16 часов, а затем резко упали, достигнув -477 мВ (по сравнению с SCE) и -236 мВ (по сравнению с SCE) для абиотического образца и P, соответственно. Купоны Pseudomonas aeruginosa, соответственно. Через 24 часа значение Eocp 2707 HDSS для P. aeruginosa было относительно стабильным на уровне -228 мВ (по сравнению с SCE), тогда как соответствующее значение для небиологических образцов составляло приблизительно -442 мВ (по сравнению с SCE). Eocp в присутствии P. aeruginosa было довольно низким.
Электрохимическое тестирование 2707 образцов HDSS в абиотической среде и бульоне Pseudomonas aeruginosa при 37 °C:
(a) Eocp как функция времени экспозиции, (b) поляризационные кривые на 14-й день, (c) Rp как функция времени экспозиции и (d) icorr как функция времени экспозиции.
В таблице 3 приведены значения параметров электрохимической коррозии 2707 образцов HDSS, подвергавшихся воздействию абиотической среды и среды, инокулированной Pseudomonas aeruginosa, в течение 14 дней. Касательные анодных и катодных кривых были экстраполированы для получения пересечений, дающих плотность тока коррозии (icorr), потенциал коррозии (Ecorr) и наклоны Тафеля (βα и βc) в соответствии со стандартными методами30,31.
Как показано на рисунке 2б, смещение вверх кривой P. aeruginosa привело к увеличению Ecorr по сравнению с абиотической кривой. Значение icorr, пропорциональное скорости коррозии, увеличилось до 0,328 мкА см-2 в образце Pseudomonas aeruginosa, что в четыре раза больше, чем в небиологическом образце (0,087 мкА см-2).
LPR — классический неразрушающий электрохимический метод быстрого анализа коррозии. Он также использовался для изучения MIC32. На рисунке 2c показано поляризационное сопротивление (Rp) как функция времени воздействия. Более высокое значение Rp означает меньшую коррозию. В течение первых 24 часов Rp 2707 HDSS достигло максимального значения 1955 кОм см2 для абиотических образцов и 1429 кОм см2 для образцов Pseudomonas aeruginosa. На рисунке 2c также показано, что значение Rp быстро снизилось через один день, а затем оставалось относительно неизменным в течение следующих 13 дней. Значение Rp образца Pseudomonas aeruginosa составляет около 40 кОм см2, что намного ниже значения 450 кОм см2 небиологического образца.
Значение icorr пропорционально равномерной скорости коррозии. Его значение можно рассчитать по следующему уравнению Штерна-Гири:
Следуя работе Цзоу и др. 33, типичное значение наклона Тафеля B в этой работе предполагалось равным 26 мВ/дек. На рисунке 2d показано, что icorr небиологического образца 2707 оставался относительно стабильным, в то время как образец P. aeruginosa сильно колебался после первых 24 часов. Значения icorr образцов P. aeruginosa были на порядок выше, чем у небиологических контролей. Эта тенденция согласуется с результатами по сопротивлению поляризации.
EIS — еще один неразрушающий метод, используемый для характеристики электрохимических реакций на корродированных интерфейсах. Спектры импеданса и расчетные значения емкости образцов, подвергшихся воздействию абиотической среды и раствора Pseudomonas aeruginosa, сопротивление Rb пассивной пленки/биопленки, образованной на поверхности образца, сопротивление переноса заряда Rct, емкость двойного электрического слоя (EDL) Cdl и параметры элемента постоянной фазы (CPE) QCPE. Эти параметры были дополнительно проанализированы путем подгонки данных с использованием модели эквивалентной схемы (EEC).
На рисунке 3 показаны типичные графики Найквиста (a и b) и графики Боде (a' и b') 2707 образцов HDSS в абиотической среде и бульоне P. aeruginosa для разного времени инкубации. Диаметр кольца Найквиста уменьшается в присутствии Pseudomonas aeruginosa. График Боде (рис. 3b') показывает увеличение величины полного импеданса. Информация о постоянной времени релаксации может быть предоставлена ​​фазовыми максимумами. На рисунке 4 показаны физические структуры на основе монослоя (a) и бислоя (b) и соответствующие им EEC. CPE вводится в модель EEC. Его проводимость и импеданс выражаются следующим образом:
Две физические модели и соответствующие эквивалентные схемы для подгонки спектра импеданса образца HDSS 2707:
где Y0 — величина CPE, j — мнимое число или (-1)1/2, ω — угловая частота, а n — показатель мощности CPE, меньший единицы35. Величина, обратная сопротивлению переноса заряда (т. е. 1/Rct), соответствует скорости коррозии. Меньшее значение Rct означает более высокую скорость коррозии27. После 14 дней инкубации Rct образцов Pseudomonas aeruginosa достигло 32 кОм см2, что намного меньше 489 кОм см2 небиологических образцов (таблица 4).
Изображения CLSM и SEM на рисунке 5 ясно показывают, что покрытие биопленкой на поверхности образца 2707 HDSS через 7 дней является плотным. Однако через 14 дней покрытие биопленкой стало разреженным, и появилось несколько мертвых клеток. В таблице 5 показана толщина биопленки на образцах 2707 HDSS после воздействия P. aeruginosa в течение 7 и 14 дней. Максимальная толщина биопленки изменилась с 23,4 мкм через 7 дней до 18,9 мкм через 14 дней. Средняя толщина биопленки также подтвердила эту тенденцию. Она уменьшилась с 22,2 ± 0,7 мкм через 7 дней до 17,8 ± 1,0 мкм через 14 дней.
(a) 3-D CLSM-изображение через 7 дней, (b) 3-D CLSM-изображение через 14 дней, (c) СЭМ-изображение через 7 дней и (d) СЭМ-изображение через 14 дней.
Методом ЭДС были выявлены химические элементы в биопленках и продуктах коррозии образцов, подвергавшихся воздействию P. aeruginosa в течение 14 дней. На рисунке 6 показано, что содержание C, N, O и P в биопленках и продуктах коррозии намного выше, чем в голых металлах, поскольку эти элементы связаны с биопленками и их метаболитами. Микробам нужны только следовые количества хрома и железа. Высокие уровни Cr и Fe в биопленке и продуктах коррозии на поверхности образцов указывают на то, что металлическая матрица потеряла элементы из-за коррозии.
Через 14 дней в среде 2216E наблюдались ямки с P. aeruginosa и без нее. Перед инкубацией поверхность образца была гладкой и без дефектов (рис. 7а). После инкубации и удаления биопленки и продуктов коррозии самые глубокие ямки на поверхности образцов были исследованы с помощью CLSM, как показано на рисунках 7b и c. На поверхности небиологических контрольных образцов явных ямок обнаружено не было (максимальная глубина ямок 0,02 мкм). Максимальная глубина ямок, вызванных Pseudomonas aeruginosa, составила 0,52 мкм через 7 дней и 0,69 мкм через 14 дней, исходя из средней максимальной глубины ямок 3 образцов (для каждого образца было выбрано 10 значений максимальной глубины ямок), достигших 0,42 ± 0,12 мкм и 0,52 ± 0,15 мкм соответственно (таблица 5). Эти значения глубины питтингов невелики, но важны.
(a) До воздействия, (b) 14 дней в абиотической среде и (c) 14 дней в бульоне Pseudomonas aeruginosa.
На рисунке 8 показаны спектры XPS различных поверхностей образцов, а химические составы, проанализированные для каждой поверхности, обобщены в таблице 6. В таблице 6 атомные проценты Fe и Cr в присутствии P. aeruginosa (образцы A и B) были намного ниже, чем в небиологических контрольных образцах (образцы C и D). Для образца P. aeruginosa спектральная кривая основного уровня Cr 2p была подогнана к четырем пиковым компонентам со значениями энергии связи (BE) 574,4, 576,6, 578,3 и 586,8 эВ, которые можно отнести к Cr, Cr2O3, CrO3 и Cr(OH)3 соответственно (рис. 9a и b). Для небиологических образцов спектр основного уровня Cr 2p содержит два основных пика для Cr (573,80 эВ для BE) и Cr2O3. (575,90 эВ для BE) на рис. 9c и d соответственно. Наиболее ярким различием между абиотическими образцами и образцами P. aeruginosa было присутствие Cr6+ и более высокой относительной доли Cr(OH)3 (BE 586,8 эВ) под биопленкой.
Широкие спектры XPS поверхности образца HDSS 2707 в двух средах составляют 7 и 14 дней соответственно.
(a) 7 дней воздействия P. aeruginosa, (b) 14 дней воздействия P. aeruginosa, (c) 7 дней в абиотической среде и (d) 14 дней в абиотической среде.
HDSS демонстрирует высокий уровень коррозионной стойкости в большинстве сред. Ким и др. 2 сообщили, что UNS S32707 HDSS был определен как высоколегированный DSS с PREN более 45. Значение PREN образца 2707 HDSS в этой работе составило 49. Это связано с его высоким содержанием хрома и высокими уровнями молибдена и никеля, которые полезны в кислых и высокохлоридных средах. Кроме того, хорошо сбалансированный состав и бездефектная микроструктура полезны для структурной стабильности и коррозионной стойкости. Однако, несмотря на его превосходную химическую стойкость, экспериментальные данные в этой работе показывают, что 2707 HDSS не полностью невосприимчив к MIC биопленок P. aeruginosa.
Электрохимические результаты показали, что скорость коррозии 2707 HDSS в бульоне P. aeruginosa значительно увеличилась через 14 дней по сравнению с небиологической средой. На рисунке 2а снижение Eocp наблюдалось как в абиотической среде, так и в бульоне P. aeruginosa в течение первых 24 часов. После этого биопленка полностью покрывает поверхность образца, и Eocp становится относительно стабильным36. Однако уровень биологического Eocp был намного выше, чем небиологического Eocp. Есть основания полагать, что эта разница связана с образованием биопленки P. aeruginosa. На рисунке 2d в присутствии P. aeruginosa значение icorr 2707 HDSS достигло 0,627 мкА см-2, что на порядок выше, чем у абиотического контроля (0,063 мкА см-2), что согласуется со значением Rct, измеренным с помощью EIS. В течение первых нескольких дней значения импеданса в бульоне P. aeruginosa увеличились из-за прикрепления клеток P. aeruginosa и образования биопленок. Однако, когда биопленка полностью покрывает поверхность образца, импеданс уменьшается. Защитный слой подвергается атаке в первую очередь из-за образования биопленок и метаболитов биопленки. Поэтому коррозионная стойкость со временем снижалась, а прикрепление P. aeruginosa вызывало локальную коррозию. Тенденции в абиотических средах были разными. Коррозионная стойкость небиологического контроля была намного выше соответствующего значения образцов, подвергнутых воздействию бульона P. aeruginosa. Кроме того, для абиотических образцов значение Rct 2707 HDSS достигло 489 кОм см2 на 14-й день, что в 15 раз превышало значение Rct (32 кОм см2) в присутствии P. aeruginosa. Поэтому 2707 HDSS обладает превосходной коррозионной стойкостью. в стерильной среде, но не устойчив к воздействию МИК биопленок P. aeruginosa.
Эти результаты также можно наблюдать из поляризационных кривых на рис. 2b. Анодное разветвление было приписано образованию биопленки Pseudomonas aeruginosa и реакциям окисления металла. В то же время катодная реакция представляет собой восстановление кислорода. Присутствие P. aeruginosa значительно увеличило плотность тока коррозии, примерно на порядок выше, чем в абиотическом контроле. Это указывает на то, что биопленка P. aeruginosa увеличивает локальную коррозию 2707 HDSS. Юань и др.29 обнаружили, что плотность тока коррозии сплава 70/30 Cu-Ni увеличилась под воздействием биопленки P. aeruginosa. Это может быть связано с биокатализом восстановления кислорода биопленками Pseudomonas aeruginosa. Это наблюдение также может объяснить МИК 2707 HDSS в этой работе. Аэробные биопленки также могут иметь меньше кислорода под собой. Поэтому неспособность повторно пассивировать поверхность металла кислородом может быть фактором, способствующим ВПК в этой работе.
Дикинсон и др. 38 предположили, что на скорость химических и электрохимических реакций может напрямую влиять метаболическая активность сессильных бактерий на поверхности образца и природа продуктов коррозии. Как показано на рисунке 5 и в таблице 5, как количество клеток, так и толщина биопленки уменьшились через 14 дней. Это можно разумно объяснить тем, что через 14 дней большинство сессильных клеток на поверхности 2707 HDSS погибло из-за истощения питательных веществ в среде 2216E или высвобождения ионов токсичных металлов из матрицы 2707 HDSS. Это ограничение пакетных экспериментов.
В этой работе биопленка P. aeruginosa способствовала локальному истощению Cr и Fe под биопленкой на поверхности 2707 HDSS (рис. 6). В таблице 6 показано снижение Fe и Cr в образце D по сравнению с образцом C, что указывает на то, что растворенное Fe и Cr, вызванное биопленкой P. aeruginosa, сохранялось более первых 7 дней. Среда 2216E используется для имитации морской среды. Она содержит 17700 ppm Cl-, что сопоставимо с содержанием в естественной морской воде. Присутствие 17700 ppm Cl- было основной причиной снижения Cr в 7- и 14-дневных абиотических образцах, проанализированных с помощью XPS. По сравнению с образцами P. aeruginosa, растворение Cr в абиотических образцах было намного меньше из-за сильной устойчивости 2707 HDSS к Cl− в абиотических средах. На рисунке 9 показано присутствие Cr6+ в пассивирующая пленка. Она может участвовать в удалении Cr со стальных поверхностей биопленками P. aeruginosa, как предполагают Чен и Клейтон.
Из-за роста бактерий значения pH среды до и после культивирования составили 7,4 и 8,2 соответственно. Таким образом, под биопленкой P. aeruginosa органическая кислотная коррозия вряд ли будет фактором, способствующим этой работе, из-за относительно высокого pH в основной среде. pH небиологической контрольной среды существенно не изменился (с начального 7,4 до конечного 7,5) в течение 14-дневного периода испытаний. Увеличение pH в среде инокуляции после инкубации было обусловлено метаболической активностью P. aeruginosa и, как было обнаружено, имело тот же эффект на pH в отсутствие тестовых полосок.
Как показано на рисунке 7, максимальная глубина ямок, вызванных биопленкой P. aeruginosa, составила 0,69 мкм, что намного больше, чем у абиотической среды (0,02 мкм). Это согласуется с электрохимическими данными, описанными выше. Глубина ямок 0,69 мкм более чем в десять раз меньше значения 9,5 мкм, полученного для 2205 DSS при тех же условиях. Эти данные показывают, что 2707 HDSS демонстрирует лучшую устойчивость к МИК по сравнению с 2205 DSS. Это не должно вызывать удивления, поскольку 2707 HDSS имеет более высокое содержание хрома, что обеспечивает более длительную пассивацию благодаря сбалансированной фазовой структуре без вредных вторичных осадков, что затрудняет депассивацию P. aeruginosa и затмение начальных точек.
В заключение следует отметить, что на поверхности стали 2707 HDSS в бульоне P. aeruginosa была обнаружена точечная коррозия под действием МИК по сравнению с незначительной точечным коррозией в абиотической среде. Эта работа показывает, что сталь 2707 HDSS имеет лучшую устойчивость к МИК, чем сталь 2205 DSS, но она не полностью защищена от МИК из-за биопленки P. aeruginosa. Эти результаты помогают в выборе подходящих нержавеющих сталей и оценке срока службы в морской среде.
Купон на 2707 HDSS предоставлен Школой металлургии Северо-Восточного университета (NEU) в Шэньяне, Китай. Элементный состав 2707 HDSS, который был проанализирован Отделом анализа и испытаний материалов NEU, показан в Таблице 1. Все образцы были обработаны на твердый раствор при температуре 1180 °C в течение 1 часа. Перед испытанием на коррозию монетовидный 2707 HDSS с верхней открытой поверхностью площадью 1 см2 был отполирован до зернистости 2000 с помощью бумаги из карбида кремния и дополнительно отполирован суспензией порошка Al2O3 0,05 мкм. Боковые стороны и дно защищены инертной краской. После сушки образцы были промыты стерильной деионизированной водой и стерилизованы 75% (об./об.) этанолом в течение 0,5 часа. Затем их высушивали на воздухе под ультрафиолетовым (УФ) светом в течение 0,5 часа перед использованием.
Штамм Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 был приобретен в Центре сбора морских культур города Сямынь (MCCC), Китай. Pseudomonas aeruginosa выращивали аэробно при температуре 37 °C в колбах объемом 250 мл и электрохимических стеклянных ячейках объемом 500 мл с использованием жидкой среды Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Циндао, Китай). Среда (г/л): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0,016 NH3, 0,016 NH3, 0,016 NaH2PO4, 5,0 пептона, 1,0 дрожжевого экстракта и 0,1 цитрата железа. Автоклавировать при 121 °C в течение 20 минут перед инокуляцией. Подсчитать сидячие и планктонные клетки с помощью гемоцитометра под световым микроскопом при 400-кратном увеличении. Начальная концентрация клеток планктонной Pseudomonas aeruginosa сразу после инокуляции составляла приблизительно 106 клеток/мл.
Электрохимические испытания проводились в классической трехэлектродной стеклянной ячейке со средним объемом 500 мл. Платиновый лист и насыщенный каломельный электрод (SCE) были подключены к реактору через капилляры Луггина, заполненные солевыми мостиками, которые служили в качестве противоэлектрода и электрода сравнения соответственно. Для изготовления рабочих электродов к каждому образцу была прикреплена медная проволока с резиновым покрытием и покрыта эпоксидной смолой, оставляя около 1 см2 открытой односторонней поверхности для рабочего электрода. Во время электрохимических измерений образцы помещались в среду 2216E и поддерживались при постоянной температуре инкубации (37 °C) в водяной бане. Данные OCP, LPR, EIS и динамической поляризации потенциала измерялись с помощью потенциостата Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., США). Тесты LPR регистрировались при скорости сканирования 0,125 мВ с-1 в диапазоне -5 и 5 мВ с Eocp и частотой дискретизации 1 Гц. EIS выполняли с синусоидальной волной в диапазоне частот от 0,01 до 10 000 Гц с использованием приложенного напряжения 5 мВ при устойчивом состоянии Eocp. Перед разверткой потенциала электроды находились в режиме разомкнутой цепи до тех пор, пока не было достигнуто стабильное значение свободного коррозионного потенциала. Затем строили кривые поляризации от -0,2 до 1,5 В относительно Eocp со скоростью сканирования 0,166 мВ/с. Каждый тест повторяли 3 раза с P. aeruginosa и без нее.
Образцы для металлографического анализа были механически отполированы влажной бумагой SiC зернистостью 2000, а затем дополнительно отполированы суспензией порошка Al2O3 0,05 мкм для оптического наблюдения. Металлографический анализ был выполнен с использованием оптического микроскопа. Образцы были протравлены 10%-ным раствором гидроксида калия 43.
После инкубации образцы промывали 3 раза фосфатно-солевым буферным раствором (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), а затем фиксировали 2,5% (об./об.) глутаральдегидом в течение 10 часов для фиксации биопленок. Затем его обезвоживали с помощью градуированной серии (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% и 100% об./об.) этанола перед сушкой на воздухе. Наконец, поверхность образца напыляли золотой пленкой для обеспечения проводимости для наблюдения с помощью СЭМ. Изображения СЭМ были сфокусированы на пятнах с наиболее сидячими клетками P. aeruginosa на поверхности каждого образца. Проведите анализ EDS для поиска химических элементов. Для измерения глубины ямок использовался конфокальный лазерный сканирующий микроскоп Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Германия). Для наблюдения за коррозионными ямками под биопленкой образец для испытаний сначала очищается в соответствии с китайским национальным стандартом (CNS) GB/T4334.4-2000 для удаления продуктов коррозии и биопленки с поверхности испытуемого образца.
Анализ методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS, система анализа поверхности ESCALAB250, Thermo VG, США) проводился с использованием монохроматического рентгеновского источника (линия алюминия Kα при энергии 1500 эВ и мощности 150 Вт) в широком диапазоне энергий связи 0 при стандартных условиях –1350 эВ. Спектры высокого разрешения регистрировались с использованием энергии пропускания 50 эВ и размера шага 0,2 эВ.
Инкубированные образцы были извлечены и осторожно промыты PBS (pH 7,4 ± 0,2) в течение 15 с45. Для наблюдения за бактериальной жизнеспособностью биопленок на образцах биопленки были окрашены с помощью набора LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Юджин, штат Орегон, США). В набор входят два флуоресцентных красителя: зеленый флуоресцентный краситель SYTO-9 и красный флуоресцентный краситель пропидий йодид (PI). В CLSM точки с флуоресцентным зеленым и красным представляют живые и мертвые клетки соответственно. Для окрашивания 1 мл смеси, содержащей 3 мкл SYTO-9 и 3 мкл раствора PI, инкубировали в течение 20 минут при комнатной температуре (23 oC) в темноте. После этого окрашенные образцы наблюдали на двух длинах волн (488 нм для живых клеток и 559 нм для мертвых клеток) с использованием Машина Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Япония). Толщина биопленки измерялась в режиме трехмерного сканирования.
Как цитировать эту статью: Ли, Х. и др. Микробная коррозия супердуплексной нержавеющей стали 2707 морской биопленкой Pseudomonas aeruginosa. Наука. Отчет 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Занотто, Ф., Грасси, В., Бальбо, А., Монтичелли, К. и Цукки, Ф. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в хлоридном растворе в присутствии тиосульфата. coros.science.80, 205–212 (2014).
Ким, СТ, Джанг, СХ, Ли, И.С. и Парк, Й.С. Влияние термической обработки на твердый раствор и азота в защитном газе на стойкость к точечной коррозии сварных швов супердуплексной нержавеющей стали. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Ши, X., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Сравнительное химическое исследование микробной и электрохимически индуцированной точечной коррозии в нержавеющей стали 316L. coros.science. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG и Xiao, K. Электрохимическое поведение дуплексной нержавеющей стали 2205 в щелочных растворах с различным pH в присутствии хлорида. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Литтл, Б.Дж., Ли, Дж.С. и Рэй, Р.И. Влияние морских биопленок на коррозию: краткий обзор. Электрохимический журнал. 54, 2-7 (2008).