Спасибо за посещение Nature.com. Версия браузера, которую вы используете, имеет ограниченную поддержку CSS. Для наилучшего опыта 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 изучалось поведение МИК 2707 HDSS, вызванное морской аэробной бактерией Pseudomonas aeruginosa. Электрохимический анализ показал, что в присутствии биопленки Pseudomonas aeruginosa в среде 2216E происходит положительное изменение коррозионного потенциала и увеличение плотности коррозионного тока. Анализ рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) показал снижение содержания Cr на поверхности образца под биопленкой. Визуальный анализ ямок показал, что биопленка P. aeruginosa образовала максимальную глубину ямок 0,69 мкм в течение 14 дней инкубации. Хотя это и мало, 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 происходит и 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. Jeon et al7 обнаружили, что даже супердуплексные нержавеющие стали (SDSS) имеют некоторые ограничения с точки зрения коррозионной стойкости. Поэтому в некоторых случаях 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 питтингу (PREN), определяемого по формуле: мас.% Cr + 3,3 (мас.% Mo + 0,5 мас.% W) + 16% мас. N12. Его превосходная коррозионная стойкость зависит от сбалансированного состава, содержащего приблизительно 50% ферритной (α) и 50% аустенитной (γ) фаз. HDSS имеет лучшие механические свойства и более высокую стойкость к хлоридной коррозии. Улучшенная коррозионная стойкость расширяет возможности использования HDSS в более агрессивных хлоридных средах, таких как морская среда.
MIC являются серьезной проблемой во многих отраслях промышленности, таких как нефтегазовая и водная промышленность14. 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 энергию, необходимую им 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 посредники 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 (СРБ) 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 локализованную ямчатость на поверхности DSS под биопленками22,23. В отличие от DSS, МИК HDSS24 не очень хорошо изучена.
Pseudomonas aeruginosa — это грамотрицательная, подвижная, палочковидная бактерия, которая широко распространена в природе25. Pseudomonas aeruginosa также является основной микробной группой в морской среде, вызывая повышенные концентрации МИК. Pseudomonas активно участвует в процессе коррозии и признана пионером-колонизатором во время формирования 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 MIC 2707 HDSS, вызванных морской аэробной бактерией Pseudomonas aeruginosa, с использованием электрохимических методов, методов анализа поверхности и анализа продуктов коррозии. Электрохимические исследования, включая потенциал разомкнутой цепи (OCP), линейное поляризационное сопротивление (LPR), электрохимическую импедансную спектроскопию (EIS) и потенциальную динамическую поляризацию, были выполнены для изучения поведения MIC 2707 HDSS. Энергодисперсионный спектрометрический анализ (EDS) был проведен для обнаружения химических элементов на корродированной поверхности. Кроме того, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) использовалась для определения стабильности пассивации оксидной пленки под воздействием морской среды, содержащей Pseudomonas aeruginosa. Глубина ямок измерялась с помощью конфокального лазерного сканирующего микроскопа (CLSM).
В таблице 1 показан химический состав стали 2707 HDSS. В таблице 2 показано, что сталь 2707 HDSS обладает превосходными механическими свойствами с пределом текучести 650 МПа. На рис. 1 показана оптическая микроструктура стали 2707 HDSS, подвергнутой термообработке на твердый раствор. В микроструктуре, содержащей около 50% аустенитной и 50% ферритной фаз, видны удлиненные полосы аустенитной и ферритной фаз без вторичных фаз.
На рис. 2а показан потенциал 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. Он показывает, что наибольшее и наиболее существенное 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 Pseudomonas aeruginosa купоны, соответственно). Через 24 часа значение Eocp 2707 HDSS для P. aeruginosa было относительно стабильным и составило -228 мВ (по сравнению с SCE), тогда как соответствующее значение для небиологических образцов составило приблизительно -442 мВ (по сравнению с SCE). Eocp в присутствии P. aeruginosa был довольно низким.
Электрохимическое исследование 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.
Таблица 3 показывает параметры электрохимической коррозии 2707 образцов HDSS, подвергавшихся воздействию абиотических и инокулированных Pseudomonas aeruginosa сред в течение 14 дней. Касательные анодных и катодных кривых были экстраполированы для получения пересечений, дающих плотность тока коррозии (icorr), потенциал коррозии (Ecorr) и наклон Тафеля (βα и βc) в соответствии со стандартными методами30,31.
Как показано на рис. 2б, сдвиг вверх кривой P. aeruginosa привел 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 рис. 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 пика в 1955 кОм см2 для абиотических образцов и 1429 кОм см2 для образцов Pseudomonas aeruginosa. Рисунок 2c также показывает, 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 скорости равномерной коррозии. Его значение можно рассчитать по следующему уравнению Штерна-Гири:
Согласно Zoe et al. 33, типичное значение наклона Тафеля B в этой работе было принято равным 26 мВ/дек. Рисунок 2d показывает, 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 поляризационного сопротивления.
EIS — еще один неразрушающий метод, используемый для характеристики электрохимических реакций на корродированных поверхностях. Спектры импеданса и расчетные значения емкости образцов, подвергавшихся воздействию абиотической среды и раствора Pseudomonas aeruginosa, пассивное сопротивление пленки/биопленки Rb, образованное на поверхности образца, сопротивление переноса заряда Rct, электрическая емкость двойного слоя Cdl (EDL) и постоянные параметры фазового элемента QCPE (CPE). Эти параметры были дополнительно проанализированы путем подгонки данных с использованием модели эквивалентной схемы (EEC).
На рис. 3 показаны типичные графики Найквиста (a и b) и графики Боде (a' и b') для 2707 образцов HDSS в абиотических средах и бульоне P. aeruginosa для разного времени инкубации. Диаметр кольца Найквиста уменьшается в присутствии Pseudomonas aeruginosa. График Боде (рис. 3b') показывает увеличение общего импеданса. Информацию о постоянной времени релаксации можно получить из фазовых максимумов. На рис. 4 показаны физические структуры на основе монослоя (a) и бислоя (b) и соответствующие 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 2707 HDSS:
где Y0 — значение KPI, j — мнимое число или (-1)1/2, ω — угловая частота, n — показатель мощности KPI, меньший единицы35. Инверсия сопротивления переносу заряда (т. е. 1/Rct) соответствует скорости коррозии. Чем меньше Rct, тем выше скорость коррозии27. Через 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 биопленки на поверхности образца HDSS 2707 через 7 дней плотное. Однако через 14 дней покрытие биопленкой было слабым, и появились некоторые мертвые клетки. Таблица 5 показывает толщину биопленки на образцах HDSS 2707 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) SEM-изображение через 7 дней и (d) SEM-изображение через 14 дней.
ЭМП выявило химические элементы в биопленках и продуктах коррозии на образцах, подвергавшихся воздействию P. aeruginosa в течение 14 дней. На рис. Рисунок 6 показывает, что содержание C, N, O и P в биопленках и продуктах коррозии значительно выше, чем в чистых 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 были обнаружены ямки с P. aeruginosa и без нее. До инкубации поверхность образцов 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 рис. 7b и c. На поверхности небиологических контролей не было обнаружено очевидных ямок (максимальная глубина ямок 0,02 мкм). Максимальная глубина ямок, вызванных P. aeruginosa, составила 0,52 мкм через 7 дней и 0,69 мкм через 14 дней, на основе средней максимальной глубины ямок из 3 образцов (для каждого образца было выбрано 10 максимальных глубин ямок). Достижение 0,42 ± 0,12 мкм и 0,52 ± 0,15 мкм соответственно (таблица 5). Эти значения глубины отверстий небольшие, но важные.
(а) до воздействия, (б) 14 дней в абиотической среде и (в) 14 дней в бульоне Pseudomonas aeruginosa.
На рис. Таблица 8 показывает спектры XPS различных поверхностей образцов, а химический состав, проанализированный для каждой поверхности, суммирован 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 контролях. (образцы C и D). Для образца P. aeruginosa спектральная кривая на уровне ядра Cr 2p была подогнана к четырем пиковым компонентам с энергиями 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 отличием между абиотическими образцами и образцами P. aeruginosa было присутствие Cr6+ и более высокая относительная доля Cr(OH)3 (BE 586,8 эВ) под биопленкой.
Широкие спектры РФЭС поверхности образца 2707 HDSS 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 HDSS UNS S32707 был идентифицирован как высоколегированный DSS с PREN более 45. Значение PREN образца 2707 HDSS в этой работе составило 49. Это связано с высоким содержанием хрома и высоким содержанием молибдена и никеля, которые полезны в кислых средах и средах с высоким содержанием хлоридов. 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 биопленки 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 биологический уровень Eocp был намного выше небиологического уровня Eocp. Есть основания полагать, что эта разница связана с образованием биопленок P. aeruginosa. На рис. 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 увеличивались 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. Следовательно, коррозионная стойкость со временем снижалась, а прикрепление P. aeruginosa вызывало локальную коррозию. Тенденции в абиотических средах были иными. 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 превышает значение Rct (32 кОм см2) в присутствии P. aeruginosa. Таким образом, 2707 HDSS обладает превосходной коррозионной стойкостью в стерильной среде, но не устойчив к МПК биопленок P. aeruginosa.
Эти результаты также можно наблюдать из поляризационных кривых на рис. 2b. Анодное разветвление было связано с образованием биопленки Pseudomonas aeruginosa и реакциями окисления металла. В этом случае катодной реакцией является 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 усиливает локальную коррозию 2707 HDSS. Юань и др.29 обнаружили, что плотность тока коррозии сплава Cu-Ni 70/30 увеличилась под действием биопленки P. aeruginosa. Это может быть связано с биокатализом восстановления кислорода биопленками Pseudomonas aeruginosa. Это наблюдение также может объяснить MIC 2707 HDSS в этой работе. Под аэробными биопленками также может быть меньше кислорода. Поэтому отказ от повторной пассивации поверхности металла кислородом может быть фактором, способствующим МИК в данной 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, количество клеток и толщина биопленки уменьшились через 14 дней. Это можно разумно объяснить тем фактом, 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). Таблица 6 показывает снижение Fe и Cr в образце D по сравнению с образцом C, что указывает на то, что растворенные Fe и Cr, вызванные биопленкой P. aeruginosa, сохранялись в течение первых 7 дней. Среда 2216E используется для имитации морской среды. Она содержит 17700 ppm Cl-, что сопоставимо с его 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 хлору в абиотических условиях. На рис. 9 показано присутствие Cr6+ в пассивирующей пленке. Он может участвовать в удалении хрома со стальных поверхностей биопленками P. aeruginosa, как предполагают Чен и Клейтон.
Из-за роста бактерий значения pH среды до и после культивирования составляли 7,4 и 8,2 соответственно. Таким образом, под биопленкой P. aeruginosa органическая кислотная коррозия вряд ли будет способствовать 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 посевной среде 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, чем 2205 DSS. Это не должно вызывать удивления, поскольку 2707 HDSS имеет более высокие уровни Cr, что обеспечивает более длительную пассивацию, более сложную для депассивации P. aeruginosa, и из-за своей сбалансированной фазовой структуры без вредного вторичного осаждения вызывает ямки.
В заключение, на поверхности 2707 HDSS в бульоне P. aeruginosa были обнаружены ямки MIC по сравнению с незначительными ямками в абиотической среде. Эта работа показывает, что 2707 HDSS имеет лучшую устойчивость к MIC, чем 2205 DSS, но он не полностью невосприимчив к MIC из-за биопленки P. aeruginosa. Эти результаты помогают в выборе подходящих нержавеющих сталей и ожидаемой продолжительности жизни в морской среде.
Купон на 2707 HDSS, предоставленный Северо-восточным университетом (NEU) Школой металлургии в Шэньяне, Китай. Элементный состав 2707 HDSS показан в Таблице 1, которая была проанализирована Отделом анализа и испытаний материалов NEU. Все образцы были обработаны для твердого раствора при 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 наждачной бумагой из карбида кремния, а затем отполирован порошковой суспензией 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 морской Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 был приобретен в Центре сбора морских культур города Сямынь (MCCC), Китай. Pseudomonas aeruginosa выращивали в аэробных условиях при температуре 37° C в колбах объемом 250 мл и стеклянных электрохимических ячейках объемом 500 мл с использованием жидкой среды Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Циндао, Китай). Среда содержит (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 6NH26NH3, 3,0016 NH3 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 планктонных 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 (SAE) были подключены к реактору через капилляры Луггина, заполненные солевыми мостиками, которые служили противоэлектродом и электродом сравнения соответственно. Для изготовления рабочих электродов к каждому образцу прикрепляли прорезиненную медную проволоку и покрывали эпоксидной смолой, оставляя около 1 см2 незащищенной области для рабочего электрода с одной стороны. Во время электрохимических измерений образцы помещали в среду 2216E и выдерживали при постоянной температуре инкубации (37°C) в водяной бане. Данные OCP, LPR, EIS и динамической поляризации потенциала измеряли с помощью потенциостата Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., США). Тесты LPR регистрировали при скорости сканирования 0,125 мВ с-1 в диапазоне от -5 до 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 ожидания до достижения стабильного значения свободного коррозионного потенциала. Затем измеряли кривые поляризации от -0,2 до 1,5 В как функцию 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 фосфатным 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 дегидратировали порционным этанолом (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% и 100% по объему) перед сушкой на воздухе. Наконец, на поверхность образца наносили золотую пленку для обеспечения проводимости для наблюдения с помощью СЭМ. Снимки СЭМ фокусировались на точках 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 обнаружения коррозионных язв под биопленкой испытуемый образец был сначала очищен 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) проводили с использованием монохроматического источника рентгеновского излучения (линия алюминия Kα с энергией 1500 эВ и мощностью 150 Вт) в широком диапазоне энергий связи 0 при стандартных условиях –1350 эВ. Спектры высокого разрешения регистрировали с использованием энергии пропускания 50 эВ и шага 0,2 эВ.
Инкубированные образцы удаляли и осторожно промывали PBS (pH 7,4 ± 0,2) в течение 15 с45. Для наблюдения за жизнеспособностью бактерий в биопленках на образцах биопленки окрашивали с помощью набора LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Юджин, штат Орегон, США). Набор содержит два флуоресцентных красителя: зеленый флуоресцентный краситель SYTO-9 и красный флуоресцентный краситель пропидий йодид (PI). В CLSM флуоресцентные зеленые и красные точки 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 °C) в темноте. После этого окрашенные образцы исследовали на двух длинах волн (488 нм для живых клеток и 559 нм для мертвых клеток) с помощью аппарата Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Япония). Толщину биопленки измеряли в режиме 3D-сканирования.
Как цитировать эту статью: Ли, Х. и др. Микробная коррозия супердуплексной нержавеющей стали 2707 морской биопленкой Pseudomonas aeruginosa. Наука. 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 хлоридных растворах в присутствии тиосульфата. Занотто, Ф., Грасси, В., Бальбо, А., Монтичелли, К. и Цукки, Ф. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в хлоридных растворах в присутствии тиосульфата. Занотто Ф., Грасси В., Бальбо А., Монтичелли К. и Зукки Ф. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворах хлоридов в разработке тиосульфата. Занотто, Ф., Грасси, В., Бальбо, А., Монтичелли, К. и Цукки, Ф. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в хлоридных растворах в присутствии тиосульфата. Занотто Ф., Грасси В., Бальбо А., Монтичелли К. и Зукки Ф. 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。 Занотто Ф., Грасси В., Бальбо А., Монтичелли К. и Зукки Ф. LDX 2101 — нержавеющая сталь, сульфат, сульфат. Занотто Ф., Грасси В., Бальбо А., Монтичелли К. и Зукки Ф. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворе хлорида в разработке тиосульфата. 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, Я.С. Влияние термической обработки раствора и азота в защитном газе на стойкость к точечной коррозии сварных швов гипердуплексной нержавеющей стали. Ким, СТ, Джанг, СХ, Ли, И.С. и Парк, Я.С. Влияние термической обработки раствора и азота в защитном газе на стойкость к точечной коррозии сварных швов гипердуплексной нержавеющей стали.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 гипердуплексной нержавеющей стали. Ким, С.Т., Чан, Ш., Ли, И.С. и Пак, Ю.С. Ким, СТ, Джанг, Ш, Ли, ИСС и Пак, ЙСКим, 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.корос. наука. 53, 1939–1947 (2011).
Ши, X., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Сравнительное исследование химии микробиологически и электрохимически индуцированной точечной коррозии нержавеющей стали 316L. Ши, X., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Сравнительное исследование химии микробиологически и электрохимически индуцированной точечной коррозии нержавеющей стали 316L.Ши, X., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Сравнительное химическое исследование микробиологической и электрохимической питтинговой коррозии нержавеющей стали 316L. Ши, X., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Ши, X., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З.Ши, X., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Сравнительное химическое исследование микробиологической и электрохимически индуцированной точечной коррозии в нержавеющей стали 316L.корос. наука. 45, 2577–2595 (2003).
Луо, Х., Донг, К. Ф., Ли, С. Г. и Сяо, К. Электрохимическое поведение дуплексной нержавеющей стали 2205 в щелочных растворах с различным pH в присутствии хлорида. Луо, Х., Донг, К. Ф., Ли, С. Г. и Сяо, К. Электрохимическое поведение дуплексной нержавеющей стали 2205 в щелочных растворах с различным pH в присутствии хлорида.Ло Х., Донг К.Ф., Ли Х.Г. и Сяо К. Электрохимическое поведение дуплексной нержавеющей стали 2205 в щелочных растворах с различным pH в присутствии хлорида. Луо, Х., Донг, К.Ф., Ли, С.Г. и Сяо, К. 2205. Ло, Х., Донг, К. Ф., Ли, С. Г. и Сяо, К. 2205 Электрохимическое поведение нержавеющей стали в присутствии хлорида при различных значениях pH в щелочном растворе.Ло Х., Донг К.Ф., Ли Х.Г. и Сяо К. Электрохимическое поведение дуплексной нержавеющей стали 2205 в щелочных растворах с различным pH в присутствии хлорида.Электрохим. Журнал. 64, 211–220 (2012).
Литтл, Б.Дж., Ли, Дж.С. и Рэй, Р.И. Влияние морских биопленок на коррозию: краткий обзор. Литтл, Б.Дж., Ли, Дж.С. и Рэй, Р.И. Влияние морских биопленок на коррозию: краткий обзор.Литтл, Б.Дж., Ли, Дж.С. и Рэй, Р.И. Влияние морских биопленок на коррозию: краткий обзор. Литтл, Би Джей, Ли, Дж. С. и Рэй, Р.И. Литтл, Б.Дж., Ли, Дж.С. и Рэй, Р.И.Литтл, Б.Дж., Ли, Дж.С. и Рэй, Р.И. Влияние морских биопленок на коррозию: краткий обзор.Электрохим. Журнал. 54, 2-7 (2008).