Hvala, ker ste obiskali Nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS. Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali izklopite način združljivosti v Internet Explorerju). Medtem bomo zaradi zagotavljanja stalne podpore spletno mesto prikazali brez slogov in JavaScripta.
Mikrobna korozija (MIC) je resen problem v številnih panogah, saj lahko povzroči velike gospodarske izgube. Nerjaveče jeklo 2707 super duplex (2707 HDSS) se uporablja v morskih okoljih zaradi svoje odlične kemične odpornosti. Vendar pa njegova odpornost na MIC ni bila eksperimentalno dokazana. V tej študiji je bilo vloženo obnašanje MIC 2707 HDSS, ki ga povzroča morska aerobna bakterija Pseudomonas aeruginosa igated.Elektrokemična analiza je pokazala, da je v prisotnosti biofilma Pseudomonas aeruginosa v mediju 2216E prišlo do pozitivne spremembe korozijskega potenciala in povečanja gostote korozijskega toka. Analiza rentgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) je pokazala zmanjšanje vsebnosti Cr na površini vzorca pod biofilmom. Slikovna analiza jamic je pokazala, da biofil P. aeruginosa m je v 14 dneh inkubacije povzročil največjo globino jamice 0,69 μm. Čeprav je to malo, kaže, da 2707 HDSS ni popolnoma imun na MIC biofilmov P. aeruginosa.
Dupleksna nerjavna jekla (DSS) se pogosto uporabljajo v različnih panogah zaradi svoje idealne kombinacije odličnih mehanskih lastnosti in odpornosti proti koroziji1,2. Kljub temu se lokalizirana luknjičasta jekla še vedno pojavljajo in vplivajo na celovitost tega jekla3,4.DSS ni odporen proti mikrobni koroziji (MIC)5,6. Kljub širokemu spektru uporabe DSS še vedno obstajajo okolja, kjer odpornost DSS proti koroziji ni zadostna za dolgotrajno uporabo. pomeni, da so potrebni dražji materiali z višjo odpornostjo proti koroziji. Jeon in sodelavci7 so ugotovili, da imajo celo super dupleksna nerjavna jekla (SDSS) nekatere omejitve glede odpornosti proti koroziji. Zato so v nekaterih aplikacijah potrebna super dupleksna nerjavna jekla (HDSS) z večjo odpornostjo proti koroziji. To je privedlo do razvoja visoko legiranih HDSS.
Odpornost DSS proti koroziji je odvisna od razmerja faz alfa in gama ter območij 8, 9, 10, osiromašenih s Cr, Mo in W, ki mejijo na drugo fazo. HDSS vsebuje visoko vsebnost Cr, Mo in N11, zato ima odlično korozijsko odpornost in visoko vrednost (45-50) Ekvivalentnega števila odpornosti proti luknjam (PREN), določeno z masnim % Cr + 3,3 (mas. % Mo + 0,5 w t% W) + 16 mas.% N12. Njegova odlična odpornost proti koroziji temelji na uravnoteženi sestavi, ki vsebuje približno 50 % feritne (α) in 50 % avstenitne (γ) faze, HDSS ima boljše mehanske lastnosti in višjo odpornost kot običajni DSS13.Kloridne korozijske lastnosti. Izboljšana korozijska odpornost razširja uporabo HDSS v bolj korozivnih kloridnih okoljih, kot je morsko okolje.
MIC so velika težava v številnih panogah, kot so naftna in plinska podjetja ter vodovodna podjetja14. MIC predstavlja 20 % vse škode zaradi korozije15. MIC je bioelektrokemična korozija, ki jo lahko opazimo v številnih okoljih. Biofilmi, ki nastanejo na kovinskih površinah, spremenijo elektrokemične pogoje in tako vplivajo na proces korozije. Splošno prepričanje je, da korozijo MIC povzročajo biofilmi. Elektrogeni mikroorganizmi razjedajo kovino s pridobiti vzdrževalno energijo za preživetje17. Nedavne študije MIC so pokazale, da je EET (zunajcelični prenos elektronov) dejavnik, ki omejuje hitrost MIC, ki ga povzročajo elektrogeni mikroorganizmi. Zhang et al.18 je pokazalo, da elektronski mediatorji pospešijo prenos elektronov med celicami Desulfovibrio sessificans in nerjavnim jeklom 304, kar vodi do hujšega napada MIC. Enning et al.19 in Venzlaff et al.20 je pokazalo, da lahko biofilmi korozivnih sulfat-reducirajočih bakterij (SRB) neposredno absorbirajo elektrone iz kovinskih substratov, kar povzroči hudo luknjičasto korozijo.
Znano je, da je DSS dovzeten za MIC v okoljih, ki vsebujejo SRB, bakterije, ki reducirajo železo (IRB) itd. 21. Te bakterije povzročajo lokalizirane luknjičaste luknje na površinah DSS pod biofilmi 22, 23. Za razliko od DSS je MIC HDSS 24 slabo poznan.
Pseudomonas aeruginosa je gram-negativna gibljiva paličasta bakterija, ki je široko razširjena v naravi25. Pseudomonas aeruginosa je tudi glavna skupina mikrobov v morskem okolju, ki povzroča MIC jeklu. Pseudomonas je tesno vpleten v korozijske procese in je priznan kot pionir kolonizator med tvorbo biofilma. Mahat et al.28 in Yuan et al.29 je pokazalo, da je Pseudomonas aeruginosa nagnjena k povečanju stopnje korozije mehkega jekla in zlitin v vodnem okolju.
Glavni cilj tega dela je bil raziskati lastnosti MIC 2707 HDSS, ki jih povzroča morska aerobna bakterija Pseudomonas aeruginosa, z uporabo elektrokemijskih metod, površinskih analitskih tehnik in analize korozijskih produktov. Za študij so bile izvedene elektrokemijske študije, vključno s potencialom odprtega kroga (OCP), linearno polarizacijsko odpornostjo (LPR), elektrokemijsko impedančno spektroskopijo (EIS) in potencialno dinamično polarizacijo obnašanje MIC 2707 HDSS. Analiza z energijsko disperzivnim spektrometrom (EDS) je bila izvedena, da bi našli kemične elemente na korodirani površini. Poleg tega je bila analiza rentgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) uporabljena za določitev stabilnosti pasivacije oksidnega filma pod vplivom morskega okolja, ki vsebuje Pseudomonas aeruginosa. Globina jame je bila izmerjena pod konfokalnim laserskim vrstičnim mikroskopom (CLSM).
Tabela 1 navaja kemično sestavo 2707 HDSS. Tabela 2 kaže, da ima 2707 HDSS odlične mehanske lastnosti z mejo tečenja 650 MPa. Slika 1 prikazuje optično mikrostrukturo toplotno obdelane raztopine 2707 HDSS. V mikrostrukturi, ki vsebuje približno 50 % avstenita in 50 % feritne faze.
Slika 2a prikazuje potencial odprtega kroga (Eocp) v primerjavi s podatki o času izpostavljenosti za 2707 HDSS v abiotskem mediju 2216E in bujonu P. aeruginosa 14 dni pri 37 °C. Prikazuje, da se največja in pomembna sprememba Eocp zgodi v prvih 24 urah. Vrednosti Eocp so v obeh primerih dosegle vrh pri -145 mV (v primerjavi s SCE) okoli 16 ur in nato močno padle , ki je dosegel -477 mV (v primerjavi s SCE) oziroma -236 mV (v primerjavi s SCE) za abiotski vzorec oziroma P ).Kuponi Pseudomonas aeruginosa. Po 24 urah je bila vrednost Eocp 2707 HDSS za P. aeruginosa relativno stabilna pri -228 mV (v primerjavi s SCE), medtem ko je bila ustrezna vrednost za nebiološke vzorce približno -442 mV (v primerjavi s SCE). Eocp v prisotnosti P. aeruginosa je bil precej nizek.
Elektrokemijsko testiranje 2707 vzorcev HDSS v abiotskem mediju in bujonu Pseudomonas aeruginosa pri 37 °C:
(a) Eocp kot funkcija časa izpostavljenosti, (b) polarizacijske krivulje na dan 14, (c) Rp kot funkcija časa izpostavljenosti in (d) icorr kot funkcija časa izpostavljenosti.
Tabela 3 navaja vrednosti parametrov elektrokemične korozije 2707 vzorcev HDSS, ki so bili 14 dni izpostavljeni abiotskemu mediju in mediju, inokuliranemu s Pseudomonas aeruginosa. Tangente anodne in katodne krivulje so bile ekstrapolirane, da bi prišle do presečišč, ki dajejo gostoto korozijskega toka (icorr), korozijski potencial (Ecorr) in Tafelove naklone (βα in βc) po standardnih metodah30,31.
Kot je prikazano na sliki 2b, je premik krivulje P. aeruginosa navzgor povzročil povečanje Ecorr v primerjavi z abiotsko krivuljo. Vrednost icorr, ki je sorazmerna s stopnjo korozije, se je v vzorcu Pseudomonas aeruginosa povečala na 0,328 μA cm-2, kar je štirikrat več kot pri nebiološkem vzorcu (0,087 μA cm-2).
LPR je klasična nedestruktivna elektrokemična metoda za hitro analizo korozije. Uporabljena je bila tudi za preučevanje MIC32. Slika 2c prikazuje polarizacijski upor (Rp) kot funkcijo časa izpostavljenosti. Višja vrednost Rp pomeni manjšo korozijo. V prvih 24 urah je Rp 2707 HDSS dosegel največjo vrednost 1955 kΩ cm2 za abiotske vzorce in 1429 kΩ cm2 za Pseu vzorci domonas aeruginosa. Slika 2c prav tako prikazuje, da se je vrednost Rp po enem dnevu hitro zmanjšala in nato naslednjih 13 dni ostala relativno nespremenjena. Vrednost Rp vzorca Pseudomonas aeruginosa je približno 40 kΩ cm2, kar je veliko nižje od vrednosti 450 kΩ cm2 nebiološkega vzorca.
Vrednost icorr je sorazmerna z enakomerno stopnjo korozije. Njeno vrednost je mogoče izračunati iz naslednje Stern-Gearyjeve enačbe,
Po Zou et al.33 je bila tipična vrednost Tafelovega nagiba B v tem delu predpostavljena kot 26 mV/dec. Slika 2d prikazuje, da je icorr nebiološkega vzorca 2707 ostal relativno stabilen, medtem ko je vzorec P. aeruginosa po prvih 24 urah močno nihal. Vrednosti icorr vzorcev P. aeruginosa so bile za red velikosti višje od nebioloških Ta trend je skladen z rezultati polarizacijskega upora.
EIS je še ena nedestruktivna tehnika, ki se uporablja za karakterizacijo elektrokemičnih reakcij na korodiranih vmesnikih. Spektri impedance in izračunane vrednosti kapacitivnosti vzorcev, izpostavljenih abiotskim medijem in raztopini Pseudomonas aeruginosa, Rb odpornost pasivnega filma/biofilma, oblikovanega na površini vzorca, Rct odpornost na prenos naboja, Cdl električna dvoslojna kapacitivnost (EDL) in QCPE element s konstantno fazo (CPE) Ti parametri so bili nadalje analizirani s prilagajanjem podatkov z uporabo modela ekvivalentnega vezja (EEC).
Slika 3 prikazuje tipične Nyquistove krivulje (a in b) in Bodejeve krivulje (a' in b') 2707 vzorcev HDSS v abiotskem mediju in brozgi P. aeruginosa za različne inkubacijske čase. Premer Nyquistovega obroča se zmanjša v prisotnosti Pseudomonas aeruginosa. Bodejeva krivulja (slika 3b') kaže povečanje velikosti skupne impedance Podatke o relaksacijski časovni konstanti je mogoče zagotoviti s faznimi maksimumi. Slika 4 prikazuje fizikalne strukture, ki temeljijo na enoslojni (a) in dvoslojni (b), ter njihovih ustreznih EEC. CPE je uveden v model EEC. Njegova admitansa in impedanca sta izraženi kot sledi:
Dva fizična modela in ustrezna enakovredna vezja za prileganje impedančnega spektra vzorca 2707 HDSS:
kjer je Y0 velikost CPE, j je namišljeno število ali (-1)1/2, ω je kotna frekvenca in n je indeks moči CPE, manjši od enote35. Inverzna vrednost upora prenosa naboja (tj. 1/Rct) ustreza stopnji korozije. Manjši Rct pomeni hitrejšo stopnjo korozije27. Po 14 dneh inkubacije je Rct Pseudomonas aeruginosa so dosegli 32 kΩ cm2, kar je veliko manj kot 489 kΩ cm2 nebioloških vzorcev (tabela 4).
Slike CLSM in slike SEM na sliki 5 jasno kažejo, da je pokritost z biofilmom na površini vzorca 2707 HDSS po 7 dneh gosta. Vendar pa je bila po 14 dneh pokritost z biofilmom redka in pojavilo se je nekaj odmrlih celic. Tabela 5 prikazuje debelino biofilma na vzorcih 2707 HDSS po izpostavljenosti P. aeruginosa 7 in 14 dni. Največja debelina biofilma se je spremenila od 23,4 μm po 7 dneh na 18,9 μm po 14 dneh. Tudi povprečna debelina biofilma je potrdila ta trend. Zmanjšala se je z 22,2 ± 0,7 μm po 7 dneh na 17,8 ± 1,0 μm po 14 dneh.
(a) 3-D CLSM slika po 7 dneh, (b) 3-D CLSM slika po 14 dneh, (c) SEM slika po 7 dneh in (d) SEM slika po 14 dneh.
EDS je razkril kemične elemente v biofilmih in korozijskih produktih na vzorcih, ki so bili 14 dni izpostavljeni P. aeruginosa. Slika 6 prikazuje, da je vsebnost C, N, O in P v biofilmih in korozijskih produktih veliko višja kot v golih kovinah, ker so ti elementi povezani z biofilmi in njihovimi presnovki. Mikrobi potrebujejo le sledi kroma in železa. Visoke ravni Cr in Fe v biofilmu in korozijski produkti na površini vzorcev kažejo, da je kovinska matrica izgubila elemente zaradi korozije.
Po 14 dneh so v mediju 2216E opazili luknjičaste luknje s P. aeruginosa in brez njih. Pred inkubacijo je bila površina vzorca gladka in brez napak (slika 7a). Po inkubaciji in odstranitvi biofilma in produktov korozije so bile najgloblje jamice na površini vzorcev pregledane s CLSM, kot je prikazano na sliki 7b in c. Na površini ne-bi niso našli očitnih jamic. kontrolni vzorci (največja globina jamice 0,02 μm). Največja globina jamice, ki jo povzroča Pseudomonas aeruginosa, je bila 0,52 μm po 7 dneh in 0,69 μm po 14 dneh, na podlagi povprečne največje globine jamice 3 vzorcev (za vsak vzorec je bilo izbranih 10 največjih vrednosti globine jamice) je dosegla 0,42 ± 0,12 μm in 0,52 ± 0 .15 μm (tabela 5). Te vrednosti globine jame so majhne, ​​a pomembne.
(a) Pred izpostavitvijo, (b) 14 dni v abiotskem mediju in (c) 14 dni v bujonu Pseudomonas aeruginosa.
Slika 8 prikazuje spektre XPS različnih površin vzorcev, kemijske sestave, analizirane za vsako površino, pa so povzete v tabeli 6. V tabeli 6 so bili atomski odstotki Fe in Cr v prisotnosti P. aeruginosa (vzorca A in B) veliko nižji od tistih pri nebioloških kontrolnih vzorcih (vzorca C in D). Za vzorec P. aeruginosa je bila fit spektralna krivulja ravni jedra Cr 2p ted štiri komponente vrhov z vrednostmi vezavne energije (BE) 574,4, 576,6, 578,3 in 586,8 eV, ki jih je mogoče pripisati Cr, Cr2O3, CrO3 oziroma Cr(OH)3 (sl. 9a in b). Pri nebioloških vzorcih Cr 2p spekter jedrne ravni vsebuje dva glavna vrhova za Cr (573,80 eV za BE) in Cr2O3 (575,90 eV za BE) na sliki 9c oziroma d. Najbolj presenetljiva razlika med abiotskimi vzorci in vzorci P. aeruginosa je bila prisotnost Cr6+ in višji relativni delež Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) pod biofilmom.
Široki spektri XPS površine vzorca 2707 HDSS v obeh medijih so 7 dni oziroma 14 dni.
(a) 7 dni izpostavljenosti P. aeruginosa, (b) 14 dni izpostavljenosti P. aeruginosa, (c) 7 dni v abiotskem gojišču in (d) 14 dni v abiotskem gojišču.
HDSS kaže visoko stopnjo odpornosti proti koroziji v večini okolij. Kim et al.2 je poročal, da je bil UNS S32707 HDSS definiran kot visoko legiran DSS s PREN več kot 45. Vrednost PREN vzorca 2707 HDSS v tem delu je bila 49. To je posledica njegove visoke vsebnosti kroma ter visokih ravni molibdena in Ni, ki so koristni v kislih in visokokloridnih okoljih. Poleg tega sta dobro uravnotežena sestava in mikrostruktura brez napak uporabni za strukturo uralno stabilnost in odpornost proti koroziji. Kljub odlični kemični odpornosti pa eksperimentalni podatki v tem delu kažejo, da 2707 HDSS ni popolnoma imun na MIC biofilmov P. aeruginosa.
Elektrokemični rezultati so pokazali, da se je stopnja korozije 2707 HDSS v bujonu P. aeruginosa znatno povečala po 14 dneh v primerjavi z nebiološkim medijem. Na sliki 2a je bilo opaženo zmanjšanje Eocp tako v abiotskem mediju kot v bujonu P. aeruginosa v prvih 24 urah. Nato je biofilm popolnoma prekril površino vzorca in Eocp postane relativno stabilen36 Vendar pa je bila raven biološkega Eocp veliko višja kot pri nebiološkem Eocp. Obstaja razlog za domnevo, da je ta razlika posledica tvorbe biofilma P. aeruginosa. Na sliki 2d je v prisotnosti P. aeruginosa vrednost icorr 2707 HDSS dosegla 0,627 μA cm-2, kar je bilo za red velikosti višje od tiste pri abiotski kontroli (0,063). μA cm-2), kar je bilo skladno z vrednostjo Rct, izmerjeno z EIS. V prvih nekaj dneh so se vrednosti impedance v juhi P. aeruginosa povečale zaradi pritrditve celic P. aeruginosa in tvorbe biofilmov. Ko pa biofilm popolnoma prekrije površino vzorca, se impedanca zmanjša. Zaščitna plast je najprej napadena zaradi tvorbe biofilmov in metabolitov biofilma. korozijska odpornost se je sčasoma zmanjšala in pritrditev P. aeruginosa je povzročila lokalizirano korozijo. Trendi v abiotskih medijih so bili drugačni. Odpornost proti koroziji nebiološke kontrole je bila veliko višja od ustrezne vrednosti vzorcev, izpostavljenih bujonu P. aeruginosa. Poleg tega je za abiotske vzorce vrednost Rct 2707 HDSS dosegla 489 kΩ cm2 na 14. dan, kar je bil 15-krat večji od vrednosti Rct (32 kΩ cm2) v prisotnosti P. aeruginosa. Zato ima 2707 HDSS odlično korozijsko odpornost v sterilnem okolju, vendar ni odporen na napad MIC z biofilmi P. aeruginosa.
Te rezultate je mogoče opaziti tudi iz polarizacijskih krivulj na sliki 2b. Anodno razvejanje je bilo pripisano tvorbi biofilma Pseudomonas aeruginosa in reakcijam oksidacije kovin. Hkrati je katodna reakcija redukcija kisika. Prisotnost P. aeruginosa je močno povečala gostoto korozijskega toka, približno za red velikosti višje od abiotske kontrole. To kaže, da je P. aeruginos biofilm poveča lokalizirano korozijo 2707 HDSS. Yuan in drugi29 so ugotovili, da se je gostota korozijskega toka 70/30 zlitine Cu-Ni povečala pod izzivom biofilma P. aeruginosa. To je lahko posledica biokatalize zmanjšanja kisika z biofilmi Pseudomonas aeruginosa. Ta ugotovitev lahko pojasni tudi MIC 2707 HDSS v tem delu. Aero bic biofilmi imajo lahko pod seboj tudi manj kisika. Zato je lahko neuspeh pri ponovni pasivizaciji kovinske površine s kisikom dejavnik, ki prispeva k MIC v tem delu.
Dickinson et al.38 je predlagal, da lahko na hitrosti kemičnih in elektrokemičnih reakcij neposredno vpliva presnovna aktivnost sesilnih bakterij na površini vzorca in narava korozijskih produktov. Kot je prikazano na sliki 5 in tabeli 5, sta se število celic in debelina biofilma zmanjšala po 14 dneh. To je mogoče razumno razložiti, da je po 14 dneh večina sesilnih celic na površini 2707 HDSS umrla zaradi hranilne deformacije. nastanek v mediju 2216E ali sproščanje strupenih kovinskih ionov iz matrike 2707 HDSS. To je omejitev serijskih poskusov.
V tem delu je biofilm P. aeruginosa spodbujal lokalno izčrpavanje Cr in Fe pod biofilmom na površini 2707 HDSS (slika 6). V tabeli 6 je zmanjšanje Fe in Cr v vzorcu D v primerjavi z vzorcem C, kar kaže, da sta raztopljena Fe in Cr, ki ju povzroča biofilm P. aeruginosa, obstajala po prvih 7 dneh. Medij 2216E se uporablja za simulacijo morskega okolja. Vsebuje 17700 ppm Cl-, kar je primerljivo s tistim, ki ga najdemo v naravni morski vodi. Prisotnost 17700 ppm Cl- je bila glavni razlog za zmanjšanje Cr v 7- in 14-dnevnih abiotskih vzorcih, analiziranih z XPS. V primerjavi z vzorci P. aeruginosa je bilo raztapljanje Cr v abiotskih vzorcih veliko manjše zaradi močne odpornosti Cl− 2707 HDSS v biotskih okoljih. Slika 9 prikazuje prisotnost Cr6+ v pasivacijskem filmu. Morda je vključen v odstranjevanje Cr z jeklenih površin z biofilmi P. aeruginosa, kot sta predlagala Chen in Clayton.
Zaradi rasti bakterij so bile vrednosti pH medija pred gojenjem in po njem 7,4 oziroma 8,2. Zato pod biofilmom P. aeruginosa organska kislinska korozija verjetno ne bo prispevala k temu delu zaradi relativno visokega pH v razsutem mediju. pH nebiološkega kontrolnega medija se med 14. dnevno testno obdobje. Povišanje pH v inokulacijskem gojišču po inkubaciji je bilo posledica presnovne aktivnosti P. aeruginosa in ugotovljeno je bilo, da ima enak učinek na pH v odsotnosti testnih lističev.
Kot je prikazano na sliki 7, je bila največja globina jamice, ki jo je povzročil biofilm P. aeruginosa, 0,69 μm, kar je veliko več kot globina abiotskega medija (0,02 μm). To je skladno z zgoraj opisanimi elektrokemičnimi podatki. Globina jamice 0,69 μm je več kot desetkrat manjša od vrednosti 9,5 μm, sporočene za 2205 DSS pod enakimi pogoji. Ti podatki kažejo, da 27 07 HDSS kaže boljšo odpornost na MIC v primerjavi z 2205 DSS. To ne bi smelo biti presenečenje, saj ima 2707 HDSS višjo vsebnost kroma, ki zagotavlja dolgotrajnejšo pasivacijo, zaradi uravnotežene fazne strukture brez škodljivih sekundarnih oborin, zaradi česar je P. aeruginosa težje depasivirati in začeti mrk točk.
Skratka, na površini 2707 HDSS v brozgi P. aeruginosa je bila ugotovljena luknjičasta MIC v primerjavi z zanemarljivo luknjičasto luknjico v abiotskem mediju. To delo kaže, da ima 2707 HDSS boljšo odpornost na MIC kot 2205 DSS, vendar ni popolnoma imun na MIC zaradi biofilma P. aeruginosa. Te ugotovitve pomagajo pri izbiri primernih nerjavnih jekel in ocenjeni življenjski dobi za morsko okolje .
Kupon za 2707 HDSS je zagotovila Metalurška šola severovzhodne univerze (NEU) v Shenyangu na Kitajskem. Elementna sestava 2707 HDSS je prikazana v tabeli 1, ki jo je analiziral Oddelek za analizo in testiranje materialov NEU. Vsi vzorci so bili 1 uro obdelani v raztopini pri 1180 °C. Pred korozijskim testiranjem je bil 2707 HDSS v obliki kovanca z zgornjim eks. postavljena površina 1 cm2 je bila polirana do granulacije 2000 s papirjem iz silicijevega karbida in nadalje polirana z 0,05 μm praškasto suspenzijo Al2O3. Strani in dno so zaščiteni z inertno barvo. Po sušenju so bili vzorci sprani s sterilno deionizirano vodo in sterilizirani s 75% (v/v) etanolom 0,5 h. Nato so bili posušeni na zraku pod ultravijoličnimi žarki Pred uporabo pustite (UV) 0,5 ure.
Morski sev Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 je bil kupljen pri Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Kitajska. Pseudomonas aeruginosa je bila aerobno gojena pri 37 °C v 250 ml bučkah in 500 ml elektrokemičnih steklenih celicah z uporabo tekočega medija Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao). , Kitajska). Medij (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 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4, 5,0 peptona, 1,0 kvasnega ekstrakta in 0,1 železovega citrata. Avtoklavirajte pri 121 °C 20 minut pred inokulacijo. Preštejte sesilne in planktonske celice s hemocitometrom pod svetlobnim mikroskopom pri 400-kratni povečavi. Začetna celična koncentracija planktona Pseudomonas aer uginosa takoj po inokulaciji približno 106 celic/ml.
Elektrokemični testi so bili izvedeni v klasični stekleni celici s tremi elektrodami s srednjim volumnom 500 ml. Platinasta plošča in nasičena kalomelna elektroda (SCE) sta bili povezani z reaktorjem preko Lugginovih kapilar, napolnjenih s solnimi mostički, ki sta služili kot nasprotna in referenčna elektroda. Za izdelavo delovnih elektrod je bila na vsak vzorec pritrjena z gumo prevlečena bakrena žica in prekrita z epoksidom, pri čemer je ostalo približno 1 cm2 izpostavljene enostranske površine za delovno elektrodo. Med elektrokemičnimi meritvami so bili vzorci postavljeni v medij 2216E in vzdrževani pri konstantni inkubacijski temperaturi (37 °C) v vodni kopeli. Podatki o OCP, LPR, EIS in potencialni dinamični polarizaciji so bili izmerjeni s potenciostatom Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ZDA). Testi LPR so bili posneti pri hitrosti skeniranja 0 .125 mV s-1 v razponu od -5 in 5 mV z Eocp in frekvenco vzorčenja 1 Hz. EIS je bil izveden s sinusnim valom v frekvenčnem območju od 0,01 do 10.000 Hz z uporabo 5 mV uporabljene napetosti v stabilnem stanju Eocp. Pred potencialnim pometanjem so bile elektrode v načinu odprtega tokokroga, dokler ni bila dosežena stabilna vrednost potenciala proste korozije. Polarizacijske krivulje nato izvajali od -0,2 do 1,5 V glede na Eocp pri hitrosti skeniranja 0,166 mV/s. Vsak test smo ponovili 3-krat z in brez P. aeruginosa.
Vzorci za metalografsko analizo so bili mehansko polirani z mokrim SiC papirjem granulacije 2000 in nato dodatno polirani z 0,05 μm suspenzijo prahu Al2O3 za optično opazovanje. Metalografska analiza je bila izvedena z optičnim mikroskopom. Vzorci so bili jedkani z 10 mas. % raztopino kalijevega hidroksida 43.
Po inkubaciji so bili vzorci 3-krat sprani s fosfatno pufrano fiziološko raztopino (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) in nato fiksirani z 2,5 % (v/v) glutaraldehidom 10 ur, da se fiksirajo biofilmi. Nato je bil dehidriran s stopenjsko serijo (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % in 100 % v/v). v) etanola pred sušenjem na zraku. Končno je površina vzorca razpršena z zlatim filmom, da se zagotovi prevodnost za opazovanje SEM. Slike SEM so bile osredotočene na točke z najbolj sesilnimi celicami P. aeruginosa na površini vsakega vzorca. Izvedite analizo EDS, da poiščete kemične elemente. Za merjenje je bil uporabljen Zeissov konfokalni laserski skenirajoči mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Nemčija). globina jamice. Da bi opazili korozijske jamice pod biofilmom, je bil preskušanec najprej očiščen v skladu s kitajskim nacionalnim standardom (CNS) GB/T4334.4-2000, da se odstranijo produkti korozije in biofilm na površini preskušanca.
Analiza rentgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS, sistem za analizo površin ESCALAB250, Thermo VG, ZDA) je bila izvedena z uporabo monokromatskega vira rentgenskih žarkov (aluminijeva linija Kα pri 1500 eV energije in moči 150 W) v širokem območju vezavne energije 0 pri standardnih pogojih –1350 eV. Spektri visoke ločljivosti so bili posneti z uporabo energije prepusta 50 eV in 0,2 velikost koraka eV.
Inkubirane vzorce smo odstranili in nežno spirali s PBS (pH 7,4 ± 0,2) 15 s45. Za opazovanje bakterijske sposobnosti preživetja biofilmov na vzorcih smo biofilme obarvali s kompletom LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, ZDA). Komplet ima dve fluorescentni barvili, zeleno fluorescentno SY barvilo TO-9 in rdeče fluorescentno barvilo propidijevega jodida (PI). Pri CLSM pike s fluorescentno zeleno in rdečo barvo predstavljajo žive in mrtve celice. Za barvanje smo 1 ml mešanico, ki je vsebovala 3 μl SYTO-9 in 3 μl raztopine PI, inkubirali 20 minut pri sobni temperaturi (23 oC) v temi. Nato smo obarvane vzorce opazovali pri dveh valovnih dolžinah. ths (488 nm za žive celice in 559 nm za mrtve celice) z uporabo stroja Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonska). Debelina biofilma je bila izmerjena v načinu 3-D skeniranja.
Kako citirati ta članek: Li, H. et al. Mikrobna korozija nerjavečega jekla 2707 super duplex z morskim biofilmom Pseudomonas aeruginosa.science.Rep.6, 20190;doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Stresno korozijsko razpokanje dupleksnega nerjavnega jekla LDX 2101 v raztopini klorida v prisotnosti tiosulfata.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Učinek toplotne obdelave raztopine in dušika v zaščitnem plinu na odpornost proti jamičasti koroziji super dupleksnih zvarov iz nerjavečega jekla.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Primerjalna kemijska študija mikrobne in elektrokemično povzročene luknjičaste korozije v nerjavnem jeklu 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Elektrokemično obnašanje dupleksnega nerjavečega jekla 2205 v alkalnih raztopinah različnih pH v prisotnosti klorida. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Učinek morskih biofilmov na korozijo: jedrnat pregled. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).