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 onemogočite način združljivosti v Internet Explorerju). Medtem bomo za zagotovitev nadaljnje podpore spletno mesto prikazali brez slogov in JavaScripta.
Mikrobna korozija (MIC) je resen problem v številnih panogah, saj lahko povzroči ogromne gospodarske izgube. Super dupleks nerjaveče jeklo 2707 (2707 HDSS) se uporablja v morskem okolju zaradi svoje odlične kemične odpornosti. Vendar pa njegova odpornost na MIC še ni bila eksperimentalno dokazana. Ta študija je preučevala obnašanje MIC 2707 HDSS, ki ga povzroča morska aerobna bakterija Pseudomonas aeruginosa. Elektrokemijska analiza je pokazala, da v prisotnosti biofilma Pseudomonas aeruginosa v mediju 2216E pride 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. Vizualna analiza jamic je pokazala, da je biofilm P. aeruginosa v 14 dneh inkubacije ustvaril jamice z največjo globino 0,69 µm. Čeprav je to majhno, kaže, da 2707 HDSS ni popolnoma imun na MIC biofilmov P. aeruginosa.
Dupleksna nerjavna jekla (DSS) se pogosto uporabljajo v različnih panogah zaradi popolne kombinacije odličnih mehanskih lastnosti in odpornosti proti koroziji1,2. Vendar pa se še vedno pojavlja lokalizirano jamkanje, ki vpliva na celovitost tega jekla3,4. DSS ni odporen proti mikrobni koroziji (MIC)5,6. Kljub širokemu naboru uporab DSS še vedno obstajajo okolja, kjer korozijska odpornost DSS ni zadostna za dolgoročno uporabo. To pomeni, da so potrebni dražji materiali z višjo korozijsko odpornostjo. Jeon in sod.7 so ugotovili, da imajo tudi super dupleksna nerjavna jekla (SDSS) nekatere omejitve glede korozijske odpornosti. Zato so v nekaterih primerih potrebna super dupleksna nerjavna jekla (HDSS) z višjo korozijsko odpornostjo. To je privedlo do razvoja visoko legiranih HDSS.
Odpornost proti koroziji DSS je odvisna od razmerja med alfa in gama fazami ter je osiromašena s Cr, Mo in W v območjih 8, 9, 10, ki mejijo na drugo fazo. HDSS vsebuje visoko vsebnost Cr, Mo in N11, zato ima odlično odpornost proti koroziji in visoko vrednost (45–50) ekvivalentnega števila odpornosti proti jamkam (PREN), določenega z mas. % Cr + 3,3 (mas. % Mo + 0,5 mas. % W) + 16 mas. % N12. Njegova odlična odpornost proti koroziji je odvisna od uravnotežene sestave, ki vsebuje približno 50 % feritne (α) in 50 % avstenitne (γ) faze. HDSS ima boljše mehanske lastnosti in večjo odpornost proti kloridni koroziji. Izboljšana odpornost proti koroziji omogoča uporabo HDSS v bolj agresivnih kloridnih okoljih, kot so morska okolja.
MIC so velik problem v številnih panogah, kot sta naftna, plinska in vodna industrija14. MIC predstavlja 20 % vse korozijske škode15. MIC je bioelektrokemična korozija, ki jo lahko opazimo v številnih okoljih. Biofilmi, ki nastanejo na kovinskih površinah, spreminjajo elektrokemične pogoje in s tem vplivajo na proces korozije. Splošno prepričanje je, da korozijo MIC povzročajo biofilmi. Elektrogeni mikroorganizmi razjedajo kovine, da pridobijo energijo, ki jo potrebujejo za preživetje17. Nedavne študije MIC so pokazale, da je EET (zunajcelični prenos elektronov) dejavnik, ki omejuje hitrost MIC, ki ga povzročajo elektrogeni mikroorganizmi. Zhang in sod.18 so pokazali, da elektronski posredniki pospešijo prenos elektronov med celicami Desulfovibrio sessificans in nerjavnim jeklom 304, kar povzroči hujši napad MIC. Anning in sod.19 ter Wenzlaff in sod.20 so pokazali, da lahko biofilmi korozivnih sulfatno reducirajočih bakterij (SRB) neposredno absorbirajo elektrone iz kovinskih substratov, kar povzroči hudo korozijo.
Znano je, da je DSS občutljiv na MIC v medijih, ki vsebujejo SRB, železo reducirajoče bakterije (IRB) itd.21. Te bakterije povzročajo lokalizirano jamkanje na površini DSS pod biofilmi22,23. Za razliko od DSS MIC HDSS24 ni dobro znan.
Pseudomonas aeruginosa je gramnegativna, gibljiva, paličasta bakterija, ki je široko razširjena v naravi25. Pseudomonas aeruginosa je tudi pomembna mikrobna skupina v morskem okolju, ki povzroča povišane koncentracije MIC. Pseudomonas aktivno sodeluje v procesu korozije in velja za pionirskega kolonizatorja med nastajanjem biofilma. Mahat in sod.28 ter Yuan in sod.29 so pokazali, da Pseudomonas aeruginosa ponavadi poveča hitrost korozije mehkega jekla in zlitin v vodnem okolju.
Glavni cilj tega dela je bil raziskati lastnosti MIC 2707 HDSS, ki ga povzroča morska aerobna bakterija Pseudomonas aeruginosa, z uporabo elektrokemijskih metod, metod površinske analize in analize produktov korozije. Za preučevanje obnašanja MIC 2707 HDSS so bile izvedene elektrokemijske študije, vključno s potencialom odprtega tokokroga (OCP), linearno polarizacijsko upornostjo (LPR), elektrokemijsko impedančno spektroskopijo (EIS) in potencialno dinamično polarizacijo. Za zaznavanje kemičnih elementov na korodirani površini je bila izvedena energijsko disperzijska spektrometrična analiza (EDS). Poleg tega je bila za določitev stabilnosti pasivizacije oksidnega filma pod vplivom morskega okolja, ki vsebuje Pseudomonas aeruginosa, uporabljena rentgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS). Globina jamic je bila izmerjena s konfokalnim laserskim vrstičnim mikroskopom (CLSM).
Tabela 1 prikazuje kemijsko sestavo 2707 HDSS. Tabela 2 kaže, da ima 2707 HDSS odlične mehanske lastnosti z mejo tečenja 650 MPa. Na sliki 1 je prikazana optična mikrostruktura 2707 HDSS, obdelanega s toplotno raztopino. V mikrostrukturi, ki vsebuje približno 50 % avstenitne in 50 % feritne faze, so vidni podolgovati pasovi avstenitne in feritne faze brez sekundarnih faz.
Na sliki 2a je prikazan potencial odprtega vezja (Eocp) glede na čas izpostavljenosti za 2707 HDSS v abiotskem mediju 2216E in brozgi P. aeruginosa 14 dni pri 37 °C. Kaže, da se največja in najpomembnejša sprememba Eocp pojavi v prvih 24 urah. Vrednosti Eocp so v obeh primerih dosegle vrh pri -145 mV (v primerjavi s SCE) okoli 16 ur, nato pa so močno padle in dosegle -477 mV (v primerjavi s SCE) oziroma -236 mV (v primerjavi s SCE) za abiotski vzorec (in kupone 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 je bil v prisotnosti P. aeruginosa precej nizek.
Elektrokemijska študija 2707 vzorcev HDSS v abiotskem gojišču in bujonu Pseudomonas aeruginosa pri 37 °C:
(a) Eocp kot funkcija časa izpostavljenosti, (b) polarizacijske krivulje na 14. dan, (c) Rp kot funkcija časa izpostavljenosti in (d) icorr kot funkcija časa izpostavljenosti.
Tabela 3 prikazuje parametre elektrokemijske korozije 2707 vzorcev HDSS, izpostavljenih abiotskemu in s Pseudomonas aeruginosa inokuliranemu mediju v obdobju 14 dni. Tangente anodne in katodne krivulje so bile ekstrapolirane za pridobitev presečišč, ki dajejo gostoto korozijskega toka (icorr), korozijski potencial (Ecorr) in Tafelov naklon (βα in βc) v skladu s standardnimi metodami30,31.
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 hitrostjo korozije, se je v vzorcu Pseudomonas aeruginosa povečala na 0,328 µA cm-2, kar je štirikrat več kot v nebiološkem vzorcu (0,087 µA cm-2).
LPR je klasična nedestruktivna elektrokemijska metoda za hitro analizo korozije. Uporabljena je bila tudi za preučevanje MIC32. Na sliki 2c je prikazana polarizacijska upornost (Rp) kot funkcija časa izpostavljenosti. Višja vrednost Rp pomeni manjšo korozijo. V prvih 24 urah je Rp 2707 HDSS dosegel vrh pri 1955 kΩ cm2 za abiotske vzorce in 1429 kΩ cm2 za vzorce Pseudomonas aeruginosa. Slika 2c tudi kaže, da se je vrednost Rp po enem dnevu hitro zmanjšala in nato v naslednjih 13 dneh ostala relativno nespremenjena. Vrednost Rp vzorca Pseudomonas aeruginosa je približno 40 kΩ cm2, kar je veliko manj od vrednosti 450 kΩ cm2 nebiološkega vzorca.
Vrednost icorr je sorazmerna z enakomerno hitrostjo korozije. Njeno vrednost lahko izračunamo po naslednji Stern-Girijevi enačbi:
Po Zoe et al.33 je bila tipična vrednost Tafelovega naklona B v tem delu vzeta na 26 mV/dec. Slika 2d kaže, 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 velikostni red višje od vrednosti nebioloških kontrol. Ta trend je skladen z rezultati polarizacijske upornosti.
EIS je še ena nedestruktivna metoda, ki se uporablja za karakterizacijo elektrokemijskih reakcij na korodiranih površinah. Spektri impedance in izračunane vrednosti kapacitivnosti vzorcev, izpostavljenih abiotskemu okolju in raztopini Pseudomonas aeruginosa, upornost pasivnega filma/biofilma Rb, ki je nastal na površini vzorca, upornost prenosa naboja Rct, kapacitivnost dvojne električne plasti Cdl (EDL) in konstantni parametri faznega elementa QCPE (CPE). Ti parametri so bili nadalje analizirani s prilagajanjem podatkov z uporabo modela ekvivalentnega vezja (EEC).
Na sliki 3 so prikazani tipični Nyquistovi diagrami (a in b) in Bodejevi diagrami (a' in b') za 2707 vzorcev HDSS v abiotskih medijih in brozgi P. aeruginosa za različne čase inkubacije. Premer Nyquistovega obroča se zmanjša v prisotnosti Pseudomonas aeruginosa. Bodejev diagram (slika 3b') prikazuje povečanje skupne impedance. Informacije o konstanti relaksacijskega časa je mogoče dobiti iz faznih maksimumov. Na sliki 4 so prikazane fizikalne strukture na osnovi enosloja (a) in dvosloja (b) ter ustreznih elektrokemičnih elektrarn (EEC). V model EEC je uveden CPE. Njegova admitanca in impedanca sta izraženi kot sledi:
Dva fizikalna modela in ustrezna ekvivalentna vezja za prilagajanje impedančnega spektra vzorca 2707 HDSS:
kjer je Y0 vrednost KPI, j imaginarno število ali (-1)1/2, ω je kotna frekvenca, n pa indeks moči KPI, manjši od ena35. Inverzija upornosti prenosa naboja (tj. 1/Rct) ustreza hitrosti korozije. Manjši kot je Rct, višja je hitrost korozije27. Po 14 dneh inkubacije je Rct vzorcev Pseudomonas aeruginosa dosegel 32 kΩ cm2, kar je veliko manj kot 489 kΩ cm2 nebioloških vzorcev (tabela 4).
Slike CLSM in SEM na sliki 5 jasno kažejo, da je biofilm na površini vzorca HDSS 2707 po 7 dneh gost. Vendar pa je bila pokritost z biofilmom po 14 dneh slaba in pojavile so se nekatere odmrle celice. Tabela 5 prikazuje debelino biofilma na vzorcih HDSS 2707 po 7 in 14 dneh izpostavljenosti P. aeruginosa. Največja debelina biofilma se je spremenila z 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) 3D-slika CLSM pri 7 dneh, (b) 3D-slika CLSM pri 14 dneh, (c) SEM-slika pri 7 dneh in (d) SEM-slika pri 14 dneh.
Elektromagnetno sevanje je razkrilo kemične elemente v biofilmih in korozijskih produktih na vzorcih, ki so bili 14 dni izpostavljeni P. aeruginosa. Na sliki 6 je razvidno, da je vsebnost C, N, O in P v biofilmih in korozijskih produktih bistveno višja kot v čistih kovinah, saj so ti elementi povezani z biofilmi in njihovimi metaboliti. Mikrobi potrebujejo le sledove kroma in železa. Visoke ravni Cr in Fe v biofilmu in korozijskih produktih na površini vzorcev kažejo, da je kovinska matrica zaradi korozije izgubila elemente.
Po 14 dneh so v gojišču 2216E opazili jamice s P. aeruginosa in brez nje. Pred inkubacijo je bila površina vzorcev gladka in brez napak (slika 7a). Po inkubaciji in odstranitvi biofilma in produktov korozije so bile najgloblje jamice na površini vzorcev pregledane z uporabo CLSM, kot je prikazano na sliki 7b in c. Na površini nebioloških kontrol niso bile ugotovljene očitne jamice (največja globina jamic 0,02 µm). Največja globina jamic, ki jo je povzročila P. aeruginosa, je bila 0,52 µm pri 7 dneh in 0,69 µm pri 14 dneh, na podlagi povprečne največje globine jamic iz 3 vzorcev (za vsak vzorec je bilo izbranih 10 največjih globin jamic). Doseženi sta bili 0,42 ± 0,12 µm oziroma 0,52 ± 0,15 µm (tabela 5). Te vrednosti globine jamic so majhne, ​​vendar pomembne.
(a) pred izpostavljenostjo, (b) 14 dni v abiotskem okolju in (c) 14 dni v juhi Pseudomonas aeruginosa.
Na sliki 8 so prikazani XPS spektri različnih površin vzorcev, kemijska sestava, analizirana za vsako površino, pa je povzeta v tabeli 6. V tabeli 6 so bili atomski odstotki Fe in Cr v prisotnosti P. aeruginosa (vzorca A in B) precej nižji kot pri nebioloških kontrolnih vzorcih (vzorca C in D). Za vzorec P. aeruginosa je bila spektralna krivulja na ravni jedra Cr2p prilagojena štirim komponentam vrhov z vezavnimi energijami (BE) 574,4, 576,6, 578,3 in 586,8 eV, ki jih je mogoče pripisati Cr, Cr2O3, CrO3 in Cr(OH)3 (slika 9a in b). Pri nebioloških vzorcih spekter glavne ravni Cr2p vsebuje dva glavna vrhova za Cr (573,80 eV za BE) in Cr2O3 (575,90 eV za BE) na slikah. 9c in d. Najbolj opazna 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 XPS spektri površine vzorca 2707 HDSS v dveh medijih so 7 oziroma 14 dni.
(a) 7 dni izpostavljenosti P. aeruginosa, (b) 14 dni izpostavljenosti P. aeruginosa, (c) 7 dni v abiotskem okolju in (d) 14 dni v abiotskem okolju.
HDSS kaže visoko stopnjo odpornosti proti koroziji v večini okolij. Kim in sod.2 so poročali, da je bil HDSS UNS S32707 opredeljen kot visoko legiran DSS s PREN večjim od 45. Vrednost PREN vzorca 2707 HDSS v tem delu je bila 49. To je posledica visoke vsebnosti kroma ter visoke vsebnosti molibdena in niklja, ki so uporabni v kislih okoljih in okoljih z visoko vsebnostjo kloridov. Poleg tega sta dobro uravnotežena sestava in mikrostruktura brez napak koristni za strukturno stabilnost in odpornost proti koroziji. Vendar pa kljub odlični kemični odpornosti eksperimentalni podatki v tem delu kažejo, da 2707 HDSS ni popolnoma imun na MIC biofilma P. aeruginosa.
Elektrokemijski rezultati so pokazali, da se je hitrost korozije 2707 HDSS v juhi P. aeruginosa po 14 dneh znatno povečala v primerjavi z nebiološkim okoljem. Na sliki 2a je bilo v prvih 24 urah opaženo zmanjšanje Eocp tako v abiotskem mediju kot v juhi P. aeruginosa. Po tem biofilm popolnoma prekrije površino vzorca in Eocp postane relativno stabilen36. Vendar je bila biološka raven Eocp veliko višja od nebiološke ravni Eocp. Obstajajo razlogi za domnevo, da je ta razlika povezana z nastankom biofilmov P. aeruginosa. Na sliki 2d je v prisotnosti P. aeruginosa vrednost icorr 2707 HDSS dosegla 0,627 μA cm-2, kar je za velikostni razred več kot 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 nastanka biofilmov. Ko pa biofilm popolnoma prekrije površino vzorca, se impedanca zmanjša. Zaščitna plast je napadena predvsem zaradi nastanka biofilmov in njihovih metabolitov. Posledično se je odpornost proti koroziji sčasoma zmanjšala, pritrditev P. aeruginosa pa je povzročila lokalizirano korozijo. Trendi v abiotskih okoljih so bili drugačni. Odpornost proti koroziji nebiološke kontrole je bila veliko višja od ustrezne vrednosti vzorcev, izpostavljenih juhi P. aeruginosa. Poleg tega je pri abiotskih pristopih vrednost Rct 2707 HDSS 14. dan dosegla 489 kΩ cm2, kar je 15-krat več od vrednosti Rct (32 kΩ cm2) v prisotnosti P. aeruginosa. Tako ima 2707 HDSS odlično odpornost proti koroziji v sterilnem okolju, vendar ni odporen na MIC iz biofilmov P. aeruginosa.
Te rezultate je mogoče opaziti tudi iz polarizacijskih krivulj na sliki 2b. Anodno razvejanje je bilo povezano z nastankom biofilma Pseudomonas aeruginosa in reakcijami oksidacije kovin. V tem primeru je katodna reakcija redukcija kisika. Prisotnost P. aeruginosa je znatno povečala gostoto korozijskega toka, približno za velikostni razred višje kot v abiotski kontroli. To kaže, da biofilm P. aeruginosa pospešuje lokalizirano korozijo 2707 HDSS. Yuan in sod.29 so ugotovili, da se je gostota korozijskega toka zlitine Cu-Ni 70/30 povečala pod delovanjem biofilma P. aeruginosa. To je lahko posledica biokatalize redukcije kisika z biofilmi Pseudomonas aeruginosa. To opažanje lahko pojasni tudi MIC 2707 HDSS v tem delu. Pod aerobnimi biofilmi je morda tudi manj kisika. Zato je lahko zavrnitev ponovne pasivizacije kovinske površine s kisikom dejavnik, ki prispeva k MIC v tem delu.
Dickinson in sodelavci38 so predlagali, da na hitrost kemijskih in elektrokemijskih reakcij neposredno vplivata presnovna aktivnost sesilnih bakterij na površini vzorca in narava korozijskih produktov. Kot je prikazano na sliki 5 in v tabeli 5, se je število celic in debelina biofilma po 14 dneh zmanjšalo. To je mogoče razumno pojasniti z dejstvom, da je po 14 dneh večina sesilnih celic na površini 2707 HDSS umrla zaradi izčrpavanja hranil v gojišču 2216E ali sproščanja strupenih kovinskih ionov iz matrice 2707 HDSS. To je omejitev šaržnih poskusov.
V tem delu je biofilm P. aeruginosa prispeval k lokalnemu zmanjšanju količine Cr in Fe pod biofilmom na površini 2707 HDSS (slika 6). Tabela 6 prikazuje zmanjšanje količine Fe in Cr v vzorcu D v primerjavi z vzorcem C, kar kaže, da sta raztopljeno količino Fe in Cr, ki ju je povzročil biofilm P. aeruginosa, vztrajala prvih 7 dni. Okolje 2216E se uporablja za simulacijo morskega okolja. Vsebuje 17700 ppm Cl-, kar je primerljivo z njegovo vsebnostjo v naravni morski vodi. Prisotnost 17700 ppm Cl- je bila glavni razlog za zmanjšanje količine 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 2707 HDSS na klor v abiotskih pogojih. Na sliki 9 je prikazana prisotnost Cr6+ v pasivizacijskem filmu. Morda je vključen v odstranjevanje kroma z jeklenih površin z biofilmi P. aeruginosa, kot predlagata Chen in Clayton.
Zaradi rasti bakterij sta bili pH vrednosti gojišča pred in po gojenju 7,4 oziroma 8,2. Zato je malo verjetno, da bi korozija z organskimi kislinami pod biofilmom P. aeruginosa prispevala k temu delu zaradi relativno visokega pH v razsutem mediju. pH nebiološkega kontrolnega medija se v 14-dnevnem testnem obdobju ni bistveno spremenil (od začetnih 7,4 do končnih 7,5). Povečanje pH v semenskem mediju po inkubaciji je bilo posledica presnovne aktivnosti P. aeruginosa in je imelo enak učinek na pH tudi brez testnih trakov.
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 v abiotskem mediju (0,02 µm). To se ujema z zgoraj opisanimi elektrokemijskimi podatki. Globina jamice 0,69 µm je več kot desetkrat manjša od vrednosti 9,5 µm, ki je bila zabeležena za 2205 DSS pod enakimi pogoji. Ti podatki kažejo, da ima 2707 HDSS boljšo odpornost na MIC kot 2205 DSS. To ne bi smelo biti presenečenje, saj ima 2707 HDSS višje ravni Cr, kar zagotavlja daljšo pasivizacijo, težje je depasivirati P. aeruginosa in zaradi svoje uravnotežene fazne strukture brez škodljivih sekundarnih padavin povzroča jamice.
Skratka, na površini 2707 HDSS v juhi P. aeruginosa so bile v primerjavi z nepomembnimi vdolbinami v abiotskem okolju najdene jamice MIC. To delo kaže, da je 2707 HDSS bolj odporen na MIC kot 2205 DSS, vendar zaradi biofilma P. aeruginosa ni popolnoma imun na MIC. Ti rezultati pomagajo pri izbiri primernih nerjavnih jekel in pričakovane življenjske dobe za morsko okolje.
Kupon za 2707 HDSS je zagotovila Metalurška fakulteta Univerze Northeastern (NEU) v Shenyangu na Kitajskem. Elementarna sestava 2707 HDSS je prikazana v tabeli 1, ki jo je analiziral oddelek za analizo in testiranje materialov Univerze Northeastern. Vsi vzorci so bili obdelani za trdno raztopino pri 1180 °C 1 uro. Pred korozijskim testiranjem je bil kovanec 2707 HDSS z zgornjo odprto površino 1 cm2 poliran do granulacije 2000 s silicijevim karbidnim brusnim papirjem in nato poliran z 0,05 µm praškaste suspenzije Al2O3. Stranice in dno so zaščiteni z inertno barvo. Po sušenju so bili vzorci oprani s sterilno deionizirano vodo in sterilizirani s 75 % (v/v) etanolom 0,5 ure. Nato so bili pred uporabo sušeni na zraku pod ultravijolično (UV) svetlobo 0,5 ure.
Morski sev Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 je bil kupljen v Centru za zbiranje morskih kultur Xiamen (MCCC) na Kitajskem. Pseudomonas aeruginosa je bila gojena v aerobnih pogojih pri 37 °C v 250 ml bučkah in 500 ml steklenih elektrokemijskih celicah z uporabo tekočega gojišča Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kitajska). Gojišče vsebuje (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, 0,016 6NH26NH3, 3,0016 NH3, 5,0 peptona, 1,0 kvasnega ekstrakta in 0,1 železovega citrata. Pred inokulacijo avtoklavirajte pri 121 °C 20 minut. Preštejte sesilne in planktonske celice s hemocitometrom pod svetlobnim mikroskopom pri 400-kratni povečavi. Začetna koncentracija planktonske Pseudomonas aeruginosa takoj po inokulaciji je bila približno 106 celic/ml.
Elektrokemični testi so bili izvedeni v klasični stekleni celici s tremi elektrodami in prostornino medija 500 ml. Platinasta plošča in nasičena kalomelova elektroda (SAE) sta bili z reaktorjem povezani prek Lugginovih kapilar, napolnjenih s solnimi mostički, ki so služile kot protielektroda oziroma referenčna elektroda. Za izdelavo delovnih elektrod je bila na vsak vzorec pritrjena gumirana bakrena žica in prekrita z epoksidno smolo, pri čemer je na eni strani ostalo približno 1 cm2 nezaščitene 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 z uporabo potenciostata Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ZDA). Testi LPR so bili posneti pri hitrosti skeniranja 0,125 mV s-1 v območju od -5 do 5 mV z Eocp in frekvenco vzorčenja 1 Hz. Elektroizolacijsko testiranje (EIS) je bilo izvedeno s sinusnim valom v frekvenčnem območju od 0,01 do 10.000 Hz z uporabo napetosti 5 mV pri ustaljenem stanju Eocp. Pred spreminjanjem potenciala so bile elektrode v stanju mirovanja, dokler ni bila dosežena stabilna vrednost prostega korozijskega potenciala. Nato so bile izmerjene polarizacijske krivulje od -0,2 do 1,5 V kot funkcija Eocp s hitrostjo skeniranja 0,166 mV/s. Vsak test je bil ponovljen 3-krat s P. aeruginosa in brez nje.
Vzorci za metalografsko analizo so bili mehansko polirani z mokrim SiC papirjem granulacije 2000 in nato dodatno polirani s suspenzijo prahu Al2O3 z granulacijo 0,05 µm 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 trikrat oprani s fosfatno pufrirano fiziološko raztopino (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) in nato 10 ur fiksirani z 2,5 % (v/v) glutaraldehidom, da so se fiksirali biofilmi. Nato so bili pred sušenjem na zraku dehidrirani z mešanim etanolom (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % in 100 % po prostornini). Na koncu je bil na površino vzorca nanesen zlati film, ki je zagotovil prevodnost za opazovanje s SEM. SEM slike so bile fokusirane na mesta z najbolj sedečimi celicami P. aeruginosa na površini vsakega vzorca. Za iskanje kemijskih elementov je bila izvedena EDS analiza. Za merjenje globine jamice je bil uporabljen Zeissov konfokalni laserski vrstični mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Nemčija). Za opazovanje korozijskih jamic pod biofilmom je bil preskusni vzorec najprej očiščen v skladu s kitajskim nacionalnim standardom (CNS) GB/T4334.4-2000, da se s površine preskusnega vzorca odstranijo korozijski produkti in biofilm.
Analiza z rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo (XPS, sistem za analizo površin ESCALAB250, Thermo VG, ZDA) je bila izvedena z uporabo monokromatskega rentgenskega vira (aluminijasta linija Kα z energijo 1500 eV in močjo 150 W) v širokem območju vezavnih energij 0 pri standardnih pogojih –1350 eV. Spektri visoke ločljivosti so bili posneti z uporabo prenosne energije 50 eV in korakom 0,2 eV.
Inkubirane vzorce smo odstranili in jih 15 sekund in 45 sekund nežno sprali s PBS (pH 7,4 ± 0,2). Za opazovanje bakterijske viabilnosti biofilmov na vzorcih smo biofilme obarvali z uporabo kompleta LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, ZDA). Komplet vsebuje dve fluorescentni barvili: zeleno fluorescentno barvilo SYTO-9 in rdeče fluorescentno barvilo propidijev jodid (PI). V CLSM fluorescentne zelene in rdeče pike predstavljajo žive oziroma mrtve celice. Za barvanje smo 1 ml mešanice, ki je vsebovala 3 µl raztopine SYTO-9 in 3 µl raztopine PI, inkubirali 20 minut pri sobni temperaturi (23 °C) v temi. Nato smo obarvane vzorce pregledali pri dveh valovnih dolžinah (488 nm za žive celice in 559 nm za mrtve celice) z uporabo aparata Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonska). Debelino biofilma smo izmerili v načinu 3D-skeniranja.
Kako citirati ta članek: Li, H. et al. Mikrobna korozija super dupleksnega nerjavečega jekla 2707, ki jo povzroča morski biofilm Pseudomonas aeruginosa. the science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. in Zucchi, F. Korozijsko razpokanje dupleksnega nerjavnega jekla LDX 2101 v kloridnih raztopinah v prisotnosti tiosulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. in Zucchi, F. Korozijsko razpokanje dupleksnega nerjavnega jekla LDX 2101 v kloridnih raztopinah v prisotnosti tiosulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korozijsko raztresanje pod napetostjo dupleksnega nerjavečega jekla LDX 2101 v raztopini kloridov v prisotnosti tiosulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. in Zucchi, F. Korozijsko razpokanje dupleksnega nerjavnega jekla LDX 2101 v kloridnih raztopinah v prisotnosti tiosulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. in 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 双相nerjavno jeklo在福代sulfat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. Korozijsko raztresanje pod napetostjo dupleksnega nerjavečega jekla LDX 2101 v raztopini klorida v prisotnosti tiosulfata. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. in Zucchi, F. 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 in Park, YS Učinki toplotne obdelave z raztopino in dušika v zaščitnem plinu na odpornost proti jamkasti koroziji zvarov hiperdupleksnega nerjavnega jekla. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS in Park, YS Učinki toplotne obdelave z raztopino in dušika v zaščitnem plinu na odpornost proti jamkasti koroziji zvarov hiperdupleksnega nerjavnega jekla.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS in Park, YS Vpliv toplotne obdelave z raztopino in dušika v zaščitnem plinu na odpornost zvarov hiperdupleksnega nerjavnega jekla proti jamkasti koroziji. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS固溶热处理和保护气体中的氮气对超双相不锈钢焊缝抗点蚀性能的影响。 Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS in Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS in Park, YS Vpliv toplotne obdelave z raztopino in dušika v zaščitnem plinu na odpornost zvarov super dupleksnega nerjavnega jekla proti jamkasti koroziji.koros. znanost. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. in Lewandowski, Z. Primerjalna študija kemije mikrobno in elektrokemično povzročenega jamkastega nastanka nerjavnega jekla 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. in Lewandowski, Z. Primerjalna študija kemije mikrobno in elektrokemično povzročenega jamkastega nastanka nerjavnega jekla 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. in Lewandowski, Z. Primerjalna kemijska študija mikrobiološke in elektrokemične korozije nerjavnega jekla 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & 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. in Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. in Lewandowski, Z. Primerjalna kemijska študija mikrobiološke in elektrokemično povzročene jamkaste korozije v nerjavnem jeklu 316L.koros. znanost. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG in Xiao, K. Elektrokemijsko obnašanje dupleksnega nerjavečega jekla 2205 v alkalnih raztopinah z različnim pH v prisotnosti klorida. Luo, H., Dong, CF, Li, XG in Xiao, K. Elektrokemijsko obnašanje dupleksnega nerjavečega jekla 2205 v alkalnih raztopinah z različnim pH v prisotnosti klorida.Luo H., Dong KF, Lee HG in Xiao K. Elektrokemijsko obnašanje dupleksnega nerjavečega jekla 2205 v alkalnih raztopinah z različnim pH v prisotnosti klorida. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & 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 in Xiao, K. 2205 Elektrokemijsko obnašanje nerjavečega jekla 双相 v prisotnosti klorida pri različnih pH vrednostih v alkalni raztopini.Luo H., Dong KF, Lee HG in Xiao K. Elektrokemijsko obnašanje dupleksnega nerjavečega jekla 2205 v alkalnih raztopinah z različnim pH v prisotnosti klorida.Revija Electrochem. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS in Ray, RI Vpliv morskih biofilmov na korozijo: jedrnat pregled. Little, BJ, Lee, JS in Ray, RI Vpliv morskih biofilmov na korozijo: jedrnat pregled.Little, BJ, Lee, JS in Ray, RI Učinki morskih biofilmov na korozijo: kratek pregled. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述。 Little, BJ, Lee, JS in Ray, RILittle, BJ, Lee, JS in Ray, RI Učinki morskih biofilmov na korozijo: kratek pregled.Revija Electrochem. 54, 2–7 (2008).