Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія веб-переглядача, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращого досвіду ми рекомендуємо вам використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми відображатимемо сайт без стилів і JavaScript.
Мікробна корозія (MIC) є серйозною проблемою в багатьох галузях промисловості, оскільки вона може призвести до величезних економічних збитків. Нержавіюча сталь 2707 Super Duplex (2707 HDSS) використовується в морському середовищі через її чудову хімічну стійкість. Однак її стійкість до MIC не була експериментально продемонстрована. У цьому дослідженні поведінка MIC 2707 HDSS, спричинена морською аеробною бактерією Pseudomonas aeruginosa, була інвестована. igated. Електрохімічний аналіз показав, що в присутності біоплівки Pseudomonas aeruginosa в середовищі 2216E спостерігалася позитивна зміна потенціалу корозії та збільшення густини корозійного струму. Аналіз рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (XPS) показав зменшення вмісту Cr на поверхні зразка під біоплівкою. Аналіз зображень ямок показав, що біофіл P. aeruginosa м створив максимальну глибину ямки 0,69 мкм протягом 14 днів інкубації. Хоча це мало, це вказує на те, що 2707 HDSS не є повністю стійким до MIC біоплівок P. aeruginosa.
Дуплексна нержавіюча сталь (DSS) широко використовується в різних галузях промисловості завдяки ідеальному поєднанню відмінних механічних властивостей і стійкості до корозії1,2. Однак локальна точкова коррозія все ще виникає, і це впливає на цілісність цієї сталі3,4. DSS нестійка до мікробної корозії (MIC)5,6. Незважаючи на широкий спектр застосування DSS, є середовища, де корозійна стійкість DSS недостатня для тривалого використання.Це це означає, що потрібні дорожчі матеріали з вищою стійкістю до корозії. Джеон та інші7 виявили, що навіть супердуплексна нержавіюча сталь (SDSS) має певні обмеження щодо стійкості до корозії. Тому в деяких сферах застосування потрібна супердуплексна нержавіюча сталь (HDSS) з вищою корозійною стійкістю. Це призвело до розробки високолегованої HDSS.
Стійкість до корозії DSS залежить від співвідношення альфа- та гамма-фаз і областей 8, 9, 10, збіднених Cr, Mo та W, суміжних з другою фазою. HDSS містить високий вміст Cr, Mo та N11, тому він має чудову корозійну стійкість і високе значення (45-50) еквівалентного числа стійкості до точкової корекції (PREN), яке визначається мас.% Cr + 3,3 (мас.% Mo + 0,5 w). t% W) + 16 wt% N12. Його чудова стійкість до корозії залежить від збалансованого складу, який містить приблизно 50% феритової (α) та 50% аустенітної (γ) фаз, HDSS має кращі механічні властивості та вищу стійкість, ніж звичайний DSS13.Властивості хлоридної корозії. Покращена корозійна стійкість розширює використання HDSS у більш агресивних хлоридних середовищах, таких як морське середовище.
МІК є основною проблемою в багатьох галузях промисловості, таких як нафтогазові та водопровідні підприємства14. МІК спричиняє 20% усіх корозійних пошкоджень15. МІК — це біоелектрохімічна корозія, яку можна спостерігати в багатьох середовищах. Біоплівки, які утворюються на металевих поверхнях, змінюють електрохімічні умови, тим самим впливаючи на процес корозії. Поширеною є думка, що корозію МІК викликають біоплівки. Електрогенні мікроорганізми роз’їдають метал. s для отримання підтримуючої енергії для виживання17. Недавні дослідження MIC показали, що EET (позаклітинний перенос електронів) є фактором, що обмежує швидкість MIC, індукованого електрогенними мікроорганізмами. Zhang et al.18 продемонстрували, що електронні медіатори прискорюють перенесення електронів між клітинами Desulfovibrio sessificans і нержавіючої сталі 304, що призводить до більш серйозної атаки MIC.Enning et al.19 та Venzlaff et al.20 показали, що біоплівки корозійних сульфатвідновлювальних бактерій (SRB) можуть безпосередньо поглинати електрони з металевих підкладок, що призводить до сильної точкової корозії.
Відомо, що DSS сприйнятливий до MIC у середовищах, що містять SRB, бактерії, що відновлюють залізо (IRB) тощо. 21 Ці бактерії викликають локалізовану точкову точку на поверхнях DSS під біоплівками 22, 23. На відміну від DSS, MIC HDSS 24 маловідомий.
Pseudomonas aeruginosa — це грамнегативна рухлива паличкоподібна бактерія, яка широко поширена в природі25. Pseudomonas aeruginosa також є основною групою мікробів у морському середовищі, що спричиняє MIC сталі. Pseudomonas бере активну участь у процесах корозії та визнана піонером-колонізатором під час утворення біоплівки. Mahat et al.28 і Yuan et al.29 продемонстрували, що Pseudomonas aeruginosa має тенденцію збільшувати швидкість корозії м'якої сталі та сплавів у водному середовищі.
Основною метою цієї роботи було дослідження властивостей MIC 2707 HDSS, спричинених морською аеробною бактерією Pseudomonas aeruginosa, з використанням електрохімічних методів, методів аналізу поверхні та аналізу продуктів корозії. Електрохімічні дослідження, включаючи потенціал відкритого контуру (OCP), лінійний поляризаційний опір (LPR), спектроскопію електрохімічного імпедансу (EIS) і потенційну динамічну поляризацію, проводилися для дослідження. поведінка MIC 2707 HDSS. Енергодисперсійний спектрометр (EDS) аналіз був проведений для виявлення хімічних елементів на корозійній поверхні. Крім того, аналіз рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (XPS) використовувався для визначення стабільності пасивації оксидної плівки під впливом морського середовища, що містить Pseudomonas aeruginosa. Глибина ямки була виміряна під конфокальним лазерним скануючим мікроскопом (CLSM).
У таблиці 1 наведено хімічний склад 2707 HDSS. Таблиця 2 показує, що 2707 HDSS має відмінні механічні властивості з межею текучості 650 МПа. На малюнку 1 показано оптичну мікроструктуру 2707 HDSS, обробленого розчином. Видовжені смуги аустенітної та феритової фаз без вторинних фаз можна побачити в мікроструктурі, яка містить приблизно 50% аустеніту та 50% феритові фази.
На малюнку 2а показано залежність потенціалу відкритого контуру (Eocp) від даних про час експозиції для 2707 HDSS в абіотичному середовищі 2216E та бульйоні P. aeruginosa протягом 14 днів при 37 °C. Це показує, що найбільша та значна зміна Eocp відбувається протягом перших 24 годин. Значення Eocp в обох випадках досягли максимуму при -145 мВ (порівняно з SCE) приблизно через 16 годин, а потім різко впали. , досягаючи -477 мВ (проти SCE) та -236 мВ (проти SCE) для абіотичного зразка та P відповідно).Купони Pseudomonas aeruginosa відповідно. Через 24 години значення Eocp 2707 HDSS для P. aeruginosa було відносно стабільним на рівні -228 мВ (порівняно з SCE), тоді як відповідне значення для небіологічних зразків становило приблизно -442 мВ (порівняно SCE). Eocp у присутності P. aeruginosa було досить низьким.
Електрохімічне тестування 2707 зразків HDSS в абіотичному середовищі та бульйоні Pseudomonas aeruginosa при 37 °C:
(a) Eocp як функція часу експозиції, (b) поляризаційні криві на 14 день, (c) Rp як функція часу експозиції та (d) icorr як функція часу експозиції.
У таблиці 3 наведено значення параметрів електрохімічної корозії 2707 зразків HDSS, які піддавалися впливу абіотичного середовища та середовища, інокульованого Pseudomonas aeruginosa, протягом 14 днів. Тангенси анодної та катодної кривих були екстрапольовані, щоб отримати перетини, що дають густину струму корозії (icorr), потенціал корозії (Ecorr) і нахили Тафеля (βα і βв) за стандартними методиками30,31.
Як показано на малюнку 2b, зрушення вгору кривої P. aeruginosa призвело до збільшення Ecorr порівняно з абіотичною кривою. Значення icorr, яке пропорційне швидкості корозії, зросло до 0,328 мкА см-2 у зразку Pseudomonas aeruginosa, що в чотири рази більше, ніж у небіологічному зразку (0,087 мкА см-2).
LPR — це класичний неруйнівний електрохімічний метод для швидкого аналізу корозії. Його також використовували для дослідження MIC32. На малюнку 2c показано поляризаційний опір (Rp) як функцію часу впливу. Більше значення Rp означає меншу корозію. Протягом перших 24 годин Rp 2707 HDSS досяг максимального значення 1955 кОм см2 для абіотичних зразків і 1429 кОм см2 для Pseu зразки domonas aeruginosa. На малюнку 2c також показано, що значення Rp швидко знизилося через один день, а потім залишалося відносно незмінним протягом наступних 13 днів. Значення Rp зразка Pseudomonas aeruginosa становить близько 40 кОм см2, що набагато нижче значення 450 кОм см2 небіологічного зразка.
Значення icorr пропорційне рівномірній швидкості корозії. Його значення можна розрахувати за наступним рівнянням Стерна-Гірі:
Слідом за Zou та ін.33, типове значення нахилу Tafel B у цій роботі було прийнято рівним 26 мВ/дек. На малюнку 2d показано, що icorr небіологічного зразка 2707 залишався відносно стабільним, тоді як зразок P. aeruginosa сильно коливався після перших 24 годин. Значення icorr зразків P. aeruginosa були на порядок вищими, ніж небіологічні. Ця тенденція узгоджується з результатами опору поляризації.
EIS — ще один неруйнівний метод, який використовується для характеристики електрохімічних реакцій на корозійних поверхнях. Спектри імпедансу та розраховані значення ємності зразків, підданих впливу абіотичного середовища та розчину Pseudomonas aeruginosa, опір Rb пасивної плівки/біоплівки, сформованої на поверхні зразка, опір передачі заряду Rct, ємність подвійного електричного шару Cdl (EDL) і елемент постійної фази QCPE (CPE). Ці параметри були додатково проаналізовані шляхом підгонки даних за допомогою моделі еквівалентної схеми (EEC).
На малюнку 3 показано типові графіки Найквіста (a і b) і графіки Боде (a' і b') 2707 зразків HDSS в абіотичному середовищі та бульйоні P. aeruginosa для різних часів інкубації. Діаметр кільця Найквіста зменшується в присутності Pseudomonas aeruginosa. Графік Боде (рис. 3b') показує збільшення величини загального імпедансу Інформацію про постійну часу релаксації можна отримати за допомогою фазових максимумів. На рисунку 4 показано фізичні структури на основі моношару (a) і двошару (b) і їхні відповідні EEC. CPE вводиться в модель EEC. Його пропускна здатність і імпеданс виражаються наступним чином:
Дві фізичні моделі та відповідні еквівалентні схеми для підгонки спектру імпедансу зразка 2707 HDSS:
де Y0 — величина CPE, j — уявне число або (-1)1/2, ω — кутова частота, а n — індекс потужності CPE, менший за одиницю35. Зворотний показник опору передачі заряду (тобто 1/Rct) відповідає швидкості корозії. Менший Rct означає більшу швидкість корозії27. Після 14 днів інкубації Rct Pseudomonas aeruginosa досягла 32 кОм см2, що набагато менше, ніж 489 кОм см2 небіологічних зразків (табл. 4).
Зображення CLSM і зображення SEM на рисунку 5 чітко показують, що покриття біоплівки на поверхні зразка 2707 HDSS через 7 днів є щільним. Однак через 14 днів покриття біоплівки було рідкісним і з’явилися мертві клітини. У таблиці 5 показано товщину біоплівки на зразках 2707 HDSS після впливу P. aeruginosa протягом 7 і 14 днів. Максимальна товщина біоплівки змінилася з 23,4 мкм через 7 днів до 18,9 мкм через 14 днів. Середня товщина біоплівки також підтвердила цю тенденцію. Вона зменшилася з 22,2 ± 0,7 мкм через 7 днів до 17,8 ± 1,0 мкм через 14 днів.
(a) 3-D зображення CLSM через 7 днів, (b) 3-D зображення CLSM через 14 днів, (c) зображення SEM через 7 днів і (d) зображення SEM через 14 днів.
EDS виявив хімічні елементи в біоплівках і продуктах корозії на зразках, підданих P. aeruginosa протягом 14 днів. На малюнку 6 показано, що вміст C, N, O і P в біоплівках і продуктах корозії набагато вищий, ніж у чистих металах, оскільки ці елементи пов’язані з біоплівками та їх метаболітами. Мікробам потрібна лише слідова кількість хрому та заліза. Високі рівні Cr і Fe в біоплівці та продукти корозії на поверхні зразків вказують на те, що металева матриця втратила елементи внаслідок корозії.
Через 14 днів у середовищі 2216E спостерігалися ямки з P. aeruginosa та без нього. Перед інкубацією поверхня зразка була гладкою та без дефектів (рис. 7a). Після інкубації та видалення біоплівки та продуктів корозії найглибші ямки на поверхні зразків досліджувалися за допомогою CLSM, як показано на малюнках 7b і c. На поверхні не-бі явних ямок не виявлено. контрольні зразки (максимальна глибина ямки 0,02 мкм). Максимальна глибина ямки, викликаної Pseudomonas aeruginosa, становила 0,52 мкм через 7 днів і 0,69 мкм через 14 днів, на основі середньої максимальної глибини ямки 3 зразків (10 максимальних значень глибини ямки було відібрано для кожного зразка) досягала 0,42 ± 0,12 мкм і 0,52 ± 0 .15 мкм відповідно (Таблиця 5). Ці значення глибини ямки невеликі, але важливі.
(a) Перед експозицією (b) 14 днів в абіотичному середовищі та (c) 14 днів у бульйоні Pseudomonas aeruginosa.
На малюнку 8 показано XPS-спектри різних поверхонь зразків, а хімічні склади, проаналізовані для кожної поверхні, підсумовані в таблиці 6. У таблиці 6 атомний відсоток Fe і Cr у присутності P. aeruginosa (зразки A і B) був набагато нижчим, ніж у небіологічних контрольних зразках (зразки C і D). Для зразка P. aeruginosa була підібрана спектральна крива Cr 2p рівня ядра. пов’язані з чотирма піковими компонентами зі значеннями енергії зв’язку (BE) 574,4, 576,6, 578,3 і 586,8 еВ, які можна віднести до Cr, Cr2O3, CrO3 і Cr(OH)3 відповідно (рис. 9a і b). Для небіологічних зразків спектр основного рівня Cr 2p містить два основних піки для Cr (573,80 еВ для BE) і Cr2O3 (575,90 еВ для BE) на рис. 9c і d, відповідно. Найбільш разючою відмінністю між абіотичними зразками та P. aeruginosa була присутність Cr6+ і більш висока відносна частка Cr(OH)3 (BE 586,8 еВ) під біоплівкою.
Широкі спектри XPS поверхні зразка 2707 HDSS у двох середовищах становлять 7 днів і 14 днів відповідно.
(a) 7 днів впливу P. aeruginosa, (b) 14 днів впливу P. aeruginosa, (c) 7 днів в абіотичному середовищі та (d) 14 днів в абіотичному середовищі.
HDSS демонструє високий рівень корозійної стійкості в більшості середовищ. Кім та ін.2 повідомили, що UNS S32707 HDSS було визначено як високолегований DSS з PREN понад 45. Значення PREN зразка 2707 HDSS у цій роботі становило 49. Це пов’язано з його високим вмістом хрому та високими рівнями молібдену та Ni, які є корисними в кислих і високих хлоридних середовищах. Крім того, добре збалансований склад і бездефектна мікроструктура корисні для структури Уральська стабільність і стійкість до корозії. Однак, незважаючи на його чудову хімічну стійкість, експериментальні дані в цій роботі свідчать про те, що 2707 HDSS не є повністю захищеним від MIC біоплівок P. aeruginosa.
Електрохімічні результати показали, що швидкість корозії 2707 HDSS у бульйоні P. aeruginosa значно збільшилася через 14 днів порівняно з небіологічним середовищем. На малюнку 2а спостерігалося зниження Eocp як в абіотичному середовищі, так і в бульйоні P. aeruginosa протягом перших 24 годин. Після цього біоплівка повністю покриває поверхню зразка, і Eocp стає відносно стабільним36 Проте рівень біологічного Eocp був значно вищим, ніж рівень небіологічного Eocp. Є підстави вважати, що ця різниця пов’язана з утворенням біоплівки P. aeruginosa. На рис. 2d у присутності P. aeruginosa значення icorr 2707 HDSS досягло 0,627 мкА см-2, що було на порядок вище, ніж у абіотичного контролю (0,063). мкА см-2), що відповідало значенню Rct, виміряному EIS. Протягом перших кількох днів значення імпедансу в бульйоні P. aeruginosa зросли через прикріплення клітин P. aeruginosa та утворення біоплівок. Однак, коли біоплівка повністю покриває поверхню зразка, імпеданс зменшується. Захисний шар піддається першій атаці через утворення біоплівок і метаболітів біоплівки. У руді стійкість до корозії зменшилася з часом, а прикріплення P. aeruginosa викликало локалізовану корозію. Тенденції в абіотичних середовищах були іншими. Стійкість до корозії небіологічного контролю була набагато вищою, ніж відповідне значення зразків, підданих бульйону P. aeruginosa. Крім того, для абіотичних зразків значення Rct 2707 HDSS досягло 489 кОм см2 на 14 день, що у 15 разів перевищував значення Rct (32 кОм см2) у присутності P. aeruginosa. Таким чином, 2707 HDSS має відмінну корозійну стійкість у стерильному середовищі, але не є стійким до впливу MIC біоплівки P. aeruginosa.
Ці результати також можна спостерігати з поляризаційних кривих на рис. 2b. Анодне розгалуження пояснюється утворенням біоплівки Pseudomonas aeruginosa та реакціями окислення металу. У той же час катодна реакція є відновленням кисню. Присутність P. aeruginosa значно збільшує щільність струму корозії, приблизно на порядок вище, ніж абіотичний контроль. Це вказує на те, що P. aeruginos біоплівка посилює локалізовану корозію 2707 HDSS. Юань та інші29 виявили, що щільність струму корозії 70/30 Cu-Ni сплаву зросла під впливом біоплівки P. aeruginosa. Це може бути пов’язано з біокаталізом відновлення кисню біоплівками Pseudomonas aeruginosa. Це спостереження також може пояснити MIC 2707 HDSS у цій роботі. Aero Біоплівки bic також можуть мати менше кисню під собою. Тому нездатність повторно пасивувати поверхню металу киснем може бути фактором, що сприяє MIC у цій роботі.
Дікінсон та ін.38 припустив, що швидкість хімічних і електрохімічних реакцій може безпосередньо залежати від метаболічної активності сидячих бактерій на поверхні зразка та природи продуктів корозії. Як показано на рисунку 5 і в таблиці 5, як кількість клітин, так і товщина біоплівки зменшилися через 14 днів. Це можна розумно пояснити тим, що через 14 днів більшість сидячих клітин на поверхні 2707 HDSS загинули через поживні речовини. утворення в середовищі 2216E або вивільнення іонів токсичних металів з матриці 2707 HDSS. Це обмеження серійних експериментів.
У цій роботі біоплівка P. aeruginosa сприяла локальному виснаженню Cr і Fe під біоплівкою на поверхні 2707 HDSS (рис. 6). У таблиці 6 показано зниження Fe і Cr у зразку D порівняно зі зразком C, що вказує на те, що розчинені Fe і Cr, викликані біоплівкою P. aeruginosa, зберігалися після перших 7 днів. Середовище 2216E використовується для моделювання морського середовища. Він містить 17700 ppm Cl-, що можна порівняти з тим, що міститься в природній морській воді. Наявність 17700 ppm Cl- була основною причиною зниження Cr у 7- та 14-денних абіотичних зразках, проаналізованих за допомогою XPS. Порівняно зі зразками P. aeruginosa, розчинення Cr в абіотичних зразках було набагато меншим через високу стійкість Cl− 2707 HDSS у біотичні середовища. На малюнку 9 показано присутність Cr6+ у пасиваційній плівці. Він може брати участь у видаленні Cr зі сталевих поверхонь за допомогою біоплівок P. aeruginosa, як припустили Чен і Клейтон.
Через ріст бактерій значення рН середовища до і після культивування становили 7,4 і 8,2 відповідно. Таким чином, нижче біоплівки P. aeruginosa корозія органічної кислоти навряд чи буде сприяти цій роботі через відносно високий рН в об’ємному середовищі. РН небіологічного контрольного середовища суттєво не змінився (від початкового 7,4 до кінцевого 7,5) протягом 14-ти років. Підвищення рН у посівному середовищі після інкубації було зумовлено метаболічною активністю P. aeruginosa, і було виявлено, що воно має такий же вплив на рН за відсутності тест-смужок.
Як показано на малюнку 7, максимальна глибина піта, спричинена біоплівкою P. aeruginosa, становила 0,69 мкм, що було набагато більше, ніж в абіотичному середовищі (0,02 мкм). Це узгоджується з електрохімічними даними, описаними вище. Глибина піта 0,69 мкм більш ніж у десять разів менша, ніж значення 9,5 мкм, повідомлене для 2205 DSS за тих самих умов. Ці дані демонструють, що 27 07 HDSS демонструє кращу стійкість до MIC порівняно з 2205 DSS. Це не повинно викликати подиву, оскільки 2707 HDSS має вищий вміст хрому, забезпечуючи більш тривалу пасивацію, завдяки збалансованій фазовій структурі без шкідливих вторинних опадів, що ускладнює депасивацію P. aeruginosa та початок затемнення точок.
Підсумовуючи, на поверхні 2707 HDSS у бульйоні P. aeruginosa було виявлено питтинг MIC порівняно з незначним питтингом в абіотичному середовищі. Ця робота показує, що 2707 HDSS має кращу стійкість до MIC, ніж 2205 DSS, але він не є повністю захищеним від MIC через біоплівку P. aeruginosa. Ці висновки допомагають у виборі відповідної нержавіючої сталі та розрахункового терміну служби для морського середовища. .
Купон для 2707 HDSS надається Школою металургії Північно-Східного університету (NEU) у Шеньяні, Китай. Елементний склад 2707 HDSS наведено в таблиці 1, яку проаналізував відділ аналізу матеріалів і випробувань NEU. Усі зразки обробляли розчином при 1180 °C протягом 1 години. Перед випробуванням на корозію 2707 HDSS у формі монети з верхнім вибухом задану площу поверхні 1 см2 відшліфували до зернистості 2000 за допомогою паперу з карбіду кремнію та додатково відполірували суспензією порошку 0,05 мкм Al2O3. Боки та дно захищені інертною фарбою. Після висихання зразки промили стерильною деіонізованою водою та стерилізували 75% (об./об.) етанолом протягом 0,5 год. Потім їх висушили на повітрі під ультрафіолетом. перед використанням залиште на (УФ) 0,5 години.
Морський штам Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 був придбаний у Сяменьському центрі збору морських культур (MCCC), Китай. Pseudomonas aeruginosa вирощували аеробно при 37°C у 250 мл колбах і 500 мл електрохімічних скляних комірках з використанням рідкого середовища Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao). , Китай). Середовище (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, 0016 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4, 5,0 пептону, 1,0 дріжджового екстракту та 0,1 цитрату заліза. Автоклавуйте при 121°C протягом 20 хвилин перед інокуляцією. Підрахуйте сидячі та планктонні клітини за допомогою гемоцитометра під світловим мікроскопом при 400-кратному збільшенні. Початкова клітинна концентрація планктону Pseudomonas aer uginosa відразу після інокуляції становив приблизно 106 клітин/мл.
Електрохімічні випробування проводили в класичній скляній комірці з трьома електродами із середнім об’ємом 500 мл. Платиновий лист і насичений каломелевий електрод (SCE) були під’єднані до реактора через капіляри Луггіна, заповнені сольовими містками, які слугували відповідно протилежним електродом і електродом порівняння. Щоб зробити робочі електроди, до кожного зразка прикріплювали мідний дріт з гумовим покриттям і покривали епоксидною смолою, залишаючи приблизно 1 см2 експонованої односторонньої площі поверхні для робочого електрода. Під час електрохімічних вимірювань зразки поміщали в середовище 2216E та підтримували постійну температуру інкубації (37 °C) у водяній бані. OCP, LPR, EIS і дані про потенційну динамічну поляризацію вимірювали за допомогою потенціостата Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., США). Тести LPR записували зі швидкістю сканування 0 0,125 мВ с-1 у діапазоні -5 і 5 мВ з Eocp і частотою дискретизації 1 Гц. EIS проводили з синусоїдальною хвилею в діапазоні частот від 0,01 до 10 000 Гц з використанням прикладеної напруги 5 мВ у стаціонарному стані Eocp. Перед розгорткою потенціалу електроди були в режимі розімкнутого ланцюга до досягнення стабільного значення потенціалу вільної корозії. Поляризаційні криві потім проводили від -0,2 до 1,5 В проти Eocp зі швидкістю сканування 0,166 мВ/с. Кожен тест повторювали 3 рази з P. aeruginosa та без нього.
Зразки для металографічного аналізу були механічно відполіровані вологим SiC-папером зернистістю 2000, а потім додатково відполіровані 0,05 мкм суспензією порошку Al2O3 для оптичного спостереження. Металографічний аналіз виконували за допомогою оптичного мікроскопа. Зразки були протравлені 10 мас.% розчином гідроксиду калію 43.
Після інкубації зразки промивали 3 рази фосфатно-сольовим буфером (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), а потім фіксували 2,5% (об./об.) глутарового альдегіду протягом 10 годин для фіксації біоплівок. Потім їх зневоднювали градуйованими серіями (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% і 100% об./об.). v) етанолу перед сушінням на повітрі. Зрештою, на поверхню зразка напилюють золоту плівку, щоб забезпечити провідність для SEM-спостережень. SEM-зображення були сфокусовані на плямах із найбільш сидячими клітинами P. aeruginosa на поверхні кожного зразка. Виконайте EDS-аналіз, щоб знайти хімічні елементи. Для вимірювання використовувався конфокальний лазерний скануючий мікроскоп Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Німеччина). глибина ямки. Щоб спостерігати корозійні ямки під біоплівкою, тестовий зразок спочатку очистили відповідно до китайського національного стандарту (CNS) GB/T4334.4-2000 для видалення продуктів корозії та біоплівки з поверхні випробувального зразка.
Рентгенівська фотоелектронна спектроскопія (XPS, система аналізу поверхні ESCALAB250, Thermo VG, США) проводилася з використанням монохроматичного джерела рентгенівського випромінювання (алюмінієва лінія Kα при енергії 1500 еВ і потужності 150 Вт) у широкому діапазоні енергії зв’язку 0 за стандартних умов –1350 еВ. Спектри високої роздільної здатності були записані з використанням енергії проходження 50 еВ і 0,2 Розмір кроку еВ.
Інкубовані зразки виймали та обережно промивали PBS (pH 7,4 ± 0,2) протягом 15 секунд 45. Щоб спостерігати за життєздатністю бактерій біоплівок на зразках, біоплівки фарбували за допомогою набору LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Юджин, Орегон, США). Набір містить два флуоресцентні барвники, зелений флуоресцентний SY Барвник TO-9 і червоний флуоресцентний барвник йодид пропідію (PI). Відповідно до CLSM точки з флуоресцентним зеленим і червоним кольором представляють живі та мертві клітини відповідно. Для фарбування 1 мл суміші, що містить 3 мкл SYTO-9 і 3 мкл розчину PI, інкубували протягом 20 хвилин при кімнатній температурі (23 oC) у темряві. Після цього пофарбовані зразки спостерігали на двох довжинах хвилі. тис. (488 нм для живих клітин і 559 нм для мертвих клітин) за допомогою машини Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Японія). Товщину біоплівки вимірювали в режимі 3-D сканування.
Як цитувати цю статтю: Li, H. et al. Мікробна корозія супердуплексної нержавіючої сталі 2707 морською біоплівкою Pseudomonas aeruginosa.science.Rep.6, 20190;doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозійне розтріскування дуплексної нержавіючої сталі LDX 2101 у розчині хлориду в присутності тіосульфату.coros.science.80, 205–212 (2014).
Кім С.Т., Джанг С.Х., Лі І.С. та Парк Ю.С. Вплив термічної обробки розчину та азоту в захисному газі на стійкість до точкової корозії супердуплексних зварних швів із нержавіючої сталі.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Порівняльне хімічне дослідження мікробної та електрохімічно спричиненої точкової корозії в нержавіючій сталі 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Електрохімічна поведінка дуплексної нержавіючої сталі 2205 у лужних розчинах різного pH у присутності хлориду. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Вплив морських біоплівок на корозію: стислий огляд. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).