Cảm ơn bạn đã truy cập Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng hỗ trợ CSS hạn chế. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt cập nhật (hoặc tắt chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo tiếp tục được hỗ trợ, chúng tôi sẽ hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Ăn mòn do vi sinh vật (MIC) là một vấn đề nghiêm trọng trong nhiều ngành công nghiệp vì nó có thể gây ra thiệt hại kinh tế lớn. Thép không gỉ siêu song công 2707 (2707 HDSS) đã được sử dụng trong môi trường biển do tính kháng hóa chất tuyệt vời của nó. Tuy nhiên, khả năng kháng MIC của nó chưa được chứng minh bằng thực nghiệm. Trong nghiên cứu này, hoạt động MIC của 2707 HDSS do vi khuẩn hiếu khí biển Pseudomonas aeruginosa gây ra đã được điều tra. eruginosa trong môi trường 2216E, có sự thay đổi tích cực về khả năng ăn mòn và tăng mật độ dòng ăn mòn. Phân tích quang phổ quang điện tử tia X (XPS) cho thấy hàm lượng Cr trên bề mặt mẫu vật bên dưới màng sinh học giảm. đến MIC của màng sinh học P. aeruginosa.
Thép không gỉ song công (DSS) được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau nhờ sự kết hợp lý tưởng giữa tính chất cơ học tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn1,2. Tuy nhiên, hiện tượng rỗ cục bộ vẫn xảy ra và nó ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của loại thép này3,4.DSS không có khả năng chống ăn mòn do vi sinh vật (MIC)5,6. Mặc dù DSS có nhiều ứng dụng nhưng vẫn có những môi trường mà khả năng chống ăn mòn của DSS không đủ để sử dụng lâu dài. thép không gỉ (SDSS) có một số hạn chế về khả năng chống ăn mòn. Do đó, thép không gỉ siêu kép (HDSS) có khả năng chống ăn mòn cao hơn được yêu cầu trong một số ứng dụng. Điều này dẫn đến sự phát triển của HDSS hợp kim cao.
Khả năng chống ăn mòn của DSS phụ thuộc vào tỷ lệ giữa các pha alpha và gamma và các vùng cạn kiệt Cr, Mo và W 8, 9, 10 liền kề với pha thứ hai. HDSS chứa hàm lượng Cr, Mo và N11 cao, vì vậy nó có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và có Giá trị cao (45-50) Số tương đương khả năng chống rỗ (PREN), được xác định bằng wt.%Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt% W) + 16 wt% N12.It Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của nó dựa vào thành phần cân bằng chứa khoảng 50% pha ferit (α) và 50% austenit (γ), HDSS có tính chất cơ học tốt hơn và độ bền cao hơn DSS13 thông thường.Đặc tính ăn mòn của clorua. Khả năng chống ăn mòn được cải thiện mở rộng việc sử dụng HDSS trong các môi trường clorua ăn mòn hơn, chẳng hạn như môi trường biển.
MIC là một vấn đề lớn trong nhiều ngành công nghiệp như dầu khí và nước14.MIC chiếm 20% tổng thiệt hại do ăn mòn15.MIC là sự ăn mòn điện hóa sinh học có thể quan sát được trong nhiều môi trường. Màng sinh học hình thành trên bề mặt kim loại làm thay đổi điều kiện điện hóa, do đó ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn. Người ta tin rằng ăn mòn MIC là do màng sinh học gây ra. là yếu tố giới hạn tốc độ trong MIC gây ra bởi các vi sinh vật điện.Zhang et al.18 đã chứng minh rằng các chất trung gian điện tử đẩy nhanh quá trình chuyển điện tử giữa các tế bào Desulfovibrio sessificans và thép không gỉ 304, dẫn đến sự tấn công MIC nghiêm trọng hơn.Enning et al.19 và Venzlaff et al.Hình 20 cho thấy rằng màng sinh học vi khuẩn khử sunfat ăn mòn (SRB) có thể hấp thụ trực tiếp các điện tử từ chất nền kim loại, dẫn đến ăn mòn rỗ nghiêm trọng.
DSS được biết là dễ bị MIC trong môi trường có chứa SRB, vi khuẩn khử sắt (IRB), v.v. 21. Những vi khuẩn này gây ra các vết rỗ cục bộ trên bề mặt DSS dưới màng sinh học22,23. Không giống như DSS, MIC của HDSS24 ít được biết đến.
Pseudomonas aeruginosa là một loại vi khuẩn hình que di động gram âm phân bố rộng rãi trong tự nhiên25. Pseudomonas aeruginosa cũng là một nhóm vi khuẩn chính trong môi trường biển, gây ra MIC cho thép. Pseudomonas tham gia chặt chẽ vào quá trình ăn mòn và được công nhận là sinh vật định cư tiên phong trong quá trình hình thành màng sinh học.Mahat et al.28 và Yuan et al.29 đã chứng minh rằng Pseudomonas aeruginosa có xu hướng làm tăng tốc độ ăn mòn của thép mềm và hợp kim trong môi trường nước.
Mục tiêu chính của công việc này là điều tra các đặc tính MIC của 2707 HDSS do vi khuẩn hiếu khí biển Pseudomonas aeruginosa gây ra bằng phương pháp điện hóa, kỹ thuật phân tích bề mặt và phân tích sản phẩm ăn mòn. Các nghiên cứu điện hóa bao gồm Điện thế mạch hở (OCP), Điện trở phân cực tuyến tính (LPR), Quang phổ trở kháng điện hóa (EIS) và Phân cực động tiềm năng đã được thực hiện để nghiên cứu hành vi MIC của 2707 HDSS. Máy quang phổ tán sắc năng lượng (EDS) phân tích được thực hiện để tìm các nguyên tố hóa học trên bề mặt bị ăn mòn. Ngoài ra, phân tích quang phổ quang điện tử tia X (XPS) được sử dụng để xác định tính ổn định của quá trình thụ động hóa màng oxit dưới tác động của môi trường biển có chứa Pseudomonas aeruginosa. Độ sâu của hố được đo dưới kính hiển vi quét laser đồng tiêu (CLSM).
Bảng 1 liệt kê thành phần hóa học của 2707 HDSS. Bảng 2 cho thấy 2707 HDSS có các tính chất cơ học tuyệt vời với cường độ chảy 650 MPa. Hình 1 cho thấy cấu trúc vi quang học của dung dịch 2707 HDSS được xử lý nhiệt. Các dải austenit và ferit kéo dài không có pha thứ cấp có thể được nhìn thấy trong cấu trúc vi mô chứa khoảng 50% austenit và 50% pha ferit.
Hình 2a cho thấy dữ liệu về tiềm năng mạch hở (Eocp) so với thời gian tiếp xúc đối với 2707 HDSS trong môi trường 2216E phi sinh học và canh thang P. aeruginosa trong 14 ngày ở 37 °C. Nó cho thấy rằng sự thay đổi lớn nhất và đáng kể trong Eocp xảy ra trong vòng 24 giờ đầu tiên. CE) và -236 mV (so với SCE) đối với mẫu phi sinh học và P, tương ứng ).Pseudomonas aeruginosa, tương ứng. Sau 24 giờ, giá trị Eocp của 2707 HDSS đối với P. aeruginosa tương đối ổn định ở mức -228 mV (so với SCE), trong khi giá trị tương ứng đối với các mẫu phi sinh học là khoảng -442 mV (so với SCE). Eocp khi có P. aeruginosa khá thấp.
Xét nghiệm điện hóa 2707 mẫu HDSS trong môi trường phi sinh học và môi trường Pseudomonas aeruginosa ở 37°C:
(a) Eocp là hàm của thời gian phơi sáng, (b) đường cong phân cực ở ngày 14, (c) Rp là hàm của thời gian phơi sáng và (d) icorr là hàm của thời gian phơi sáng.
Bảng 3 liệt kê các giá trị tham số ăn mòn điện hóa của 2707 mẫu HDSS tiếp xúc với môi trường phi sinh học và môi trường được cấy vi khuẩn Pseudomonas aeruginosa trong 14 ngày. Các tiếp tuyến của các đường cong anốt và catốt được ngoại suy để đến các giao điểm thu được mật độ dòng ăn mòn (icorr), khả năng ăn mòn (Ecorr) và độ dốc Tafel (βα và βc) theo các phương pháp tiêu chuẩn30,31.
Như được hiển thị trong Hình 2b, sự dịch chuyển lên trên của đường cong P. aeruginosa dẫn đến sự gia tăng Ecorr so với đường cong phi sinh học. Giá trị icorr, tỷ lệ thuận với tốc độ ăn mòn, tăng lên 0,328 μA cm-2 trong mẫu Pseudomonas aeruginosa, gấp bốn lần so với mẫu phi sinh học (0,087 μA cm-2).
LPR là một phương pháp điện hóa không phá hủy cổ điển để phân tích ăn mòn nhanh. Phương pháp này cũng được sử dụng để nghiên cứu MIC32. Hình 2c cho thấy điện trở phân cực (Rp) là một hàm của thời gian phơi nhiễm. Giá trị Rp cao hơn có nghĩa là ít bị ăn mòn hơn. Trong vòng 24 giờ đầu tiên, Rp của 2707 HDSS đạt giá trị tối đa là 1955 kΩ cm2 đối với các mẫu phi sinh học và 1429 kΩ cm2 đối với các mẫu Pseudomonas aeruginosa. Hình Hình 2c cũng cho thấy rằng giá trị Rp giảm nhanh chóng sau một ngày và sau đó tương đối không thay đổi trong 13 ngày tiếp theo. Giá trị Rp của mẫu Pseudomonas aeruginosa là khoảng 40 kΩ cm2, thấp hơn nhiều so với giá trị 450 kΩ cm2 của mẫu phi sinh học.
Giá trị icorr tỷ lệ thuận với tốc độ ăn mòn đồng đều. Giá trị của nó có thể được tính từ phương trình Stern-Geary sau đây,
Theo dõi Zou et al.33, giá trị điển hình của độ dốc Tafel B trong công trình này được giả định là 26 mV/dec. Hình 2d cho thấy icorr của mẫu 2707 phi sinh học vẫn tương đối ổn định, trong khi mẫu P. aeruginosa dao động lớn sau 24 giờ đầu tiên.
EIS là một kỹ thuật không phá hủy khác được sử dụng để mô tả các phản ứng điện hóa tại các giao diện bị ăn mòn. Phổ trở kháng và giá trị điện dung được tính toán của các mẫu vật tiếp xúc với môi trường phi sinh học và dung dịch Pseudomonas aeruginosa, điện trở Rb của màng thụ động/màng sinh học hình thành trên bề mặt mẫu vật, điện trở truyền điện tích Rct, điện dung hai lớp điện Cdl (EDL ) và các thông số Phần tử pha không đổi QCPE (CPE). C) mô hình.
Hình 3 cho thấy các đồ thị Nyquist điển hình (a và b) và đồ thị Bode (a' và b') của 2707 mẫu HDSS trong môi trường phi sinh học và canh thang P. aeruginosa trong các thời gian ủ khác nhau. Đường kính của vòng Nyquist giảm khi có mặt Pseudomonas aeruginosa. Đồ thị Bode (Hình 3b') cho thấy sự gia tăng về độ lớn của tổng trở kháng. Thông tin về hằng số thời gian thư giãn có thể được cung cấp bởi đơn sắc pha. Hình 4 cho thấy cực đại pha các cấu trúc vật lý dựa trên lớp (a) và lớp (b) và các EEC tương ứng của chúng.CPE được đưa vào mô hình EEC. Trở kháng và tiếp nhận của nó được thể hiện như sau:
Hai mô hình vật lý và các mạch tương đương tương ứng để phù hợp với phổ trở kháng của mẫu 2707 HDSS:
trong đó Y0 là độ lớn của CPE, j là số ảo hoặc (-1)1/2, ω là tần số góc và n là chỉ số công suất CPE nhỏ hơn 135. Giá trị nghịch đảo của điện trở truyền điện tích (tức là 1/Rct) tương ứng với tốc độ ăn mòn. Rct nhỏ hơn có nghĩa là tốc độ ăn mòn nhanh hơn27. Sau 14 ngày ủ, Rct của các mẫu Pseudomonas aeruginosa đạt 32 kΩ cm2, nhỏ hơn nhiều so với 489 kΩ cm2 của các mẫu phi sinh học (Bảng 4).
Hình ảnh CLSM và hình ảnh SEM trong Hình 5 cho thấy rõ ràng rằng độ bao phủ của màng sinh học trên bề mặt của mẫu vật 2707 HDSS sau 7 ngày là dày đặc. Tuy nhiên, sau 14 ngày, độ bao phủ của màng sinh học thưa thớt và xuất hiện một số tế bào chết. sau 14 ngày. Độ dày màng sinh học trung bình cũng xác nhận xu hướng này. Nó giảm từ 22,2 ± 0,7 μm sau 7 ngày xuống 17,8 ± 1,0 μm sau 14 ngày.
(a) Ảnh 3-D CLSM sau 7 ngày, (b) Ảnh 3-D CLSM sau 14 ngày, (c) Ảnh SEM sau 7 ngày và (d) Ảnh SEM sau 14 ngày.
EDS tiết lộ các nguyên tố hóa học trong màng sinh học và các sản phẩm ăn mòn trên các mẫu tiếp xúc với P. aeruginosa trong 14 ngày. Hình 6 cho thấy hàm lượng C, N, O và P trong màng sinh học và các sản phẩm ăn mòn cao hơn nhiều so với trong kim loại trần, bởi vì các nguyên tố này được liên kết với màng sinh học và các chất chuyển hóa của chúng. Vi khuẩn chỉ cần một lượng nhỏ crom và sắt. Hàm lượng Cr và Fe cao trong màng sinh học và các sản phẩm ăn mòn trên bề mặt mẫu vật cho thấy ma trận kim loại đã bị mất các nguyên tố do ăn mòn .
Sau 14 ngày, quan sát thấy các vết rỗ có và không có P. aeruginosa trong môi trường 2216E. Trước khi ủ, bề mặt mẫu thử nhẵn và không có khuyết tật (Hình 7a). Sau khi ủ và loại bỏ màng sinh học và các sản phẩm ăn mòn, các vết rỗ sâu nhất trên bề mặt mẫu thử được kiểm tra theo CLSM, như thể hiện trong Hình 7b và c. Không tìm thấy vết rỗ rõ ràng nào trên bề mặt của các mẫu đối chứng phi sinh học (độ sâu hố tối đa 0,02 μm). Độ sâu hố tối đa gây ra của Pseudomonas aeruginosa là 0,52 μm sau 7 ngày và 0,69 μm sau 14 ngày, dựa trên độ sâu hố tối đa trung bình của 3 mẫu (10 giá trị độ sâu hố tối đa được chọn cho mỗi mẫu) đạt lần lượt là 0,42 ± 0,12 μm và 0,52 ± 0,15 μm (Bảng 5). Các giá trị độ sâu hố này nhỏ nhưng quan trọng.
(a) Trước khi tiếp xúc, (b) 14 ngày trong môi trường phi sinh học và (c) 14 ngày trong canh trường Pseudomonas aeruginosa.
Hình 8 cho thấy phổ XPS của các bề mặt mẫu khác nhau và các thành phần hóa học được phân tích cho từng bề mặt được tóm tắt trong Bảng 6. Trong Bảng 6, phần trăm nguyên tử của Fe và Cr khi có mặt P. aeruginosa (mẫu A và B) thấp hơn nhiều so với các mẫu đối chứng phi sinh học (mẫu C và D). Đối với mẫu P. aeruginosa, đường cong quang phổ mức lõi Cr 2p phù hợp với bốn thành phần cực đại với giá trị năng lượng liên kết (BE) là 574 .4, 576,6, 578,3 và 586,8 eV, tương ứng có thể được quy cho Cr, Cr2O3, CrO3 và Cr(OH)3 (Hình 9a và b). Đối với các mẫu vật phi sinh học, phổ mức lõi Cr 2p chứa hai đỉnh chính của Cr (573,80 eV đối với BE) và Cr2O3 (575,90 eV đối với BE) trong Hình 9c và d, tương ứng. điểm khác biệt nổi bật nhất giữa mẫu phi sinh học và mẫu P. aeruginosa là sự hiện diện của Cr6+ và tỷ lệ tương đối cao hơn của Cr(OH)3 (BE là 586,8 eV) bên dưới màng sinh học.
Phổ XPS rộng của bề mặt mẫu vật 2707 HDSS trong hai môi trường lần lượt là 7 ngày và 14 ngày.
(a) 7 ngày tiếp xúc với P. aeruginosa, (b) 14 ngày tiếp xúc với P. aeruginosa, (c) 7 ngày trong môi trường phi sinh học và (d) 14 ngày trong môi trường phi sinh học.
HDSS thể hiện mức độ chống ăn mòn cao trong hầu hết các môi trường. Kim et al.2 đã báo cáo rằng UNS S32707 HDSS được định nghĩa là một DSS hợp kim cao với PREN lớn hơn 45. Giá trị PREN của mẫu HDSS 2707 trong công trình này là 49. Điều này là do hàm lượng crom cao và mức molypden và Ni cao, có lợi trong môi trường axit và clorua cao. Ngoài ra, thành phần cân bằng tốt và cấu trúc vi mô không có khiếm khuyết rất hữu ích cho sự ổn định cấu trúc và khả năng chống ăn mòn. trong nghiên cứu này cho thấy rằng 2707 HDSS không hoàn toàn miễn nhiễm với MIC của màng sinh học P. aeruginosa.
Kết quả điện hóa cho thấy tốc độ ăn mòn của 2707 HDSS trong môi trường P. aeruginosa tăng đáng kể sau 14 ngày so với môi trường phi sinh học. Trong Hình 2a, sự giảm Eocp được quan sát thấy ở cả môi trường phi sinh học và môi trường P. aeruginosa trong 24 giờ đầu tiên. Sau đó, màng sinh học đã hoàn thành bao phủ bề mặt của mẫu vật và Eocp trở nên tương đối ổn định36. Tuy nhiên, mức độ Eocp sinh học cao hơn nhiều so với Eocp phi sinh học. Có lý do để tin rằng sự khác biệt này là do sự hình thành màng sinh học của P. aeruginosa. Trong Hình 2d, với sự hiện diện của P. aeruginosa, giá trị icorr của 2707 HDSS đạt 0,627 μA cm-2, cao hơn một bậc so với kiểm soát phi sinh học (0,063 μA cm-2), phù hợp với giá trị Rct được đo bởi EIS. Trong vài ngày đầu tiên, các giá trị trở kháng ở P. aerugin osa tăng lên do sự gắn kết của các tế bào P. aeruginosa và sự hình thành màng sinh học. Tuy nhiên, khi màng sinh học bao phủ hoàn toàn bề mặt của mẫu vật, trở kháng giảm xuống. Lớp bảo vệ bị tấn công đầu tiên do sự hình thành màng sinh học và các chất chuyển hóa của màng sinh học. Do đó, khả năng chống ăn mòn giảm theo thời gian và sự bám dính của P. aeruginosa gây ra sự ăn mòn cục bộ. aeruginosa. Ngoài ra, đối với các mẫu phi sinh học, giá trị Rct của 2707 HDSS đạt 489 kΩ cm2 vào ngày 14, gấp 15 lần giá trị Rct (32 kΩ cm2) khi có P. aeruginosa. Do đó, 2707 HDSS có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong môi trường vô trùng, nhưng không chống lại sự tấn công MIC của màng sinh học P. aeruginosa.
Những kết quả này cũng có thể được quan sát từ các đường cong phân cực trong Hình 2b. Sự phân nhánh anốt là do sự hình thành màng sinh học Pseudomonas aeruginosa và các phản ứng oxy hóa kim loại. Đồng thời, phản ứng catốt là sự khử oxy. Sự hiện diện của P. aeruginosa làm tăng đáng kể mật độ dòng ăn mòn, cao hơn khoảng một bậc so với kiểm soát phi sinh học. Điều này cho thấy rằng màng sinh học P. aeruginosa làm tăng sự ăn mòn cục bộ của 2707 HDSS. Yuan và cộng sự đã tìm thấy rằng mật độ dòng ăn mòn của hợp kim Cu-Ni 70/30 tăng lên dưới thách thức của màng sinh học P. aeruginosa. Điều này có thể là do sự xúc tác sinh học của quá trình khử oxy bởi màng sinh học Pseudomonas aeruginosa. Quan sát này cũng có thể giải thích MIC của 2707 HDSS trong công trình này.
Dickinson và cộng sự.38 gợi ý rằng tốc độ của các phản ứng hóa học và điện hóa có thể bị ảnh hưởng trực tiếp bởi hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn không cuống trên bề mặt mẫu vật và bản chất của các sản phẩm ăn mòn. Như thể hiện trong Hình 5 và Bảng 5, cả số lượng tế bào và độ dày màng sinh học đều giảm sau 14 ngày. Ma trận HDSS 2707. Đây là hạn chế của thử nghiệm hàng loạt.
Trong nghiên cứu này, màng sinh học P. aeruginosa đã thúc đẩy sự suy giảm cục bộ của Cr và Fe bên dưới màng sinh học trên bề mặt 2707 HDSS (Hình 6). Trong Bảng 6, quá trình khử Fe và Cr trong mẫu D so với mẫu C, cho thấy Fe và Cr hòa tan do màng sinh học P. aeruginosa gây ra vẫn tồn tại sau 7 ngày đầu tiên. Môi trường 2216E được sử dụng để mô phỏng môi trường biển. Nó chứa 17700 ppm Cl-, tương đương với nồng độ đó được tìm thấy trong nước biển tự nhiên. Sự hiện diện của 17700 ppm Cl- là nguyên nhân chính làm giảm Cr trong các mẫu phi sinh học 7 và 14 ngày được phân tích bởi XPS. So với các mẫu P. aeruginosa, sự hòa tan Cr trong các mẫu phi sinh học ít hơn nhiều do khả năng kháng Cl− mạnh của 2707 HDSS trong môi trường phi sinh học. Hình 9 cho thấy sự hiện diện của Cr6+ trong màng thụ động. Nó có thể liên quan đến việc loại bỏ Cr khỏi bề mặt thép bằng P. a eruginosa màng sinh học, theo đề xuất của Chen và Clayton.
Do sự phát triển của vi khuẩn, giá trị pH của môi trường trước và sau khi nuôi cấy lần lượt là 7,4 và 8,2. Do đó, bên dưới màng sinh học P. aeruginosa, sự ăn mòn axit hữu cơ dường như không phải là yếu tố góp phần vào công việc này do độ pH trong môi trường lớn tương đối cao. Độ pH của môi trường đối chứng phi sinh học không thay đổi đáng kể (từ 7,4 ban đầu đến 7,5 cuối cùng) trong thời gian thử nghiệm 14 ngày. Sự gia tăng độ pH trong môi trường cấy sau khi ủ là do hoạt động trao đổi chất của P. aeruginosa và được phát hiện là có ảnh hưởng tương tự đến độ pH khi không có que thử.
Như được hiển thị trong Hình 7, độ sâu hố tối đa do màng sinh học P. aeruginosa gây ra là 0,69 μm, lớn hơn nhiều so với độ sâu của môi trường phi sinh học (0,02 μm). Điều này phù hợp với dữ liệu điện hóa được mô tả ở trên. Độ sâu hố 0,69 μm nhỏ hơn mười lần so với giá trị 9,5 μm được báo cáo cho 2205 DSS trong cùng điều kiện. Dữ liệu này chứng minh rằng 2707 HDSS thể hiện khả năng kháng MIC tốt hơn so với 22 05 DSS. Điều này không có gì ngạc nhiên, vì 2707 HDSS có hàm lượng crom cao hơn, mang lại sự thụ động hóa lâu dài hơn, do cấu trúc pha cân bằng không có kết tủa thứ cấp có hại, khiến P. aeruginosa khó khử thụ động hơn và điểm bắt đầu nhật thực.
Tóm lại, vết rỗ MIC được tìm thấy trên bề mặt của 2707 HDSS trong môi trường P. aeruginosa so với vết rỗ không đáng kể trong môi trường phi sinh học. Công trình này cho thấy 2707 HDSS có khả năng kháng MIC tốt hơn 2205 DSS, nhưng nó không hoàn toàn miễn nhiễm với MIC do màng sinh học P. aeruginosa. Những phát hiện này hỗ trợ trong việc lựa chọn thép không gỉ phù hợp và ước tính tuổi thọ sử dụng cho môi trường biển.
Phiếu giảm giá cho 2707 HDSS được cung cấp bởi Trường Luyện kim của Đại học Đông Bắc (NEU) ở Thẩm Dương, Trung Quốc. Thành phần nguyên tố của 2707 HDSS được thể hiện trong Bảng 1, được phân tích bởi Phòng Thử nghiệm và Phân tích Vật liệu của NEU. Tất cả các mẫu được xử lý bằng dung dịch ở 1180 °C trong 1 giờ. Trước khi thử nghiệm ăn mòn, 2707 HDSS hình đồng xu với diện tích bề mặt tiếp xúc trên cùng là 1 cm2 đã được đánh bóng tới 2000 grit bằng giấy cacbua silic và được đánh bóng thêm bằng huyền phù bột Al2O3 0,05 μm. Các mặt và đáy được bảo vệ bằng sơn trơ. Sau khi sấy khô, các mẫu thử được rửa bằng nước khử ion vô trùng và khử trùng bằng etanol 75% (v/v) trong 0,5 giờ. Sau đó, chúng được sấy khô trong không khí dưới ánh sáng cực tím (UV) trong 0,5 giờ trước khi sử dụng.
Chủng Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 được mua từ Trung tâm Thu thập Văn hóa Biển Hạ Môn (MCCC), Trung Quốc. Pseudomonas aeruginosa được nuôi cấy trên không ở 37°C trong bình cầu 250 ml và tế bào thủy tinh điện hóa 500 ml sử dụng môi trường lỏng Marine 2216E (Công ty TNHH Công nghệ sinh học Qingdao Hope, Thanh Đảo, Trung Quốc). Trung bình (g/L): 19,45 NaCl, 5 0,98 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 peptone, 1,0 chiết xuất men và 0,1 ferric citrate. Hấp khử trùng ở 121°C trong 20 phút trước khi cấy. Đếm tế bào không cuống và sinh vật phù du bằng máy đo huyết sắc tố dưới kính hiển vi ánh sáng ở độ phóng đại 400X. Nồng độ tế bào ban đầu của Pseudomonas aeruginosa sinh vật phù du ngay sau khi cấy là khoảng 106 tế bào/ml.
Các thử nghiệm điện hóa được thực hiện trong một tế bào thủy tinh ba điện cực cổ điển với thể tích trung bình 500 ml. Một tấm bạch kim và một điện cực calomel bão hòa (SCE) được kết nối với lò phản ứng thông qua các mao quản Luggin chứa đầy cầu muối, tương ứng đóng vai trò là điện cực đối chiếu và điện cực tham chiếu. Để tạo ra các điện cực làm việc, một dây đồng bọc cao su được gắn vào mỗi mẫu thử và phủ epoxy, để lại khoảng 1 cm2 diện tích bề mặt một mặt tiếp xúc cho điện cực làm việc. Trong quá trình đo điện hóa, các mẫu được đặt trong 221 6E và được duy trì ở nhiệt độ ủ không đổi (37 °C) trong bể nước. OCP, LPR, EIS và dữ liệu phân cực động tiềm năng được đo bằng bộ chiết áp Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). Các thử nghiệm LPR được ghi lại ở tốc độ quét 0,125 mV s-1 trong phạm vi -5 và 5 mV với Eocp và tần số lấy mẫu là 1 Hz.EIS được thực hiện với sóng hình sin trong dải tần 0,01 đến 10.000 Hz sử dụng điện áp đặt 5 mV ở trạng thái ổn định Eocp. Trước khi quét điện thế, các điện cực ở chế độ mạch hở cho đến khi đạt được giá trị điện thế ăn mòn tự do ổn định. Các đường cong phân cực sau đó chạy từ -0,2 đến 1,5 V so với Eocp ở tốc độ quét 0,166 mV/s. Mỗi thử nghiệm được lặp lại 3 lần có và không có P. aeruginosa.
Các mẫu để phân tích kim loại được đánh bóng cơ học bằng giấy SiC ướt 2000 grit và sau đó được đánh bóng thêm bằng huyền phù bột Al2O3 0,05 μm để quan sát quang học. Phân tích kim loại được thực hiện bằng kính hiển vi quang học. Các mẫu được khắc bằng dung dịch kali hydroxit 10% trọng lượng 43.
Sau khi ủ, các mẫu được rửa 3 lần bằng dung dịch muối đệm phốt phát (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) và sau đó cố định bằng glutaraldehyde 2,5% (v/v) trong 10 giờ để cố định màng sinh học. Sau đó, mẫu được khử nước bằng loạt etanol được phân loại (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% và 100% v/v) trước khi sấy khô trong không khí. mẫu được phún xạ bằng màng vàng để cung cấp độ dẫn điện cho quá trình quan sát SEM. Ảnh SEM được tập trung vào các điểm có nhiều tế bào P. aeruginosa không cuống nhất trên bề mặt của mỗi mẫu vật. Thực hiện phân tích EDS để tìm các nguyên tố hóa học. Kính hiển vi quét laze đồng tiêu Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Đức) được sử dụng để đo độ sâu của hố. Để quan sát các hố ăn mòn dưới màng sinh học, mẫu thử trước tiên được làm sạch theo Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc (LSM 710, Zeiss, Đức) CNS) GB/T4334.4-2000 để loại bỏ các sản phẩm ăn mòn và màng sinh học trên bề mặt mẫu thử.
Phân tích quang phổ quang điện tử tia X (hệ thống phân tích bề mặt XPS, ESCALAB250, Thermo VG, Hoa Kỳ) được thực hiện bằng cách sử dụng nguồn tia X đơn sắc (dòng nhôm Kα ở năng lượng 1500 eV và công suất 150 W) trên dải năng lượng liên kết rộng 0 trong điều kiện tiêu chuẩn –1350 eV. Phổ độ phân giải cao được ghi lại bằng cách sử dụng năng lượng truyền qua 50 eV và kích thước bước 0,2 eV.
Các mẫu đã ủ được lấy ra và rửa nhẹ nhàng bằng PBS (pH 7,4 ± 0,2) trong 15 s45. Để quan sát khả năng tồn tại của vi khuẩn trên các màng sinh học trên các mẫu, các màng sinh học được nhuộm bằng Bộ công cụ khả thi vi khuẩn LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Bộ này có hai thuốc nhuộm huỳnh quang, thuốc nhuộm huỳnh quang màu xanh lá cây SYTO-9 và thuốc nhuộm propidium iodide (PI) huỳnh quang màu đỏ. Trong CLSM, các chấm có màu xanh lục huỳnh quang và màu đỏ tương ứng là tế bào sống và tế bào chết. Để nhuộm màu, 1 ml hỗn hợp chứa 3 μl SYTO-9 và 3 μl dung dịch PI được ủ trong 20 phút ở nhiệt độ phòng (23 oC) trong bóng tối. Sau đó, các mẫu nhuộm màu được quan sát ở hai bước sóng (488 nm đối với tế bào sống và 559 nm đối với tế bào chết) bằng máy Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Nhật Bản). Độ dày màng sinh học được đo ở chế độ quét 3-D.
Làm thế nào để trích dẫn bài viết này: Li, H. et al. Sự ăn mòn vi khuẩn của thép không gỉ siêu kép 2707 bởi Pseudomonas aeruginosa biofilm.science.Rep.6, 20190;doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Sự nứt do ăn mòn do ứng suất của thép không gỉ song công LDX 2101 trong dung dịch clorua với sự có mặt của thiosulfate.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Ảnh hưởng của xử lý nhiệt dung dịch và nitơ trong khí bảo vệ đối với khả năng chống ăn mòn rỗ của mối hàn thép không gỉ siêu kép.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Một nghiên cứu hóa học so sánh về ăn mòn rỗ do vi khuẩn và điện hóa trong thép không gỉ 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Hành vi điện hóa của thép không gỉ song công 2205 trong dung dịch kiềm có độ pH khác nhau với sự có mặt của clorua.Electrohim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Ảnh hưởng của màng sinh học biển đối với sự ăn mòn: đánh giá ngắn gọn.Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).