Ďakujeme, že ste navštívili Nature.com.Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS.Pre najlepší zážitok vám odporúčame použiť aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v programe Internet Explorer).Medzitým, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, vykreslíme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Mikrobiálna korózia (MIC) je vážnym problémom v mnohých priemyselných odvetviach, pretože môže viesť k obrovským ekonomickým stratám.Super duplexná nehrdzavejúca oceľ 2707 (2707 HDSS) sa používa v morskom prostredí vďaka svojej vynikajúcej chemickej odolnosti.Jeho odolnosť voči MIC však nebola experimentálne preukázaná.Táto štúdia skúmala správanie MIC 2707 HDSS spôsobené morskou aeróbnou baktériou Pseudomonas aeruginosa.Elektrochemická analýza ukázala, že v prítomnosti biofilmu Pseudomonas aeruginosa v médiu 2216E dochádza k pozitívnej zmene korózneho potenciálu a k zvýšeniu hustoty korózneho prúdu.Analýza rôntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie (XPS) ukázala pokles obsahu Cr na povrchu vzorky pod biofilmom.Vizuálna analýza jamiek ukázala, že biofilm P. aeruginosa vytvoril maximálnu hĺbku jamky 0,69 µm počas 14 dní inkubácie.Aj keď je to malé, naznačuje to, že 2707 HDSS nie je úplne imúnny voči MIC biofilmov P. aeruginosa.
Duplexné nehrdzavejúce ocele (DSS) sú široko používané v rôznych priemyselných odvetviach vďaka dokonalej kombinácii vynikajúcich mechanických vlastností a odolnosti proti korózii1,2.Lokalizovaná jamka sa však stále vyskytuje a ovplyvňuje integritu tejto ocele3,4.DSS nie je odolný voči mikrobiálnej korózii (MIC)5,6.Napriek širokému spektru aplikácií pre DSS stále existujú prostredia, kde korózna odolnosť DSS nie je dostatočná na dlhodobé používanie.To znamená, že sú potrebné drahšie materiály s vyššou odolnosťou proti korózii.Jeon et al7 zistili, že dokonca aj super duplexné nehrdzavejúce ocele (SDSS) majú určité obmedzenia z hľadiska odolnosti proti korózii.Preto sú v niektorých prípadoch potrebné super duplexné nehrdzavejúce ocele (HDSS) s vyššou odolnosťou proti korózii.To viedlo k vývoju vysoko legovaných HDSS.
Odolnosť proti korózii DSS závisí od pomeru fáz alfa a gama a je ochudobnená o oblasti Cr, Mo a W 8, 9, 10 susediace s druhou fázou.HDSS obsahuje vysoký obsah Cr, Mo a N11, preto má vynikajúcu odolnosť proti korózii a vysokú hodnotu (45-50) ekvivalentného čísla odolnosti proti bodovej korózii (PREN) určeného hm. % Cr + 3,3 (hm. % Mo + 0,5 % hmotn.) + 16 % hmotn.N12.Jeho vynikajúca odolnosť proti korózii závisí od vyváženého zloženia obsahujúceho približne 50 % feritickej (α) a 50 % austenitickej (γ) fázy.HDSS má lepšie mechanické vlastnosti a vyššiu odolnosť proti chloridovej korózii.Zlepšená odolnosť proti korózii rozširuje použitie HDSS v agresívnejších chloridových prostrediach, ako je morské prostredie.
MIC sú hlavným problémom v mnohých priemyselných odvetviach, ako je ropný, plynárenský a vodárenský priemysel14.MIC predstavuje 20 % všetkých poškodení koróziou15.MIC je bioelektrochemická korózia, ktorú možno pozorovať v mnohých prostrediach.Biofilmy, ktoré sa tvoria na kovových povrchoch, menia elektrochemické podmienky, čím ovplyvňujú proces korózie.Všeobecne sa verí, že koróziu MIC spôsobujú biofilmy.Elektrogénne mikroorganizmy požierajú kovy, aby získali energiu, ktorú potrebujú na prežitie17.Nedávne štúdie MIC ukázali, že EET (extracelulárny prenos elektrónov) je faktorom limitujúcim rýchlosť pri MIC indukovanom elektrogénnymi mikroorganizmami.Zhang a kol.18 demonštrovali, že sprostredkovatelia elektrónov urýchľujú prenos elektrónov medzi bunkami Desulfovibrio sessificans a nehrdzavejúcou oceľou 304, čo vedie k závažnejšiemu napadnutiu MIC.Anning a kol.19 a Wenzlaff a kol.20 ukázali, že biofilmy korozívnych baktérií redukujúcich sírany (SRB) môžu priamo absorbovať elektróny z kovových substrátov, čo má za následok vážne jamkovanie.
Je známe, že DSS je citlivý na MIC v médiách obsahujúcich SRB, baktérie redukujúce železo (IRB) atď.21.Tieto baktérie spôsobujú lokalizované jamky na povrchu DSS pod biofilmami22,23.Na rozdiel od DSS nie je HDSS24 MIC dobre známy.
Pseudomonas aeruginosa je gramnegatívna, pohyblivá, tyčinkovitá baktéria, ktorá je v prírode široko rozšírená25.Pseudomonas aeruginosa je tiež hlavnou mikrobiálnou skupinou v morskom prostredí, čo spôsobuje zvýšené koncentrácie MIC.Pseudomonas sa aktívne podieľa na procese korózie a je uznávaný ako priekopník kolonizátora pri tvorbe biofilmu.Mahat a kol.28 a Yuan a kol.29 preukázali, že Pseudomonas aeruginosa má tendenciu zvyšovať rýchlosť korózie mäkkej ocele a zliatin vo vodnom prostredí.
Hlavným cieľom tejto práce bolo preskúmať vlastnosti MIC 2707 HDSS spôsobené morskou aeróbnou baktériou Pseudomonas aeruginosa pomocou elektrochemických metód, metód povrchovej analýzy a analýzy produktov korózie.Na štúdium správania MIC 2707 HDSS sa uskutočnili elektrochemické štúdie vrátane potenciálu otvoreného obvodu (OCP), lineárneho polarizačného odporu (LPR), elektrochemickej impedančnej spektroskopie (EIS) a potenciálnej dynamickej polarizácie.Energeticky disperzná spektrometrická analýza (EDS) bola vykonaná na detekciu chemických prvkov na skorodovanom povrchu.Okrem toho sa na stanovenie stability pasivácie oxidového filmu pod vplyvom morského prostredia obsahujúceho Pseudomonas aeruginosa použila röntgenová fotoelektrónová spektroskopia (XPS).Hĺbka jamiek bola meraná pod konfokálnym laserovým skenovacím mikroskopom (CLSM).
Tabuľka 1 ukazuje chemické zloženie 2707 HDSS.Tabuľka 2 ukazuje, že 2707 HDSS má vynikajúce mechanické vlastnosti s medzou klzu 650 MPa.Na obr.1 znázorňuje optickú mikroštruktúru roztoku 2707 HDSS spracovaného tepelne.V mikroštruktúre obsahujúcej asi 50 % austenitu a 50 % feritových fáz sú viditeľné predĺžené pásy austenitových a feritových fáz bez sekundárnych fáz.
Na obr.Obrázok 2a ukazuje potenciál otvoreného okruhu (Eocp) verzus expozičný čas pre 2707 HDSS v abiotickom médiu 2216E a bujóne P. aeruginosa počas 14 dní pri 37 °C.Ukazuje, že najväčšia a najvýznamnejšia zmena v Eocp nastáva počas prvých 24 hodín.Hodnoty Eocp v oboch prípadoch dosiahli maximum pri -145 mV (v porovnaní s SCE) okolo 16 hodín a potom prudko klesli a dosiahli -477 mV (v porovnaní s SCE) a -236 mV (v porovnaní s SCE) pre abiotickú vzorku.a Pseudomonas aeruginosa kupóny, v tomto poradí).Po 24 hodinách bola hodnota Eocp 2707 HDSS pre P. aeruginosa relatívne stabilná pri -228 mV (v porovnaní s SCE), zatiaľ čo zodpovedajúca hodnota pre nebiologické vzorky bola približne -442 mV (v porovnaní s SCE).Eocp v prítomnosti P. aeruginosa bola dosť nízka.
Elektrochemická štúdia 2707 vzoriek HDSS v abiotickom médiu a bujóne Pseudomonas aeruginosa pri 37 °C:
(a) Eocp ako funkcia času expozície, (b) polarizačné krivky na 14. deň, (c) Rp ako funkcia času expozície a (d) icorr ako funkcia času expozície.
Tabuľka 3 ukazuje parametre elektrochemickej korózie 2707 vzoriek HDSS vystavených abiotickému médiu a médiu inokulovanému Pseudomonas aeruginosa počas 14 dní.Tangenty anódových a katódových kriviek sa extrapolovali, aby sa získali priesečníky poskytujúce hustotu korózneho prúdu (icorr), korózny potenciál (Ecorr) a sklon Tafela (βα a βc) podľa štandardných metód30,31.
Ako je znázornené na obr.2b, posun krivky P. aeruginosa nahor viedol k zvýšeniu Ecorr v porovnaní s abiotickou krivkou.Hodnota icorr, ktorá je úmerná rýchlosti korózie, sa vo vzorke Pseudomonas aeruginosa zvýšila na 0,328 µA cm-2, čo je štyrikrát viac ako v nebiologickej vzorke (0,087 µA cm-2).
LPR je klasická nedeštruktívna elektrochemická metóda na rýchlu analýzu korózie.Bol tiež použitý na štúdium MIC32.Na obr.2c ukazuje polarizačný odpor (Rp) ako funkciu expozičného času.Vyššia hodnota Rp znamená menej korózie.Počas prvých 24 hodín dosiahol Rp 2707 HDSS vrchol pri 1955 kΩ cm2 pre abiotické vzorky a 1429 kΩ cm2 pre vzorky Pseudomonas aeruginosa.Obrázok 2c tiež ukazuje, že hodnota Rp rýchlo klesla po jednom dni a potom zostala relatívne nezmenená počas nasledujúcich 13 dní.Hodnota Rp vzorky Pseudomonas aeruginosa je približne 40 kΩ cm2, čo je oveľa nižšia hodnota ako hodnota 450 kΩ cm2 nebiologickej vzorky.
Hodnota icorr je úmerná rovnomernej rýchlosti korózie.Jeho hodnotu možno vypočítať z nasledujúcej Stern-Giriho rovnice:
Podľa Zoe a kol.33, typická hodnota Tafelovho sklonu B v tejto práci bola braná ako 26 mV/dec.Obrázok 2d ukazuje, že icorr nebiologickej vzorky 2707 zostal relatívne stabilný, zatiaľ čo vzorka P. aeruginosa po prvých 24 hodinách značne kolísala.Hodnoty icorr vzoriek P. aeruginosa boli rádovo vyššie ako hodnoty nebiologických kontrol.Tento trend je v súlade s výsledkami polarizačného odporu.
EIS je ďalšou nedeštruktívnou metódou používanou na charakterizáciu elektrochemických reakcií na skorodovaných povrchoch.Impedančné spektrá a vypočítané kapacitné hodnoty vzoriek vystavených abiotickému prostrediu a roztoku Pseudomonas aeruginosa, pasívny odpor filmu/biofilmu Rb vytvorený na povrchu vzorky, odpor prenosu náboja Rct, elektrická dvojvrstvová kapacitancia Cdl (EDL) a konštantné parametre fázových prvkov QCPE (CPE).Tieto parametre sa ďalej analyzovali prispôsobením údajov pomocou modelu ekvivalentného obvodu (EEC).
Na obr.3 ukazuje typické Nyquistove grafy (a a b) a Bodeho grafy (a' a b') pre 2707 vzoriek HDSS v abiotickom médiu a pôde P. aeruginosa pre rôzne inkubačné časy.Priemer Nyquistovho prstenca sa zmenšuje v prítomnosti Pseudomonas aeruginosa.Bodeov graf (obr. 3b') ukazuje zvýšenie celkovej impedancie.Informáciu o časovej konštante relaxácie je možné získať z fázových maxím.Na obr.4 ukazuje fyzikálne štruktúry založené na monovrstve (a) a dvojvrstve (b) a zodpovedajúcich EEC.CPE sa zavádza do modelu EHS.Jeho vstup a impedancia sú vyjadrené takto:
Dva fyzikálne modely a zodpovedajúce ekvivalentné obvody na prispôsobenie impedančného spektra vzorky 2707 HDSS:
kde Y0 je hodnota KPI, j je imaginárne číslo alebo (-1)1/2, ω je uhlová frekvencia, n je index výkonu KPI menší ako jedna35.Inverzia odporu prenosu náboja (tj 1/Rct) zodpovedá rýchlosti korózie.Čím menšie Rct, tým vyššia rýchlosť korózie27.Po 14 dňoch inkubácie dosiahla Rct vzoriek Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, čo je oveľa menej ako 489 kΩ cm2 nebiologických vzoriek (tabuľka 4).
Obrázky CLSM a obrázky SEM na obrázku 5 jasne ukazujú, že biofilmový povlak na povrchu vzorky HDSS 2707 po 7 dňoch je hustý.Po 14 dňoch však bolo pokrytie biofilmom slabé a objavili sa odumreté bunky.Tabuľka 5 ukazuje hrúbku biofilmu na 2707 vzorkách HDSS po expozícii P. aeruginosa počas 7 a 14 dní.Maximálna hrúbka biofilmu sa zmenila z 23,4 µm po 7 dňoch na 18,9 µm po 14 dňoch.Tento trend potvrdila aj priemerná hrúbka biofilmu.Klesla z 22,2 ± 0,7 μm po 7 dňoch na 17,8 ± 1,0 μm po 14 dňoch.
(a) 3-D CLSM obraz po 7 dňoch, (b) 3-D CLSM obraz po 14 dňoch, (c) SEM obraz po 7 dňoch a (d) SEM obraz po 14 dňoch.
EMF odhalilo chemické prvky v biofilmoch a koróznych produktoch na vzorkách vystavených P. aeruginosa počas 14 dní.Na obr.Obrázok 6 ukazuje, že obsah C, N, O a P v biofilmoch a produktoch korózie je výrazne vyšší ako v čistých kovoch, pretože tieto prvky sú spojené s biofilmami a ich metabolitmi.Mikróby potrebujú iba stopové množstvá chrómu a železa.Vysoké hladiny Cr a Fe v biofilme a korózne produkty na povrchu vzoriek naznačujú, že kovová matrica stratila prvky v dôsledku korózie.
Po 14 dňoch boli v médiu 2216E pozorované jamky s a bez P. aeruginosa.Pred inkubáciou bol povrch vzoriek hladký a bez defektov (obr. 7a).Po inkubácii a odstránení biofilmu a produktov korózie boli najhlbšie jamky na povrchu vzoriek skúmané pomocou CLSM, ako je znázornené na obr. 7b a c.Na povrchu nebiologických kontrol sa nenašli žiadne zjavné jamky (maximálna hĺbka jamiek 0,02 µm).Maximálna hĺbka jamy spôsobená P. aeruginosa bola 0,52 µm po 7 dňoch a 0,69 µm po 14 dňoch na základe priemernej maximálnej hĺbky jamy z 3 vzoriek (pre každú vzorku bolo vybraných 10 maximálnych hĺbok jamy).Dosiahnutie 0,42 ± 0,12 um, respektíve 0,52 ± 0,15 um (tabuľka 5).Tieto hodnoty hĺbky otvoru sú malé, ale dôležité.
a) pred expozíciou, b) 14 dní v abiotickom prostredí a c) 14 dní v bujóne Pseudomonas aeruginosa.
Na obr.Tabuľka 8 ukazuje XPS spektrá rôznych povrchov vzoriek a chemické zloženie analyzované pre každý povrch je zhrnuté v tabuľke 6. V tabuľke 6 boli atómové percentá Fe a Cr v prítomnosti P. aeruginosa (vzorky A a B) oveľa nižšie ako pri nebiologických kontrolách.(vzorky C a D).Pre vzorku P. aeruginosa bola spektrálna krivka na úrovni jadra Cr 2p prispôsobená štyrom vrcholovým komponentom s väzbovými energiami (BE) 574,4, 576,6, 578,3 a 586,8 eV, ktoré možno pripísať Cr, Cr2O3, CrO3 .a Cr(OH)3 (obr. 9a a b).Pre nebiologické vzorky obsahuje spektrum hlavnej hladiny Cr 2p dva hlavné píky pre Cr (573,80 eV pre BE) a Cr2O3 (575,90 eV pre BE) na obr.9c a d, v tomto poradí.Najvýraznejším rozdielom medzi abiotickými vzorkami a vzorkami P. aeruginosa bola prítomnosť Cr6+ a vyšší relatívny podiel Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) pod biofilmom.
Široké spektrá XPS povrchu vzorky 2707 HDSS v dvoch médiách sú 7 a 14 dní.
a) 7 dní expozície P. aeruginosa, b) 14 dní expozície P. aeruginosa, c) 7 dní v abiotickom prostredí a d) 14 dní v abiotickom prostredí.
HDSS vykazuje vysokú úroveň odolnosti voči korózii vo väčšine prostredí.Kim et al.2 uviedli, že HDSS UNS S32707 bol identifikovaný ako vysoko legovaný DSS s PREN väčším ako 45. Hodnota PREN vzorky 2707 HDSS v tejto práci bola 49. Je to kvôli vysokému obsahu chrómu a vysokému obsahu molybdén a nikel, ktoré sú užitočné v kyslom prostredí.a prostredia s vysokým obsahom chloridov.Okrem toho, dobre vyvážené zloženie a mikroštruktúra bez defektov sú prospešné pre štrukturálnu stabilitu a odolnosť proti korózii.Napriek svojej vynikajúcej chemickej odolnosti však experimentálne údaje v tejto práci naznačujú, že 2707 HDSS nie je úplne imúnny voči MIC biofilmu P. aeruginosa.
Elektrochemické výsledky ukázali, že rýchlosť korózie 2707 HDSS v bujóne P. aeruginosa sa výrazne zvýšila po 14 dňoch v porovnaní s nebiologickým prostredím.Na obrázku 2a sa pozoroval pokles Eocp v abiotickom médiu aj v bujóne P. aeruginosa počas prvých 24 hodín.Potom biofilm úplne pokrýva povrch vzorky a Eocp sa stáva relatívne stabilným36.Biologická úroveň Eocp však bola oveľa vyššia ako nebiologická úroveň Eocp.Existujú dôvody domnievať sa, že tento rozdiel súvisí s tvorbou biofilmov P. aeruginosa.Na obr.2d v prítomnosti P. aeruginosa hodnota icorr 2707 HDSS dosiahla 0,627 μA cm-2, čo je rádovo vyššia hodnota ako u abiotickej kontroly (0,063 μA cm-2), čo bolo v súlade s nameranou hodnotou Rct spoločnosťou EIS.Počas prvých dní sa hodnoty impedancie v bujóne P. aeruginosa zvýšili v dôsledku prichytenia buniek P. aeruginosa a tvorby biofilmov.Keď však biofilm úplne pokryje povrch vzorky, impedancia sa zníži.Ochranná vrstva je napádaná predovšetkým v dôsledku tvorby biofilmov a metabolitov biofilmu.V dôsledku toho sa odolnosť proti korózii časom znížila a pripojenie P. aeruginosa spôsobilo lokalizovanú koróziu.Trendy v abiotickom prostredí boli odlišné.Korózna odolnosť nebiologickej kontroly bola oveľa vyššia ako zodpovedajúca hodnota vzoriek vystavených pôsobeniu živnej pôdy P. aeruginosa.Okrem toho pre abiotické prírastky hodnota Rct 2707 HDSS dosiahla 489 kΩ cm2 na 14. deň, čo je 15-krát viac ako hodnota Rct (32 kΩ cm2) v prítomnosti P. aeruginosa.2707 HDSS má teda vynikajúcu odolnosť proti korózii v sterilnom prostredí, ale nie je odolný voči MIC z biofilmov P. aeruginosa.
Tieto výsledky možno tiež pozorovať z polarizačných kriviek na obr.2b.Anodické vetvenie bolo spojené s tvorbou biofilmu Pseudomonas aeruginosa a reakciami oxidácie kovov.V tomto prípade je katódovou reakciou redukcia kyslíka.Prítomnosť P. aeruginosa významne zvýšila hustotu korózneho prúdu, asi o rád vyššiu ako pri abiotickej kontrole.To naznačuje, že biofilm P. aeruginosa zvyšuje lokalizovanú koróziu 2707 HDSS.Yuan et al.29 zistili, že hustota korózneho prúdu zliatiny Cu-Ni 70/30 sa zvýšila pôsobením biofilmu P. aeruginosa.Môže to byť spôsobené biokatalýzou redukcie kyslíka biofilmami Pseudomonas aeruginosa.Toto pozorovanie môže tiež vysvetliť MIC 2707 HDSS v tejto práci.Pod aeróbnymi biofilmami môže byť aj menej kyslíka.Preto odmietnutie opätovnej pasivácie kovového povrchu kyslíkom môže byť faktorom, ktorý prispieva k MIC v tejto práci.
Dickinson a kol.38 naznačil, že rýchlosť chemických a elektrochemických reakcií môže byť priamo ovplyvnená metabolickou aktivitou prisadnutých baktérií na povrchu vzorky a povahou produktov korózie.Ako je znázornené na obrázku 5 a tabuľke 5, počet buniek a hrúbka biofilmu sa po 14 dňoch znížili.To možno primerane vysvetliť skutočnosťou, že po 14 dňoch väčšina prisadených buniek na povrchu 2707 HDSS zomrela v dôsledku vyčerpania živín v médiu 2216E alebo uvoľnenia toxických kovových iónov z matrice 2707 HDSS.Toto je obmedzenie dávkových experimentov.
V tejto práci biofilm P. aeruginosa prispel k lokálnemu vyčerpaniu Cr a Fe pod biofilmom na povrchu 2707 HDSS (obr. 6).Tabuľka 6 ukazuje zníženie Fe a Cr vo vzorke D v porovnaní so vzorkou C, čo naznačuje, že rozpustené Fe a Cr spôsobené biofilmom P. aeruginosa pretrvávali počas prvých 7 dní.Prostredie 2216E sa používa na simuláciu morského prostredia.Obsahuje 17700 ppm Cl-, čo je porovnateľné s jeho obsahom v prírodnej morskej vode.Prítomnosť 17700 ppm Cl- bola hlavným dôvodom poklesu Cr v 7- a 14-dňových abiotických vzorkách analyzovaných pomocou XPS.V porovnaní so vzorkami P. aeruginosa bolo rozpúšťanie Cr v abiotických vzorkách oveľa menšie v dôsledku silnej odolnosti 2707 HDSS voči chlóru v abiotických podmienkach.Na obr.9 ukazuje prítomnosť Cr6+ v pasivovacom filme.Môže sa podieľať na odstraňovaní chrómu z oceľových povrchov pomocou biofilmov P. aeruginosa, ako navrhujú Chen a Clayton.
V dôsledku rastu baktérií boli hodnoty pH média pred kultiváciou a po kultivácii 7,4 a 8,2.Preto je nepravdepodobné, že by korózia organických kyselín pod biofilmom P. aeruginosa prispela k tejto práci v dôsledku relatívne vysokého pH v objemovom médiu.pH nebiologického kontrolného média sa významne nezmenilo (z počiatočných 7,4 na konečných 7,5) počas 14-dňového testovacieho obdobia.Zvýšenie pH v očkovacom médiu po inkubácii bolo spojené s metabolickou aktivitou P. aeruginosa a zistilo sa, že má rovnaký účinok na pH v neprítomnosti testovacích prúžkov.
Ako je znázornené na obrázku 7, maximálna hĺbka jamy spôsobená biofilmom P. aeruginosa bola 0,69 µm, čo je oveľa viac ako hĺbka abiotického média (0,02 µm).To je v súlade s elektrochemickými údajmi opísanými vyššie.Hĺbka jamy 0,69 µm je viac ako desaťkrát menšia ako hodnota 9,5 µm uvedená pre 2205 DSS za rovnakých podmienok.Tieto údaje ukazujú, že 2707 HDSS vykazuje lepšiu odolnosť voči MIC ako 2205 DSS.To by nemalo byť prekvapením, pretože 2707 HDSS má vyššie hladiny Cr, ktoré poskytujú dlhšiu pasiváciu, ťažšie depasivovateľný P. aeruginosa a kvôli jeho vyváženej fázovej štruktúre bez škodlivého sekundárneho zrážania spôsobuje pitting.
Záverom možno konštatovať, že jamky MIC sa našli na povrchu 2707 HDSS v bujóne P. aeruginosa v porovnaní s nevýznamnými jamkami v abiotickom prostredí.Táto práca ukazuje, že 2707 HDSS má lepšiu odolnosť voči MIC ako 2205 DSS, ale nie je úplne imúnny voči MIC v dôsledku biofilmu P. aeruginosa.Tieto výsledky pomáhajú pri výbere vhodnej nehrdzavejúcej ocele a predpokladanej životnosti pre morské prostredie.
Kupón na 2707 HDSS poskytnutý školou metalurgie Severovýchodnej univerzity (NEU) v Shenyangu v Číne.Elementárne zloženie 2707 HDSS je uvedené v tabuľke 1, ktorá bola analyzovaná oddelením analýzy a testovania materiálov NEU.Všetky vzorky boli ošetrené na tuhý roztok pri 1180 °C počas 1 hodiny.Pred koróznym testovaním bol mincový 2707 HDSS s horným otvoreným povrchom 1 cm2 vyleštený na zrnitosť 2000 brúsnym papierom z karbidu kremíka a potom vyleštený 0,05 µm práškovou suspenziou Al2O3.Boky a spodok sú chránené inertnou farbou.Po vysušení boli vzorky premyté sterilnou deionizovanou vodou a sterilizované 75 % (v/v) etanolom počas 0,5 hodiny.Potom boli pred použitím 0,5 hodiny sušené na vzduchu pod ultrafialovým (UV) svetlom.
Morský kmeň Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 bol zakúpený od Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Čína.Pseudomonas aeruginosa sa pestoval za aeróbnych podmienok pri 37 °C v 250 ml bankách a 500 ml sklenených elektrochemických článkoch s použitím tekutého média Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Čína).Médium obsahuje (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, kvasnicový extrakt a 0,1 citrátu železitého.Pred očkovaním autoklávujte pri 121 °C 20 minút.Spočítajte sesilné a planktonické bunky pomocou hemocytometra pod svetelným mikroskopom pri 400-násobnom zväčšení.Počiatočná koncentrácia planktonických Pseudomonas aeruginosa bezprostredne po inokulácii bola približne 106 buniek/ml.
Elektrochemické testy boli realizované v klasickej trojelektródovej sklenenej cele so stredným objemom 500 ml.Platinový plech a nasýtená kalomelová elektróda (SAE) boli pripojené k reaktoru cez Lugginove kapiláry naplnené soľnými mostíkmi, ktoré slúžili ako protiľahlé a referenčné elektródy.Na výrobu pracovných elektród bol ku každej vzorke pripevnený pogumovaný medený drôt a pokrytý epoxidovou živicou, pričom na jednej strane zostalo asi 1 cm2 nechránenej plochy pre pracovnú elektródu.Počas elektrochemických meraní boli vzorky umiestnené do média 2216E a udržiavané pri konštantnej inkubačnej teplote (37 °C) vo vodnom kúpeli.Údaje OCP, LPR, EIS a potenciálnej dynamickej polarizácie sa merali pomocou potenciostatu Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).Testy LPR sa zaznamenávali pri rýchlosti skenovania 0,125 mV s-1 v rozsahu -5 až 5 mV s Eocp a vzorkovacou frekvenciou 1 Hz.EIS sa uskutočňovalo so sínusovou vlnou vo frekvenčnom rozsahu 0,01 až 10 000 Hz s použitím aplikovaného napätia 5 mV v ustálenom stave Eocp.Pred potenciálnym rozmetaním boli elektródy v kľudovom režime, kým sa nedosiahla stabilná hodnota voľného korózneho potenciálu.Polarizačné krivky sa potom merali od -0,2 do 1,5 V ako funkcia Eocp pri rýchlosti skenovania 0,166 mV/s.Každý test sa opakoval 3-krát s a bez P. aeruginosa.
Vzorky na metalografickú analýzu sa mechanicky vyleštili mokrým SiC papierom zrnitosti 2000 a potom sa ďalej leštili 0,05 µm práškovou suspenziou Al2O3 na optické pozorovanie.Metalografická analýza sa uskutočnila pomocou optického mikroskopu.Vzorky boli leptané 10 % hmotn. roztokom hydroxidu draselného 43.
Po inkubácii sa vzorky 3-krát premyli fyziologickým roztokom pufrovaným fosfátom (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) a potom sa fixovali 2,5 % (obj./obj.) glutaraldehydom počas 10 hodín, aby sa zafixovali biofilmy.Potom sa dehydratoval dávkovým etanolom (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % a 100 % objemových) pred sušením na vzduchu.Nakoniec sa na povrch vzorky nanesie zlatý film, aby sa zabezpečila vodivosť pre pozorovanie SEM.SEM snímky sa zamerali na škvrny s najviac prisadnutými bunkami P. aeruginosa na povrchu každej vzorky.Vykonajte analýzu EDS na nájdenie chemických prvkov.Na meranie hĺbky jamy bol použitý Zeissov konfokálny laserový skenovací mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Nemecko).Na pozorovanie koróznych jamiek pod biofilmom bola testovaná vzorka najskôr vyčistená podľa čínskeho národného štandardu (CNS) GB/T4334.4-2000, aby sa odstránili korózne produkty a biofilm z povrchu testovanej vzorky.
Analýza röntgenovou fotoelektrónovou spektroskopiou (XPS, ESCALAB250 povrchový analytický systém, Thermo VG, USA) bola vykonaná s použitím monochromatického röntgenového zdroja (Alluminium Ka line s energiou 1500 eV a výkonom 150 W) v širokom rozsahu väzbové energie 0 za štandardných podmienok –1350 eV.Spektrá s vysokým rozlíšením boli zaznamenané s použitím prenosovej energie 50 eV a kroku 0,2 eV.
Inkubované vzorky boli odstránené a jemne premyté PBS (pH 7,4 ± 0,2) počas 15 s45.Na pozorovanie bakteriálnej životaschopnosti biofilmov na vzorkách sa biofilmy zafarbili pomocou súpravy LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Súprava obsahuje dve fluorescenčné farbivá: zelené fluorescenčné farbivo SYTO-9 a červené fluorescenčné farbivo propidium jodid (PI).V CLSM fluorescenčné zelené a červené bodky predstavujú živé a mŕtve bunky.Na farbenie sa 1 ml zmesi obsahujúcej 3 ul SYTO-9 a 3 ul roztoku PI inkuboval 20 minút pri teplote miestnosti (23 °C) v tme.Potom sa zafarbené vzorky skúmali pri dvoch vlnových dĺžkach (488 nm pre živé bunky a 559 nm pre mŕtve bunky) pomocou prístroja Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonsko).Hrúbka biofilmu bola meraná v režime 3D skenovania.
Ako citovať tento článok: Li, H. et al.Mikrobiálna korózia nehrdzavejúcej ocele 2707 super duplex morským biofilmom Pseudomonas aeruginosa.veda.6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korózne praskanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele LDX 2101 v chloridových roztokoch v prítomnosti tiosíranu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korózne praskanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele LDX 2101 v chloridových roztokoch v prítomnosti tiosíranu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korózne praskanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele LDX 2101 v chloridových roztokoch v prítomnosti tiosíranu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相nehrdzavejúca oceľ在福代sulfate分下下南性性生于中僂像剣譧澾像剣譧福代sulfate Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворе хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korózne praskanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele LDX 2101 v roztoku chloridu v prítomnosti tiosíranu.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Účinky roztokového tepelného spracovania a dusíka v ochrannom plyne na odolnosť proti bodovej korózii hyper duplexných zvarov nehrdzavejúcej ocele. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Účinky roztokového tepelného spracovania a dusíka v ochrannom plyne na odolnosť proti bodovej korózii hyper duplexných zvarov nehrdzavejúcej ocele.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Vplyv tepelného spracovania v tuhom roztoku a dusíka v ochrannom plyne na odolnosť proti bodovej korózii hyperduplexných zvarov nehrdzavejúcej ocele. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Vplyv tepelného spracovania roztoku a dusíka v ochrannom plyne na odolnosť proti bodovej korózii super duplexných zvarov nehrdzavejúcej ocele.koros.veda.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Porovnávacia štúdia v chémii mikrobiálne a elektrochemicky indukovaného pittingu nehrdzavejúcej ocele 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Porovnávacia štúdia v chémii mikrobiálne a elektrochemicky indukovaného pittingu nehrdzavejúcej ocele 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. a Lewandowski, Z. Porovnávacia chemická štúdia mikrobiologického a elektrochemického pittingu nehrdzavejúcej ocele 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的316L Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. a Lewandowski, Z. Porovnávacia chemická štúdia mikrobiologického a elektrochemicky indukovaného bodkovania v nehrdzavejúcej oceli 316L.koros.veda.45, 2577-2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Elektrochemické správanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele 2205 v alkalických roztokoch s rôznym pH v prítomnosti chloridu. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Elektrochemické správanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele 2205 v alkalických roztokoch s rôznym pH v prítomnosti chloridu.Luo H., Dong KF, Lee HG a Xiao K. Elektrochemické správanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele 2205 v alkalických roztokoch s rôznym pH v prítomnosti chloridu. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Elektrochemické správanie 双相nehrdzavejúcej ocele v prítomnosti chloridu pri rôznom pH v alkalickom roztoku.Luo H., Dong KF, Lee HG a Xiao K. Elektrochemické správanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele 2205 v alkalických roztokoch s rôznym pH v prítomnosti chloridu.Electrochem.Časopis.64, 211 – 220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Vplyv morských biofilmov na koróziu: Stručný prehľad. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Vplyv morských biofilmov na koróziu: Stručný prehľad.Little, BJ, Lee, JS a Ray, RI Vplyv morských biofilmov na koróziu: Stručný prehľad. 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 & Ray, RILittle, BJ, Lee, JS a Ray, RI Vplyv morských biofilmov na koróziu: Stručný prehľad.Electrochem.Časopis.54, 2-7 (2008).