Dankie dat u Nature.com besoek het. Die blaaierweergawe wat u gebruik, het beperkte ondersteuning vir CSS. Vir die beste ervaring beveel ons aan dat u 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer afskakel). Intussen, om voortgesette ondersteuning te verseker, sal ons die webwerf sonder style en JavaScript vertoon.
Mikrobiese korrosie (MIC) is 'n ernstige probleem in baie nywerhede, aangesien dit groot ekonomiese verliese kan veroorsaak. 2707 superdupleks vlekvrye staal (2707 HDSS) word in mariene omgewings gebruik as gevolg van sy uitstekende chemiese weerstand. Die weerstand teen MIC is egter nog nie eksperimenteel gedemonstreer nie. In hierdie studie is die MIC-gedrag van 2707 HDSS, veroorsaak deur die mariene aërobiese bakterie Pseudomonas aeruginosa, ondersoek. Elektrochemiese analise het getoon dat daar in die teenwoordigheid van Pseudomonas aeruginosa-biofilm in 2216E-medium 'n positiewe verandering in korrosiepotensiaal en 'n toename in korrosiestroomdigtheid was. X-straal fotoelektronspektroskopie (XPS)-analise het 'n afname in Cr-inhoud op die oppervlak van die monster onder die biofilm getoon. Beeldanalise van die putte het getoon dat die P. aeruginosa-biofilm 'n maksimum putjiediepte van 0.69 μm gedurende 14 dae van inkubasie geproduseer het. Alhoewel dit klein is, dui dit daarop dat 2707 HDSS nie ten volle immuun is teen die MIC van ... nie. P. aeruginosa biofilms.
Dupleks vlekvrye staal (DSS) word wyd gebruik in verskeie industrieë vir hul ideale kombinasie van uitstekende meganiese eienskappe en korrosieweerstand1,2. Gelokaliseerde putvorming kom egter steeds voor en dit beïnvloed die integriteit van hierdie staal3,4. DSS is nie bestand teen mikrobiese korrosie (MIC)5,6 nie. Ten spyte van die wye reeks toepassings van DSS, is daar steeds omgewings waar die korrosieweerstand van DSS nie voldoende is vir langtermyn gebruik nie. Dit beteken dat duurder materiale met hoër korrosieweerstand benodig word. Jeon et al7 het bevind dat selfs superdupleks vlekvrye staal (SDSS) sekere beperkings het in terme van korrosieweerstand. Daarom word superdupleks vlekvrye staal (HDSS) met hoër korrosieweerstand in sommige toepassings benodig. Dit het gelei tot die ontwikkeling van hoogs gelegeerde HDSS.
Die korrosieweerstand van DSS hang af van die verhouding van alfa- en gammafases en die Cr-, Mo- en W-uitgeputte streke 8, 9, 10 aangrensend aan die tweede fase. HDSS bevat 'n hoë inhoud van Cr, Mo en N11, dus het dit uitstekende korrosieweerstand en 'n hoë waarde (45-50) Pitting Resistance Equivalent Number (PREN), bepaal deur gewig% Cr + 3.3 (gew.% Mo + 0.5 gewig% W) + 16 gewig% N12. Die uitstekende korrosieweerstand berus op 'n gebalanseerde samestelling wat ongeveer 50% ferriet (α) en 50% austeniet (γ) fases bevat. HDSS het beter meganiese eienskappe en hoër weerstand as konvensionele DSS13. Chloriedkorrosie-eienskappe. Die verbeterde korrosieweerstand brei die gebruik van HDSS in meer korrosiewe chloriedomgewings uit, soos mariene omgewings.
MIK's is 'n groot probleem in baie nywerhede soos olie en gas en waterdienste14. MIK is verantwoordelik vir 20% van alle korrosieskade15. MIK is bio-elektrochemiese korrosie wat in baie omgewings waargeneem kan word. Biofilms wat op metaaloppervlaktes vorm, verander die elektrochemiese toestande, wat die korrosieproses beïnvloed. Daar word algemeen geglo dat MIK-korrosie deur biofilms veroorsaak word. Elektrogeniese mikroörganismes korrodeer metale om volhoubare energie te verkry om te oorleef17. Onlangse MIK-studies het getoon dat EET (ekstrasellulêre elektronoordrag) die tempobeperkende faktor in MIK is wat deur elektrogeniese mikroörganismes geïnduseer word. Zhang et al.18 het gedemonstreer dat elektronmediators elektronoordrag tussen Desulfovibrio sessificans-selle en 304 vlekvrye staal versnel, wat lei tot 'n meer ernstige MIK-aanval. Enning et al.19 en Venzlaff et al.20 het getoon dat korrosiewe sulfaatreduserende bakterieë (SRB) biofilms direk elektrone van metaalsubstrate kan absorbeer, wat lei tot ernstige putkorrosie.
DSS is bekend daarvoor dat dit vatbaar is vir MIC in omgewings wat SRB, ysterreduserende bakterieë (IRB), ens. bevat. 21. Hierdie bakterieë veroorsaak gelokaliseerde putjiesvorming op DSS-oppervlaktes onder biofilms 22,23. Anders as DSS, is die MIC van HDSS 24 swak bekend.
Pseudomonas aeruginosa is 'n gram-negatiewe, beweeglike staafvormige bakterie wat wydverspreid in die natuur voorkom25. Pseudomonas aeruginosa is ook 'n belangrike mikrobiese groep in die mariene omgewing, wat MIC in staal veroorsaak. Pseudomonas is nou betrokke by korrosieprosesse en word erken as 'n pionierkolonisator tydens biofilmvorming. Mahat et al.28 en Yuan et al.29 het gedemonstreer dat Pseudomonas aeruginosa geneig is om die korrosietempo van sagte staal en legerings in waterige omgewings te verhoog.
Die hoofdoel van hierdie werk was om die MIK-eienskappe van 2707 HDSS, veroorsaak deur die mariene aërobiese bakterie Pseudomonas aeruginosa, te ondersoek deur gebruik te maak van elektrochemiese metodes, oppervlakanalitiese tegnieke en korrosieprodukanalise. Elektrochemiese studies, insluitend Oopkringpotensiaal (OCP), Lineêre Polarisasieweerstand (LPR), Elektrochemiese Impedansiespektroskopie (EIS) en Potensiële Dinamiese Polarisasie, is uitgevoer om die MIK-gedrag van 2707 HDSS te bestudeer. Energiedispersiewe spektrometer (EDS)-analise is uitgevoer om chemiese elemente op die gekorrodeerde oppervlak te vind. Daarbenewens is X-straal-fotoelektronspektroskopie (XPS)-analise gebruik om die stabiliteit van oksiedfilmpassivering onder die invloed van 'n mariene omgewing wat Pseudomonas aeruginosa bevat, te bepaal. Die putdiepte is gemeet onder 'n konfokale laserskandeermikroskoop (CLSM).
Tabel 1 lys die chemiese samestelling van 2707 HDSS. Tabel 2 toon dat 2707 HDSS uitstekende meganiese eienskappe het met 'n vloeigrens van 650 MPa. Figuur 1 toon die optiese mikrostruktuur van oplossingshittebehandelde 2707 HDSS. Verlengde bande van austeniet- en ferrietfases sonder sekondêre fases kan gesien word in die mikrostruktuur wat ongeveer 50% austeniet- en 50% ferrietfases bevat.
Figuur 2a toon oopkringpotensiaal (Eocp) teenoor blootstellingstyddata vir 2707 HDSS in abiotiese 2216E-medium en P. aeruginosa-bouillon vir 14 dae by 37 °C. Dit toon dat die grootste en beduidende verandering in Eocp binne die eerste 24 uur plaasvind. Die Eocp-waardes het in beide gevalle 'n piek van -145 mV (teenoor SCE) rondom 16 uur bereik en toe skerp gedaal, en -477 mV (teenoor SCE) en -236 mV (teenoor SCE) vir die abiotiese monster en P, onderskeidelik, bereik. Pseudomonas aeruginosa-koepons, onderskeidelik. Na 24 uur was die Eocp-waarde van 2707 HDSS vir P. aeruginosa relatief stabiel teen -228 mV (teenoor SCE), terwyl die ooreenstemmende waarde vir nie-biologiese monsters ongeveer -442 mV (teenoor SCE) was. Eocp in die teenwoordigheid van P. aeruginosa was redelik laag.
Elektrochemiese toetsing van 2707 HDSS-monsters in abiotiese medium en Pseudomonas aeruginosa-bouillon teen 37 °C:
(a) Eocp as 'n funksie van blootstellingstyd, (b) polarisasiekurwes op dag 14, (c) Rp as 'n funksie van blootstellingstyd en (d) icorr as 'n funksie van blootstellingstyd.
Tabel 3 lys die elektrochemiese korrosieparameterwaardes van 2707 HDSS-monsters wat vir 14 dae aan abiotiese medium en Pseudomonas aeruginosa-geïnokuleerde medium blootgestel is. Die raaklyne van die anodiese en katodiese krommes is geëkstrapoleer om by die kruisings uit te kom wat korrosiestroomdigtheid (icorr), korrosiepotensiaal (Ecorr) en Tafel-hellings (βα en βc) volgens standaardmetodes30,31 oplewer.
Soos getoon in Figuur 2b, het die opwaartse verskuiwing van die P. aeruginosa-kromme gelei tot 'n toename in Ecorr in vergelyking met die abiotiese kromme. Die icorr-waarde, wat eweredig is aan die korrosietempo, het toegeneem tot 0.328 μA cm-2 in die Pseudomonas aeruginosa-monster, vier keer dié van die nie-biologiese monster (0.087 μA cm-2).
LPR is 'n klassieke nie-vernietigende elektrochemiese metode vir vinnige korrosie-analise. Dit is ook gebruik om MIC32 te bestudeer. Figuur 2c toon die polarisasieweerstand (Rp) as 'n funksie van blootstellingstyd. 'n Hoër Rp-waarde beteken minder korrosie. Binne die eerste 24 uur het die Rp van 2707 HDSS 'n maksimum waarde van 1955 kΩ cm2 vir abiotiese monsters en 1429 kΩ cm2 vir Pseudomonas aeruginosa-monsters bereik. Figuur 2c toon ook dat die Rp-waarde vinnig na een dag afgeneem het en toe relatief onveranderd gebly het vir die volgende 13 dae. Die Rp-waarde van die Pseudomonas aeruginosa-monster is ongeveer 40 kΩ cm2, wat baie laer is as die 450 kΩ cm2-waarde van die nie-biologiese monster.
Die iCorr-waarde is eweredig aan die uniforme korrosietempo. Die waarde daarvan kan bereken word uit die volgende Stern-Geary-vergelyking,
Na aanleiding van Zou et al. 33, is 'n tipiese waarde van die Tafel-helling B in hierdie werk aangeneem as 26 mV/des. Figuur 2d toon dat die icorr van die nie-biologiese 2707-monster relatief stabiel gebly het, terwyl die P. aeruginosa-monster na die eerste 24 uur baie gefluktueer het. Die icorr-waardes van die P. aeruginosa-monsters was 'n orde van grootte hoër as die nie-biologiese kontroles. Hierdie tendens stem ooreen met die polarisasieweerstandsresultate.
EIS is nog 'n nie-vernietigende tegniek wat gebruik word om elektrochemiese reaksies by gekorrodeerde koppelvlakke te karakteriseer. Impedansiespektra en berekende kapasitansiewaardes van monsters blootgestel aan abiotiese media en Pseudomonas aeruginosa-oplossing, Rb-weerstand van passiewe film/biofilm wat op die oppervlak van die monster gevorm is, Rct-ladingoordragweerstand, Cdl elektriese dubbellaagkapasitansie (EDL) en QCPE Konstante Fase Element (CPE) parameters. Hierdie parameters is verder geanaliseer deur die data te pas met behulp van 'n ekwivalente stroombaan (EEC) model.
Figuur 3 toon tipiese Nyquist-grafieke (a en b) en Bode-grafieke (a' en b') van 2707 HDSS-monsters in abiotiese medium en P. aeruginosa-bouillon vir verskillende inkubasietye. Die deursnee van die Nyquist-ring neem af in die teenwoordigheid van Pseudomonas aeruginosa. Die Bode-grafiek (Fig. 3b') toon 'n toename in die grootte van die totale impedansie. Inligting oor die ontspanningstydkonstante kan verskaf word deur die fasemaksima. Figuur 4 toon die monolaag- (a) en bilaag- (b) gebaseerde fisiese strukture en hul ooreenstemmende EEC's. CPE word in die EEC-model ingebring. Die admittansie en impedansie daarvan word soos volg uitgedruk:
Twee fisiese modelle en ooreenstemmende ekwivalente stroombane vir die pas van die impedansiespektrum van die 2707 HDSS-monster:
waar Y0 die grootte van die CPE is, j die denkbeeldige getal of (-1)1/2 is, ω die hoekfrekwensie is, en n die CPE-kragindeks kleiner as eenheid is35. Die inverse van die ladingoordragweerstand (dws 1/Rct) stem ooreen met die korrosietempo. Kleiner Rct beteken vinniger korrosietempo27. Na 14 dae van inkubasie het die Rct van die Pseudomonas aeruginosa-monsters 32 kΩ cm2 bereik, baie kleiner as die 489 kΩ cm2 van die nie-biologiese monsters (Tabel 4).
Die CLSM-beelde en SEM-beelde in Figuur 5 toon duidelik dat die biofilmbedekking op die oppervlak van die 2707 HDSS-monster na 7 dae dig is. Na 14 dae was die biofilmbedekking egter yl en het sommige dooie selle verskyn. Tabel 5 toon die biofilmdikte op 2707 HDSS-monsters na blootstelling aan P. aeruginosa vir 7 en 14 dae. Die maksimum biofilmdikte het verander van 23,4 μm na 7 dae tot 18,9 μm na 14 dae. Die gemiddelde biofilmdikte het ook hierdie tendens bevestig. Dit het afgeneem van 22,2 ± 0,7 μm na 7 dae tot 17,8 ± 1,0 μm na 14 dae.
(a) 3D CLSM-beeld na 7 dae, (b) 3D CLSM-beeld na 14 dae, (c) SEM-beeld na 7 dae en (d) SEM-beeld na 14 dae.
EDS het chemiese elemente in biofilms en korrosieprodukte op monsters wat vir 14 dae aan P. aeruginosa blootgestel is, aan die lig gebring. Figuur 6 toon dat die inhoud van C, N, O en P in biofilms en korrosieprodukte baie hoër is as dié in kaal metale, omdat hierdie elemente met biofilms en hul metaboliete geassosieer word. Mikrobes benodig slegs spoorhoeveelhede chroom en yster. Hoë vlakke van Cr en Fe in die biofilm en korrosieprodukte op die oppervlak van die monsters dui daarop dat die metaalmatriks elemente as gevolg van korrosie verloor het.
Na 14 dae is putjiesvorming met en sonder P. aeruginosa in 2216E-medium waargeneem. Voor inkubasie was die monsteroppervlak glad en defekvry (Fig. 7a). Na inkubasie en verwydering van biofilm en korrosieprodukte is die diepste putte op die oppervlak van die monsters onder CLSM ondersoek, soos getoon in Figuur 7b en c. Geen ooglopende putte is op die oppervlak van die nie-biologiese kontrolemonsters gevind nie (maksimum putdiepte 0.02 μm). Die maksimum putdiepte veroorsaak deur Pseudomonas aeruginosa was 0.52 μm na 7 dae en 0.69 μm na 14 dae, gebaseer op die gemiddelde maksimum putdiepte van 3 monsters (10 maksimum putdieptewaardes is vir elke monster gekies) wat onderskeidelik 0.42 ± 0.12 μm en 0.52 ± 0.15 μm bereik het (Tabel 5). Hierdie putdieptewaardes is klein maar belangrik.
(a) Voor blootstelling, (b) 14 dae in abiotiese medium en (c) 14 dae in Pseudomonas aeruginosa-aftreksel.
Figuur 8 toon die XPS-spektra van verskillende monsteroppervlakke, en die chemiese samestellings wat vir elke oppervlak geanaliseer is, word in Tabel 6 opgesom. In Tabel 6 was die atoompersentasies van Fe en Cr in die teenwoordigheid van P. aeruginosa (monsters A en B) baie laer as dié van die nie-biologiese kontrolemonsters (monsters C en D). Vir die P. aeruginosa-monster is die Cr2p-kernvlak-spektrale kurwe gepas op vier piekkomponente met bindingsenergie (BE) waardes van 574.4, 576.6, 578.3 en 586.8 eV, wat toegeskryf kan word aan Cr, Cr2O3, CrO3 en Cr(OH)3, onderskeidelik (Fig. 9a en b). Vir nie-biologiese monsters bevat die Cr2p-kernvlak-spektrum twee hoofpieke vir Cr (573.80 eV vir BE) en Cr2O3 (575.90 eV vir BE) in Fig. 9c en d, onderskeidelik. Die Die mees opvallende verskil tussen die abiotiese en P. aeruginosa monsters was die teenwoordigheid van Cr6+ en 'n hoër relatiewe fraksie van Cr(OH)3 (BE van 586.8 eV) onder die biofilm.
Die breë XPS-spektra van die oppervlak van die 2707 HDSS-monster in die twee media is onderskeidelik 7 dae en 14 dae.
(a) 7 dae blootstelling aan P. aeruginosa, (b) 14 dae blootstelling aan P. aeruginosa, (c) 7 dae in abiotiese medium en (d) 14 dae in abiotiese medium.
HDSS toon hoë vlakke van korrosieweerstand in die meeste omgewings. Kim et al. 2 het berig dat UNS S32707 HDSS gedefinieer is as 'n hoogs gelegeerde DSS met 'n PREN van meer as 45. Die PREN-waarde van die 2707 HDSS-monster in hierdie werk was 49. Dit is as gevolg van die hoë chroominhoud en hoë molibdeen- en Ni-vlakke, wat voordelig is in suur- en hoë chloriedomgewings. Daarbenewens is 'n goed gebalanseerde samestelling en defekvrye mikrostruktuur nuttig vir strukturele stabiliteit en korrosieweerstand. Ten spyte van die uitstekende chemiese weerstand, dui die eksperimentele data in hierdie werk egter daarop dat 2707 HDSS nie heeltemal immuun is teen die MIC van P. aeruginosa-biofilms nie.
Elektrochemiese resultate het getoon dat die korrosietempo van 2707 HDSS in P. aeruginosa-bouillon na 14 dae aansienlik verhoog is in vergelyking met nie-biologiese medium. In Figuur 2a is 'n vermindering in Eocp waargeneem in beide abiotiese medium en P. aeruginosa-bouillon gedurende die eerste 24 uur. Daarna het die biofilm die oppervlak van die monster volledig bedek en die Eocp word relatief stabiel36. Die vlak van biologiese Eocp was egter baie hoër as dié van nie-biologiese Eocp. Daar is rede om te glo dat hierdie verskil te wyte is aan P. aeruginosa-biofilmvorming. In Fig. 2d, in die teenwoordigheid van P. aeruginosa, het die icorr-waarde van 2707 HDSS 0.627 μA cm-2 bereik, wat 'n ordegrootte hoër was as dié van die abiotiese kontrole (0.063 μA cm-2), wat ooreenstem met die Rct-waarde gemeet deur EIS. Gedurende die eerste paar dae het impedansiewaardes in P. aeruginosa-bouillon het toegeneem as gevolg van die aanhegting van P. aeruginosa-selle en die vorming van biofilms. Wanneer die biofilm egter die oppervlak van die monster heeltemal bedek, neem die impedansie af. Die beskermende laag word eerste aangeval as gevolg van die vorming van biofilms en biofilmmetaboliete. Daarom het die korrosieweerstand mettertyd afgeneem, en die aanhegting van P. aeruginosa het gelokaliseerde korrosie veroorsaak. Die tendense in abiotiese media was anders. Die korrosieweerstand van die nie-biologiese kontrole was baie hoër as die ooreenstemmende waarde van die monsters wat aan P. aeruginosa-bouillon blootgestel is. Verder, vir abiotiese monsters, het die Rct-waarde van 2707 HDSS 489 kΩ cm2 op dag 14 bereik, wat 15 keer die Rct-waarde (32 kΩ cm2) in die teenwoordigheid van P. aeruginosa was. Daarom het 2707 HDSS uitstekende korrosieweerstand in 'n steriele omgewing, maar is nie bestand teen MIC-aanval deur P. aeruginosa-biofilms nie.
Hierdie resultate kan ook waargeneem word vanaf die polarisasiekurwes in Fig. 2b. Die anodiese vertakking is toegeskryf aan Pseudomonas aeruginosa biofilmvorming en metaaloksidasiereaksies. Terselfdertyd is die katodiese reaksie die reduksie van suurstof. Die teenwoordigheid van P. aeruginosa het die korrosiestroomdigtheid aansienlik verhoog, ongeveer 'n orde van grootte hoër as die abiotiese beheer. Dit dui daarop dat P. aeruginosa biofilm gelokaliseerde korrosie van 2707 HDSS verhoog. Yuan et al29 het bevind dat die korrosiestroomdigtheid van die 70/30 Cu-Ni-legering toegeneem het onder blootstelling aan P. aeruginosa biofilm. Dit kan wees as gevolg van die biokatalise van suurstofreduksie deur Pseudomonas aeruginosa biofilms. Hierdie waarneming kan ook die MIK van 2707 HDSS in hierdie werk verklaar. Aërobiese biofilms kan ook minder suurstof daaronder hê. Daarom kan die mislukking om die metaaloppervlak deur suurstof te herpassiveer, 'n bydraende faktor wees tot die MIK in hierdie werk.
Dickinson et al. 38 het voorgestel dat die tempo van chemiese en elektrochemiese reaksies direk beïnvloed kan word deur die metaboliese aktiwiteit van sessiele bakterieë op die oppervlak van die monster en die aard van die korrosieprodukte. Soos getoon in Figuur 5 en Tabel 5, het beide selnommer en biofilmdikte na 14 dae afgeneem. Dit kan redelikerwys verklaar word dat na 14 dae die meeste van die sessiele selle op die oppervlak van 2707 HDSS gesterf het as gevolg van nutriëntuitputting in die 2216E-medium of die vrystelling van giftige metaalione uit die 2707 HDSS-matriks. Dit is 'n beperking van bondeleksperimente.
In hierdie werk het die P. aeruginosa-biofilm die plaaslike uitputting van Cr en Fe onder die biofilm op die 2707 HDSS-oppervlak bevorder (Fig. 6). In Tabel 6 is die vermindering van Fe en Cr in monster D in vergelyking met monster C, wat aandui dat opgeloste Fe en Cr veroorsaak deur P. aeruginosa-biofilm langer as die eerste 7 dae voortgeduur het. Die 2216E-medium word gebruik om mariene omgewings te simuleer. Dit bevat 17700 dpm Cl-, wat vergelykbaar is met dié wat in natuurlike seewater voorkom. Die teenwoordigheid van 17700 dpm Cl- was die hoofrede vir die vermindering in Cr in die 7- en 14-dae abiotiese monsters wat deur XPS geanaliseer is. In vergelyking met P. aeruginosa-monsters was die oplossing van Cr in abiotiese monsters baie minder as gevolg van die sterk Cl−-weerstand van 2707 HDSS in abiotiese omgewings. Figuur 9 toon die teenwoordigheid van Cr6+ in die passiveringsfilm. Dit mag betrokke wees by die verwydering van Cr van staaloppervlaktes deur P. aeruginosa biofilms, soos voorgestel deur Chen en Clayton.
As gevolg van bakteriese groei was die pH-waardes van die medium voor en na kweek onderskeidelik 7.4 en 8.2. Daarom, onder die P. aeruginosa-biofilm, is dit onwaarskynlik dat organiese suurkorrosie 'n bydraende faktor tot hierdie werk sal wees as gevolg van die relatief hoë pH in die grootmaatmedium. Die pH van die nie-biologiese kontrolemedium het nie beduidend verander nie (van 'n aanvanklike 7.4 tot 'n finale 7.5) gedurende die 14-dae-toetsperiode. Die toename in pH in die inokulasiemedium na inkubasie was te wyte aan die metaboliese aktiwiteit van P. aeruginosa en is gevind dat dit dieselfde effek op pH het in die afwesigheid van toetsstrokies.
Soos getoon in Figuur 7, was die maksimum putdiepte veroorsaak deur P. aeruginosa biofilm 0.69 μm, wat baie groter was as dié van die abiotiese medium (0.02 μm). Dit stem ooreen met die elektrochemiese data wat hierbo beskryf word. Die putdiepte van 0.69 μm is meer as tien keer kleiner as die 9.5 μm waarde wat vir die 2205 DSS onder dieselfde toestande gerapporteer is. Hierdie data toon dat 2707 HDSS beter MIC-weerstand toon in vergelyking met 2205 DSS. Dit behoort geen verrassing te wees nie, aangesien 2707 HDSS 'n hoër chroominhoud het, wat langer passivering bied, as gevolg van die gebalanseerde fasestruktuur sonder skadelike sekondêre presipitate, wat dit moeiliker maak vir P. aeruginosa om te depassiveer en puntverduistering te begin.
Ten slotte is MIC-putvorming op die oppervlak van 2707 HDSS in P. aeruginosa-bouillon gevind in vergelyking met weglaatbare putvorming in abiotiese media. Hierdie werk toon dat 2707 HDSS beter MIC-weerstand het as 2205 DSS, maar dit is nie ten volle immuun teen MIC as gevolg van P. aeruginosa-biofilm nie. Hierdie bevindinge help met die keuse van geskikte vlekvrye staal en die beraamde lewensduur vir die mariene omgewing.
Die koepon vir 2707 HDSS word verskaf deur die Skool vir Metallurgie van die Noordoostelike Universiteit (NEU) in Shenyang, China. Die elementêre samestelling van 2707 HDSS word in Tabel 1 getoon, wat deur die NEU Materiaalanalise- en Toetsafdeling geanaliseer is. Alle monsters is vir 1 uur by 1180 °C in 'n oplossing behandel. Voor die korrosietoetsing is muntvormige 2707 HDSS met 'n boonste blootgestelde oppervlakte van 1 cm2 tot 2000 grit met silikonkarbiedpapier gepoleer en verder gepoleer met 'n 0.05 μm Al2O3 poeiersuspensie. Die kante en onderkant word beskerm deur inerte verf. Na droging is die monsters met steriele gedeïoniseerde water afgespoel en vir 0.5 uur met 75% (v/v) etanol gesteriliseer. Hulle is toe vir 0.5 uur voor gebruik onder ultraviolet (UV) lig luggedroog.
Die mariene Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099-stam is aangekoop van die Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), China. Pseudomonas aeruginosa is aërobies gekweek by 37°C in 250 ml-flesse en 500 ml elektrochemiese glasselle met behulp van Marine 2216E vloeibare medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). Medium (g/L): 19.45 NaCl, 5.98 MgCl2, 3.24 Na2SO4, 1.8 CaCl2, 0.55 KCl, 0.16 Na2CO3, 0.08 KBr, 0.034 SrCl2, 0.08 SrBr2, 0.022 H3BO3, 0.004 NaSiO3, 0016 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4. , 5.0 pepton, 1.0 gisekstrak en 0.1 ystersitraat. Outoklaaf by 121°C vir 20 minute voor inokulasie. Tel sessiele en planktoniese selle met behulp van 'n hemositometer onder 'n ligmikroskoop teen 400X vergroting. Die aanvanklike selkonsentrasie van planktoniese Pseudomonas aeruginosa onmiddellik na inokulasie was ongeveer 106 selle/ml.
Elektrochemiese toetse is uitgevoer in 'n klassieke drie-elektrode glassel met 'n medium volume van 500 ml. 'n Platinumplaat en 'n versadigde kalomelelektrode (SCE) is aan die reaktor gekoppel via Luggin-kapillêre gevul met soutbrûe, wat onderskeidelik as teen- en verwysingselektrodes dien. Om die werkelektrodes te maak, is 'n rubberbedekte koperdraad aan elke monster geheg en met epoksie bedek, wat ongeveer 1 cm2 blootgestelde enkelsydige oppervlakarea vir die werkelektrode gelaat het. Tydens elektrochemiese metings is monsters in 2216E-medium geplaas en by 'n konstante inkubasietemperatuur (37 °C) in 'n waterbad gehou. OCP, LPR, EIS en potensiële dinamiese polarisasiedata is gemeet met behulp van 'n Autolab-potensiostaat (Verwysing 600TM, Gamry Instruments, Inc., VSA). LPR-toetse is aangeteken teen 'n skandeerspoed van 0.125 mV s-1 oor die reeks van -5 en 5 mV met Eocp en 'n monsterfrekwensie van 1 Hz. EIS is uitgevoer met 'n sinusgolf in die frekwensiebereik 0.01. tot 10 000 Hz met behulp van 'n 5 mV toegepaste spanning by bestendige toestand Eocp. Voor die potensiaalverskuiwing was die elektrodes in oopkringmodus totdat 'n stabiele vrye korrosiepotensiaalwaarde bereik is. Polarisasiekurwes is toe uitgevoer van -0,2 tot 1,5 V teenoor Eocp teen 'n skandeerspoed van 0,166 mV/s. Elke toets is 3 keer herhaal met en sonder P. aeruginosa.
Monsters vir metallografiese analise is meganies gepoleer met 2000 grit nat SiC-papier en dan verder gepoleer met 0.05 μm Al2O3 poeiersuspensie vir optiese waarneming. Metallografiese analise is uitgevoer met behulp van 'n optiese mikroskoop. Die monsters is geëts met 10 gew.% kaliumhidroksiedoplossing 43.
Na inkubasie is monsters 3 keer gewas met fosfaatgebufferde soutoplossing (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) en daarna vir 10 uur met 2.5% (v/v) glutaraldehied gefikseer om biofilms te fikseer. Dit is daarna gedehidreer met 'n gegradeerde reeks (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% en 100% v/v) etanol voor lugdroging. Laastens word die oppervlak van die monster met 'n goudfilm gesputter om geleidingsvermoë vir SEM-waarneming te verskaf. Die SEM-beelde is gefokus op die kolle met die mees sessiele P. aeruginosa-selle op die oppervlak van elke monster. Voer EDS-analise uit om chemiese elemente te vind. 'n Zeiss Konfokale Laserskandeermikroskoop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Duitsland) is gebruik om die putdiepte te meet. Om die korrosieputte onder die biofilm waar te neem, is die toetsstuk eers skoongemaak volgens die Chinese Nasionale Standaard. (CNS) GB/T4334.4-2000 om die korrosieprodukte en biofilm op die oppervlak van die toetsstuk te verwyder.
X-straal fotoelektronspektroskopie (XPS, ESCALAB250 oppervlakanalisestelsel, Thermo VG, VSA) analise is uitgevoer met behulp van 'n monochromatiese X-straalbron (aluminium Kα-lyn teen 1500 eV energie en 150 W krag) oor 'n wye bindingsenergiereeks 0 onder standaardtoestande –1350 eV. Hoëresolusiespektra is opgeneem met behulp van 50 eV deurlaatenergie en 0.2 eV stapgrootte.
Die geïnkubeerde monsters is verwyder en saggies met PBS (pH 7.4 ± 0.2) vir 15 s45 afgespoel. Om die bakteriese lewensvatbaarheid van die biofilms op die monsters waar te neem, is die biofilms gekleur met behulp van die LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, VSA). Die kit bevat twee fluorescerende kleurstowwe, 'n groen fluorescerende SYTO-9 kleurstof en 'n rooi fluorescerende propidiumjodied (PI) kleurstof. Onder CLSM verteenwoordig kolletjies met fluorescerende groen en rooi onderskeidelik lewende en dooie selle. Vir kleuring is 'n 1 ml mengsel wat 3 μl SYTO-9 en 3 μl PI-oplossing bevat, vir 20 minute by kamertemperatuur (23 oC) in die donker geïnkubeer. Daarna is die gekleurde monsters by twee golflengtes (488 nm vir lewende selle en 559 nm vir dooie selle) waargeneem met behulp van 'n Nikon CLSM-masjien (C2 Plus, Nikon, Japan). Biofilmdikte is gemeet in 3D-skandeermodus.
Hoe om hierdie artikel aan te haal: Li, H. et al. Mikrobiese korrosie van 2707 superdupleks vlekvrye staal deur mariene Pseudomonas aeruginosa biofilm. science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningskorrosiekraking van LDX 2101 dupleks vlekvrye staal in chloriedoplossing in die teenwoordigheid van tiosulfaat. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effek van oplossingshittebehandeling en stikstof in beskermingsgas op putkorrosiebestandheid van superdupleks vlekvrye staalsweislasse. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 'n Vergelykende Chemiese Studie van Mikrobiese en Elektrochemies Geïnduseerde Putkorrosie in 316L Vlekvrye Staal. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Elektrochemiese gedrag van 2205 dupleks vlekvrye staal in alkaliese oplossings van verskillende pH in die teenwoordigheid van chloried. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Die effek van mariene biofilms op korrosie: 'n bondige oorsig. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).