Благодарим ви, че посетихте Nature.com. Версията на браузъра, която използвате, има ограничена поддръжка на CSS. За най-добро изживяване ви препоръчваме да използвате актуализиран браузър (или да деактивирате режима на съвместимост в Internet Explorer). Междувременно, за да осигурим непрекъсната поддръжка, ще рендираме сайта без стилове и JavaScript.
Микробната корозия (MIC) е сериозен проблем в много индустрии, тъй като може да доведе до огромни икономически загуби. Супердуплексната неръждаема стомана 2707 (2707 HDSS) се използва в морска среда поради отличната си химическа устойчивост. Устойчивостта ѝ към MIC обаче не е доказана експериментално. Това проучване изследва поведението на MIC 2707 HDSS, причинено от морската аеробна бактерия Pseudomonas aeruginosa. Електрохимичният анализ показа, че при наличие на биофилм от Pseudomonas aeruginosa в среда 2216E настъпва положителна промяна в корозионния потенциал и увеличаване на плътността на корозионния ток. Анализът на рентгено-фотоелектронна спектроскопия (XPS) показа намаляване на съдържанието на Cr на повърхността на пробата под биофилма. Визуалният анализ на вдлъбнатините показа, че биофилмът от P. aeruginosa е образувал максимална дълбочина на вдлъбнатините от 0,69 µm по време на 14 дни инкубация. Въпреки че това е малко, това показва, че 2707 HDSS не е напълно имунизиран срещу MIC на биофилмите на P. aeruginosa.
Дуплексните неръждаеми стомани (DSS) се използват широко в различни индустрии поради перфектната комбинация от отлични механични свойства и устойчивост на корозия1,2. Въпреки това, локализирано образуване на корозия все още се появява и влияе върху целостта на тази стомана3,4. DSS не е устойчива на микробна корозия (MIC)5,6. Въпреки широкия спектър от приложения на DSS, все още има среди, където корозионната устойчивост на DSS не е достатъчна за дългосрочна употреба. Това означава, че са необходими по-скъпи материали с по-висока корозионна устойчивост. Jeon et al7 установиха, че дори супердуплексните неръждаеми стомани (SDSS) имат някои ограничения по отношение на корозионната устойчивост. Следователно, в някои случаи са необходими супердуплексни неръждаеми стомани (HDSS) с по-висока корозионна устойчивост. Това доведе до разработването на високолегирани HDSS.
Корозионната устойчивост на DSS зависи от съотношението на алфа и гама фазите и е обеднена на Cr, Mo и W в области 8, 9, 10, съседни на втората фаза. HDSS съдържа високо съдържание на Cr, Mo и N11, следователно има отлична корозионна устойчивост и висока стойност (45-50) на еквивалентното число на устойчивост на питингова корозия (PREN), определено от тегловни проценти Cr + 3,3 (тегл.% Mo + 0,5 тегл.% W) + 16 тегл.% N12. Отличната му корозионна устойчивост зависи от балансиран състав, съдържащ приблизително 50% феритна (α) и 50% аустенитна (γ) фази. HDSS има по-добри механични свойства и по-висока устойчивост на хлоридна корозия. Подобрената корозионна устойчивост разширява употребата на HDSS в по-агресивни хлоридни среди, като например морска среда.
Минималното индуцирано корозиране (МИК) е основен проблем в много индустрии, като например нефтената, газовата и водната промишленост14. МИК представлява 20% от всички корозионни повреди15. МИК е биоелектрохимична корозия, която може да се наблюдава в много среди. Биофилмите, които се образуват върху метални повърхности, променят електрохимичните условия, като по този начин влияят на процеса на корозия. Широко разпространено е мнението, че МИК корозията се причинява от биофилми. Електрогенните микроорганизми разяждат металите, за да получат енергията, от която се нуждаят за оцеляване17. Последните проучвания на МИК показват, че ЕЕТ (извънклетъчният електронен трансфер) е факторът, ограничаващ скоростта на МИК, индуциран от електрогенни микроорганизми. Zhang et al.18 демонстрират, че електронните посредници ускоряват преноса на електрони между клетките на Desulfovibrio sessificans и неръждаемата стомана 304, което води до по-тежка МИК атака. Anning et al.19 и Wenzlaff et al.20 показват, че биофилмите от корозивни сулфат-редуциращи бактерии (SRB) могат директно да абсорбират електрони от метални субстрати, което води до силно точково образувание.
Известно е, че DSS е чувствителен към MIC в среди, съдържащи SRB, желязо-редуциращи бактерии (IRB) и др.21. Тези бактерии причиняват локализирано образуване на хлъзгавина по повърхността на DSS под биофилми22,23. За разлика от DSS, MIC на HDSS24 не е добре позната.
Pseudomonas aeruginosa е Грам-отрицателна, подвижна, пръчковидна бактерия, която е широко разпространена в природата25. Pseudomonas aeruginosa е и основна микробна група в морската среда, причинявайки повишени концентрации на MIC. Pseudomonas участва активно в процеса на корозия и е разпозната като пионерски колонизатор по време на образуването на биофилм. Mahat et al.28 и Yuan et al.29 демонстрират, че Pseudomonas aeruginosa има тенденция да увеличава скоростта на корозия на мека стомана и сплави във водна среда.
Основната цел на тази работа беше да се изследват свойствата на MIC 2707 HDSS, причинен от морската аеробна бактерия Pseudomonas aeruginosa, използвайки електрохимични методи, методи за повърхностен анализ и анализ на продукти от корозията. Проведени бяха електрохимични изследвания, включително потенциал на отворена верига (OCP), линейно поляризационно съпротивление (LPR), електрохимична импедансна спектроскопия (EIS) и потенциална динамична поляризация, за да се изследва поведението на MIC 2707 HDSS. Извършен е енергийно дисперсионен спектрометричен анализ (EDS) за откриване на химични елементи върху корозирала повърхност. Освен това е използвана рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS) за определяне на стабилността на пасивацията на оксиден филм под въздействието на морска среда, съдържаща Pseudomonas aeruginosa. Дълбочината на вдлъбнатините беше измерена под конфокален лазерен сканиращ микроскоп (CLSM).
Таблица 1 показва химичния състав на 2707 HDSS. Таблица 2 показва, че 2707 HDSS има отлични механични свойства с граница на провлачване от 650 MPa. На фиг. 1 е показана оптичната микроструктура на термично обработен 2707 HDSS. В микроструктурата, съдържаща около 50% аустенит и 50% феритни фази, се виждат удължени ленти от аустенитни и феритни фази без вторични фази.
На фиг. 2а е показан потенциалът на отворена верига (Eocp) спрямо времето на експозиция за 2707 HDSS в абиотична среда 2216E и бульон P. aeruginosa в продължение на 14 дни при 37°C. Тя показва, че най-голямата и най-значима промяна в Eocp настъпва в рамките на първите 24 часа. Стойностите на Eocp и в двата случая достигат пик от -145 mV (в сравнение с SCE) около 16 часа и след това рязко спадат, достигайки -477 mV (в сравнение с SCE) и -236 mV (в сравнение с SCE) съответно за абиотичната проба и купоните от P. Pseudomonas aeruginosa. След 24 часа стойността на Eocp 2707 HDSS за P. aeruginosa е относително стабилна при -228 mV (в сравнение с SCE), докато съответната стойност за небиологични проби е приблизително -442 mV (в сравнение с SCE). Eocp в присъствието на P. aeruginosa беше доста нисък.
Електрохимично изследване на 2707 HDSS проби в абиотична среда и бульон Pseudomonas aeruginosa при 37 °C:
(а) Eocp като функция на времето на експозиция, (б) поляризационни криви на 14-ия ден, (в) Rp като функция на времето на експозиция и (г) icorr като функция на времето на експозиция.
Таблица 3 показва параметрите на електрохимична корозия на 2707 HDSS проби, изложени на абиотична и инокулирана с Pseudomonas aeruginosa среда за период от 14 дни. Тангенциите на анодната и катодната крива са екстраполирани, за да се получат пресечни точки, даващи плътност на корозионния ток (icorr), корозионен потенциал (Ecorr) и Тафелов наклон (βα и βc) съгласно стандартни методи30,31.
Както е показано на фиг. 2б, изместването нагоре в кривата на P. aeruginosa води до увеличение на Ecorr в сравнение с абиотичната крива. Стойността на icorr, която е пропорционална на скоростта на корозия, се увеличава до 0,328 µA cm-2 в пробата Pseudomonas aeruginosa, което е четири пъти по-голямо, отколкото в небиологичната проба (0,087 µA cm-2).
LPR е класически неразрушителен електрохимичен метод за бърз корозионен анализ. Той е използван и за изучаване на MIC32. На фиг. 2в е показано поляризационното съпротивление (Rp) като функция от времето на експозиция. По-високата стойност на Rp означава по-малка корозия. В рамките на първите 24 часа, Rp 2707 HDSS достигна пик от 1955 kΩ cm2 за абиотични проби и 1429 kΩ cm2 за проби от Pseudomonas aeruginosa. Фигура 2в показва също, че стойността на Rp намаля бързо след един ден и след това остана относително непроменена през следващите 13 дни. Стойността на Rp на проба от Pseudomonas aeruginosa е около 40 kΩ cm2, което е много по-ниско от стойността от 450 kΩ cm2 на небиологична проба.
Стойността на icorr е пропорционална на равномерната скорост на корозия. Стойността ѝ може да се изчисли от следното уравнение на Щерн-Гири:
Според Zoe et al.33, типичната стойност на Тафеловия наклон B в тази работа е взета на 26 mV/dec. Фигура 2d показва, че icorr на небиологичната проба 2707 остава относително стабилна, докато пробата P. aeruginosa се колебае значително след първите 24 часа. Стойностите на icorr на пробите P. aeruginosa са с порядък по-високи от тези на небиологичните контроли. Тази тенденция е в съответствие с резултатите от поляризационното съпротивление.
EIS е друг неразрушителен метод, използван за характеризиране на електрохимични реакции върху корозирали повърхности. Импедансни спектри и изчислени стойности на капацитета на проби, изложени на абиотична среда и разтвор на Pseudomonas aeruginosa, съпротивление на пасивен филм/биофилм Rb, образуван върху повърхността на пробата, съпротивление на пренос на заряд Rct, електрически капацитет на двоен слой Cdl (EDL) и константни QCPE параметри на фазовите елементи (CPE). Тези параметри бяха допълнително анализирани чрез напасване на данните с помощта на модел на еквивалентна схема (EEC).
На фиг. 3 са показани типични графики на Найквист (a и b) и графики на Боде (a' и b') за 2707 HDSS проби в абиотична среда и бульон P. aeruginosa за различни времена на инкубация. Диаметърът на пръстена на Найквист намалява в присъствието на Pseudomonas aeruginosa. Графиката на Боде (фиг. 3b') показва увеличението на общия импеданс. Информация за константата на времето за релаксация може да се получи от фазовите максимуми. На фиг. 4 са показани физическите структури, базирани на монослой (a) и бислой (b) и съответните електронен електриков йон (EEC). CPE е въведен в EEC модела. Неговият адмиттанс и импеданс са изразени, както следва:
Два физически модела и съответстващи еквивалентни схеми за напасване на импедансния спектър на образец 2707 HDSS:
където Y0 е стойността на KPI, j е имагинерното число или (-1)1/2, ω е ъгловата честота, n е индексът на мощност на KPI по-малък от единица35. Инверсията на съпротивлението на пренос на заряд (т.е. 1/Rct) съответства на скоростта на корозия. Колкото по-малък Rct, толкова по-висока е скоростта на корозия27. След 14 дни инкубация, Rct на пробите от Pseudomonas aeruginosa достигна 32 kΩ cm2, което е много по-малко от 489 kΩ cm2 на небиологичните проби (Таблица 4).
CLSM изображенията и SEM изображенията на Фигура 5 ясно показват, че биофилмовото покритие върху повърхността на HDSS проба 2707 след 7 дни е плътно. След 14 дни обаче покритието с биофилм е слабо и се появяват някои мъртви клетки. Таблица 5 показва дебелината на биофилма върху HDSS проби 2707 след излагане на P. aeruginosa в продължение на 7 и 14 дни. Максималната дебелина на биофилма се променя от 23,4 µm след 7 дни до 18,9 µm след 14 дни. Средната дебелина на биофилма също потвърждава тази тенденция. Тя намалява от 22,2 ± 0,7 µm след 7 дни до 17,8 ± 1,0 µm след 14 дни.
(а) 3D CLSM изображение на 7 дни, (б) 3D CLSM изображение на 14 дни, (в) SEM изображение на 7 дни и (г) SEM изображение на 14 дни.
ЕМП разкри химични елементи в биофилми и продукти от корозия върху проби, изложени на P. aeruginosa в продължение на 14 дни. На фиг. Фигура 6 е показано, че съдържанието на C, N, O и P в биофилмите и продуктите от корозия е значително по-високо, отколкото в чистите метали, тъй като тези елементи са свързани с биофилми и техните метаболити. Микробите се нуждаят само от следи от хром и желязо. Високите нива на Cr и Fe в биофилма и продуктите от корозия на повърхността на пробите показват, че металната матрица е загубила елементи поради корозия.
След 14 дни в среда 2216E бяха наблюдавани вдлъбнатини със и без P. aeruginosa. Преди инкубация повърхността на пробите беше гладка и без дефекти (фиг. 7a). След инкубация и отстраняване на биофилм и продукти от корозия, най-дълбоките вдлъбнатини по повърхността на пробите бяха изследвани с помощта на CLSM, както е показано на фиг. 7b и c. Не бяха открити видими вдлъбнатини по повърхността на небиологичните контроли (максимална дълбочина на вдлъбнатините 0,02 µm). Максималната дълбочина на вдлъбнатините, причинена от P. aeruginosa, беше 0,52 µm на 7 дни и 0,69 µm на 14 дни, въз основа на средната максимална дълбочина на вдлъбнатините от 3 проби (за всяка проба бяха избрани 10 максимални дълбочини на вдлъбнатините). Постигане на съответно 0,42 ± 0,12 µm и 0,52 ± 0,15 µm (Таблица 5). Тези стойности на дълбочината на вдлъбнатините са малки, но важни.
(а) преди експозиция, (б) 14 дни в абиотична среда и (в) 14 дни в бульон Pseudomonas aeruginosa.
На фиг. Таблица 8 показва XPS спектрите на различни повърхности на проби, а анализираният химичен състав за всяка повърхност е обобщен в Таблица 6. В Таблица 6 атомните проценти на Fe и Cr в присъствието на P. aeruginosa (проби A и B) са много по-ниски от тези на небиологичните контроли (проби C и D). За проба от P. aeruginosa, спектралната крива на нивото на ядрото Cr2p е съобразена с четири пикови компонента с енергии на свързване (BE) от 574.4, 576.6, 578.3 и 586.8 eV, които могат да се отдадат съответно на Cr, Cr2O3, CrO3 и Cr(OH)3 (фиг. 9a и b). За небиологичните проби, спектърът на основното ниво Cr2p съдържа два основни пика за Cr (573.80 eV за BE) и Cr2O3 (575.90 eV за BE) на фиг. 9c и d, съответно. Най-забележителната разлика между абиотичните проби и пробите от P. aeruginosa е наличието на Cr6+ и по-висок относителен дял на Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) под биофилма.
Широките XPS спектри на повърхността на проба 2707 HDSS в две среди са съответно 7 и 14 дни.
(а) 7 дни излагане на P. aeruginosa, (б) 14 дни излагане на P. aeruginosa, (в) 7 дни в абиотична среда и (г) 14 дни в абиотична среда.
HDSS показва високо ниво на устойчивост на корозия в повечето среди. Kim et al.2 съобщават, че HDSS UNS S32707 е идентифициран като силно легиран DSS с PREN по-голям от 45. Стойността на PREN на проба 2707 HDSS в тази работа е 49. Това се дължи на високото съдържание на хром и високото съдържание на молибден и никел, които са полезни в киселинни среди и среди с високо съдържание на хлориди. Освен това, добре балансираният състав и бездефектната микроструктура са полезни за структурната стабилност и устойчивостта на корозия. Въпреки отличната си химическа устойчивост, експерименталните данни в тази работа показват, че 2707 HDSS не е напълно имунизиран срещу MIC на биофилма от P. aeruginosa.
Електрохимичните резултати показват, че скоростта на корозия на 2707 HDSS в бульон P. aeruginosa се е увеличила значително след 14 дни в сравнение с небиологичната среда. На Фигура 2а е наблюдавано намаление на Eocp както в абиотичната среда, така и в бульон P. aeruginosa през първите 24 часа. След това биофилмът покрива напълно повърхността на пробата и Eocp става относително стабилен36. Биологичното ниво на Eocp обаче е много по-високо от небиологичното ниво на Eocp. Има основания да се смята, че тази разлика е свързана с образуването на биофилми от P. aeruginosa. На Фиг. 2d в присъствието на P. aeruginosa, стойността на icorr 2707 HDSS достига 0,627 μA cm-2, което е с порядък по-високо от това на абиотичния контрол (0,063 μA cm-2), което е в съответствие със стойността на Rct, измерена чрез EIS. През първите няколко дни стойностите на импеданса в бульона P. aeruginosa се увеличиха поради прикрепването на клетките на P. aeruginosa и образуването на биофилми. Когато обаче биофилмът покрие напълно повърхността на пробата, импедансът намалява. Защитният слой се атакува предимно поради образуването на биофилми и метаболити на биофилма. Следователно, корозионната устойчивост намалява с времето и прикрепването на P. aeruginosa причинява локализирана корозия. Тенденциите в абиотичните среди са различни. Корозионната устойчивост на небиологичния контрол е много по-висока от съответната стойност на пробите, изложени на бульон P. aeruginosa. Освен това, за абиотичните проби, стойността на Rct 2707 HDSS достигна 489 kΩ cm2 на 14-ия ден, което е 15 пъти по-високо от стойността на Rct (32 kΩ cm2) в присъствието на P. aeruginosa. По този начин, 2707 HDSS има отлична устойчивост на корозия в стерилна среда, но не е устойчив на MIC от биофилми на P. aeruginosa.
Тези резултати могат да се наблюдават и от поляризационните криви на Фиг. 2б. Анодното разклоняване е свързано с образуването на биофилм от Pseudomonas aeruginosa и реакциите на окисление на метали. В този случай катодната реакция е редукция на кислород. Присъствието на P. aeruginosa значително увеличава плътността на корозионния ток, с около порядък по-висока, отколкото в абиотичния контрол. Това показва, че биофилмът от P. aeruginosa усилва локализираната корозия на 2707 HDSS. Yuan et al.29 установяват, че плътността на корозионния ток на сплавта Cu-Ni 70/30 се увеличава под действието на биофилма от P. aeruginosa. Това може да се дължи на биокатализа на редукцията на кислород от биофилми от Pseudomonas aeruginosa. Това наблюдение може също да обясни минималната индуцирана концентрация (MIC) на 2707 HDSS в тази работа. Възможно е също да има по-малко кислород под аеробните биофилми. Следователно, отказът от повторно пасивиране на металната повърхност с кислород може да е фактор, допринасящ за MIC в тази работа.
Дикинсън и др.38 предполагат, че скоростта на химичните и електрохимичните реакции може да бъде пряко повлияна от метаболитната активност на приседналите бактерии върху повърхността на пробата и естеството на продуктите от корозия. Както е показано на Фигура 5 и Таблица 5, броят на клетките и дебелината на биофилма намаляват след 14 дни. Това може разумно да се обясни с факта, че след 14 дни повечето от приседналите клетки на повърхността на 2707 HDSS умират поради изчерпване на хранителните вещества в средата 2216E или освобождаване на токсични метални йони от матрицата на 2707 HDSS. Това е ограничение на партидните експерименти.
В тази работа, биофилм от P. aeruginosa допринесе за локално изчерпване на Cr и Fe под биофилма върху повърхността на 2707 HDSS (фиг. 6). Таблица 6 показва намаляването на Fe и Cr в проба D в сравнение с проба C, което показва, че разтворените Fe и Cr, причинени от биофилма от P. aeruginosa, са се запазили през първите 7 дни. Средата 2216E е използвана за симулиране на морската среда. Тя съдържа 17700 ppm Cl-, което е сравнимо със съдържанието му в естествената морска вода. Наличието на 17700 ppm Cl- беше основната причина за намаляването на Cr в 7- и 14-дневните абиотични проби, анализирани чрез XPS. В сравнение с пробите от P. aeruginosa, разтварянето на Cr в абиотични проби беше много по-малко поради силната устойчивост на 2707 HDSS към хлор при абиотични условия. На фиг. 9 е показано наличието на Cr6+ в пасивиращия филм. Възможно е да участва в отстраняването на хром от стоманени повърхности чрез биофилми на P. aeruginosa, както е предложено от Чен и Клейтън.
Поради бактериалния растеж, стойностите на pH на средата преди и след култивиране бяха съответно 7,4 и 8,2. Следователно, под биофилма на P. aeruginosa, корозията от органични киселини е малко вероятно да допринесе за тази работа поради относително високото pH в основната среда. pH на небиологичната контролна среда не се промени значително (от началните 7,4 до крайните 7,5) по време на 14-дневния тестов период. Увеличението на pH в посевната среда след инкубация се дължи на метаболитната активност на P. aeruginosa и беше установено, че има същия ефект върху pH при липса на тест ленти.
Както е показано на Фигура 7, максималната дълбочина на вдлъбнатините, причинена от биофилм на P. aeruginosa, е 0,69 µm, което е много по-голямо от това на абиотичната среда (0,02 µm). Това е в съответствие с описаните по-горе електрохимични данни. Дълбочината на вдлъбнатините от 0,69 µm е повече от десет пъти по-малка от стойността от 9,5 µm, отчетена за 2205 DSS при същите условия. Тези данни показват, че 2707 HDSS проявява по-добра устойчивост на MIC (минимални инхибиращи инхибитори) от 2205 DSS. Това не би трябвало да е изненада, тъй като 2707 HDSS има по-високи нива на Cr, което осигурява по-дълга пасивация, по-трудно е да се депасивира P. aeruginosa и поради балансираната си фазова структура без вредно вторично утаяване причинява вдлъбнатини.
В заключение, по повърхността на 2707 HDSS в бульон от P. aeruginosa бяха открити вдлъбнатини от MIC в сравнение с незначителни вдлъбнатини в абиотичната среда. Тази работа показва, че 2707 HDSS има по-добра устойчивост на MIC от 2205 DSS, но не е напълно имунизиран срещу MIC поради биофилма от P. aeruginosa. Тези резултати помагат при избора на подходящи неръждаеми стомани и продължителността на живота им в морската среда.
Купон за 2707 HDSS, предоставен от Металургичния факултет на Североизточния университет (NEU) в Шенян, Китай. Елементният състав на 2707 HDSS е показан в Таблица 1, която е анализирана от отдела за анализ и изпитване на материали на NEU. Всички проби са обработени за твърд разтвор при 1180°C в продължение на 1 час. Преди корозионните изпитвания, 2707 HDSS с форма на монета и горна отворена повърхност от 1 cm2 е полирана до 2000 grit със силициево-карбидна шкурка и след това е полирана с 0,05 µm Al2O3 прахова суспензия. Страните и дъното са защитени с инертна боя. След изсушаване пробите са измити със стерилна дейонизирана вода и стерилизирани със 75% (v/v) етанол в продължение на 0,5 часа. След това са изсушени на въздух под ултравиолетова (UV) светлина в продължение на 0,5 часа преди употреба.
Морският щам Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 е закупен от Центъра за събиране на морски култури Xiamen (MCCC), Китай. Pseudomonas aeruginosa е култивиран при аеробни условия при 37°C в 250 ml колби и 500 ml стъклени електрохимични клетки, използвайки течна среда Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Китай). Средата съдържа (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0,016 6NH26NH3, 3,0016 NH3, 5,0 пептон, 1,0 екстракт от дрожди и 0,1 железен цитрат. Автоклавирайте при 121°C за 20 минути преди инокулация. Пребройте приседналите и планктонните клетки с хемоцитометър под светлинен микроскоп при 400x увеличение. Началната концентрация на планктонна Pseudomonas aeruginosa веднага след инокулацията е била приблизително 106 клетки/ml.
Електрохимичните тестове бяха проведени в класическа триелектродна стъклена клетка със среден обем от 500 ml. Платиненият лист и наситеният каломелов електрод (SAE) бяха свързани към реактора чрез капиляри на Luggin, запълнени със солни мостове, които служеха съответно като противо- и референтни електроди. За производството на работни електроди, гумирана медна тел беше прикрепена към всяка проба и покрита с епоксидна смола, оставяйки около 1 cm2 незащитена площ за работния електрод от едната страна. По време на електрохимичните измервания пробите бяха поставени в среда 2216E и държани при постоянна инкубационна температура (37°C) във водна баня. Данните за OCP, LPR, EIS и потенциална динамична поляризация бяха измерени с помощта на потенциостат Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). LPR тестовете бяха записани при скорост на сканиране 0.125 mV s-1 в диапазона от -5 до 5 mV с Eocp и честота на дискретизация 1 Hz. EIS беше извършен със синусоидална вълна в честотен диапазон от 0,01 до 10 000 Hz, използвайки приложено напрежение от 5 mV при стационарно състояние на Eocp. Преди сканирането на потенциала, електродите бяха в режим на покой, докато се достигне стабилна стойност на свободния корозионен потенциал. След това поляризационните криви бяха измерени от -0,2 до 1,5 V като функция на Eocp при скорост на сканиране 0,166 mV/s. Всеки тест беше повторен 3 пъти със и без P. aeruginosa.
Пробите за металографски анализ бяха механично полирани с мокра SiC хартия с гранулация 2000 и след това допълнително полирани със суспензия от прах Al2O3 с гранулация 0,05 µm за оптично наблюдение. Металографският анализ беше извършен с помощта на оптичен микроскоп. Пробите бяха ецвани с 10 тегл.% разтвор на калиев хидроксид 43.
След инкубацията, пробите бяха промити 3 пъти с фосфатно буфериран физиологичен разтвор (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) и след това фиксирани с 2,5% (v/v) глутаралдехид в продължение на 10 часа за фиксиране на биофилми. След това бяха дехидратирани с дозиран етанол (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% и 100% по обем) преди изсушаване на въздух. Накрая, върху повърхността на пробата се отлага златен филм, за да се осигури проводимост за SEM наблюдение. SEM изображенията бяха фокусирани върху петна с най-приседнали клетки на P. aeruginosa на повърхността на всяка проба. Извършен е EDS анализ за откриване на химични елементи. За измерване на дълбочината на вдлъбнатината е използван конфокален лазерен сканиращ микроскоп Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Германия). За да се наблюдават корозионни ямки под биофилма, тестовата проба първо беше почистена съгласно китайския национален стандарт (CNS) GB/T4334.4-2000, за да се отстранят продуктите от корозия и биофилмът от повърхността на тестовата проба.
Анализът с рентгенова фотоелектронна спектроскопия (XPS, система за повърхностен анализ ESCALAB250, Thermo VG, САЩ) беше извършен с използване на монохроматичен рентгенов източник (алуминиева Kα линия с енергия 1500 eV и мощност 150 W) в широк диапазон от енергии на свързване 0 при стандартни условия от –1350 eV. Спектрите с висока резолюция бяха записани с използване на енергия на пропускане 50 eV и стъпка от 0,2 eV.
Инкубираните проби бяха отстранени и измити внимателно с PBS (pH 7,4 ± 0,2) в продължение на 15 секунди и 45 секунди. За да се наблюдава бактериалната жизнеспособност на биофилмите върху пробите, биофилмите бяха оцветени с помощта на комплекта LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Комплектът съдържа две флуоресцентни багрила: зелено флуоресцентно багрило SYTO-9 и червено флуоресцентно багрило пропидиев йодид (PI). В CLSM, флуоресцентните зелени и червени точки представляват съответно живи и мъртви клетки. За оцветяване, 1 ml от смес, съдържаща 3 µl SYTO-9 и 3 µl разтвор на PI, беше инкубирана в продължение на 20 минути при стайна температура (23°C) на тъмно. След това оцветените проби бяха изследвани при две дължини на вълната (488 nm за живи клетки и 559 nm за мъртви клетки), използвайки апарат Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Япония). Дебелината на биофилма беше измерена в режим на 3D сканиране.
Как да цитирате тази статия: Li, H. et al. Микробна корозия на супердуплексна неръждаема стомана 2707 от морски биофилм на Pseudomonas aeruginosa. the science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозионно напукване под напрежение на дуплексна неръждаема стомана LDX 2101 в хлоридни разтвори в присъствието на тиосулфат. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозионно напукване под напрежение на дуплексна неръждаема стомана LDX 2101 в хлоридни разтвори в присъствието на тиосулфат. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозионно разтрескване под напрежение дуплексна нержавеща сталь LDX 2101 в разтвори на хлориди в присъствието на тиосулфат. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозионно напукване под напрежение на дуплексна неръждаема стомана LDX 2101 в хлоридни разтвори в присъствието на тиосулфат. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相неръждаема стомана在福代сулфат分下下南性性生于中图像剧情开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозионно растрескиване под напрежение дуплексна нержавеща сталь LDX 2101 в разтвор на хлорид в присъствието на тиосулфат. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозионно напукване под напрежение на дуплексна неръждаема стомана LDX 2101 в хлориден разтвор в присъствието на тиосулфат.coros science 80, 205–212 (2014).
Ким, СТ, Джанг, СХ, Лий, И.С. и Парк, Й.С. Влияние на термичната обработка в разтвор и азота в защитен газ върху устойчивостта на точкова корозия на заваръчни шевове от хипердуплексна неръждаема стомана. Ким, СТ, Джанг, СХ, Лий, И.С. и Парк, Й.С. Влияние на термичната обработка в разтвор и азота в защитен газ върху устойчивостта на точкова корозия на заваръчни шевове от хипердуплексна неръждаема стомана.Ким, СТ, Джанг, СХ, Лий, ИС и Парк, ЙС. Влияние на термичната обработка в разтвор и азота в защитен газ върху устойчивостта на точкова корозия на заварки от хипердуплексна неръждаема стомана. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS固溶热处理和保护气体中的氮气对超双相不锈钢焊缝抗点蚀性能的影响。 Ким, СТ, Джанг, Ш.Х., Лий, ИС. и Парк, Й.С.Ким, СТ, Джанг, Ш.Х., Лий, И.С. и Парк, Й.С. Влияние на термичната обработка в разтвор и азота в защитен газ върху устойчивостта на точкова корозия на заварки от супердуплексна неръждаема стомана.koros. науката. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Сравнително изследване в химията на микробно и електрохимично индуцираното питингово образувание на неръждаема стомана 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Сравнително изследване в химията на микробно и електрохимично индуцираното питингово образувание на неръждаема стомана 316L.Ши, Х., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Сравнително химично изследване на микробиологичното и електрохимично точково образуване на неръждаема стомана 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 微生物和电化学诱导的316L 不锈钢点蚀的化学比较研究。 Ши, Х., Авчи, Р., Гайзер, М. и Левандовски, З.Ши, Х., Авчи, Р., Гейзер, М. и Левандовски, З. Сравнително химично изследване на микробиологично и електрохимично индуцирано питингово образувание в неръждаема стомана 316L.koros. науката. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Електрохимично поведение на дуплексна неръждаема стомана 2205 в алкални разтвори с различно pH в присъствието на хлорид. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Електрохимично поведение на дуплексна неръждаема стомана 2205 в алкални разтвори с различно pH в присъствието на хлорид.Luo H., Dong KF, Lee HG и Xiao K. Електрохимично поведение на дуплексна неръждаема стомана 2205 в алкални разтвори с различно pH в присъствието на хлорид. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的电化学行为。 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Електрохимично поведение на неръждаема стомана 双相 в присъствието на хлорид при различно pH в алкален разтвор.Luo H., Dong KF, Lee HG и Xiao K. Електрохимично поведение на дуплексна неръждаема стомана 2205 в алкални разтвори с различно pH в присъствието на хлорид.Списание „Електрохимия“. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Влиянието на морските биофилми върху корозията: Кратък преглед. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Влиянието на морските биофилми върху корозията: Кратък преглед.Little, BJ, Lee, JS и Ray, RI. Влияние на морските биофилми върху корозията: кратък преглед. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述。 Литъл, Б. Дж., Лий, Дж. С. и Рей, Роуд АйлъндLittle, BJ, Lee, JS и Ray, RI. Влияние на морските биофилми върху корозията: кратък преглед.Списание „Електрохимия“. 54, 2-7 (2008).