Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili isključite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Mikrobna korozija (MIC) je ozbiljan problem u mnogim industrijama jer može uzrokovati ogromne ekonomske gubitke. Super dupleks nehrđajući čelik 2707 (2707 HDSS) koristi se u morskim okruženjima zbog svoje odlične hemijske otpornosti. Međutim, njegova otpornost na MIC nije eksperimentalno dokazana. U ovoj studiji istraženo je ponašanje MIC-a 2707 HDSS-a uzrokovanog morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa. Elektrohemijska analiza je pokazala da je u prisustvu biofilma Pseudomonas aeruginosa u mediju 2216E došlo do pozitivne promjene u potencijalu korozije i povećanja gustoće struje korozije. Analiza rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS) pokazala je smanjenje sadržaja Cr na površini uzorka ispod biofilma. Analiza snimanja jama pokazala je da je biofilm P. aeruginosa proizveo maksimalnu dubinu jama od 0,69 μm tokom 14 dana inkubacije. Iako je ovo malo, ukazuje na to da 2707 HDSS nije u potpunosti imun na MIC P. aeruginosa. biofilmovi.
Dupleks nehrđajući čelici (DSS) se široko koriste u raznim industrijama zbog svoje idealne kombinacije odličnih mehaničkih svojstava i otpornosti na koroziju1,2. Međutim, lokalizirano tačkasto korozijsko djelovanje se i dalje javlja i utiče na integritet ovog čelika3,4. DSS nije otporan na mikrobnu koroziju (MIC)5,6. Uprkos širokom rasponu primjena DSS-a, još uvijek postoje okruženja u kojima otpornost DSS-a na koroziju nije dovoljna za dugotrajnu upotrebu. To znači da su potrebni skuplji materijali sa većom otpornošću na koroziju. Jeon i saradnici7 su otkrili da čak i super dupleks nehrđajući čelici (SDSS) imaju neka ograničenja u pogledu otpornosti na koroziju. Stoga su u nekim primjenama potrebni super dupleks nehrđajući čelici (HDSS) sa većom otpornošću na koroziju. To je dovelo do razvoja visoko legiranih HDSS-a.
Otpornost DSS-a na koroziju zavisi od odnosa alfa i gama faza i područja 8, 9, 10 osiromašenih Cr, Mo i W koja se nalaze uz drugu fazu. HDSS sadrži visok sadržaj Cr, Mo i N11, tako da ima odličnu otpornost na koroziju i visoku vrijednost (45-50) ekvivalentnog broja otpornosti na koroziju (PREN), određenog kao težinski % Cr + 3,3 (težinski % Mo + 0,5 težinski % W) + 16 težinski % N12. Njegova odlična otpornost na koroziju zasniva se na uravnoteženom sastavu koji sadrži približno 50% feritne (α) i 50% austenitne (γ) faze, HDSS ima bolja mehanička svojstva i veću otpornost od konvencionalnog DSS13. Svojstva korozije hlorida. Poboljšana otpornost na koroziju proširuje upotrebu HDSS-a u korozivnijim okruženjima sa hloridima, kao što su morska okruženja.
MIC su glavni problem u mnogim industrijama kao što su naftna i plinska industrija te vodovodne kompanije14. MIC čini 20% svih oštećenja od korozije15. MIC je bioelektrokemijska korozija koja se može primijetiti u mnogim okruženjima. Biofilmovi koji se formiraju na metalnim površinama mijenjaju elektrokemijske uvjete, čime utječu na proces korozije. Općeprihvaćeno je mišljenje da je MIC korozija uzrokovana biofilmovima. Elektrogeni mikroorganizmi korodiraju metale kako bi dobili energiju za preživljavanje17. Nedavne studije MIC-a pokazale su da je EET (ekstracelularni prijenos elektrona) faktor koji ograničava brzinu MIC-a izazvanog elektrogenim mikroorganizmima. Zhang i suradnici18 pokazali su da elektronski medijatori ubrzavaju prijenos elektrona između ćelija Desulfovibrio sessificans i nehrđajućeg čelika 304, što dovodi do težeg MIC napada. Enning i suradnici19 i Venzlaff i suradnici20 pokazali su da biofilmovi korozivnih sulfatno-redukirajućih bakterija (SRB) mogu direktno apsorbirati elektrone iz metalnih podloga, što rezultira jakom korozijom u obliku rupica.
Poznato je da je DSS osjetljiv na MIC u okruženjima koja sadrže SRB, bakterije koje redukuju željezo (IRB) itd. 21. Ove bakterije uzrokuju lokalizirano udubljivanje na površinama DSS-a ispod biofilmova 22,23. Za razliku od DSS-a, MIC HDSS-a 24 je slabo poznat.
Pseudomonas aeruginosa je gram-negativna pokretna bakterija u obliku štapića koja je široko rasprostranjena u prirodi25. Pseudomonas aeruginosa je također glavna mikrobna grupa u morskom okruženju, uzrokujući mikrobnu koroziju čelika. Pseudomonas je usko uključen u procese korozije i prepoznat je kao pionirski kolonizator tokom formiranja biofilma. Mahat i sar.28 i Yuan i sar.29 pokazali su da Pseudomonas aeruginosa ima tendenciju povećanja brzine korozije mekog čelika i legura u vodenim okruženjima.
Glavni cilj ovog rada bio je istražiti svojstva minimalne inhibitorne koncentracije (MIC) 2707 HDSS-a uzrokovanog morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa korištenjem elektrohemijskih metoda, tehnika površinske analize i analize produkata korozije. Elektrohemijske studije, uključujući potencijal otvorenog kola (OCP), linearni polarizacijski otpor (LPR), elektrohemijsku impedančnu spektroskopiju (EIS) i potencijalnu dinamičku polarizaciju, provedene su kako bi se proučilo ponašanje MIC-a 2707 HDSS-a. Analiza energetski disperzivnim spektrometrom (EDS) provedena je kako bi se pronašli hemijski elementi na korodiranoj površini. Osim toga, analiza rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS) korištena je za određivanje stabilnosti pasivizacije oksidnog filma pod utjecajem morskog okruženja koje sadrži Pseudomonas aeruginosa. Dubina udubljenja mjerena je konfokalnim laserskim skenirajućim mikroskopom (CLSM).
Tabela 1 navodi hemijski sastav 2707 HDSS. Tabela 2 pokazuje da 2707 HDSS ima odlična mehanička svojstva sa granicom tečenja od 650 MPa. Slika 1 prikazuje optičku mikrostrukturu 2707 HDSS tretiranog rastvorom termički. Izdužene trake austenitnih i feritnih faza bez sekundarnih faza mogu se vidjeti u mikrostrukturi koja sadrži oko 50% austenitnih i 50% feritnih faza.
Slika 2a prikazuje podatke o potencijalu otvorenog kola (Eocp) u odnosu na vrijeme izlaganja za 2707 HDSS u abiotičkom mediju 2216E i bujonu P. aeruginosa tokom 14 dana na 37 °C. Pokazuje da se najveća i značajna promjena Eocp javlja unutar prvih 24 sata. Vrijednosti Eocp u oba slučaja dostigle su vrhunac od -145 mV (u odnosu na SCE) oko 16 sati, a zatim su naglo pale, dostigavši ​​-477 mV (u odnosu na SCE) i -236 mV (u odnosu na SCE) za abiotički uzorak i P, respektivno. Kupone za Pseudomonas aeruginosa, respektivno. Nakon 24 sata, vrijednost Eocp od 2707 HDSS za P. aeruginosa bila je relativno stabilna na -228 mV (u odnosu na SCE), dok je odgovarajuća vrijednost za nebiološke uzorke bila približno -442 mV (u odnosu na SCE). Eocp u prisustvu P. aeruginosa bio je prilično nizak.
Elektrohemijsko ispitivanje 2707 HDSS uzoraka u abiotičkom mediju i bujonu Pseudomonas aeruginosa na 37 °C:
(a) Eocp kao funkcija vremena ekspozicije, (b) krivulje polarizacije na 14. dan, (c) Rp kao funkcija vremena ekspozicije i (d) icorr kao funkcija vremena ekspozicije.
Tabela 3 navodi vrijednosti parametara elektrohemijske korozije za 2707 HDSS uzoraka izloženih abiotičkom mediju i mediju inokuliranom sa Pseudomonas aeruginosa tokom 14 dana. Tangente anodne i katodne krive su ekstrapolirane da bi se dobile presjecišta koja daju gustoću struje korozije (icorr), potencijal korozije (Ecorr) i Tafelove nagibe (βα i βc) prema standardnim metodama30,31.
Kao što je prikazano na Slici 2b, pomak krivulje P. aeruginosa prema gore rezultirao je povećanjem Ecorr u poređenju s abiotičkom krivuljom. Vrijednost icorr, koja je proporcionalna brzini korozije, povećala se na 0,328 μA cm-2 u uzorku Pseudomonas aeruginosa, što je četiri puta više nego u nebiološkom uzorku (0,087 μA cm-2).
LPR je klasična nedestruktivna elektrohemijska metoda za brzu analizu korozije. Također je korištena za proučavanje MIC32. Slika 2c prikazuje polarizacijski otpor (Rp) kao funkciju vremena izlaganja. Viša vrijednost Rp znači manju koroziju. U prvih 24 sata, Rp 2707 HDSS dostigao je maksimalnu vrijednost od 1955 kΩ cm2 za abiotske uzorke i 1429 kΩ cm2 za uzorke Pseudomonas aeruginosa. Slika 2c također pokazuje da se vrijednost Rp brzo smanjila nakon jednog dana, a zatim ostala relativno nepromijenjena tokom sljedećih 13 dana. Vrijednost Rp uzorka Pseudomonas aeruginosa je oko 40 kΩ cm2, što je mnogo niže od vrijednosti od 450 kΩ cm2 nebiološkog uzorka.
Vrijednost icorr je proporcionalna ujednačenoj brzini korozije. Njena vrijednost se može izračunati pomoću sljedeće Stern-Gearyjeve jednačine,
Slijedeći Zou i saradnike33, tipična vrijednost Tafelovog nagiba B u ovom radu pretpostavljena je na 26 mV/dec. Slika 2d pokazuje da je icorr nebiološkog uzorka 2707 ostao relativno stabilan, dok je uzorak P. aeruginosa znatno fluktuirao nakon prvih 24 sata. Vrijednosti icorr uzoraka P. aeruginosa bile su za red veličine veće od nebioloških kontrola. Ovaj trend je u skladu s rezultatima polarizacijskog otpora.
EIS je još jedna nedestruktivna tehnika koja se koristi za karakterizaciju elektrohemijskih reakcija na korodiranim površinama. Spektri impedancije i izračunate vrijednosti kapacitivnosti uzoraka izloženih abiotičkom mediju i rastvoru Pseudomonas aeruginosa, Rb otpor pasivnog filma/biofilma formiranog na površini uzorka, Rct otpor prenosa naboja, Cdl električni kapacitet dvostrukog sloja (EDL) i parametri QCPE konstantnog faznog elementa (CPE). Ovi parametri su dalje analizirani prilagođavanjem podataka korištenjem modela ekvivalentnog kola (EEC).
Slika 3 prikazuje tipične Nyquistove dijagrame (a i b) i Bodeove dijagrame (a' i b') za 2707 HDSS uzoraka u abiotičkom mediju i bujonu P. aeruginosa za različita vremena inkubacije. Prečnik Nyquistovog prstena se smanjuje u prisustvu Pseudomonas aeruginosa. Bodeov dijagram (slika 3b') pokazuje povećanje magnitude ukupne impedanse. Informacije o vremenskoj konstanti relaksacije mogu se dobiti faznim maksimumima. Slika 4 prikazuje fizičke strukture zasnovane na monosloju (a) i dvosloju (b) i njihove odgovarajuće EEC. CPE je uveden u EEC model. Njegova admitancija i impedancija su izražene na sljedeći način:
Dva fizička modela i odgovarajuća ekvivalentna kola za prilagođavanje spektra impedance uzorka 2707 HDSS:
gdje je Y0 magnituda CPE, j je imaginarni broj ili (-1)1/2, ω je ugaona frekvencija, a n je indeks snage CPE manji od jedan35. Inverz otpora prijenosa naboja (tj. 1/Rct) odgovara brzini korozije. Manji Rct znači veću brzinu korozije27. Nakon 14 dana inkubacije, Rct uzoraka Pseudomonas aeruginosa dostigao je 32 kΩ cm2, što je mnogo manje od 489 kΩ cm2 nebioloških uzoraka (Tabela 4).
CLSM slike i SEM slike na Slici 5 jasno pokazuju da je pokrivenost biofilmom na površini uzorka 2707 HDSS nakon 7 dana gusta. Međutim, nakon 14 dana, pokrivenost biofilmom je bila rijetka i pojavile su se neke mrtve ćelije. Tabela 5 prikazuje debljinu biofilma na uzorcima 2707 HDSS nakon izlaganja P. aeruginosa tokom 7 i 14 dana. Maksimalna debljina biofilma promijenila se sa 23,4 μm nakon 7 dana na 18,9 μm nakon 14 dana. Prosječna debljina biofilma također je potvrdila ovaj trend. Smanjila se sa 22,2 ± 0,7 μm nakon 7 dana na 17,8 ± 1,0 μm nakon 14 dana.
(a) 3D CLSM slika nakon 7 dana, (b) 3D CLSM slika nakon 14 dana, (c) SEM slika nakon 7 dana i (d) SEM slika nakon 14 dana.
EDS je otkrio hemijske elemente u biofilmovima i produktima korozije na uzorcima izloženim P. aeruginosa tokom 14 dana. Slika 6 pokazuje da je sadržaj C, N, O i P u biofilmovima i produktima korozije mnogo veći nego u golim metalima, jer su ovi elementi povezani s biofilmovima i njihovim metabolitima. Mikrobima su potrebne samo tragovi hroma i željeza. Visoki nivoi Cr i Fe u biofilmu i produktima korozije na površini uzoraka ukazuju na to da je metalna matrica izgubila elemente zbog korozije.
Nakon 14 dana, uočeno je udubljivanje sa i bez P. aeruginosa u medijumu 2216E. Prije inkubacije, površina uzorka je bila glatka i bez defekata (Slika 7a). Nakon inkubacije i uklanjanja biofilma i produkata korozije, najdublje udubljenja na površini uzoraka su pregledana pod CLSM-om, kao što je prikazano na Slici 7b i c. Na površini nebioloških kontrolnih uzoraka nisu pronađena očigledna udubljenja (maksimalna dubina udubljenja 0,02 μm). Maksimalna dubina udubljenja uzrokovana Pseudomonas aeruginosa bila je 0,52 μm nakon 7 dana i 0,69 μm nakon 14 dana, na osnovu prosječne maksimalne dubine udubljenja 3 uzorka (odabrano je 10 maksimalnih vrijednosti dubine udubljenja za svaki uzorak) dostigla je 0,42 ± 0,12 μm i 0,52 ± 0,15 μm, respektivno (Tabela 5). Ove vrijednosti dubine udubljenja su male, ali važne.
(a) Prije izlaganja, (b) 14 dana u abiotičkom mediju i (c) 14 dana u bujonu Pseudomonas aeruginosa.
Slika 8 prikazuje XPS spektre različitih površina uzoraka, a hemijski sastavi analizirani za svaku površinu su sažeti u Tabeli 6. U Tabeli 6, atomski procenti Fe i Cr u prisustvu P. aeruginosa (uzorci A i B) bili su mnogo niži od onih u nebiološkim kontrolnim uzorcima (uzorci C i D). Za uzorak P. aeruginosa, spektralna krivulja na nivou jezgra Cr 2p je prilagođena četiri komponente vrha sa vrijednostima energije vezivanja (BE) od 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, što se može pripisati Cr, Cr2O3, CrO3 i Cr(OH)3, respektivno (Slika 9a i b). Za nebiološke uzorke, spektar na nivou jezgra Cr 2p sadrži dva glavna vrha za Cr (573,80 eV za BE) i Cr2O3 (575,90 eV za BE) na Slici 9c i d, respektivno. Najupečatljivija razlika između U abiotičkim i uzorcima P. aeruginosa utvrđeno je prisustvo Cr6+ i većeg relativnog udjela Cr(OH)3 (BE od 586,8 eV) ispod biofilma.
Široki XPS spektri površine uzorka 2707 HDSS u dva medija su 7 dana i 14 dana, respektivno.
(a) 7 dana izlaganja P. aeruginosa, (b) 14 dana izlaganja P. aeruginosa, (c) 7 dana u abiotičkom mediju i (d) 14 dana u abiotičkom mediju.
HDSS pokazuje visok nivo otpornosti na koroziju u većini okruženja. Kim i saradnici2 su izvijestili da je UNS S32707 HDSS definisan kao visoko legirani DSS sa PREN-om većim od 45. Vrijednost PREN-a uzorka 2707 HDSS u ovom radu bila je 49. To je zbog visokog sadržaja hroma i visokih nivoa molibdena i nikla, koji su korisni u kiselim i okruženjima sa visokim sadržajem hlorida. Pored toga, dobro izbalansiran sastav i mikrostruktura bez defekata korisni su za strukturnu stabilnost i otpornost na koroziju. Međutim, uprkos odličnoj hemijskoj otpornosti, eksperimentalni podaci u ovom radu sugerišu da 2707 HDSS nije potpuno imun na MIC biofilmova P. aeruginosa.
Elektrohemijski rezultati su pokazali da je brzina korozije 2707 HDSS u bujonu P. aeruginosa značajno povećana nakon 14 dana u poređenju sa nebiološkim medijem. Na slici 2a, uočeno je smanjenje Eocp i u abiotičkom mediju i u bujonu P. aeruginosa tokom prvih 24 sata. Nakon toga, biofilm je potpuno prekrio površinu uzorka i Eocp je postao relativno stabilan36. Međutim, nivo biološkog Eocp bio je mnogo veći od nivoa nebiološkog Eocp. Postoji razlog za vjerovanje da je ova razlika posljedica formiranja biofilma P. aeruginosa. Na slici 2d, u prisustvu P. aeruginosa, icorr vrijednost 2707 HDSS dostigla je 0,627 μA cm-2, što je za red veličine više od vrijednosti abiotičke kontrole (0,063 μA cm-2), što je bilo u skladu sa Rct vrijednošću izmjerenom EIS-om. Tokom prvih nekoliko dana, vrijednosti impedanse u P. aeruginosa bujona se povećala zbog prianjanja ćelija P. aeruginosa i formiranja biofilmova. Međutim, kada biofilm potpuno prekrije površinu uzorka, impedancija se smanjuje. Zaštitni sloj je prvo napadnut zbog formiranja biofilmova i metabolita biofilma. Stoga se otpornost na koroziju s vremenom smanjivala, a prianjanje P. aeruginosa uzrokovalo je lokaliziranu koroziju. Trendovi u abiotičkim medijima bili su drugačiji. Otpornost na koroziju nebiološke kontrole bila je mnogo veća od odgovarajuće vrijednosti uzoraka izloženih bujonu P. aeruginosa. Nadalje, za abiotičke uzorke, Rct vrijednost 2707 HDSS dostigla je 489 kΩ cm2 14. dana, što je 15 puta više od Rct vrijednosti (32 kΩ cm2) u prisustvu P. aeruginosa. Stoga, 2707 HDSS ima odličnu otpornost na koroziju u sterilnom okruženju, ali nije otporan na MIC napad biofilmova P. aeruginosa.
Ovi rezultati se također mogu vidjeti na krivuljama polarizacije na slici 2b. Anodno grananje pripisano je formiranju biofilma Pseudomonas aeruginosa i reakcijama oksidacije metala. Istovremeno, katodna reakcija je redukcija kisika. Prisustvo P. aeruginosa znatno je povećalo gustoću struje korozije, približno za red veličine više nego u abiotičkoj kontroli. Ovo ukazuje na to da biofilm P. aeruginosa povećava lokaliziranu koroziju 2707 HDSS-a. Yuan i saradnici29 su otkrili da se gustoća struje korozije 70/30 Cu-Ni legure povećava pod utjecajem biofilma P. aeruginosa. Ovo može biti posljedica biokatalize redukcije kisika biofilmovima Pseudomonas aeruginosa. Ovo zapažanje također može objasniti minimalnu inhibitornu vrijednost (MIC) 2707 HDSS-a u ovom radu. Aerobni biofilmovi također mogu imati manje kisika ispod sebe. Stoga, neuspjeh u ponovnoj pasivizaciji metalne površine kisikom može biti faktor koji doprinosi MIC-u u ovom radu.
Dickinson i saradnici38 sugerirali su da na brzinu hemijskih i elektrohemijskih reakcija može direktno uticati metabolička aktivnost sesilnih bakterija na površini uzorka i priroda produkata korozije. Kao što je prikazano na Slici 5 i u Tabeli 5, i broj ćelija i debljina biofilma smanjili su se nakon 14 dana. To se može razumno objasniti da je nakon 14 dana većina sesilnih ćelija na površini 2707 HDSS uginula zbog iscrpljivanja hranjivih tvari u medijumu 2216E ili oslobađanja toksičnih metalnih iona iz matrice 2707 HDSS. Ovo je ograničenje serijskih eksperimenata.
U ovom radu, biofilm P. aeruginosa je promovisao lokalno smanjenje Cr i Fe ispod biofilma na površini 2707 HDSS (Slika 6). U Tabeli 6, smanjenje Fe i Cr u uzorku D u poređenju sa uzorkom C, ukazuje na to da su rastvoreni Fe i Cr uzrokovani biofilmom P. aeruginosa trajali duže od prvih 7 dana. Medij 2216E se koristi za simuliranje morskog okruženja. Sadrži 17700 ppm Cl-, što je uporedivo sa onim pronađenim u prirodnoj morskoj vodi. Prisustvo 17700 ppm Cl- bio je glavni razlog za smanjenje Cr u abiotičkim uzorcima starim 7 i 14 dana analiziranim XPS-om. U poređenju sa uzorcima P. aeruginosa, rastvaranje Cr u abiotičkim uzorcima bilo je mnogo manje zbog jake otpornosti 2707 HDSS na Cl- u abiotičkim okruženjima. Slika 9 prikazuje prisustvo Cr6+ u pasivizacionom filmu. Može biti uključen u uklanjanje Cr sa čeličnih površina pomoću P. aeruginosa biofilmovi, kako su predložili Chen i Clayton.
Zbog rasta bakterija, pH vrijednosti podloge prije i poslije kultivacije bile su 7,4 i 8,2, respektivno. Stoga, ispod biofilma P. aeruginosa, korozija organskom kiselinom vjerovatno nije faktor koji doprinosi ovom radu zbog relativno visokog pH u glavnom mediju. pH nebiološkog kontrolnog medija se nije značajno promijenio (od početnih 7,4 do konačnih 7,5) tokom 14-dnevnog perioda testiranja. Povećanje pH vrijednosti u inokulacijskom mediju nakon inkubacije bilo je posljedica metaboličke aktivnosti P. aeruginosa i utvrđeno je da ima isti učinak na pH u odsustvu test traka.
Kao što je prikazano na Slici 7, maksimalna dubina udubljenja uzrokovana biofilmom P. aeruginosa bila je 0,69 μm, što je mnogo veće od dubine abiotičkog medija (0,02 μm). Ovo je u skladu s gore opisanim elektrohemijskim podacima. Dubina udubljenja od 0,69 μm je više od deset puta manja od vrijednosti od 9,5 μm prijavljene za 2205 DSS pod istim uslovima. Ovi podaci pokazuju da 2707 HDSS pokazuje bolju otpornost na MIC u poređenju sa 2205 DSS. Ovo ne bi trebalo da bude iznenađenje, jer 2707 HDSS ima veći sadržaj hroma, što omogućava dugotrajniju pasivizaciju, zbog uravnotežene fazne strukture bez štetnih sekundarnih taloga, što otežava P. aeruginosa depasivaciju i početak pomračenja tačaka.
Zaključno, na površini 2707 HDSS u bujonu P. aeruginosa pronađeno je korozijsko korozijsko djelovanje (MIC) u poređenju sa zanemarivim korozijskim djelovanjem u abiotičkim medijima. Ovaj rad pokazuje da 2707 HDSS ima bolju otpornost na MIC od 2205 DSS, ali nije u potpunosti imun na MIC zbog biofilma P. aeruginosa. Ovi nalazi pomažu u odabiru odgovarajućih nehrđajućih čelika i procijenjenom vijeku trajanja za morski okoliš.
Kupon za 2707 HDSS je obezbijedio Metalurški fakultet Univerziteta Northeastern (NEU) u Shenyangu, Kina. Elementarni sastav 2707 HDSS prikazan je u Tabeli 1, koju je analizirao Odjel za analizu i ispitivanje materijala NEU. Svi uzorci su tretirani rastvorom na 1180 °C tokom 1 sata. Prije ispitivanja korozije, 2707 HDSS u obliku novčića sa gornjom izloženom površinom od 1 cm2 je poliran do granulacije 2000 silicijum-karbidnim papirom i dodatno poliran suspenzijom praha Al2O3 granulacije 0,05 μm. Stranice i dno su zaštićeni inertnom bojom. Nakon sušenja, uzorci su isprani sterilnom deionizovanom vodom i sterilizovani sa 75% (v/v) etanolom tokom 0,5 sati. Zatim su sušeni na vazduhu pod ultraljubičastim (UV) svjetlom tokom 0,5 sati prije upotrebe.
Soj Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 kupljen je od Centra za kolekciju morskih kultura Xiamen (MCCC), Kina. Pseudomonas aeruginosa uzgajan je aerobno na 37°C u tikvicama od 250 ml i elektrohemijskim staklenim ćelijama od 500 ml koristeći tečni medij Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina). Medij (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 NH3, 0,016 NH3, 0,016 NaH2PO4, 5,0 pepton, 1,0 ekstrakt kvasca i 0,1 željezni citrat. Autoklavirajte na 121°C 20 minuta prije inokulacije. Prebrojite sesilne i planktonske ćelije pomoću hemocitometra pod svjetlosnim mikroskopom pri uvećanju od 400 puta. Početna koncentracija ćelija planktonske Pseudomonas aeruginosa odmah nakon inokulacije bila je približno 106 ćelija/ml.
Elektrohemijski testovi su provedeni u klasičnoj staklenoj ćeliji s tri elektrode i zapreminom medija od 500 ml. Platinski lim i zasićena kalomelova elektroda (SCE) spojeni su na reaktor putem Lugginovih kapilara ispunjenih mostovima soli, služeći kao kontra i referentna elektroda, respektivno. Za izradu radnih elektroda, na svaki uzorak je pričvršćena bakrena žica obložena gumom i prekrivena epoksidom, ostavljajući oko 1 cm2 izložene jednostrane površine za radnu elektrodu. Tokom elektrohemijskih mjerenja, uzorci su smješteni u 2216E medij i održavani na konstantnoj temperaturi inkubacije (37 °C) u vodenom kupatilu. Podaci o OCP, LPR, EIS i potencijalnoj dinamičkoj polarizaciji mjereni su pomoću Autolab potenciostata (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., SAD). LPR testovi su snimljeni pri brzini skeniranja od 0,125 mV s-1 u rasponu od -5 i 5 mV sa Eocp i frekvencijom uzorkovanja od 1 Hz. EIS je proveden sa sinusnim talasom u frekvencijskom rasponu od 0,01 do 10.000 Hz koristeći primijenjeni napon od 5 mV pri stacionarnom Eocp. Prije promjene potencijala, elektrode su bile u režimu otvorenog kola dok se nije dostigla stabilna vrijednost potencijala slobodne korozije. Polarizacijske krivulje su zatim rađene od -0,2 do 1,5 V u odnosu na Eocp pri brzini skeniranja od 0,166 mV/s. Svaki test je ponovljen 3 puta sa i bez P. aeruginosa.
Uzorci za metalografsku analizu mehanički su polirani mokrim SiC papirom granulacije 2000, a zatim dodatno polirani suspenzijom praha Al2O3 granulacije 0,05 μm za optičko posmatranje. Metalografska analiza je provedena pomoću optičkog mikroskopa. Uzorci su nagrizeni 10 težinski%-tnim rastvorom kalijum hidroksida 43.
Nakon inkubacije, uzorci su 3 puta isprani fosfatno puferovanim rastvorom soli (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), a zatim fiksirani sa 2,5% (v/v) glutaraldehidom tokom 10 sati kako bi se fiksirali biofilmovi. Nakon toga su dehidrirani sa graduiranim nizom (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% v/v) etanola prije sušenja na zraku. Konačno, površina uzorka je prekrivena zlatnim filmom kako bi se osigurala provodljivost za SEM posmatranje. SEM slike su fokusirane na mjesta sa najsjedećim ćelijama P. aeruginosa na površini svakog uzorka. Izvršena je EDS analiza kako bi se pronašli hemijski elementi. Za mjerenje dubine korozijskih jama korišten je Zeiss konfokalni laserski skenirajući mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Njemačka). Da bi se uočile korozijske jame ispod biofilma, ispitni uzorak je prvo očišćen prema Kineskom nacionalnom standardu (CNS). GB/T4334.4-2000 za uklanjanje produkata korozije i biofilma na površini ispitnog uzorka.
Analiza rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS, ESCALAB250 sistem za analizu površine, Thermo VG, SAD) provedena je korištenjem monohromatskog rendgenskog izvora (aluminijumska Kα linija na energiji od 1500 eV i snazi ​​od 150 W) u širokom opsegu energije vezivanja od 0 pod standardnim uslovima –1350 eV. Spektri visoke rezolucije snimljeni su korištenjem energije prolaza od 50 eV i veličine koraka od 0,2 eV.
Inkubirani uzorci su uklonjeni i lagano isprani PBS-om (pH 7,4 ± 0,2) tokom 15 sekundi i 45 sekundi. Da bi se posmatrala bakterijska održivost biofilmova na uzorcima, biofilmovi su obojeni korištenjem LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit-a (Invitrogen, Eugene, OR, SAD). Kit sadrži dvije fluorescentne boje, zelenu fluorescentnu SYTO-9 boju i crvenu fluorescentnu propidijum jodid (PI). Pod CLSM metodom, tačke sa fluorescentnom zelenom i crvenom bojom predstavljaju žive i mrtve ćelije. Za bojenje, 1 ml smjese koja sadrži 3 μl SYTO-9 i 3 μl PI rastvora inkubirana je 20 minuta na sobnoj temperaturi (23 °C) u mraku. Nakon toga, obojeni uzorci su posmatrani na dvije talasne dužine (488 nm za žive ćelije i 559 nm za mrtve ćelije) korištenjem Nikon CLSM uređaja (C2 Plus, Nikon, Japan). Debljina biofilma mjerena je u 3D režimu skeniranja.
Kako citirati ovaj članak: Li, H. i dr. Mikrobna korozija super dupleks nehrđajućeg čelika 2707 uzrokovana morskom Pseudomonas aeruginosa biofilmom. science. Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pucanje usljed korozije pod naponom dupleks nehrđajućeg čelika LDX 2101 u rastvoru hlorida u prisustvu tiosulfata. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Utjecaj obrade toplinom u rastvoru i dušika u zaštitnom plinu na otpornost na koroziju uzrokovanu rupičastom korozijom zavarenih spojeva superdupleksnog nehrđajućeg čelika. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Komparativna hemijska studija mikrobne i elektrohemijski izazvane korozije u obliku tačkastih tačaka kod nehrđajućeg čelika 316L. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Elektrohemijsko ponašanje dupleks nehrđajućeg čelika 2205 u alkalnim rastvorima različitog pH u prisustvu hlorida. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Učinak morskih biofilmova na koroziju: sažet pregled. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).