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A currusione microbica (MIC) hè un prublema seriu in parechje industrie, postu chì pò purtà à enormi perdite ecunomiche. L'acciaio inox super duplex 2707 (2707 HDSS) hè utilizatu in ambienti marini per via di a so eccellente resistenza chimica. Tuttavia, a so resistenza à u MIC ùn hè stata dimustrata sperimentalmente. Questu studiu hà esaminatu u cumpurtamentu di u MIC 2707 HDSS causatu da a batteria aerobica marina Pseudomonas aeruginosa. L'analisi elettrochimica hà dimustratu chì in presenza di biofilm di Pseudomonas aeruginosa in u mezu 2216E, si verifica un cambiamentu pusitivu in u putenziale di currusione è un aumentu di a densità di corrente di currusione. L'analisi di a spettroscopia fotoelettronica à raggi X (XPS) hà dimustratu una diminuzione di u cuntenutu di Cr nantu à a superficia di u campione sottu à u biofilm. L'analisi visuale di i pozzi hà dimustratu chì u biofilm di P. aeruginosa hà pruduttu una prufundità massima di i pozzi di 0,69 µm durante 14 ghjorni d'incubazione. Ancu s'ellu hè chjucu, indica chì 2707 HDSS ùn hè micca cumpletamente immune à u MIC di i biofilm di P. aeruginosa.
L'acciai inox duplex (DSS) sò largamente usati in diverse industrie per via di a cumbinazione perfetta di eccellenti proprietà meccaniche è resistenza à a corrosione1,2. Tuttavia, a pitting lucalizata si verifica sempre è affetta l'integrità di questu acciaio3,4. U DSS ùn hè micca resistente à a corrosione microbica (MIC)5,6. Malgradu a vasta gamma di applicazioni per u DSS, ci sò sempre ambienti induve a resistenza à a corrosione di u DSS ùn hè micca sufficiente per un usu à longu andà. Ciò significa chì sò richiesti materiali più costosi cù una resistenza à a corrosione più elevata. Jeon et al7 anu trovu chì ancu l'acciai inox super duplex (SDSS) anu alcune limitazioni in termini di resistenza à a corrosione. Dunque, in certi casi, sò richiesti acciai inox super duplex (HDSS) cù una resistenza à a corrosione più elevata. Questu hà purtatu à u sviluppu di HDSS altamente legati.
A resistenza à a corrosione DSS dipende da u rapportu di e fasi alfa è gamma è hè impoverita in e regioni Cr, Mo è W 8, 9, 10 adiacenti à a seconda fase. HDSS cuntene un altu cuntenutu di Cr, Mo è N11, dunque hà una eccellente resistenza à a corrosione è un valore altu (45-50) di u numeru di resistenza equivalente à a pitting (PREN) determinatu da wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt. %W) + 16% wt. N12. A so eccellente resistenza à a corrosione dipende da una cumpusizione equilibrata chì cuntene circa 50% di fasi ferritiche (α) è 50% di fasi austenitiche (γ). HDSS hà migliori proprietà meccaniche è una maggiore resistenza à a corrosione di cloruri. A resistenza à a corrosione migliorata estende l'usu di HDSS in ambienti di cloruri più aggressivi cum'è l'ambienti marini.
I MIC sò un prublema maiò in parechje industrie cum'è l'industrie di u petroliu è di u gasu è di l'acqua14. U MIC rapprisenta u 20% di tutti i danni da corrosione15. U MIC hè una corrosione bioelettrochimica chì pò esse osservata in parechji ambienti. I biofilm chì si formanu nantu à e superfici metalliche cambianu e cundizioni elettrochimiche, affettendu cusì u prucessu di corrosione. Si crede largamente chì a corrosione MIC hè causata da i biofilm. I microorganismi elettrogenici manghjanu i metalli per ottene l'energia di chì anu bisognu per sopravvive17. Studi recenti di u MIC anu dimustratu chì l'EET (trasferimentu extracellulare di elettroni) hè u fattore limitante di a velocità in u MIC induttu da i microorganismi elettrogenici. Zhang et al. 18 anu dimustratu chì l'intermediari di l'elettroni acceleranu u trasferimentu di elettroni trà e cellule di Desulfovibrio sessificans è l'acciaio inox 304, risultendu in un attaccu MIC più severu. Anning et al. 19 è Wenzlaff et al. 20 anu dimustratu chì i biofilm di batteri corrosivi chì riducenu u sulfatu (SRB) ponu assorbe direttamente l'elettroni da i substrati metallici, risultendu in forti vaiolature.
U DSS hè cunnisciutu per esse suscettibile à a MIC in i mezi chì cuntenenu SRB, batteri chì riducenu u ferru (IRB), ecc. 21. Quessi batteri causanu pitting lucalizati nantu à a superficia di u DSS sottu à i biofilms 22,23. À u cuntrariu di u DSS, a MIC di l'HDSS24 ùn hè micca ben cunnisciuta.
Pseudomonas aeruginosa hè una batteria Gram-negativa, mobile, in forma di bastone, chì hè largamente distribuita in natura25. Pseudomonas aeruginosa hè ancu un gruppu microbianu maiò in l'ambiente marinu, chì provoca concentrazioni elevate di MIC. Pseudomonas hè attivamente implicatu in u prucessu di corrosione è hè ricunnisciutu cum'è un colonizatore pioniere durante a furmazione di biofilm. Mahat et al. 28 è Yuan et al. 29 anu dimustratu chì Pseudomonas aeruginosa tende à aumentà a velocità di corrosione di l'acciaiu dolce è di e leghe in ambienti acquatici.
L'obiettivu principale di stu travagliu era di investigà e proprietà di u MIC 2707 HDSS causate da a batteria aerobica marina Pseudomonas aeruginosa utilizendu metudi elettrochimichi, metudi d'analisi di superficie è analisi di prudutti di corrosione. Studi elettrochimichi, cumpresi u putenziale di circuitu apertu (OCP), a resistenza di polarizazione lineare (LPR), a spettroscopia d'impedenza elettrochimica (EIS) è a polarizazione dinamica potenziale, sò stati realizati per studià u cumpurtamentu di u MIC 2707 HDSS. L'analisi spettrometrica à dispersione d'energia (EDS) hè stata realizata per rilevà elementi chimichi nantu à una superficia currusa. Inoltre, a spettroscopia fotoelettronica à raggi X (XPS) hè stata aduprata per determinà a stabilità di a passivazione di u film d'ossidu sottu l'influenza di un ambiente marinu chì cuntene Pseudomonas aeruginosa. A prufundità di i pozzi hè stata misurata sottu un microscopiu cunfocale à scansione laser (CLSM).
A Tavula 1 mostra a cumpusizione chimica di u 2707 HDSS. A Tavula 2 mostra chì u 2707 HDSS hà eccellenti proprietà meccaniche cù una resistenza à u calore di 650 MPa. In a figura 1 si mostra a microstruttura ottica di u 2707 HDSS trattatu termicamente in soluzione. In a microstruttura chì cuntene circa 50% di fasi austenite è 50% di ferrite, sò visibili bande allungate di fasi austenite è ferrite senza fasi secundarie.
A figura 2a mostra u putenziale di circuitu apertu (Eocp) in funzione di u tempu d'esposizione per 2707 HDSS in u mezu abioticu 2216E è u brodu P. aeruginosa per 14 ghjorni à 37°C. Mostra chì u cambiamentu più grande è più significativu in Eocp si verifica in e prime 24 ore. I valori di Eocp in i dui casi anu righjuntu un piccu di -145 mV (paragunatu à SCE) intornu à 16 ore è dopu sò calati bruscamente, righjunghjendu -477 mV (paragunatu à SCE) è -236 mV (paragunatu à SCE) per u campione abioticu. è i cuponi di P. Pseudomonas aeruginosa, rispettivamente). Dopu à 24 ore, u valore Eocp 2707 HDSS per P. aeruginosa era relativamente stabile à -228 mV (paragunatu à SCE), mentre chì u valore currispundente per i campioni non biologichi era di circa -442 mV (paragunatu à SCE). L'Eocp in presenza di P. aeruginosa era abbastanza bassu.
Studiu elettrochimicu di 2707 campioni HDSS in mezu abioticu è brodu di Pseudomonas aeruginosa à 37 °C:
(a) Eocp cum'è una funzione di u tempu d'esposizione, (b) curve di polarizazione à u ghjornu 14, (c) Rp cum'è una funzione di u tempu d'esposizione, è (d) icorr cum'è una funzione di u tempu d'esposizione.
A Tavula 3 mostra i parametri di corrosione elettrochimica di 2707 campioni HDSS esposti à mezi abiotici è inoculati cù Pseudomonas aeruginosa per un periodu di 14 ghjorni. E tangenti di e curve di l'anodu è di u catodu sò state extrapolate per ottene intersezioni chì danu a densità di corrente di corrosione (icorr), u putenziale di corrosione (Ecorr) è a pendenza di Tafel (βα è βc) secondu i metudi standard30,31.
Cum'è mostratu in a figura 2b, un cambiamentu à l'altu di a curva di P. aeruginosa hà risultatu in un aumentu di Ecorr paragunatu à a curva abiotica. U valore di icorr, chì hè proporzionale à a velocità di corrosione, hè aumentatu à 0,328 µA cm-2 in u campione di Pseudomonas aeruginosa, chì hè quattru volte più grande chè in u campione non biologicu (0,087 µA cm-2).
LPR hè un metudu elettrochimicu classicu non distruttivu per l'analisi rapida di a corrosione. Hè statu ancu utilizatu per studià MIC32. A figura 2c mostra a resistenza di polarizazione (Rp) in funzione di u tempu di esposizione. Un valore Rp più altu significa menu corrosione. In e prime 24 ore, Rp 2707 HDSS hà righjuntu un piccu di 1955 kΩ cm2 per i campioni abiotici è 1429 kΩ cm2 per i campioni di Pseudomonas aeruginosa. A figura 2c mostra ancu chì u valore Rp hè diminuitu rapidamente dopu un ghjornu è dopu hè restatu relativamente invariatu in i prossimi 13 ghjorni. U valore Rp di un campione di Pseudomonas aeruginosa hè di circa 40 kΩ cm2, chì hè assai più bassu di u valore di 450 kΩ cm2 di un campione non biologicu.
U valore di icorr hè proporzionale à a velocità di corrosione uniforme. U so valore pò esse calculatu da a seguente equazione di Stern-Giri:
Sicondu Zoe et al. 33, u valore tipicu di a pendenza di Tafel B in questu travagliu hè statu pigliatu à 26 mV/dec. A figura 2d mostra chì l'icorr di u campione non biologicu 2707 hè restatu relativamente stabile, mentre chì u campione di P. aeruginosa hà fluttuatu assai dopu à e prime 24 ore. I valori di l'icorr di i campioni di P. aeruginosa eranu un ordine di grandezza più alti di quelli di i cuntrolli non biologichi. Questa tendenza hè coerente cù i risultati di a resistenza à a polarizazione.
L'EIS hè un altru metudu non distruttivu utilizatu per caratterizà e reazzioni elettrochimiche nantu à e superfici curruse. Spettri d'impedenza è valori di capacità calculati di campioni esposti à un ambiente abioticu è à una soluzione di Pseudomonas aeruginosa, resistenza passiva di u film/biofilm Rb furmatu nantu à a superficia di u campione, resistenza à u trasferimentu di carica Rct, capacità elettrica à doppiu stratu Cdl (EDL) è parametri di l'elementu di fase QCPE custanti (CPE). Quessi parametri sò stati ulteriormente analizati adattendu i dati utilizendu un mudellu di circuitu equivalente (EEC).
A figura 3 mostra i grafici tipici di Nyquist (a è b) è i grafici di Bode (a' è b') per 2707 campioni HDSS in media abiotica è brodu di P. aeruginosa per diversi tempi d'incubazione. U diametru di l'anellu di Nyquist diminuisce in presenza di Pseudomonas aeruginosa. U graficu di Bode (Fig. 3b') mostra l'aumentu di l'impedenza totale. L'infurmazioni nantu à a costante di tempu di rilassamentu ponu esse ottenute da i massimi di fase. A figura 4 mostra e strutture fisiche basate nantu à un monostratu (a) è un doppio strato (b) è i currispondenti EEC. U CPE hè introduttu in u mudellu EEC. A so ammettenza è impedenza sò espresse cusì:
Dui mudelli fisichi è circuiti equivalenti currispondenti per adattà u spettru d'impedenza di u campione 2707 HDSS:
induve Y0 hè u valore KPI, j hè u numeru imaginariu o (-1)1/2, ω hè a frequenza angulare, n hè l'indice di putenza KPI inferiore à unu35. L'inversione di a resistenza di trasferimentu di carica (vale à dì 1/Rct) currisponde à a velocità di corrosione. Più chjucu hè Rct, più altu hè u tassu di corrosione27. Dopu à 14 ghjorni d'incubazione, l'Rct di i campioni di Pseudomonas aeruginosa hà righjuntu 32 kΩ cm2, chì hè assai menu di i 489 kΩ cm2 di i campioni non biologichi (Tavula 4).
L'imagine CLSM è l'imagine SEM in a Figura 5 mostranu chjaramente chì u rivestimentu di biofilm nantu à a superficia di u campione HDSS 2707 dopu à 7 ghjorni hè densu. Tuttavia, dopu à 14 ghjorni, a cupertura di biofilm era scarsa è sò apparse alcune cellule morte. A Tavula 5 mostra u spessore di biofilm nantu à i campioni HDSS 2707 dopu l'esposizione à P. aeruginosa per 7 è 14 ghjorni. U spessore massimu di biofilm hè cambiatu da 23,4 µm dopu à 7 ghjorni à 18,9 µm dopu à 14 ghjorni. Ancu u spessore mediu di biofilm hà cunfirmatu sta tendenza. Hè diminuitu da 22,2 ± 0,7 μm dopu à 7 ghjorni à 17,8 ± 1,0 μm dopu à 14 ghjorni.
(a) Imagine CLSM 3-D à 7 ghjorni, (b) Imagine CLSM 3-D à 14 ghjorni, (c) Imagine SEM à 7 ghjorni, è (d) Imagine SEM à 14 ghjorni.
L'EMF hà rivelatu elementi chimichi in biofilm è prudutti di corrosione nantu à campioni esposti à P. aeruginosa per 14 ghjorni. In a figura 6 si vede chì u cuntenutu di C, N, O è P in biofilm è prudutti di corrosione hè significativamente più altu chè in metalli puri, postu chì sti elementi sò assuciati à biofilm è i so metaboliti. I microbi anu bisognu solu di tracce di cromu è ferru. Livelli elevati di Cr è Fe in u biofilm è i prudutti di corrosione nantu à a superficia di i campioni indicanu chì a matrice metallica hà persu elementi per via di a corrosione.
Dopu à 14 ghjorni, sò state osservate fossette cù è senza P. aeruginosa in u mezu 2216E. Prima di l'incubazione, a superficia di i campioni era liscia è senza difetti (Fig. 7a). Dopu à l'incubazione è a rimuzione di u biofilm è di i prudutti di currusione, e fossette più prufonde nantu à a superficia di i campioni sò state esaminate cù CLSM, cum'è mostratu in Fig. 7b è c. Nisuna fossetta evidente hè stata trovata nantu à a superficia di i cuntrolli non biologichi (prufundità massima di e fossette 0,02 µm). A prufundità massima di e fossette causata da P. aeruginosa era di 0,52 µm à 7 ghjorni è 0,69 µm à 14 ghjorni, basata annantu à a prufundità massima media di e fossette da 3 campioni (10 prufundità massime di e fossette sò state selezziunate per ogni campione). Raggiungimentu di 0,42 ± 0,12 µm è 0,52 ± 0,15 µm, rispettivamente (Tavula 5). Questi valori di prufundità di e fossette sò chjuchi ma impurtanti.
(a) prima di l'esposizione, (b) 14 ghjorni in un ambiente abioticu, è (c) 14 ghjorni in brodu di Pseudomonas aeruginosa.
In a figura 8, a Tavula 8 mostra i spettri XPS di diverse superfici di campioni, è a cumpusizione chimica analizata per ogni superficia hè riassunta in a Tavula 6. In a Tavula 6, e percentuali atomiche di Fe è Cr in presenza di P. aeruginosa (campioni A è B) eranu assai più basse di quelle di i cuntrolli non biologichi (campioni C è D). Per un campione di P. aeruginosa, a curva spettrale à u livellu di u nucleu Cr 2p hè stata adattata à quattru cumpunenti di piccu cù energie di legame (BE) di 574,4, 576,6, 578,3 è 586,8 eV, chì ponu esse attribuite à Cr, Cr2O3, CrO3 è Cr(OH)3, rispettivamente (Fig. 9a è b). Per i campioni non biologichi, u spettru di u livellu principale di Cr 2p cuntene dui picchi principali per Cr (573,80 eV per BE) è Cr2O3 (575,90 eV per BE) in e Fig. 9c è d, rispettivamente. A differenza più sorprendente trà i campioni abiotici è i campioni di P. aeruginosa era a presenza di Cr6+ è una proporzione relativa più alta di Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) sottu à u biofilm.
I spettri XPS larghi di a superficia di u campione 2707 HDSS in dui mezi sò rispettivamente di 7 è 14 ghjorni.
(a) 7 ghjorni d'esposizione à P. aeruginosa, (b) 14 ghjorni d'esposizione à P. aeruginosa, (c) 7 ghjorni in un ambiente abioticu, è (d) 14 ghjorni in un ambiente abioticu.
L'HDSS presenta un altu livellu di resistenza à a corrosione in a maiò parte di l'ambienti. Kim et al.2 anu signalatu chì l'HDSS UNS S32707 hè statu identificatu cum'è un DSS altamente alliatu cù un PREN superiore à 45. U valore PREN di u campione 2707 HDSS in questu travagliu era 49. Questu hè duvutu à l'altu cuntenutu di cromu è à l'altu cuntenutu di molibdenu è nichelu, chì sò utili in ambienti acidi è ambienti cù un altu cuntenutu di cloruri. Inoltre, una cumpusizione ben equilibrata è una microstruttura senza difetti sò benefiche per a stabilità strutturale è a resistenza à a corrosione. Tuttavia, malgradu a so eccellente resistenza chimica, i dati sperimentali in questu travagliu suggerenu chì u 2707 HDSS ùn hè micca cumpletamente immune à i MIC di u biofilm di P. aeruginosa.
I risultati elettrochimichi anu dimustratu chì a velocità di currusione di 2707 HDSS in u brodu di P. aeruginosa hè aumentata significativamente dopu à 14 ghjorni paragunata à l'ambiente non biologicu. In a Figura 2a, una diminuzione di Eocp hè stata osservata sia in u mezu abioticu sia in u brodu di P. aeruginosa durante e prime 24 ore. Dopu à quessa, u biofilm copre cumpletamente a superficia di u campione, è Eocp diventa relativamente stabile36. Tuttavia, u livellu biologicu di Eocp era assai più altu ch'è u livellu non biologicu di Eocp. Ci sò ragioni per crede chì sta differenza hè assuciata à a furmazione di biofilm di P. aeruginosa. In a figura 2d in presenza di P. aeruginosa, u valore di icorr 2707 HDSS hà righjuntu 0,627 μA cm-2, chì hè un ordine di grandezza più altu ch'è quellu di u cuntrollu abioticu (0,063 μA cm-2), chì era coerente cù u valore Rct misuratu da EIS. Durante i primi ghjorni, i valori d'impedenza in u brodu di P. aeruginosa sò aumentati per via di l'attaccamentu di e cellule di P. aeruginosa è di a furmazione di biofilm. Tuttavia, quandu u biofilm copre cumpletamente a superficia di u campione, l'impedenza diminuisce. U stratu protettivu hè attaccatu principalmente per via di a furmazione di biofilm è di metaboliti di biofilm. Di cunsiguenza, a resistenza à a corrosione hè diminuita cù u tempu è l'attaccamentu di P. aeruginosa hà causatu una corrosione lucalizzata. E tendenze in l'ambienti abiotici eranu diverse. A resistenza à a corrosione di u cuntrollu non biologicu era assai più alta di u valore currispundente di i campioni esposti à u brodu di P. aeruginosa. Inoltre, per l'accessioni abiotiche, u valore Rct 2707 HDSS hà righjuntu 489 kΩ cm2 u ghjornu 14, chì hè 15 volte più altu di u valore Rct (32 kΩ cm2) in presenza di P. aeruginosa. Cusì, 2707 HDSS hà una eccellente resistenza à a corrosione in un ambiente sterile, ma ùn hè micca resistente à i MIC di i biofilm di P. aeruginosa.
Questi risultati ponu ancu esse osservati da e curve di polarizazione in Fig. 2b. A ramificazione anodica hè stata assuciata à a furmazione di biofilm di Pseudomonas aeruginosa è à e reazioni d'ossidazione di i metalli. In questu casu, a reazione catodica hè a riduzione di l'ossigenu. A presenza di P. aeruginosa hà aumentatu significativamente a densità di corrente di corrosione, circa un ordine di grandezza più altu ch'è in u cuntrollu abioticu. Questu indica chì u biofilm di P. aeruginosa aumenta a corrosione lucalizzata di 2707 HDSS. Yuan et al.29 anu trovu chì a densità di corrente di corrosione di a lega Cu-Ni 70/30 hè aumentata sottu l'azione di u biofilm di P. aeruginosa. Questu pò esse duvutu à a biocatalisi di a riduzione di l'ossigenu da i biofilm di Pseudomonas aeruginosa. Questa osservazione pò ancu spiegà u MIC 2707 HDSS in questu travagliu. Ci pò ancu esse menu ossigenu sottu à i biofilm aerobici. Dunque, u rifiutu di ripassivà a superficia metallica cù l'ossigenu pò esse un fattore chì cuntribuisce à u MIC in questu travagliu.
Dickinson et al. 38 anu suggeritu chì a velocità di e reazzioni chimiche è elettrochimiche pò esse direttamente affettata da l'attività metabolica di i batteri sessili nantu à a superficia di u campione è da a natura di i prudutti di corrosione. Cum'è mostratu in a Figura 5 è a Tavula 5, u numeru di cellule è u spessore di u biofilm sò diminuiti dopu à 14 ghjorni. Questu pò esse spiegatu ragiunevolmente da u fattu chì dopu à 14 ghjorni, a maiò parte di e cellule sessili nantu à a superficia di 2707 HDSS sò morte per via di l'esaurimentu di nutrienti in u mezu 2216E o di a liberazione di ioni metallichi tossichi da a matrice 2707 HDSS. Questa hè una limitazione di l'esperimenti in batch.
In questu travagliu, un biofilm di P. aeruginosa hà cuntribuitu à l'esaurimentu lucale di Cr è Fe sottu à u biofilm nantu à a superficia di 2707 HDSS (Fig. 6). A Tavula 6 mostra a riduzione di Fe è Cr in u campione D paragunatu à u campione C, chì indica chì u Fe è Cr dissolti causati da u biofilm di P. aeruginosa anu persistitu per i primi 7 ghjorni. L'ambiente 2216E hè utilizatu per simulà l'ambiente marinu. Cuntene 17700 ppm Cl-, chì hè paragunabile à u so cuntenutu in l'acqua di mare naturale. A presenza di 17700 ppm Cl- hè stata a ragione principale di a diminuzione di Cr in campioni abiotici di 7 è 14 ghjorni analizzati da XPS. Paragunatu à i campioni di P. aeruginosa, a dissoluzione di Cr in campioni abiotici era assai menu per via di a forte resistenza di 2707 HDSS à u cloru in cundizioni abiotiche. A figura 9 mostra a presenza di Cr6+ in u film passivante. Puderia esse implicatu in a rimuzione di u cromu da e superfici d'acciaiu da i biofilm di P. aeruginosa, cum'è suggeritu da Chen è Clayton.
A causa di a crescita batterica, i valori di pH di u mezu prima è dopu a cultura eranu rispettivamente 7,4 è 8,2. Cusì, sottu à u biofilm di P. aeruginosa, hè improbabile chì a currusione di l'acidu organicu cuntribuisca à questu travagliu per via di u pH relativamente altu in u mezu di massa. U pH di u mezu di cuntrollu non biologicu ùn hè micca cambiatu significativamente (da 7,4 iniziale à 7,5 finale) durante u periodu di prova di 14 ghjorni. L'aumentu di u pH in u mezu di sementi dopu l'incubazione era duvutu à l'attività metabolica di P. aeruginosa è hè statu trovu chì avia u listessu effettu nantu à u pH in assenza di strisce reattive.
Cum'è mostratu in a Figura 7, a prufundità massima di a fossa causata da u biofilm di P. aeruginosa era di 0,69 µm, chì hè assai più grande di quella di u mezu abioticu (0,02 µm). Questu hè coerente cù i dati elettrochimichi descritti sopra. A prufundità di a fossa di 0,69 µm hè più di dece volte più chjuca di u valore di 9,5 µm riportatu per u 2205 DSS in e stesse cundizioni. Quessi dati mostranu chì u 2707 HDSS presenta una megliu resistenza à i MIC chè u 2205 DSS. Questu ùn deve esse una surpresa postu chì u 2707 HDSS hà livelli di Cr più alti chì furniscenu una passivazione più longa, più difficiule da depassivà P. aeruginosa, è per via di a so struttura di fase equilibrata senza precipitazioni secundarie dannose provoca pitting.
In cunclusione, sò stati trovati pit-pot di MIC nantu à a superficia di 2707 HDSS in u brodu di P. aeruginosa paragunatu à pit-pot insignificanti in l'ambiente abioticu. Stu travagliu mostra chì 2707 HDSS hà una megliu resistenza à u MIC chè 2205 DSS, ma ùn hè micca cumpletamente immune à u MIC per via di u biofilm di P. aeruginosa. Quessi risultati aiutanu à a selezzione di l'acciai inossidabili adatti è di a durata di vita adatta per l'ambiente marinu.
Cuponu per 2707 HDSS furnitu da a Northeastern University (NEU) School of Metallurgia in Shenyang, Cina. A cumpusizione elementale di 2707 HDSS hè mostrata in a Tavula 1, chì hè stata analizata da u Dipartimentu di Analisi è Test di Materiali di NEU. Tutti i campioni sò stati trattati per una soluzione solida à 1180 ° C per 1 ora. Prima di a prova di corrosione, un 2707 HDSS in forma di munita cù una superficia aperta superiore di 1 cm2 hè statu lucidatu à 2000 grit cù carta vetrata di carburo di siliciu è poi lucidatu cù una sospensione di polvere di Al2O3 di 0,05 µm. I lati è u fondu sò prutetti cù pittura inerte. Dopu l'asciugatura, i campioni sò stati lavati cù acqua deionizzata sterile è sterilizzati cù etanolu à 75% (v/v) per 0,5 ore. Sò stati poi asciugati à l'aria sottu luce ultravioletta (UV) per 0,5 ore prima di l'usu.
A ceppa marina di Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 hè stata acquistata da u Centru di Raccolta di Culture Marine di Xiamen (MCCC), Cina. Pseudomonas aeruginosa hè stata cultivata in cundizioni aerobiche à 37° C. in fiaschi di 250 ml è cellule elettrochimiche di vetru di 500 ml utilizendu u mezu liquidu Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Cina). U mezu cuntene (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 peptone, 1,0 estrattu di levitu è ​​0,1 citratu di ferru. Autoclave à 121°C per 20 minuti prima di l'inoculazione. Cuntà e cellule sessili è planctoniche cù un emocitometru sottu à un microscopiu otticu à un ingrandimentu di 400x. A cuncentrazione iniziale di Pseudomonas aeruginosa planctonica subitu dopu l'inoculazione era di circa 106 cellule/ml.
I testi elettrochimichi sò stati realizati in una cellula di vetru classica à trè elettrodi cù un vulume mediu di 500 ml. A lamina di platinu è l'elettrodu di calomelanu saturatu (SAE) sò stati cunnessi à u reattore per mezu di capillari Luggin pieni di ponti salini, chì servianu rispettivamente cum'è contraelettrodi è elettrodi di riferimentu. Per a fabricazione di elettrodi di travagliu, u filu di rame gommatu hè statu attaccatu à ogni campione è cupertu di resina epossidica, lascendu circa 1 cm2 di zona micca prutetta per l'elettrodu di travagliu da una parte. Durante e misurazioni elettrochimichi, i campioni sò stati posti in u mezu 2216E è mantenuti à una temperatura d'incubazione costante (37°C) in un bagnu d'acqua. I dati OCP, LPR, EIS è di polarizazione dinamica potenziale sò stati misurati utilizendu un potenziostatu Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). I ​​testi LPR sò stati registrati à una velocità di scansione di 0,125 mV s-1 in l'intervallu da -5 à 5 mV cù Eocp è una velocità di campionamentu di 1 Hz. L'EIS hè stata realizata cù un'onda sinusoidale annantu à una gamma di frequenza da 0,01 à 10.000 Hz utilizendu una tensione applicata di 5 mV à statu stazionariu Eocp. Prima di u scansu di putenziale, l'elettrodi eranu in modu inattivu finu à chì un valore stabile di u putenziale di corrosione libera hè statu righjuntu. E curve di polarizazione sò state poi misurate da -0,2 à 1,5 V in funzione di Eocp à una velocità di scansione di 0,166 mV/s. Ogni test hè statu ripetutu 3 volte cù è senza P. aeruginosa.
I campioni per l'analisi metallografica sò stati lucidati meccanicamente cù carta SiC bagnata di grana 2000 è dopu lucidati ulteriormente cù una sospensione di polvere di Al2O3 di 0,05 µm per l'osservazione ottica. L'analisi metallografica hè stata effettuata cù un microscopiu otticu. I campioni sò stati incisi cù una soluzione à 10% in pesu di idrossidu di potassiu 43.
Dopu l'incubazione, i campioni sò stati lavati 3 volte cù una soluzione salina tamponata cù fosfatu (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) è dopu fissati cù glutaraldeide à 2,5% (v/v) per 10 ore per fissà i biofilm. Hè statu dopu disidratatu cù etanolu in batch (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% è 100% per vulume) prima di l'asciugatura à l'aria. Infine, una pellicola d'oru hè depositata nantu à a superficia di u campione per furnisce a cunduttività per l'osservazione SEM. L'imaghjini SEM sò state focalizate nantu à i punti cù e cellule di P. aeruginosa più sessili nantu à a superficia di ogni campione. Eseguite un'analisi EDS per truvà elementi chimichi. Un microscopiu à scansione laser cunfocale Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Germania) hè statu utilizatu per misurà a prufundità di a fossa. Per osservà i pozzi di corrosione sottu à u biofilm, u campione di prova hè statu prima pulitu secondu a Norma Naziunale Cinese (CNS) GB/T4334.4-2000 per rimuovere i prudutti di corrosione è u biofilm da a superficia di u campione di prova.
L'analisi di spettroscopia fotoelettronica à raggi X (XPS, sistema d'analisi di superficie ESCALAB250, Thermo VG, USA) hè stata realizata utilizendu una fonte di raggi X monocromatica (linea d'aluminiu Kα cù una energia di 1500 eV è una putenza di 150 W) in una vasta gamma di energie di legame 0 in cundizioni standard di –1350 eV. I spettri d'alta risoluzione sò stati registrati utilizendu una energia di trasmissione di 50 eV è un passu di 0,2 eV.
I campioni incubati sò stati rimossi è lavati delicatamente cù PBS (pH 7,4 ± 0,2) per 15 s45. Per osservà a viabilità batterica di i biofilm nantu à i campioni, i biofilm sò stati culurati cù u Kit di Viabilità Bacteriale LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, USA). U kit cuntene dui coloranti fluorescenti: u colorante fluorescente verde SYTO-9 è u colorante fluorescente rossu ioduro di propidiu (PI). In CLSM, i punti verdi è rossi fluorescenti rapprisentanu rispettivamente e cellule vive è morte. Per a culurazione, 1 ml di una mistura cuntenente 3 µl di SYTO-9 è 3 µl di soluzione PI hè stata incubata per 20 minuti à temperatura ambiente (23°C) à u bughju. In seguitu, i campioni culurati sò stati esaminati à duie lunghezze d'onda (488 nm per e cellule vive è 559 nm per e cellule morte) cù un apparecchiu Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Giappone). U spessore di u biofilm hè statu misuratu in modalità di scansione 3D.
Cumu citallu st'articulu: Li, H. et al. Corrosione microbica di l'acciaiu inox super duplex 2707 da u biofilm marinu di Pseudomonas aeruginosa. a scienza. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Fratturazione da corrosione sotto stress di acciaio inox duplex LDX 2101 in soluzioni di cloruri in presenza di tiosolfato. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Fratturazione da corrosione sotto stress di acciaio inox duplex LDX 2101 in soluzioni di cloruri in presenza di tiosolfato. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нерюжале1 DX в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Fratturazione da corrosione sotto stress di acciaio inox duplex LDX 2101 in soluzioni di cloruro in presenza di tiosulfato. 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stainless steel在福代sulfate分下下南性性生于中图像傀图像剧惂 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нерюжале1 DX в растворе хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Fratturazione da corrosione sotto stress di acciaio inox duplex LDX 2101 in soluzione di cloruro in presenza di tiosulfato.coros science 80, 205-212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effetti di u trattamentu termicu in suluzione è di l'azotu in u gasu di prutezzione nantu à a resistenza à a corrosione per pitting di saldature in acciaio inox iper duplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effetti di u trattamentu termicu in suluzione è di l'azotu in u gasu di prutezzione nantu à a resistenza à a corrosione per pitting di saldature in acciaio inox iper duplex.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS è Park, YS Effettu di u trattamentu termicu in suluzione è di l'azotu in u gasu di prutezzione nantu à a resistenza à a corrosione per pitting di e saldature in acciaio inox iperduplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS è Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS è Park, YS Effettu di u trattamentu termicu in suluzione è di l'azotu in u gasu di prutezzione nantu à a resistenza à a corrosione per pitting di saldature in acciaio inox super duplex.koros. a scienza. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Studiu cumparativu in chimica di a pitting indotta microbicamente è elettrochimicamente di l'acciaiu inox 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Studiu cumparativu in chimica di a pitting indotta microbicamente è elettrochimicamente di l'acciaiu inox 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. è Lewandowski, Z. Studiu chimicu cumparativu di a pitting microbiologica è elettrochimica di l'acciaiu inox 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。 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. è Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. è Lewandowski, Z. Studiu chimicu cumparativu di a pitting indotta microbiologicamente è elettrochimicamente in l'acciaiu inox 316L.koros. a scienza. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. U cumpurtamentu elettrochimicu di l'acciaiu inox duplex 2205 in suluzioni alcaline cù pH differente in presenza di cloruru. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. U cumpurtamentu elettrochimicu di l'acciaiu inox duplex 2205 in suluzioni alcaline cù pH differente in presenza di cloruru.Luo H., Dong KF, Lee HG è Xiao K. Cumportamentu elettrochimicu di l'acciaiu inox duplex 2205 in suluzioni alcaline cù pH differente in presenza di cloruru. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的甦茖化中电茖 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Cumportamentu elettrochimicu di l'acciaio inox 双相 in presenza di cloruru à pH diversi in soluzione alcalina.Luo H., Dong KF, Lee HG è Xiao K. Cumportamentu elettrochimicu di l'acciaiu inox duplex 2205 in suluzioni alcaline cù pH differente in presenza di cloruru.Rivista Electrochem. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI L'influenza di i biofilm marini nantu à a currusione: Una rivista concisa. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI L'influenza di i biofilm marini nantu à a currusione: Una rivista concisa.Little, BJ, Lee, JS è Ray, RI Effetti di i Biofilm Marini nantu à a Corrosione: Una Breve Revisione. 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 è Ray, RILittle, BJ, Lee, JS è Ray, RI Effetti di i Biofilm Marini nantu à a Corrosione: Una Breve Revisione.Rivista Electrochem. 54, 2-7 (2008).