Täname teid Nature.com-i külastamise eest. Teie kasutataval brauseriversioonil on CSS-i jaoks piiratud tugi. Parima kogemuse saamiseks soovitame teil kasutada värskendatud brauserit (või lülitada Internet Exploreris ühilduvusrežiim välja). Seni kuvame saiti jätkuva toe tagamiseks ilma stiilide ja JavaScriptita.
Mikroobne korrosioon (MIC) on tõsine probleem paljudes tööstusharudes, kuna see võib põhjustada tohutut majanduslikku kahju. 2707 superdupleks roostevaba terast (2707 HDSS) on selle suurepärase keemilise vastupidavuse tõttu kasutatud merekeskkonnas. Selle vastupidavust MIC-le pole aga eksperimentaalselt tõestatud. Selles uuringus uuriti 2707 HDSS-i MIC käitumist, mida põhjustab mere aeroobne bakter Pseudomonas aeruginosa. Elektrokeemiline analüüs näitas, et Pseudomonas aeruginosa biokile juuresolekul 2216E keskkonnas toimus positiivne muutus korrosioonipotentsiaalis ja korrosioonivoolutiheduse suurenemine. Röntgenfotoelektronspektroskoopia (XPS) analüüs näitas Cr-sisalduse vähenemist biokile all oleva proovi pinnal. Süvendite pildianalüüs näitas, et P. aeruginosa biokile tekitas 14-päevase inkubatsiooni jooksul maksimaalse süvendi sügavuse 0,69 μm. Kuigi see on väike, näitab see, et 2707 HDSS ei ole P. aeruginosa MIC suhtes täielikult immuunne. biokiled.
Dupleks-roostevaba terast (DSS) kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes tänu oma suurepäraste mehaaniliste omaduste ja korrosioonikindluse ideaalsele kombinatsioonile1,2. Siiski esineb siiski lokaliseeritud punktkorrosiooni, mis mõjutab terase terviklikkust3,4. DSS ei ole vastupidav mikroobsele korrosioonile (MIC)5,6. Vaatamata DSS-i laiale rakendusalale on siiski keskkondi, kus DSS-i korrosioonikindlus ei ole pikaajaliseks kasutamiseks piisav. See tähendab, et on vaja kallimaid materjale, millel on suurem korrosioonikindlus. Jeon jt7 leidsid, et isegi superdupleks-roostevabadel terastel (SDSS) on korrosioonikindluse osas teatud piirangud. Seetõttu on mõnes rakenduses vaja superdupleks-roostevaba terast (HDSS), millel on suurem korrosioonikindlus. See viis kõrglegeeritud HDSS-i väljatöötamiseni.
DSS-i korrosioonikindlus sõltub alfa- ja gammafaaside suhtest ning Cr-, Mo- ja W-vaesestatud piirkondadest 8, 9, 10, mis külgnevad teise faasiga. HDSS sisaldab palju Cr-i, Mo-d ja N11-d, seega on sellel suurepärane korrosioonikindlus ja kõrge (45–50) punktkorrosioonikindluse ekvivalentarv (PREN), mis määratakse massiprotsendi Cr + 3,3 (massiprotsendi Mo + 0,5 massiprotsendi W) + 16 massiprotsendi N12 abil. Selle suurepärane korrosioonikindlus tugineb tasakaalustatud koostisele, mis sisaldab ligikaudu 50% ferriidi (α) ja 50% austeniidi (γ) faase. HDSS-il on paremad mehaanilised omadused ja suurem vastupidavus kui tavapärasel DSS13-l. Kloriidi korrosiooniomadused. Parem korrosioonikindlus laiendab HDSS-i kasutamist korrosiivsemates kloriidikeskkondades, näiteks merekeskkonnas.
MIC-d on suur probleem paljudes tööstusharudes, näiteks nafta- ja gaasi- ning vee-ettevõtetes14. MIC moodustab 20% kõigist korrosioonikahjustustest15. MIC on bioelektrokeemiline korrosioon, mida võib täheldada paljudes keskkondades. Metallpindadele moodustuvad biokiled muudavad elektrokeemilisi tingimusi, mõjutades seeläbi korrosiooniprotsessi. Laialdaselt arvatakse, et MIC-korrosiooni põhjustavad biokiled. Elektrogeensed mikroorganismid söövitavad metalle, et saada ellujäämiseks vajalikku energiat17. Hiljutised MIC-uuringud on näidanud, et EET (ekstratsellulaarne elektronülekanne) on elektrogeensete mikroorganismide poolt indutseeritud MIC-i kiirust piirav tegur. Zhang jt18 näitasid, et elektronmediaatorid kiirendavad elektronide ülekannet Desulfovibrio sessificans rakkude ja 304 roostevaba terase vahel, mis viib tõsisema MIC-rünnakuni. Enning jt19 ja Venzlaff jt20 näitasid, et söövitavad sulfaatredutseerivate bakterite (SRB) biokiled võivad metallpindadelt elektrone otse absorbeerida, mille tulemuseks on tugev punktkorrosioon.
On teada, et DSS on tundlik minimaalse inhibeeriva kontsentratsiooni (MIC) suhtes keskkondades, mis sisaldavad SRB-d, rauda redutseerivaid baktereid (IRB) jne.21. Need bakterid põhjustavad DSS-i pindadel biokilede all lokaliseeritud süvendeid22,23. Erinevalt DSS-ist on HDSS-i MIC24 vähetuntud.
Pseudomonas aeruginosa on gramnegatiivne liikuv vardakujuline bakter, mis on looduses laialt levinud25. Pseudomonas aeruginosa on ka merekeskkonnas oluline mikroobide rühm, põhjustades terasele minimaalset inhibitsiooni (MIC). Pseudomonas on tihedalt seotud korrosiooniprotsessidega ja teda peetakse biokile moodustumise pioneerkolonisaatoriks. Mahat jt28 ja Yuan jt29 näitasid, et Pseudomonas aeruginosa kipub suurendama pehme terase ja sulamite korrosioonikiirust vesikeskkonnas.
Selle töö peamine eesmärk oli uurida mere aeroobse bakteri Pseudomonas aeruginosa põhjustatud 2707 HDSS minimaalse kontsentratsiooni (MIC) omadusi, kasutades elektrokeemilisi meetodeid, pinnaanalüüsi tehnikaid ja korrosiooniproduktide analüüsi. 2707 HDSS MIC käitumise uurimiseks viidi läbi elektrokeemilised uuringud, sealhulgas avatud vooluahela potentsiaal (OCP), lineaarne polarisatsioonitakistus (LPR), elektrokeemiline impedantsspektroskoopia (EIS) ja potentsiaalne dünaamiline polarisatsioon. Korrodeerunud pinnalt keemiliste elementide leidmiseks viidi läbi energiadispersioonspektromeetri (EDS) analüüs. Lisaks kasutati röntgenfotoelektronspektroskoopia (XPS) analüüsi, et määrata oksiidkile passivatsiooni stabiilsust Pseudomonas aeruginosa sisaldava merekeskkonna mõjul. Auku sügavust mõõdeti konfokaalse laserskaneeriva mikroskoobi (CLSM) abil.
Tabelis 1 on loetletud 2707 HDSS keemiline koostis. Tabel 2 näitab, et 2707 HDSS-il on suurepärased mehaanilised omadused ja voolavuspiir 650 MPa. Joonis 1 näitab lahusega kuumtöödeldud 2707 HDSS-i optilist mikrostruktuuri. Mikrostruktuuris, mis sisaldab umbes 50% austeniiti ja 50% ferriiti, on näha austeniidi ja ferriidi faaside piklikke ribasid ilma sekundaarsete faasideta.
Joonis 2a näitab avatud vooluringi potentsiaali (Eocp) ja kokkupuuteaja andmeid 2707 HDSS kohta abiootilises 2216E söötmes ja P. aeruginosa puljongis 14 päeva jooksul temperatuuril 37 °C. See näitab, et suurim ja olulisem Eocp muutus toimub esimese 24 tunni jooksul. Mõlemal juhul saavutasid Eocp väärtused haripunkti umbes 16 tunni pärast -145 mV juures (võrreldes SCE-ga) ja langesid seejärel järsult, ulatudes abiootilise proovi ja P puhul vastavalt -477 mV-ni (võrreldes SCE-ga) ja -236 mV-ni (võrreldes SCE-ga). Pseudomonas aeruginosa kupongid. 24 tunni pärast oli P. aeruginosa Eocp väärtus 2707 HDSS suhteliselt stabiilne -228 mV juures (vs. SCE), samas kui mittebioloogiliste proovide vastav väärtus oli ligikaudu -442 mV (vs. SCE). P. aeruginosa juuresolekul oli Eocp üsna madal.
2707 HDSS proovi elektrokeemiline testimine abiootilises keskkonnas ja Pseudomonas aeruginosa puljongis temperatuuril 37 °C:
(a) Eocp säritusaja funktsioonina, (b) polarisatsioonikõverad 14. päeval, (c) Rp säritusaja funktsioonina ja (d) icorr säritusaja funktsioonina.
Tabelis 3 on loetletud 2707 HDSS proovi elektrokeemilise korrosiooni parameetrite väärtused, mida eksponeeriti abiootilisele keskkonnale ja Pseudomonas aeruginosa inokuleeritud keskkonnale 14 päeva jooksul. Anood- ja katoodkõverate puutujaid ekstrapoleeriti, et saada lõikepunktid, mis andsid korrosioonivoolutiheduse (icorr), korrosioonipotentsiaali (Ecorr) ja Tafel'i tõusud (βα ja βc) vastavalt standardmeetoditele30,31.
Nagu joonisel 2b näidatud, põhjustas P. aeruginosa kõvera ülespoole nihkumine Ecorr suurenemise võrreldes abiootilise kõveraga. icorr väärtus, mis on proportsionaalne korrosioonikiirusega, suurenes Pseudomonas aeruginosa proovis 0,328 μA cm-2-ni, mis on neli korda suurem kui mittebioloogilisel proovil (0,087 μA cm-2).
LPR on klassikaline mittepurustav elektrokeemiline meetod kiireks korrosioonianalüüsiks. Seda kasutati ka MIC32 uurimiseks. Joonis 2c näitab polarisatsioonitakistust (Rp) kokkupuuteaja funktsioonina. Kõrgem Rp väärtus tähendab väiksemat korrosiooni. Esimese 24 tunni jooksul saavutas 2707 HDSS Rp abiootiliste proovide puhul maksimaalse väärtuse 1955 kΩ cm2 ja Pseudomonas aeruginosa proovide puhul 1429 kΩ cm2. Joonis 2c näitab ka, et Rp väärtus vähenes kiiresti ühe päeva pärast ja püsis seejärel järgmised 13 päeva suhteliselt muutumatuna. Pseudomonas aeruginosa proovi Rp väärtus on umbes 40 kΩ cm2, mis on palju madalam kui mittebioloogilise proovi 450 kΩ cm2 väärtus.
icorr väärtus on proportsionaalne ühtlase korrosioonikiirusega. Selle väärtuse saab arvutada järgmise Stern-Geary võrrandi abil:
Zou jt 33 kohaselt eeldati selles töös Tafel'i tõusu B tüüpiliseks väärtuseks 26 mV/dec. Joonis 2d näitab, et mittebioloogilise 2707 proovi icorr püsis suhteliselt stabiilsena, samas kui P. aeruginosa proovi icorr väärtused kõikusid esimese 24 tunni möödudes oluliselt. P. aeruginosa proovide icorr väärtused olid suurusjärgu võrra kõrgemad kui mittebioloogilistel kontrollproovidel. See trend on kooskõlas polarisatsioonitakistuse tulemustega.
EIS on veel üks mittepurustav meetod, mida kasutatakse korrodeerunud piirpindadel toimuvate elektrokeemiliste reaktsioonide iseloomustamiseks. Abiootilisele keskkonnale ja Pseudomonas aeruginosa lahusele eksponeeritud proovide impedantsspektrid ja arvutatud mahtuvusväärtused, proovi pinnale moodustunud passiivkile/biokile Rb takistus, Rct laenguülekande takistus, Cdl elektrilise kaksikkihi mahtuvus (EDL) ja QCPE konstantse faasielemendi (CPE) parameetrid. Neid parameetreid analüüsiti edasi andmete sobitamise teel ekvivalentskeemi (EEC) mudeli abil.
Joonis 3 näitab 2707 HDSS proovi tüüpilisi Nyquisti (a ja b) ja Bode'i (a' ja b') graafikuid abiootilises keskkonnas ja P. aeruginosa puljongis erinevate inkubatsiooniaegade korral. Nyquisti rõnga läbimõõt väheneb Pseudomonas aeruginosa juuresolekul. Bode'i graafik (joonis 3b') näitab kogutakistuse suuruse suurenemist. Relaksatsiooniaja konstandi kohta saab teavet faasimaksimumidest. Joonis 4 näitab monokihi (a) ja kaksikihi (b) baasil loodud füüsikalisi struktuure ja nende vastavaid elektrilisi laenguid (EEC). EEC mudelisse on lisatud CPE. Selle admittants ja impedants on väljendatud järgmiselt:
Kaks füüsikalist mudelit ja vastavad ekvivalentahelad 2707 HDSS-proovi impedantsispektri sobitamiseks:
kus Y0 on CPE suurusjärk, j on imaginaarav ehk (-1)1/2, ω on nurksagedus ja n on CPE võimsusindeks, mis on väiksem kui üks35. Laenguülekande takistuse pöördväärtus (st 1/Rct) vastab korrosioonikiirusele. Väiksem Rct tähendab kiiremat korrosioonikiirust27. Pärast 14-päevast inkubatsiooni saavutas Pseudomonas aeruginosa proovide Rct väärtuse 32 kΩ cm2, mis on palju väiksem kui mittebioloogiliste proovide 489 kΩ cm2 (tabel 4).
Joonisel 5 olevad CLSM- ja SEM-pildid näitavad selgelt, et 2707 HDSS-proovi pinnal olev biokile katvus on 7 päeva pärast tihe. 14 päeva pärast oli biokile katvus aga hõre ja ilmusid mõned surnud rakud. Tabel 5 näitab 2707 HDSS-proovi biokile paksust pärast kokkupuudet P. aeruginosaga 7 ja 14 päeva jooksul. Maksimaalne biokile paksus muutus 7 päeva pärast 23,4 μm-lt 18,9 μm-ni 14 päeva pärast. Keskmine biokile paksus kinnitas seda suundumust. See vähenes 7 päeva pärast 22,2 ± 0,7 μm-lt 14 päeva pärast 17,8 ± 1,0 μm-ni.
(a) 3D CLSM-pilt 7 päeva pärast, (b) 3D CLSM-pilt 14 päeva pärast, (c) SEM-pilt 7 päeva pärast ja (d) SEM-pilt 14 päeva pärast.
EDS näitas 14 päeva jooksul P. aeruginosa'ga kokkupuutunud proovide biokiledes ja korrosioonisaadustes keemilisi elemente. Joonis 6 näitab, et C, N, O ja P sisaldus biokiledes ja korrosioonisaadustes on palju suurem kui paljasmetallides, kuna need elemendid on seotud biokilede ja nende metaboliitidega. Mikroobid vajavad vaid kroomi ja rauda jälgi. Kõrge Cr ja Fe sisaldus biokiles ja proovide pinnal olevates korrosioonisaadustes näitab, et metallmaatriks on korrosiooni tõttu elemente kaotanud.
14 päeva pärast täheldati 2216E söötmes P. aeruginosaga ja ilma selleta tekkinud süvendeid. Enne inkubeerimist oli proovi pind sile ja defektideta (joonis 7a). Pärast inkubeerimist ja biokile ning korrosioonisaaduste eemaldamist uuriti proovide pinnal olevaid sügavaimaid süvendeid CLSM-i abil, nagu on näidatud joonisel 7b ja c. Mittebioloogiliste kontrollproovide pinnal ei leitud ilmseid süvendeid (maksimaalne süvendi sügavus 0,02 μm). Pseudomonas aeruginosa põhjustatud maksimaalne süvendi sügavus oli 7 päeva pärast 0,52 μm ja 14 päeva pärast 0,69 μm, mis põhineb 3 proovi keskmisel maksimaalsel süvendi sügavusel (iga proovi jaoks valiti 10 maksimaalset süvendi sügavuse väärtust) ja ulatus vastavalt 0,42 ± 0,12 μm ja 0,52 ± 0,15 μm-ni (tabel 5). Need süvendi sügavuse väärtused on väikesed, kuid olulised.
a) enne kokkupuudet, b) 14 päeva abiootilises keskkonnas ja c) 14 päeva Pseudomonas aeruginosa puljongis.
Joonis 8 näitab erinevate proovipindade XPS-spektreid ja iga pinna jaoks analüüsitud keemilised koostised on kokku võetud tabelis 6. Tabelis 6 olid Fe ja Cr aatomiprotsendid P. aeruginosa juuresolekul (proovid A ja B) palju madalamad kui mittebioloogilistel kontrollproovidel (proovid C ja D). P. aeruginosa proovi puhul sobitati Cr 2p südamiku tasemel spektraalkõver nelja piigikomponendiga, mille sidumisenergia (BE) väärtused olid vastavalt 574,4, 576,6, 578,3 ja 586,8 eV, mida saab omistada vastavalt Cr-le, Cr2O3-le, CrO3-le ja Cr(OH)3-le (joonis 9a ja b). Mittebioloogiliste proovide puhul sisaldab Cr 2p südamiku tasemel spekter kahte peamist piiki Cr (573,80 eV BE jaoks) ja Cr2O3 (575,90 eV BE jaoks) jaoks vastavalt joonisel 9c ja d. Kõige silmatorkavam erinevus abiootilise ja P. aeruginosa proovides oli Cr6+ olemasolu ja Cr(OH)3 suurem suhteline fraktsioon (BE 586,8 eV) biokile all.
2707 HDSS proovi pinna laiad XPS-spektrid kahes keskkonnas on vastavalt 7 päeva ja 14 päeva.
a) 7 päeva kokkupuudet P. aeruginosa'ga, b) 14 päeva kokkupuudet P. aeruginosa'ga, c) 7 päeva abiootilises keskkonnas ja d) 14 päeva abiootilises keskkonnas.
HDSS-il on enamikus keskkondades kõrge korrosioonikindlus. Kim jt.2 teatasid, et UNS S32707 HDSS defineeriti kui tugevalt legeeritud DSS, mille PREN-väärtus on üle 45. Käesolevas töös oli 2707 HDSS-proovi PREN-väärtus 49. See on tingitud selle suurest kroomisisaldusest ning kõrgest molübdeeni- ja niklisisaldusest, mis on kasulikud happelises ja kõrge kloriidisisaldusega keskkonnas. Lisaks on hästi tasakaalustatud koostis ja defektideta mikrostruktuur kasulikud struktuurilise stabiilsuse ja korrosioonikindluse tagamiseks. Vaatamata suurepärasele keemilisele vastupidavusele näitavad käesoleva töö eksperimentaalsed andmed siiski, et 2707 HDSS ei ole täielikult immuunne P. aeruginosa biokilede minimaalse inhibitsiooni (MIC) suhtes.
Elektrokeemilised tulemused näitasid, et 2707 HDSS-i korrosioonikiirus P. aeruginosa puljongis oli 14 päeva pärast oluliselt suurenenud võrreldes mittebioloogilise söötmega. Joonisel 2a on täheldatud Eocp vähenemist nii abiootilises söötmes kui ka P. aeruginosa puljongis esimese 24 tunni jooksul. Pärast seda on biokile proovi pinda täielikult katnud ja Eocp muutub suhteliselt stabiilseks36. Bioloogilise Eocp tase oli aga palju kõrgem kui mittebioloogilisel Eocp-l. On alust arvata, et see erinevus tuleneb P. aeruginosa biokile moodustumisest. Joonisel 2d on näha, et P. aeruginosa juuresolekul saavutas 2707 HDSS-i icorr väärtus 0,627 μA cm-2, mis oli suurusjärgu võrra kõrgem kui abiootilisel kontrollil (0,063 μA cm-2), mis oli kooskõlas EIS-i abil mõõdetud Rct väärtusega. Esimeste päevade jooksul olid P. impedantsi väärtused ... aeruginosa puljongis suurenes P. aeruginosa rakkude kinnitumise ja biokilede moodustumise tõttu. Kui aga biokile katab täielikult proovi pinna, siis impedants väheneb. Kaitsekihti rünnatakse esimesena biokilede ja biokile metaboliitide moodustumise tõttu. Seetõttu vähenes korrosioonikindlus aja jooksul ja P. aeruginosa kinnitumine põhjustas lokaalset korrosiooni. Abiootilistes keskkondades olid trendid erinevad. Mittebioloogilise kontrolli korrosioonikindlus oli palju kõrgem kui P. aeruginosa puljongiga kokkupuutunud proovide vastav väärtus. Lisaks ulatus abiootiliste proovide puhul 2707 HDSS Rct väärtus 14. päeval 489 kΩ cm2-ni, mis oli 15 korda suurem kui P. aeruginosa juuresolekul saadud Rct väärtus (32 kΩ cm2). Seega on 2707 HDSS-il steriilses keskkonnas suurepärane korrosioonikindlus, kuid see ei ole vastupidav P. aeruginosa biokilede MIC-rünnakule.
Neid tulemusi võib näha ka joonisel 2b olevatelt polarisatsioonikõveratelt. Anoodne hargnemine omistati Pseudomonas aeruginosa biokile moodustumisele ja metalli oksüdatsioonireaktsioonidele. Samal ajal on katoodseks reaktsiooniks hapniku redutseerimine. P. aeruginosa olemasolu suurendas oluliselt korrosioonivoolutihedust, mis on ligikaudu suurusjärgu võrra kõrgem kui abiootilisel kontrollil. See näitab, et P. aeruginosa biokile suurendab 2707 HDSS-i lokaliseeritud korrosiooni. Yuan jt29 leidsid, et 70/30 Cu-Ni sulami korrosioonivoolutihedus suurenes P. aeruginosa biokile mõjul. See võib olla tingitud hapniku redutseerimise biokatalüüsist Pseudomonas aeruginosa biokilede poolt. See tähelepanek võib selgitada ka 2707 HDSS-i minimaalset kontsentratsiooni (MIC) selles töös. Aeroobsetel biokiledel võib olla ka vähem hapnikku. Seetõttu võib metalli pinna hapnikuga uuesti passiveerimise ebaõnnestumine olla MIC-i soodustavaks teguriks selles töös.
Dickinson jt. 38 väitsid, et keemiliste ja elektrokeemiliste reaktsioonide kiirust võivad otseselt mõjutada proovi pinnal olevate sessiilsete bakterite metaboolne aktiivsus ja korrosioonisaaduste olemus. Nagu joonisel 5 ja tabelis 5 näidatud, vähenesid nii rakkude arv kui ka biokile paksus 14 päeva pärast. Seda saab mõistlikult seletada sellega, et 14 päeva pärast suri enamik 2707 HDSS pinnal olevaid sessiilseid rakke 2216E söötme toitainete ammendumise või 2707 HDSS maatriksist toksiliste metalliioonide vabanemise tõttu. See on partiikatsete piirang.
Selles töös soodustas P. aeruginosa biokile Cr ja Fe lokaalset kadumist biokile all 2707 HDSS pinnal (joonis 6). Tabelis 6 on näidatud Fe ja Cr vähenemine proovis D võrreldes prooviga C, mis näitab, et P. aeruginosa biokile põhjustatud lahustunud Fe ja Cr püsisid kauem kui esimesed 7 päeva. 2216E keskkonda kasutatakse merekeskkonna simuleerimiseks. See sisaldab 17700 ppm Cl⁻, mis on võrreldav looduslikus merevees leiduvaga. 17700 ppm Cl⁻ esinemine oli peamine põhjus Cr vähenemisele 7- ja 14-päevastes abiootilistes proovides, mida analüüsiti XPS-iga. Võrreldes P. aeruginosa proovidega oli Cr lahustumine abiootilistes proovides palju väiksem tänu 2707 HDSS tugevale Cl⁻ resistentsusele abiootilises keskkonnas. Joonis 9 näitab Cr6+ esinemist passiivkiles. See võib olla seotud Cr eemaldamisega teraspindadelt P. aeruginosa biokilede poolt. nagu Chen ja Clayton soovitasid.
Bakterite kasvu tõttu olid söötme pH väärtused enne ja pärast kultiveerimist vastavalt 7,4 ja 8,2. Seega on P. aeruginosa biokile all orgaaniliste hapete korrosioon tõenäoliselt mitte selles töös osalev tegur, kuna põhisöötme pH on suhteliselt kõrge. Mittebioloogilise kontrollsöötme pH ei muutunud 14-päevase katseperioodi jooksul oluliselt (algselt 7,4-lt lõplikule 7,5-le). Inokulatsioonikeskkonna pH tõus pärast inkubeerimist oli tingitud P. aeruginosa metaboolsest aktiivsusest ja leiti, et sellel on testribadeta pH-le sama mõju.
Nagu joonisel 7 näidatud, oli P. aeruginosa biokile põhjustatud maksimaalne süvendi sügavus 0,69 μm, mis oli palju suurem kui abiootilisel keskkonnal (0,02 μm). See on kooskõlas eespool kirjeldatud elektrokeemiliste andmetega. 0,69 μm süvendi sügavus on enam kui kümme korda väiksem kui 2205 DSS-i puhul samades tingimustes teatatud 9,5 μm väärtus. Need andmed näitavad, et 2707 HDSS-il on parem MIC-resistentsus võrreldes 2205 DSS-iga. See ei tohiks olla üllatav, kuna 2707 HDSS-il on suurem kroomisisaldus, mis tagab pikemaajalisema passiivsuse tänu tasakaalustatud faasistruktuurile ilma kahjulike sekundaarsete sadestisteta, mis raskendab P. aeruginosa depassiiveerimist ja stardipunktide varjutamist.
Kokkuvõtteks võib öelda, et P. aeruginosa puljongis leiti 2707 HDSS pinnal MIC-i süvendeid, võrreldes abiootilises keskkonnas esineva tühise süvendite arvuga. See töö näitab, et 2707 HDSS-il on parem MIC-i resistentsus kui 2205 DSS-il, kuid see ei ole P. aeruginosa biokile tõttu MIC suhtes täielikult immuunne. Need leiud aitavad valida sobivaid roostevabasid teraseid ja hinnata nende kasutusiga merekeskkonnas.
2707 HDSS kupongi annab välja Kirdeülikooli (NEU) Metallurgiakool Shenyangis Hiinas. 2707 HDSS elementide koostis on esitatud tabelis 1 ning seda analüüsis NEU materjalide analüüsi ja testimise osakond. Kõiki proove töödeldi lahusega temperatuuril 1180 °C 1 tund. Enne korrosioonikatseid poleeriti mündikujuline 2707 HDSS, mille pealmine avatud pind oli 1 cm2, ränikarbiidpaberiga kareduseni 2000 ja seejärel 0,05 μm Al2O3 pulbri suspensiooniga. Küljed ja põhi on kaitstud inertse värviga. Pärast kuivatamist loputati proove steriilse deioniseeritud veega ja steriliseeriti 75% (v/v) etanooliga 0,5 tundi. Seejärel kuivatati neid enne kasutamist õhu käes ultraviolettkiirguse (UV) all 0,5 tundi.
Merebakteri Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 tüvi osteti Hiinast Xiameni merekultuuride kollektsioonikeskusest (MCCC). Pseudomonas aeruginosa kasvatati aeroobselt temperatuuril 37 °C 250 ml kolbides ja 500 ml elektrokeemilistes klaasrakkudes, kasutades Marine 2216E vedelkeskkonda (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Hiina). Keskkond (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 peptoon, 1,0 pärmiekstrakt ja 0,1 raud(III)tsitraat. Autoklaavige enne inokuleerimist 20 minutit temperatuuril 121 °C. Loendage istuvad ja planktonrakud hemotsütomeetriga valgusmikroskoobi all 400-kordse suurendusega. Planktonilise Pseudomonas aeruginosa algne rakkude kontsentratsioon vahetult pärast inokuleerimist oli ligikaudu 106 rakku/ml.
Elektrokeemilised testid viidi läbi klassikalises kolmeelektroodiga klaaskambris, mille keskmine ruumala oli 500 ml. Plaatinaleht ja küllastunud kalomelelektrood (SCE) ühendati reaktoriga soolasildadega täidetud Luggini kapillaaride kaudu, mis toimisid vastavalt vastu- ja võrdluselektroodidena. Tööelektroodide valmistamiseks kinnitati igale proovile kummikattega vasktraat ja kaeti see epoksüvaiguga, jättes tööelektroodile umbes 1 cm2 avatud ühepoolset pinda. Elektrokeemiliste mõõtmiste ajal asetati proovid 2216E keskkonda ja hoiti konstantsel inkubatsioonitemperatuuril (37 °C) veevannis. OCP, LPR, EIS ja potentsiaalse dünaamilise polarisatsiooni andmed mõõdeti Autolab potentsiostaadiga (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). LPR-testid registreeriti skaneerimiskiirusel 0,125 mV s-1 vahemikus -5 kuni 5 mV, kasutades Eocp-d ja diskreetimissagedust 1 Hz. EIS viidi läbi siinuslainega sagedusvahemikus 0,01 kuni 10 000 Hz, kasutades 5 mV rakendatud pinget püsiseisundis Eocp juures. Enne potentsiaali pühkimist olid elektroodid avatud ahelaga režiimis, kuni saavutati stabiilne vaba korrosiooni potentsiaali väärtus. Seejärel joonistati polarisatsioonikõverad vahemikus -0,2 kuni 1,5 V Eocp suhtes skaneerimiskiirusega 0,166 mV/s. Iga testi korrati 3 korda P. aeruginosaga ja ilma.
Metallograafiliseks analüüsiks mõeldud proovid poleeriti mehaaniliselt 2000-liivase niiske SiC-paberiga ja seejärel poleeriti edasi 0,05 μm Al2O3 pulbri suspensiooniga optiliseks vaatluseks. Metallograafiline analüüs viidi läbi optilise mikroskoobi abil. Proovid söövitati 10 massiprotsendilise kaaliumhüdroksiidi lahusega 43.
Pärast inkubeerimist pesti proove 3 korda fosfaatpuhverdatud soolalahusega (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) ja fikseeriti seejärel 2,5% (v/v) glutaraldehüüdiga 10 tundi biokilede fikseerimiseks. Seejärel dehüdreeriti see enne õhkkuivatamist etanooli gradueeritud seeriaga (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% ja 100% v/v). Lõpuks pihustati proovi pind kuldkilega, et tagada SEM-vaatluseks juhtivus. SEM-pildid fokuseeriti iga proovi pinnal olevatele kõige sessiilsemate P. aeruginosa rakkudega kohtadele. Keemiliste elementide leidmiseks teostati EDS-analüüs. Aukude sügavuse mõõtmiseks kasutati Zeissi konfokaalset laserskaneerivat mikroskoopi (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Saksamaa). Biokile all olevate korrosiooniaukudega tegelemiseks puhastati katsekeha kõigepealt vastavalt Hiina riiklikule standardile (CNS). GB/T4334.4-2000 katsekeha pinnalt korrosioonisaaduste ja biokile eemaldamiseks.
Röntgenfotoelektronspektroskoopia (XPS, ESCALAB250 pinnaanalüüsi süsteem, Thermo VG, USA) analüüs viidi läbi monokromaatilise röntgenikiirgusallika (alumiinium Kα liin energiaga 1500 eV ja võimsusega 150 W) abil laias sidumisenergia vahemikus 0 standardtingimustes –1350 eV. Kõrgresolutsiooniga spektrid registreeriti, kasutades läbilaskeenergiat 50 eV ja sammu suurust 0,2 eV.
Inkubeeritud proovid eemaldati ja loputati õrnalt PBS-iga (pH 7,4 ± 0,2) 15 sekundit. Proovidel olevate biokilede bakteriaalse elujõulisuse jälgimiseks värviti biokilesid LIVE/DEAD BacLight bakteriaalse elujõulisuse komplektiga (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Komplektil on kaks fluorestseeruvat värvainet: roheline fluorestseeruv SYTO-9 värvaine ja punane fluorestseeruv propiidiumjodiidi (PI) värvaine. CLSM-i all tähistavad fluorestseeruva rohelise ja punasega täpid vastavalt elusaid ja surnud rakke. Värvimiseks inkubeeriti 1 ml segu, mis sisaldas 3 μl SYTO-9 ja 3 μl PI lahust, 20 minutit toatemperatuuril (23 °C) pimedas. Seejärel vaadeldi värvitud proove kahel lainepikkusel (488 nm elusrakkude ja 559 nm surnud rakkude jaoks), kasutades Nikoni CLSM-masinat (C2 Plus, Nikon, Jaapan). Biokile paksust mõõdeti 3D-skaneerimisrežiimis.
Kuidas seda artiklit tsiteerida: Li, H. jt. 2707 superdupleksroostevaba terase mikroobne korrosioon merebakteri Pseudomonas aeruginosa biofilmi poolt. science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. ja Zucchi, F. LDX 2101 dupleks-roostevaba terase pingekorrosioonimõranemine kloriidilahuses tiosulfaadi juuresolekul. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ja Park, YS. Lahuse kuumtöötluse ja kaitsegaasi lämmastiku mõju superdupleks-roostevabast terasest keevisõmbluste punktkorrosioonikindlusele. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. ja Lewandowski, Z. Mikroobse ja elektrokeemiliselt indutseeritud punktkorrosiooni võrdlev keemiline uuring 316L roostevabas terases. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG ja Xiao, K. 2205 dupleks-roostevaba terase elektrokeemiline käitumine erineva pH-ga aluselistes lahustes kloriidi juuresolekul. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS ja Ray, RI. Mere biokilede mõju korrosioonile: kokkuvõtlik ülevaade. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).