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La corrosion microbienne (CMI) est un problème grave dans de nombreuses industries, car elle peut entraîner d'importantes pertes économiques. L'acier inoxydable super duplex 2707 (2707 HDSS) est utilisé en milieu marin en raison de son excellente résistance chimique. Cependant, sa résistance à la CMI n'a pas été démontrée expérimentalement. Dans cette étude, le comportement de la CMI du 2707 HDSS provoqué par la bactérie aérobie marine Pseudomonas aeruginosa a été étudié. L'analyse électrochimique a montré qu'en présence d'un biofilm de Pseudomonas aeruginosa dans un milieu 2216E, le potentiel de corrosion et la densité de courant de corrosion augmentaient. L'analyse par spectroscopie de photoélectrons X (XPS) a montré une diminution de la teneur en Cr à la surface de l'échantillon sous le biofilm. L'analyse par imagerie des piqûres a montré que le biofilm de P. aeruginosa produisait une profondeur de piqûre maximale de 0,69 μm pendant 14 jours d'incubation. Bien que faible, cela indique que Le HDSS 2707 n'est pas totalement immunisé contre la CMI des biofilms de P. aeruginosa.
Les aciers inoxydables duplex (DSS) sont largement utilisés dans diverses industries pour leur combinaison idéale d'excellentes propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion1,2. Cependant, des piqûres localisées se produisent toujours et affectent l'intégrité de cet acier3,4. Le DSS n'est pas résistant à la corrosion microbienne (MIC)5,6. Malgré la large gamme d'applications du DSS, il existe encore des environnements où la résistance à la corrosion du DSS n'est pas suffisante pour une utilisation à long terme. Cela signifie que des matériaux plus coûteux avec une résistance à la corrosion plus élevée sont nécessaires. Jeon et al7 ont constaté que même les aciers inoxydables super duplex (SDSS) présentent certaines limites en termes de résistance à la corrosion. Par conséquent, des aciers inoxydables super duplex (HDSS) avec une résistance à la corrosion plus élevée sont nécessaires dans certaines applications. Cela a conduit au développement de HDSS hautement alliés.
Français La résistance à la corrosion du DSS dépend du rapport des phases alpha et gamma et des régions appauvries en Cr, Mo et W 8, 9, 10 adjacentes à la deuxième phase. Le HDSS contient une teneur élevée en Cr, Mo et N11, il a donc une excellente résistance à la corrosion et une valeur élevée (45-50) de l'indice d'équivalent de résistance aux piqûres (PREN), déterminé par % en poids de Cr + 3,3 (% en poids de Mo + 0,5 % en poids de W) + 16 % en poids de N12. Son excellente résistance à la corrosion repose sur une composition équilibrée contenant environ 50 % de phases de ferrite (α) et 50 % d'austénite (γ), le HDSS a de meilleures propriétés mécaniques et une résistance plus élevée que le DSS13 conventionnel. Propriétés de corrosion du chlorure. La résistance améliorée à la corrosion étend l'utilisation du HDSS dans des environnements chlorés plus corrosifs, tels que les environnements marins.
Français Les MIC sont un problème majeur dans de nombreuses industries telles que les services publics de pétrole, de gaz et d'eau14. Le MIC représente 20 % de tous les dommages causés par la corrosion15. Le MIC est une corrosion bioélectrochimique qui peut être observée dans de nombreux environnements. Les biofilms qui se forment sur les surfaces métalliques modifient les conditions électrochimiques, affectant ainsi le processus de corrosion. Il est largement admis que la corrosion du MIC est causée par des biofilms. Les micro-organismes électrogènes corrodent les métaux pour obtenir l'énergie nécessaire à leur survie17. Des études récentes sur le MIC ont montré que l'EET (transfert d'électrons extracellulaire) est le facteur limitant la vitesse du MIC induit par les micro-organismes électrogènes. Zhang et al. 18 ont démontré que les médiateurs électroniques accélèrent le transfert d'électrons entre les cellules de Desulfovibrio sessificans et l'acier inoxydable 304, ce qui entraîne une attaque MIC plus grave. Enning et al. 19 et Venzlaff et al. 20 ont montré que les biofilms de bactéries corrosives sulfato-réductrices (SRB) peuvent absorber directement les électrons des substrats métalliques, ce qui entraîne une corrosion par piqûres sévère.
Il est connu que le DSS est sensible au MIC dans les environnements contenant du SRB, des bactéries réductrices de fer (IRB), etc. 21. Ces bactéries provoquent des piqûres localisées sur les surfaces du DSS sous les biofilms22,23. Contrairement au DSS, le MIC du HDSS24 est mal connu.
Pseudomonas aeruginosa est une bactérie mobile en forme de bâtonnet à Gram négatif largement répandue dans la nature25. Pseudomonas aeruginosa est également un groupe microbien majeur dans l'environnement marin, provoquant la corrosion microbienne de l'acier. Pseudomonas est étroitement impliqué dans les processus de corrosion et est reconnu comme un colonisateur pionnier lors de la formation du biofilm. Mahat et al. 28 et Yuan et al. 29 ont démontré que Pseudomonas aeruginosa a tendance à augmenter le taux de corrosion de l'acier doux et des alliages dans les environnements aqueux.
Français L'objectif principal de ce travail était d'étudier les propriétés MIC du 2707 HDSS causées par la bactérie aérobie marine Pseudomonas aeruginosa en utilisant des méthodes électrochimiques, des techniques d'analyse de surface et une analyse des produits de corrosion. Des études électrochimiques comprenant le potentiel en circuit ouvert (OCP), la résistance de polarisation linéaire (LPR), la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) et la polarisation dynamique potentielle ont été réalisées pour étudier le comportement MIC du 2707 HDSS. Une analyse par spectromètre à dispersion d'énergie (EDS) a été réalisée pour trouver des éléments chimiques sur la surface corrodée. De plus, une analyse par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) a été utilisée pour déterminer la stabilité de la passivation du film d'oxyde sous l'influence d'un environnement marin contenant Pseudomonas aeruginosa. La profondeur de la piqûre a été mesurée au microscope confocal à balayage laser (CLSM).
Le tableau 1 répertorie la composition chimique du 2707 HDSS. Le tableau 2 montre que le 2707 HDSS a d'excellentes propriétés mécaniques avec une limite d'élasticité de 650 MPa. La figure 1 montre la microstructure optique du 2707 HDSS traité thermiquement en solution. Des bandes allongées de phases d'austénite et de ferrite sans phases secondaires peuvent être observées dans la microstructure contenant environ 50 % d'austénite et 50 % de phases de ferrite.
La figure 2a montre le potentiel en circuit ouvert (Eocp) en fonction des données de temps d'exposition pour 2707 HDSS dans le milieu abiotique 2216E et le bouillon P. aeruginosa pendant 14 jours à 37 °C. Elle montre que le changement le plus important et le plus significatif de l'Eocp se produit dans les 24 premières heures. Les valeurs d'Eocp dans les deux cas ont culminé à -145 mV (par rapport à SCE) vers 16 h, puis ont chuté brusquement, atteignant -477 mV (par rapport à SCE) et -236 mV (par rapport à SCE) pour l'échantillon abiotique et P, respectivement). Coupons de Pseudomonas aeruginosa, respectivement.Après 24 heures, la valeur Eocp de 2707 HDSS pour P. aeruginosa était relativement stable à -228 mV (par rapport à SCE), tandis que la valeur correspondante pour les échantillons non biologiques était d'environ -442 mV (par rapport à SCE).L'Eocp en présence de P. aeruginosa était plutôt faible.
Tests électrochimiques de 2707 échantillons HDSS en milieu abiotique et bouillon Pseudomonas aeruginosa à 37 °C :
(a) Eocp en fonction du temps d'exposition, (b) courbes de polarisation au jour 14, (c) Rp en fonction du temps d'exposition et (d) icorr en fonction du temps d'exposition.
Le tableau 3 répertorie les valeurs des paramètres de corrosion électrochimique de 2707 échantillons HDSS exposés à un milieu abiotique et à un milieu inoculé avec Pseudomonas aeruginosa pendant 14 jours. Les tangentes des courbes anodique et cathodique ont été extrapolées pour arriver aux intersections donnant la densité de courant de corrosion (icorr), le potentiel de corrosion (Ecorr) et les pentes de Tafel (βα et βc) selon les méthodes standard30,31.
Comme le montre la figure 2b, le déplacement vers le haut de la courbe de P. aeruginosa a entraîné une augmentation de Ecorr par rapport à la courbe abiotique. La valeur icorr, qui est proportionnelle au taux de corrosion, a augmenté à 0,328 μA cm-2 dans l'échantillon de Pseudomonas aeruginosa, soit quatre fois celle de l'échantillon non biologique (0,087 μA cm-2).
Français Le LPR est une méthode électrochimique non destructive classique pour l'analyse rapide de la corrosion. Il a également été utilisé pour étudier le MIC32. La figure 2c montre la résistance de polarisation (Rp) en fonction du temps d'exposition. Une valeur Rp plus élevée signifie moins de corrosion. Au cours des 24 premières heures, le Rp de 2707 HDSS a atteint une valeur maximale de 1955 kΩ cm2 pour les échantillons abiotiques et de 1429 kΩ cm2 pour les échantillons de Pseudomonas aeruginosa. La figure 2c montre également que la valeur Rp a diminué rapidement après un jour, puis est restée relativement inchangée pendant les 13 jours suivants. La valeur Rp de l'échantillon de Pseudomonas aeruginosa est d'environ 40 kΩ cm2, ce qui est bien inférieur à la valeur de 450 kΩ cm2 de l'échantillon non biologique.
La valeur icorr est proportionnelle au taux de corrosion uniforme. Sa valeur peut être calculée à partir de l'équation de Stern-Geary suivante,
Français Suivant Zou et al. 33, une valeur typique de la pente B de Tafel dans ce travail a été supposée être de 26 mV/dec.La figure 2d montre que l'icorr de l'échantillon non biologique 2707 est resté relativement stable, tandis que l'échantillon de P. aeruginosa a fortement fluctué après les 24 premières heures.Les valeurs icorr des échantillons de P. aeruginosa étaient d'un ordre de grandeur supérieures à celles des témoins non biologiques.Cette tendance est cohérente avec les résultats de résistance à la polarisation.
L'EIS est une autre technique non destructive utilisée pour caractériser les réactions électrochimiques aux interfaces corrodées. Spectres d'impédance et valeurs de capacité calculées des échantillons exposés à des milieux abiotiques et à une solution de Pseudomonas aeruginosa, résistance Rb du film passif/biofilm formé à la surface de l'échantillon, résistance au transfert de charge Rct, capacité électrique à double couche Cdl (EDL) et paramètres de l'élément de phase constante QCPE (CPE). Ces paramètres ont été analysés plus en détail en ajustant les données à l'aide d'un modèle de circuit équivalent (EEC).
Français La figure 3 montre les diagrammes de Nyquist (a et b) et les diagrammes de Bode (a' et b') typiques de 2707 échantillons HDSS en milieu abiotique et bouillon P. aeruginosa pour différents temps d'incubation. Le diamètre de l'anneau de Nyquist diminue en présence de Pseudomonas aeruginosa. Le diagramme de Bode (Fig. 3b') montre une augmentation de l'amplitude de l'impédance totale. Des informations sur la constante de temps de relaxation peuvent être fournies par les maxima de phase. La figure 4 montre les structures physiques basées sur la monocouche (a) et la bicouche (b) et leurs EEC correspondantes. Le CPE est introduit dans le modèle EEC. Son admittance et son impédance sont exprimées comme suit :
Deux modèles physiques et circuits équivalents correspondants pour ajuster le spectre d'impédance de l'échantillon HDSS 2707 :
où Y0 est la grandeur du CPE, j est le nombre imaginaire ou (-1)1/2, ω est la fréquence angulaire et n est l'indice de puissance du CPE inférieur à l'unité35.L'inverse de la résistance au transfert de charge (c'est-à-dire 1/Rct) correspond au taux de corrosion.Un Rct plus petit signifie un taux de corrosion plus rapide27.Après 14 jours d'incubation, le Rct des échantillons de Pseudomonas aeruginosa a atteint 32 kΩ cm2, bien inférieur aux 489 kΩ cm2 des échantillons non biologiques (tableau 4).
Français Les images CLSM et les images SEM de la figure 5 montrent clairement que la couverture du biofilm à la surface de l'échantillon HDSS 2707 après 7 jours est dense. Cependant, après 14 jours, la couverture du biofilm était clairsemée et certaines cellules mortes sont apparues. Le tableau 5 montre l'épaisseur du biofilm sur les échantillons HDSS 2707 après exposition à P. aeruginosa pendant 7 et 14 jours. L'épaisseur maximale du biofilm est passée de 23,4 μm après 7 jours à 18,9 μm après 14 jours. L'épaisseur moyenne du biofilm a également confirmé cette tendance. Elle est passée de 22,2 ± 0,7 μm après 7 jours à 17,8 ± 1,0 μm après 14 jours.
(a) Image CLSM 3D après 7 jours, (b) Image CLSM 3D après 14 jours, (c) Image SEM après 7 jours et (d) Image SEM après 14 jours.
L'EDS a révélé des éléments chimiques dans les biofilms et les produits de corrosion sur des échantillons exposés à P. aeruginosa pendant 14 jours. La figure 6 montre que la teneur en C, N, O et P dans les biofilms et les produits de corrosion est beaucoup plus élevée que celle des métaux nus, car ces éléments sont associés aux biofilms et à leurs métabolites. Les microbes n'ont besoin que de traces de chrome et de fer. Des niveaux élevés de Cr et de Fe dans le biofilm et les produits de corrosion à la surface des échantillons indiquent que la matrice métallique a perdu des éléments en raison de la corrosion.
Après 14 jours, des piqûres avec et sans P. aeruginosa ont été observées dans le milieu 2216E. Avant l'incubation, la surface de l'échantillon était lisse et sans défaut (Fig. 7a). Après incubation et élimination du biofilm et des produits de corrosion, les piqûres les plus profondes à la surface des échantillons ont été examinées sous CLSM, comme le montrent les figures 7b et c. Aucune piqûre évidente n'a été trouvée à la surface des échantillons témoins non biologiques (profondeur maximale de piqûre 0,02 μm). La profondeur maximale de piqûre causée par Pseudomonas aeruginosa était de 0,52 μm après 7 jours et de 0,69 μm après 14 jours, sur la base de la profondeur maximale moyenne de piqûre de 3 échantillons (10 valeurs de profondeur maximale de piqûre ont été sélectionnées pour chaque échantillon) qui ont atteint respectivement 0,42 ± 0,12 μm et 0,52 ± 0,15 μm (Tableau 5). Ces les valeurs de profondeur de la fosse sont faibles mais importantes.
(a) Avant exposition, (b) 14 jours en milieu abiotique et (c) 14 jours en bouillon Pseudomonas aeruginosa.
La figure 8 montre les spectres XPS de différentes surfaces d'échantillons, et les compositions chimiques analysées pour chaque surface sont résumées dans le tableau 6. Dans le tableau 6, les pourcentages atomiques de Fe et Cr en présence de P. aeruginosa (échantillons A et B) étaient bien inférieurs à ceux des échantillons témoins non biologiques (échantillons C et D). Pour l'échantillon de P. aeruginosa, la courbe spectrale de niveau de noyau Cr 2p a été ajustée à quatre composants de pic avec des valeurs d'énergie de liaison (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 et 586,8 eV, qui peuvent être attribuées à Cr, Cr2O3, CrO3 et Cr(OH)3, respectivement (Fig. 9a et b). Pour les échantillons non biologiques, le spectre de niveau de noyau Cr 2p contient deux pics principaux pour Cr (573,80 eV pour BE) et Cr2O3 (575,90 eV pour BE) dans les Fig. 9c et d, respectivement. La différence la plus frappante entre les échantillons abiotiques et P. aeruginosa était la présence de Cr6+ et d'une fraction relative plus élevée de Cr(OH)3 (BE de 586,8 eV) sous le biofilm.
Les spectres XPS larges de la surface de l'échantillon HDSS 2707 dans les deux milieux sont respectivement de 7 jours et 14 jours.
(a) 7 jours d'exposition à P. aeruginosa, (b) 14 jours d'exposition à P. aeruginosa, (c) 7 jours en milieu abiotique et (d) 14 jours en milieu abiotique.
Le HDSS présente des niveaux élevés de résistance à la corrosion dans la plupart des environnements. Kim et al. 2 ont rapporté que le HDSS UNS S32707 était défini comme un DSS hautement allié avec un PREN de plus de 45. La valeur PREN de l'échantillon HDSS 2707 dans ce travail était de 49. Cela est dû à sa teneur élevée en chrome et à ses niveaux élevés de molybdène et de Ni, qui sont bénéfiques dans les environnements acides et riches en chlorure. De plus, une composition bien équilibrée et une microstructure sans défaut sont utiles pour la stabilité structurelle et la résistance à la corrosion. Cependant, malgré son excellente résistance chimique, les données expérimentales de ce travail suggèrent que le HDSS 2707 n'est pas complètement immunisé contre la CMI des biofilms de P. aeruginosa.
Français Les résultats électrochimiques ont montré que le taux de corrosion du 2707 HDSS dans le bouillon P. aeruginosa était significativement augmenté après 14 jours par rapport au milieu non biologique. Dans la Figure 2a, une réduction de l'Eocp a été observée à la fois dans le milieu abiotique et dans le bouillon P. aeruginosa au cours des premières 24 heures. Ensuite, le biofilm a terminé de recouvrir la surface de l'échantillon et l'Eocp devient relativement stable36. Cependant, le niveau d'Eocp biologique était beaucoup plus élevé que celui de l'Eocp non biologique. Il y a des raisons de croire que cette différence est due à la formation de biofilm P. aeruginosa. Dans la Fig. 2d, en présence de P. aeruginosa, la valeur icorr du 2707 HDSS a atteint 0,627 μA cm-2, ce qui était un ordre de grandeur supérieur à celui du témoin abiotique (0,063 μA cm-2), ce qui était cohérent avec la valeur Rct mesurée par EIS. Au cours de la première Au cours des derniers jours, les valeurs d'impédance dans le bouillon de P. aeruginosa ont augmenté en raison de la fixation des cellules de P. aeruginosa et de la formation de biofilms. Cependant, lorsque le biofilm recouvre entièrement la surface de l'échantillon, l'impédance diminue. La couche protectrice est attaquée en premier en raison de la formation de biofilms et de leurs métabolites. Par conséquent, la résistance à la corrosion a diminué au fil du temps et la fixation de P. aeruginosa a provoqué une corrosion localisée. Les tendances dans les milieux abiotiques étaient différentes. La résistance à la corrosion du témoin non biologique était bien supérieure à la valeur correspondante des échantillons exposés au bouillon de P. aeruginosa. De plus, pour les échantillons abiotiques, la valeur Rct du 2707 HDSS a atteint 489 kΩ cm² au jour 14, soit 15 fois la valeur Rct (32 kΩ cm²) en présence de P. aeruginosa. Par conséquent, le 2707 HDSS présente une excellente résistance à la corrosion en environnement stérile, mais n'est pas résistant. à l'attaque MIC par les biofilms de P. aeruginosa.
Français Ces résultats peuvent également être observés à partir des courbes de polarisation de la Fig. 2b. La ramification anodique a été attribuée à la formation de biofilm de Pseudomonas aeruginosa et aux réactions d'oxydation des métaux. En même temps, la réaction cathodique est la réduction de l'oxygène. La présence de P. aeruginosa a considérablement augmenté la densité de courant de corrosion, environ un ordre de grandeur plus élevé que le contrôle abiotique. Cela indique que le biofilm de P. aeruginosa augmente la corrosion localisée du 2707 HDSS. Yuan et al29 ont constaté que la densité de courant de corrosion de l'alliage Cu-Ni 70/30 augmentait sous l'effet du biofilm de P. aeruginosa. Cela pourrait être dû à la biocatalyse de la réduction de l'oxygène par les biofilms de Pseudomonas aeruginosa. Cette observation pourrait également expliquer la CMI du 2707 HDSS dans ce travail. Les biofilms aérobies peuvent également avoir moins d'oxygène en dessous. Par conséquent, l'échec de la re-passivation de la surface métallique par l'oxygène peut être un facteur contribuant à la CMI. dans ce travail.
Dickinson et al. 38 ont suggéré que les taux de réactions chimiques et électrochimiques peuvent être directement affectés par l'activité métabolique des bactéries sessiles à la surface de l'échantillon et la nature des produits de corrosion. Comme le montrent la figure 5 et le tableau 5, le nombre de cellules et l'épaisseur du biofilm ont diminué après 14 jours. Cela peut être raisonnablement expliqué par le fait qu'après 14 jours, la plupart des cellules sessiles à la surface du 2707 HDSS sont mortes en raison de l'épuisement des nutriments dans le milieu 2216E ou de la libération d'ions métalliques toxiques de la matrice 2707 HDSS. Il s'agit d'une limitation des expériences par lots.
Dans ce travail, le biofilm de P. aeruginosa a favorisé l'épuisement local de Cr et Fe sous le biofilm sur la surface du HDSS 2707 (Fig. 6). Dans le tableau 6, la réduction de Fe et Cr dans l'échantillon D par rapport à l'échantillon C, indiquant que le Fe et le Cr dissous causés par le biofilm de P. aeruginosa ont persisté au-delà des 7 premiers jours. Le milieu 2216E est utilisé pour simuler les environnements marins. Il contient 17 700 ppm de Cl-, ce qui est comparable à celui trouvé dans l'eau de mer naturelle. La présence de 17 700 ppm de Cl- était la principale raison de la réduction de Cr dans les échantillons abiotiques de 7 et 14 jours analysés par XPS. Comparé aux échantillons de P. aeruginosa, la dissolution de Cr dans les échantillons abiotiques était beaucoup plus faible en raison de la forte résistance au Cl− du HDSS 2707 dans les environnements abiotiques. La figure 9 montre la présence de Cr6+ dans le film de passivation. Il pourrait être impliqué dans la élimination du Cr des surfaces en acier par les biofilms de P. aeruginosa, comme suggéré par Chen et Clayton.
En raison de la croissance bactérienne, les valeurs de pH du milieu avant et après la culture étaient respectivement de 7,4 et 8,2. Par conséquent, en dessous du biofilm de P. aeruginosa, il est peu probable que la corrosion par les acides organiques soit un facteur contribuant à ce travail en raison du pH relativement élevé dans le milieu en vrac. Le pH du milieu témoin non biologique n'a pas changé de manière significative (d'un pH initial de 7,4 à un pH final de 7,5) pendant la période d'essai de 14 jours. L'augmentation du pH dans le milieu d'inoculation après l'incubation était due à l'activité métabolique de P. aeruginosa et s'est avérée avoir le même effet sur le pH en l'absence de bandelettes de test.
Français Comme le montre la figure 7, la profondeur maximale de la piqûre causée par le biofilm de P. aeruginosa était de 0,69 μm, ce qui était beaucoup plus grand que celui du milieu abiotique (0,02 μm). Ceci est cohérent avec les données électrochimiques décrites ci-dessus. La profondeur de la piqûre de 0,69 μm est plus de dix fois inférieure à la valeur de 9,5 μm rapportée pour le 2205 DSS dans les mêmes conditions. Ces données démontrent que le 2707 HDSS présente une meilleure résistance MIC par rapport au 2205 DSS. Cela ne devrait pas être une surprise, car le 2707 HDSS a une teneur en chrome plus élevée, offrant une passivation plus durable, en raison de la structure de phase équilibrée sans précipités secondaires nocifs, ce qui rend plus difficile pour P. aeruginosa de se dépassiver et de commencer l'éclipse des points.
En conclusion, des piqûres MIC ont été trouvées à la surface du 2707 HDSS dans le bouillon P. aeruginosa par rapport à des piqûres négligeables dans les milieux abiotiques. Ce travail montre que le 2707 HDSS a une meilleure résistance au MIC que le 2205 DSS, mais il n'est pas totalement immunisé contre le MIC en raison du biofilm P. aeruginosa. Ces résultats aident à la sélection des aciers inoxydables appropriés et à la durée de vie estimée pour l'environnement marin.
Français Le coupon pour 2707 HDSS est fourni par l'École de métallurgie de l'Université du Nord-Est (NEU) à Shenyang, en Chine. La composition élémentaire du 2707 HDSS est présentée dans le tableau 1, qui a été analysé par le département d'analyse et de test des matériaux de la NEU. Tous les échantillons ont été traités en solution à 1180 °C pendant 1 heure. Avant les tests de corrosion, le 2707 HDSS en forme de pièce de monnaie avec une surface supérieure exposée de 1 cm2 a été poli à un grain de 2000 avec du papier de carbure de silicium et poli davantage avec une suspension de poudre Al2O3 de 0,05 μm. Les côtés et le fond sont protégés par une peinture inerte. Après séchage, les échantillons ont été rincés à l'eau déionisée stérile et stérilisés avec de l'éthanol à 75 % (v/v) pendant 0,5 h. Ils ont ensuite été séchés à l'air sous lumière ultraviolette (UV) pendant 0,5 heure avant utilisation.
La souche marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 a été achetée auprès du Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), en Chine. Pseudomonas aeruginosa a été cultivée en aérobiose à 37 °C dans des flacons de 250 ml et des cellules électrochimiques en verre de 500 ml en utilisant un milieu liquide Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Chine). Milieu (g/L) : 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0016 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4, 5,0 peptone, 1,0 extrait de levure et 0,1 citrate ferrique.Autoclaver à 121°C pendant 20 minutes avant l'inoculation.Compter les cellules sessiles et planctoniques à l'aide d'un hémocytomètre sous un microscope optique à un grossissement de 400X.La concentration cellulaire initiale de Pseudomonas aeruginosa planctonique immédiatement après l'inoculation était d'environ 106 cellules/ml.
Des tests électrochimiques ont été réalisés dans une cellule en verre classique à trois électrodes d'un volume moyen de 500 ml. Une feuille de platine et une électrode au calomel saturé (SCE) ont été connectées au réacteur via des capillaires de Luggin remplis de ponts salins, servant respectivement d'électrodes de contre-électrode et de référence. Pour réaliser les électrodes de travail, un fil de cuivre recouvert de caoutchouc a été fixé à chaque échantillon et recouvert d'époxy, laissant environ 1 cm² de surface exposée unilatérale pour l'électrode de travail. Lors des mesures électrochimiques, les échantillons ont été placés dans du milieu 2216E et maintenus à une température d'incubation constante (37 °C) dans un bain-marie. Les données OCP, LPR, EIS et de polarisation dynamique potentielle ont été mesurées à l'aide d'un potentiostat Autolab (Référence 600TM, Gamry Instruments, Inc., États-Unis). Les tests LPR ont été enregistrés à une vitesse de balayage de 0,125 mV s-1 sur la plage de -5 et 5 mV avec Eocp et une fréquence d'échantillonnage de 1 Hz. L'EIS a été réalisée avec un onde sinusoïdale dans la gamme de fréquences de 0,01 à 10 000 Hz en utilisant une tension appliquée de 5 mV à l'état stable Eocp.Avant le balayage de potentiel, les électrodes étaient en mode circuit ouvert jusqu'à ce qu'une valeur de potentiel de corrosion libre stable soit atteinte.Les courbes de polarisation ont ensuite été exécutées de -0,2 à 1,5 V par rapport à Eocp à une vitesse de balayage de 0,166 mV/s.Chaque test a été répété 3 fois avec et sans P. aeruginosa.
Les échantillons destinés à l'analyse métallographique ont été polis mécaniquement avec du papier SiC humide de grain 2000, puis polis à nouveau avec une suspension de poudre Al2O3 de 0,05 μm pour l'observation optique. L'analyse métallographique a été réalisée à l'aide d'un microscope optique. Les échantillons ont été gravés avec une solution d'hydroxyde de potassium à 10 % en poids 43.
Après incubation, les échantillons ont été lavés 3 fois avec une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) puis fixés avec 2,5 % (v/v) de glutaraldéhyde pendant 10 heures pour fixer les biofilms. Il a ensuite été déshydraté avec une série graduée (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % et 100 % v/v) d'éthanol avant séchage à l'air. Enfin, la surface de l'échantillon est pulvérisée avec un film d'or pour fournir une conductivité pour l'observation au MEB. Les images MEB ont été focalisées sur les taches avec les cellules de P. aeruginosa les plus sessiles à la surface de chaque échantillon. Effectuer une analyse EDS pour trouver les éléments chimiques. Un microscope confocal à balayage laser Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Allemagne) a été utilisé pour mesurer la profondeur des piqûres. Afin d'observer les piqûres de corrosion sous le biofilm, le test La pièce a d'abord été nettoyée conformément à la norme nationale chinoise (CNS) GB/T4334.4-2000 pour éliminer les produits de corrosion et le biofilm sur la surface de la pièce d'essai.
L'analyse par spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS, système d'analyse de surface ESCALAB250, Thermo VG, États-Unis) a été réalisée à l'aide d'une source de rayons X monochromatique (raie Kα en aluminium à une énergie de 1500 eV et une puissance de 150 W) sur une large plage d'énergie de liaison 0 dans des conditions standard -1350 eV. Des spectres haute résolution ont été enregistrés en utilisant une énergie de passage de 50 eV et un pas de 0,2 eV.
Français Les échantillons incubés ont été retirés et rincés doucement avec du PBS (pH 7,4 ± 0,2) pendant 15 s45. Pour observer la viabilité bactérienne des biofilms sur les échantillons, les biofilms ont été colorés à l'aide du kit de viabilité bactérienne LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, États-Unis). Le kit contient deux colorants fluorescents, un colorant SYTO-9 fluorescent vert et un colorant iodure de propidium (PI) fluorescent rouge. Sous CLSM, les points verts et rouges fluorescents représentent respectivement les cellules vivantes et mortes. Pour la coloration, un mélange de 1 ml contenant 3 μl de SYTO-9 et 3 μl de solution PI a été incubé pendant 20 minutes à température ambiante (23 oC) dans l'obscurité. Ensuite, les échantillons colorés ont été observés à deux longueurs d'onde (488 nm pour les cellules vivantes et 559 nm pour les cellules mortes) à l'aide d'une machine Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japon). L'épaisseur du biofilm a été mesurée en mode de balayage 3D.
Comment citer cet article : Li, H. et al.Corrosion microbienne de l'acier inoxydable super duplex 2707 par le biofilm marin de Pseudomonas aeruginosa.science.Rep. 6, 20190 ; doi : 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Fissuration par corrosion sous contrainte de l'acier inoxydable duplex LDX 2101 dans une solution de chlorure en présence de thiosulfate.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effet du traitement thermique en solution et de l'azote dans le gaz de protection sur la résistance à la corrosion par piqûres des soudures en acier inoxydable super duplex.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Une étude chimique comparative de la corrosion par piqûres induite par voie microbienne et électrochimique dans l'acier inoxydable 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Comportement électrochimique de l'acier inoxydable duplex 2205 dans des solutions alcalines de différents pH en présence de chlorure.Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI L'effet des biofilms marins sur la corrosion : une revue concise.Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).