Tankewol foar jo besite oan Nature.com. De browserferzje dy't jo brûke hat beheinde stipe foar CSS. Foar de bêste ûnderfining advisearje wy jo in bywurke browser te brûken (of kompatibiliteitsmodus yn Internet Explorer út te skeakeljen). Yn 'e tuskentiid, om trochgeande stipe te garandearjen, sille wy de side sûnder stilen en JavaScript werjaan.
Mikrobiële korrosje (MIC) is in serieus probleem yn in protte yndustryen, om't it enoarme ekonomyske ferliezen feroarsaakje kin. 2707 super duplex roestfrij stiel (2707 HDSS) is brûkt yn marine omjouwings fanwegen syn poerbêste gemyske wjerstân. De wjerstân tsjin MIC is lykwols net eksperiminteel oantoand. Yn dizze stúdzje waard it MIC-gedrach fan 2707 HDSS feroarsake troch de marine aerobe baktearje Pseudomonas aeruginosa ûndersocht. Elektrochemyske analyze liet sjen dat yn 'e oanwêzigens fan Pseudomonas aeruginosa biofilm yn 2216E medium, der in positive feroaring wie yn korrosjepotinsjeel en in tanimming fan korrosjestroomtichtens. Röntgenfotoelektronspektroskopie (XPS) analyze liet in ôfname sjen yn Cr-ynhâld op it oerflak fan it specimen ûnder de biofilm. Ofbyldingsanalyze fan 'e putten liet sjen dat de P. aeruginosa biofilm in maksimale puttediepte fan 0,69 μm produsearre tidens 14 dagen ynkubaasje. Hoewol dit lyts is, jout it oan dat 2707 HDSS net folslein ymmún is foar de MIC fan P. aeruginosa biofilms.
Duplex roestfrij stiel (DSS) wurdt in soad brûkt yn ferskate yndustryen fanwegen har ideale kombinaasje fan poerbêste meganyske eigenskippen en korrosjebestriding1,2. Lokale putfoarming komt lykwols noch foar en it beynfloedet de yntegriteit fan dit stiel3,4. DSS is net resistint tsjin mikrobiële korrosje (MIC)5,6. Nettsjinsteande it brede oanbod fan tapassingen fan DSS, binne d'r noch omjouwings wêr't de korrosjebestriding fan DSS net genôch is foar langduorjend gebrûk. Dit betsjut dat djoerdere materialen mei hegere korrosjebestriding nedich binne. Jeon et al7 fûnen dat sels superduplex roestfrij stiel (SDSS) wat beheiningen hawwe op it mêd fan korrosjebestriding. Dêrom binne superduplex roestfrij stiel (HDSS) mei hegere korrosjebestriding nedich yn guon tapassingen. Dit late ta de ûntwikkeling fan heechlegearre HDSS.
De korrosjebestriding fan DSS hinget ôf fan 'e ferhâlding fan alfa- en gamma-fazen en de Cr-, Mo- en W-útputte regio's 8, 9, 10 neist de twadde faze. HDSS befettet in hege ynhâld fan Cr, Mo en N11, sadat it in poerbêste korrosjebestriding hat en in hege wearde (45-50) Pitting Resistance Equivalent Number (PREN), bepaald troch gewichtsprosent Cr + 3,3 (gewichtsprosent Mo + 0,5 gewichtsprosent W) + 16 gewichtsprosent N12. Syn poerbêste korrosjebestriding is ôfhinklik fan in lykwichtige gearstalling dy't sawat 50% ferrite (α) en 50% austenite (γ) fazen befettet. HDSS hat bettere meganyske eigenskippen en in hegere wjerstân as konvinsjonele DSS13. Chloridekorrosje-eigenskippen. De ferbettere korrosjebestriding wreidet it gebrûk fan HDSS út yn mear korrosive chloride-omjouwings, lykas marine omjouwings.
MIC's binne in grut probleem yn in protte yndustryen lykas oalje en gas en wetterbedriuwen14. MIC is ferantwurdlik foar 20% fan alle korrosjeskea15. MIC is bioelektrochemyske korrosje dy't yn in protte omjouwings waarnommen wurde kin. Biofilms dy't foarmje op metalen oerflakken feroarje de elektrochemyske omstannichheden, wêrtroch't it korrosjeproses beynfloede wurdt. Der wurdt algemien leaud dat MIC-korrosje feroarsake wurdt troch biofilms. Elektrogene mikroorganismen korrodearje metalen om duorsume enerzjy te krijen om te oerlibjen17. Resinte MIC-stúdzjes hawwe oantoand dat EET (ekstrasellulêre elektronoerdracht) de taryfbeheinende faktor is yn MIC feroarsake troch elektrogene mikroorganismen. Zhang et al.18 demonstrearren dat elektronmediators de elektronoerdracht tusken Desulfovibrio sessificans-sellen en 304 roestfrij stiel fersnelle, wat liedt ta in earnstiger MIC-oanfal. Enning et al.19 en Venzlaff et al.20 lieten sjen dat korrosive sulfaat-redusearjende baktearjes (SRB) biofilms direkt elektroanen fan metalen substraten kinne opnimme, wat resulteart yn slimme putkorrosje.
DSS is bekend gefoelich te wêzen foar MIC yn omjouwings mei SRB, izerredusearjende baktearjes (IRB), ensfh. 21. Dizze baktearjes feroarsaakje lokale pitting op DSS-oerflakken ûnder biofilms22,23. Oars as DSS is de MIC fan HDSS24 net goed bekend.
Pseudomonas aeruginosa is in gram-negative beweechlike stêffoarmige baktearje dy't wiidferspraat yn 'e natuer foarkomt25. Pseudomonas aeruginosa is ek in wichtige mikrobiële groep yn 'e marine omjouwing, wêrtroch't MIC yn stiel ûntstiet. Pseudomonas is nau belutsen by korrosjeprosessen en wurdt erkend as in pionierkolonisator tidens biofilmfoarming. Mahat et al.28 en Yuan et al.29 hawwe oantoand dat Pseudomonas aeruginosa in oanstriid hat om de korrosjesnelheid fan myld stiel en legeringen yn wetterige omjouwings te ferheegjen.
It wichtichste doel fan dit wurk wie om de MIC-eigenskippen fan 2707 HDSS te ûndersykjen, feroarsake troch de marine aerobe baktearje Pseudomonas aeruginosa, mei help fan elektrogemyske metoaden, oerflakanalytyske techniken en korrosjeproduktanalyse. Elektrogemyske stúdzjes, ynklusyf Iepen Sirkwy Potinsjeel (OCP), Lineêre Polarisaasjeresistinsje (LPR), Elektrogemyske Impedânsjespektroskopie (EIS), en Potinsjeel Dynamyske Polarisaasje, waarden útfierd om it MIC-gedrach fan 2707 HDSS te bestudearjen. Enerzjydispersive spektrometer (EDS)-analyze waard útfierd om gemyske eleminten op it korrodearre oerflak te finen. Derneist waard röntgenfotoelektronspektroskopie (XPS)-analyze brûkt om de stabiliteit fan oksidefilmpassivaasje te bepalen ûnder ynfloed fan in marine omjouwing mei Pseudomonas aeruginosa. De putdjipte waard metten ûnder in konfokale laserscanningmikroskoop (CLSM).
Tabel 1 jout de gemyske gearstalling fan 2707 HDSS in list. Tabel 2 lit sjen dat 2707 HDSS poerbêste meganyske eigenskippen hat mei in rekgrens fan 650 MPa. Figuer 1 lit de optyske mikrostruktuer sjen fan 2707 HDSS dy't mei oplossing waarmtebehannele is. Langere bannen fan austenyt- en ferrytfazen sûnder sekundêre fazen binne te sjen yn 'e mikrostruktuer dy't sawat 50% austenyt- en 50% ferrytfazen befettet.
Figuer 2a lit iepen circuit potinsjeel (Eocp) sjen tsjin bleatstellingstiidgegevens foar 2707 HDSS yn abiotysk 2216E medium en P. aeruginosa bouillon foar 14 dagen by 37 °C. It lit sjen dat de grutste en wichtige feroaring yn Eocp binnen de earste 24 oeren foarkomt. De Eocp-wearden berikten yn beide gefallen in pyk fan -145 mV (vs. SCE) om 16 oeren hinne en sakken doe skerp, en berikten -477 mV (vs. SCE) en -236 mV (vs. SCE) foar it abiotyske stekproef en P, respektivelik. Pseudomonas aeruginosa-coupons, respektivelik. Nei 24 oeren wie de Eocp-wearde fan 2707 HDSS foar P. aeruginosa relatyf stabyl op -228 mV (vs. SCE), wylst de oerienkommende wearde foar net-biologyske samples sawat -442 mV wie (vs. SCE). Eocp yn 'e oanwêzigens fan P. aeruginosa wie frij leech.
Elektrochemyske testen fan 2707 HDSS-eksimplaren yn abiotysk medium en Pseudomonas aeruginosa-bouillon by 37 °C:
(a) Eocp as funksje fan bleatstellingstiid, (b) polarisaasjekurven op dei 14, (c) Rp as funksje fan bleatstellingstiid en (d) icorr as funksje fan bleatstellingstiid.
Tabel 3 jout in list fan 'e elektrogemyske korrosjeparameterwearden fan 2707 HDSS-monsters dy't 14 dagen bleatsteld waarden oan abiotysk medium en mei Pseudomonas aeruginosa ynintingd medium. De tangenten fan 'e anodyske en kathodyske krommen waarden ekstrapolearre om by de krusingen te kommen, wat resultearre yn korrosjestroomtichtens (icorr), korrosjepotinsjeel (Ecorr) en Tafel-hellingen (βα en βc) neffens standertmetoaden30,31.
Lykas te sjen is yn figuer 2b, resultearre de opwaartse ferskowing fan 'e P. aeruginosa-kromme yn in tanimming fan Ecorr yn ferliking mei de abiotyske kromme. De icorr-wearde, dy't evenredich is mei de korrosjesnelheid, naam ta nei 0,328 μA cm-2 yn it Pseudomonas aeruginosa-monster, fjouwer kear dy fan it net-biologyske monster (0,087 μA cm-2).
LPR is in klassike net-destruktive elektrogemyske metoade foar rappe korrosje-analyze. It waard ek brûkt om MIC32 te bestudearjen. Figuer 2c lit de polarisaasjewjerstân (Rp) sjen as in funksje fan bleatstellingstiid. In hegere Rp-wearde betsjut minder korrosje. Binnen de earste 24 oeren berikte de Rp fan 2707 HDSS in maksimale wearde fan 1955 kΩ cm2 foar abiotyske samples en 1429 kΩ cm2 foar Pseudomonas aeruginosa-samples. Figuer 2c lit ek sjen dat de Rp-wearde nei ien dei rap ôfnaam en doe de folgjende 13 dagen relatyf ûnferoare bleau. De Rp-wearde fan it Pseudomonas aeruginosa-sample is sawat 40 kΩ cm2, wat folle leger is as de 450 kΩ cm2-wearde fan it net-biologyske sample.
De icorr-wearde is evenredich mei de unifoarme korrosjesnelheid. De wearde dêrfan kin berekkene wurde út de folgjende Stern-Geary-fergeliking,
Neffens Zou et al. 33 waard in typyske wearde fan 'e Tafel-helling B yn dit wurk oannommen op 26 mV/des. Figuer 2d lit sjen dat de icorr fan it net-biologyske 2707-monster relatyf stabyl bleau, wylst it P. aeruginosa-monster nei de earste 24 oeren sterk fluktuearre. De icorr-wearden fan 'e P. aeruginosa-monsters wiene in oarder fan grutte heger as de net-biologyske kontrôles. Dizze trend is yn oerienstimming mei de resultaten fan 'e polarisaasjewjerstân.
EIS is in oare net-destruktive technyk dy't brûkt wurdt om elektrogemyske reaksjes by korrodearre ynterfaces te karakterisearjen. Impedânsjespektra en berekkene kapasitânsjewearden fan eksimplaren bleatsteld oan abiotyske media en Pseudomonas aeruginosa-oplossing, Rb-wjerstân fan passive film/biofilm foarme op it oerflak fan it eksimplaar, Rct-ladingsoerdrachtwjerstân, Cdl elektryske dûbele laachkapasitânsje (EDL) en QCPE Konstante Fase Elemint (CPE) parameters. Dizze parameters waarden fierder analysearre troch de gegevens oan te passen mei in lykweardich sirkwy (EEC) model.
Figuer 3 lit typyske Nyquist-plots (a en b) en Bode-plots (a' en b') sjen fan 2707 HDSS-samples yn abiotysk medium en P. aeruginosa-bouillon foar ferskillende ynkubaasjetiden. De diameter fan 'e Nyquist-ring nimt ôf yn 'e oanwêzigens fan Pseudomonas aeruginosa. De Bode-plot (Fig. 3b') lit in tanimming sjen fan 'e grutte fan' e totale impedânsje. Ynformaasje oer de ûntspanningstiidkonstante kin wurde levere troch de fazemaksima. Figuer 4 lit de op monolaach (a) en bilaach (b) basearre fysike struktueren en har oerienkommende EEC's sjen. CPE wurdt ynfierd yn it EEC-model. Syn admittânsje en impedânsje wurde as folget útdrukt:
Twa fysike modellen en oerienkommende lykweardige circuits foar it oanpassen fan it impedânsjespektrum fan it 2707 HDSS-eksimplaar:
wêrby't Y0 de grutte fan 'e CPE is, j it imaginêre getal of (-1)1/2 is, ω de hoekfrekwinsje is, en n de CPE-krêftyndeks minder as ienheid is35. De inverse fan 'e ladingsoerdrachtwjerstân (d.w.s. 1/Rct) komt oerien mei de korrosjesnelheid. Lytsere Rct betsjut in rapper korrosjesnelheid27. Nei 14 dagen ynkubaasje berikte de Rct fan 'e Pseudomonas aeruginosa-monsters 32 kΩ cm2, folle lytser as de 489 kΩ cm2 fan 'e net-biologyske monsters (Tabel 4).
De CLSM-ôfbyldings en SEM-ôfbyldings yn figuer 5 litte dúdlik sjen dat de biofilmdekking op it oerflak fan it 2707 HDSS-eksimplaar nei 7 dagen ticht is. Nei 14 dagen wie de biofilmdekking lykwols skraal en ferskynden der wat deade sellen. Tabel 5 lit de biofilmdikte sjen op 2707 HDSS-eksimplaren nei bleatstelling oan P. aeruginosa foar 7 en 14 dagen. De maksimale biofilmdikte feroare fan 23,4 μm nei 7 dagen nei 18,9 μm nei 14 dagen. De gemiddelde biofilmdikte befêstige dizze trend ek. It naam ôf fan 22,2 ± 0,7 μm nei 7 dagen nei 17,8 ± 1,0 μm nei 14 dagen.
(a) 3D CLSM-ôfbylding nei 7 dagen, (b) 3D CLSM-ôfbylding nei 14 dagen, (c) SEM-ôfbylding nei 7 dagen en (d) SEM-ôfbylding nei 14 dagen.
EDS liet gemyske eleminten sjen yn biofilms en korrosjeprodukten op samples dy't 14 dagen bleatsteld waarden oan P. aeruginosa. Figuer 6 lit sjen dat it gehalte oan C, N, O en P yn biofilms en korrosjeprodukten folle heger is as yn bleate metalen, om't dizze eleminten assosjeare binne mei biofilms en har metaboliten. Mikroben hawwe allinich spoaren fan chromium en izer nedich. Hege nivo's fan Cr en Fe yn 'e biofilm en korrosjeprodukten op it oerflak fan' e samples jouwe oan dat de metaalmatrix eleminten ferlern hat fanwegen korrosje.
Nei 14 dagen waard putten mei en sûnder P. aeruginosa waarnommen yn 2216E medium. Foar ynkubaasje wie it oerflak fan it eksimplaar glêd en sûnder defekten (Fig. 7a). Nei ynkubaasje en ferwidering fan biofilm en korrosjeprodukten waarden de djipste putten op it oerflak fan 'e eksimplaren ûndersocht ûnder CLSM, lykas te sjen is yn figuer 7b en c. Der waarden gjin dúdlike putten fûn op it oerflak fan 'e net-biologyske kontrôlemonsters (maksimale puthichte 0,02 μm). De maksimale puthichte feroarsake troch Pseudomonas aeruginosa wie 0,52 μm nei 7 dagen en 0,69 μm nei 14 dagen, basearre op 'e gemiddelde maksimale puthichte fan 3 samples (10 maksimale puthichtewearden waarden selektearre foar elk sample) dy't respektivelik 0,42 ± 0,12 μm en 0,52 ± 0,15 μm berikten (Tabel 5). Dizze puthichtewearden binne lyts mar wichtich.
(a) Foar bleatstelling, (b) 14 dagen yn abiotysk medium en (c) 14 dagen yn Pseudomonas aeruginosa-bouillon.
Figuer 8 lit de XPS-spektra fan ferskate stekproefoerflakken sjen, en de gemyske gearstallingen dy't foar elk oerflak analysearre binne, binne gearfette yn tabel 6. Yn tabel 6 wiene de atoompersintaazjes fan Fe en Cr yn 'e oanwêzigens fan P. aeruginosa (samples A en B) folle leger as dy fan 'e net-biologyske kontrôlesamples (samples C en D). Foar it P. aeruginosa-sample waard de Cr2p-kearnnivo-spektrale kromme oanpast oan fjouwer pykkomponinten mei bindingsenerzjy (BE)-wearden fan 574,4, 576,6, 578,3 en 586,8 eV, dy't taskreaun wurde kinne oan Cr, Cr2O3, CrO3 en Cr(OH)3, respektivelik (Fig. 9a en b). Foar net-biologyske eksimplaren befettet it Cr2p-kearnnivo-spektrum twa haadpieken foar Cr (573,80 eV foar BE) en Cr2O3 (575,90 eV foar BE) yn Fig. 9c en d, respektivelik. De It meast opfallende ferskil tusken de abiotyske en P. aeruginosa-monsters wie de oanwêzigens fan Cr6+ en in hegere relative fraksje fan Cr(OH)3 (BE fan 586.8 eV) ûnder de biofilm.
De brede XPS-spektra fan it oerflak fan it 2707 HDSS-eksimplaar yn 'e twa media binne respektivelik 7 dagen en 14 dagen.
(a) 7 dagen bleatstelling oan P. aeruginosa, (b) 14 dagen bleatstelling oan P. aeruginosa, (c) 7 dagen yn abiotysk medium en (d) 14 dagen yn abiotysk medium.
HDSS toant hege nivo's fan korrosjebestriding yn 'e measte omjouwings. Kim et al. 2 rapportearren dat UNS S32707 HDSS definiearre waard as in heechlegearre DSS mei in PREN fan mear as 45. De PREN-wearde fan it 2707 HDSS-eksimplaar yn dit wurk wie 49. Dit komt troch syn hege chromiumgehalte en hege molybdeen- en Ni-nivo's, dy't foardielich binne yn soere en hege chloride-omjouwings. Derneist binne in goed lykwichtige gearstalling en defektfrije mikrostruktuer nuttich foar strukturele stabiliteit en korrosjebestriding. Nettsjinsteande syn poerbêste gemyske bestriding suggerearje de eksperimintele gegevens yn dit wurk lykwols dat 2707 HDSS net folslein ymmún is foar de MIC fan P. aeruginosa-biofilms.
Elektrogemyske resultaten lieten sjen dat de korrosjesnelheid fan 2707 HDSS yn P. aeruginosa-bouillon nei 14 dagen signifikant ferhege wie yn ferliking mei net-biologysk medium. Yn figuer 2a waard in fermindering fan Eocp waarnommen yn sawol abiotysk medium as P. aeruginosa-bouillon yn 'e earste 24 oeren. Dêrnei hat de biofilm it oerflak fan it specimen foltôge en wurdt de Eocp relatyf stabyl36. It nivo fan biologyske Eocp wie lykwols folle heger as dat fan net-biologyske Eocp. D'r is reden om te leauwen dat dit ferskil te tankjen is oan de foarming fan P. aeruginosa-biofilm. Yn figuer 2d berikte de icorr-wearde fan 2707 HDSS yn 'e oanwêzigens fan P. aeruginosa 0,627 μA cm-2, wat in oarder fan grutte heger wie as dat fan 'e abiotyske kontrôle (0,063 μA cm-2), wat oerienkomt mei de Rct-wearde metten troch EIS. Tidens de earste pear dagen waarden de impedânsjewearden yn P. aeruginosa-bouillon naam ta troch de oanhechting fan P. aeruginosa-sellen en de foarming fan biofilms. As de biofilm lykwols it oerflak fan it eksimplaar folslein bedekt, nimt de impedânsje ôf. De beskermjende laach wurdt earst oanfallen troch de foarming fan biofilms en biofilmmetaboliten. Dêrom naam de korrosjebestriding yn 'e rin fan' e tiid ôf, en de oanhechting fan P. aeruginosa feroarsake lokale korrosje. De trends yn abiotyske media wiene oars. De korrosjebestriding fan 'e net-biologyske kontrôle wie folle heger as de oerienkommende wearde fan' e samples dy't bleatsteld waarden oan P. aeruginosa-bouillon. Fierder berikte de Rct-wearde fan 2707 HDSS foar abiotyske samples 489 kΩ cm2 op dei 14, wat 15 kear de Rct-wearde (32 kΩ cm2) wie yn 'e oanwêzigens fan P. aeruginosa. Dêrom hat 2707 HDSS poerbêste korrosjebestriding yn in sterile omjouwing, mar is net resistint tsjin MIC-oanfal troch P. aeruginosa-biofilms.
Dizze resultaten kinne ek waarnommen wurde út 'e polarisaasjekurven yn Fig. 2b. De anodyske fertakking waard taskreaun oan Pseudomonas aeruginosa biofilmfoarming en metaaloksidaasjereaksjes. Tagelyk is de kathodyske reaksje de reduksje fan soerstof. De oanwêzigens fan P. aeruginosa fergrutte de korrosjestroomtichtens sterk, sawat in oarder fan grutte heger as de abiotyske kontrôle. Dit jout oan dat P. aeruginosa biofilm de lokalisearre korrosje fan 2707 HDSS fergruttet. Yuan et al29 fûnen dat de korrosjestroomtichtens fan 70/30 Cu-Ni-legering tanommen ûnder útdaging fan P. aeruginosa biofilm. Dit kin te tankjen wêze oan de biokatalyse fan soerstofreduksje troch Pseudomonas aeruginosa biofilms. Dizze observaasje kin ek de MIC fan 2707 HDSS yn dit wurk ferklearje. Aerobe biofilms kinne ek minder soerstof derûnder hawwe. Dêrom kin it net passivearjen fan it metalen oerflak troch soerstof in bydrage leverje oan 'e MIC yn dit wurk.
Dickinson et al. 38 suggerearren dat de tariven fan gemyske en elektrogemyske reaksjes direkt beynfloede wurde kinne troch de metabolike aktiviteit fan sittende baktearjes op it oerflak fan it eksimplaar en de aard fan 'e korrosjeprodukten. Lykas te sjen is yn figuer 5 en tabel 5, namen sawol it oantal sellen as de dikte fan 'e biofilm nei 14 dagen ôf. Dit kin ridlik ferklearre wurde troch it feit dat nei 14 dagen de measte sittende sellen op it oerflak fan 2707 HDSS stoaren troch fiedingsstoffenútputting yn it 2216E-medium of it frijkommen fan giftige metaalioanen út 'e 2707 HDSS-matrix. Dit is in beheining fan batch-eksperiminten.
Yn dit wurk befoardere de P. aeruginosa biofilm de lokale útputting fan Cr en Fe ûnder de biofilm op it 2707 HDSS-oerflak (Fig. 6). Yn Tabel 6 is de reduksje fan Fe en Cr yn stekproef D te sjen yn ferliking mei stekproef C, wat oanjout dat oplost Fe en Cr feroarsake troch P. aeruginosa biofilm oanhâlden hat nei de earste 7 dagen. It 2216E-medium wurdt brûkt om marine omjouwings te simulearjen. It befettet 17700 ppm Cl-, wat te fergelykjen is mei dat fûn yn natuerlik seewetter. De oanwêzigens fan 17700 ppm Cl- wie de wichtichste reden foar de reduksje yn Cr yn 'e 7- en 14-dagen abiotyske stekproeven analysearre troch XPS. Yn ferliking mei P. aeruginosa-steekproeven wie de oplossing fan Cr yn abiotyske stekproeven folle minder fanwegen de sterke Cl−-resistinsje fan 2707 HDSS yn abiotyske omjouwings. Figuer 9 lit de oanwêzigens fan Cr6+ yn 'e passivaasjefilm sjen. It kin belutsen wêze by it fuortheljen fan Cr fan stielen oerflakken troch P. aeruginosa biofilms, lykas suggerearre troch Chen en Clayton.
Fanwegen baktearjegroei wiene de pH-wearden fan it medium foar en nei kultivaasje respektivelik 7,4 en 8,2. Dêrom is it net wierskynlik dat organyske soere korrosje ûnder de P. aeruginosa-biofilm in bydrage sil leverje oan dit wurk fanwegen de relatyf hege pH yn it bulkmedium. De pH fan it net-biologyske kontrôlemedium feroare net signifikant (fan in earste 7,4 nei in definitive 7,5) tidens de testperioade fan 14 dagen. De tanimming fan pH yn it ynokulaasjemedium nei ynkubaasje wie te tankjen oan de metabolike aktiviteit fan P. aeruginosa en die bliken itselde effekt te hawwen op pH yn 'e ôfwêzigens fan teststrips.
Lykas te sjen is yn figuer 7, wie de maksimale putdjipte feroarsake troch de P. aeruginosa biofilm 0,69 μm, wat folle grutter wie as dy fan it abiotyske medium (0,02 μm). Dit komt oerien mei de hjirboppe beskreaune elektrochemyske gegevens. De putdjipte fan 0,69 μm is mear as tsien kear lytser as de wearde fan 9,5 μm dy't rapportearre is foar de 2205 DSS ûnder deselde omstannichheden. Dizze gegevens litte sjen dat 2707 HDSS in bettere MIC-resistinsje toant yn ferliking mei 2205 DSS. Dit moat gjin ferrassing wêze, om't 2707 HDSS in heger chromiumgehalte hat, wat soarget foar in langer duorjende passivaasje, fanwegen de lykwichtige fazestruktuer sûnder skealike sekundêre delslach, wêrtroch it dreger is foar P. aeruginosa om te depassivearjen en punten te fertsjusterjen.
Konklúzjend waard MIC-pitting fûn op it oerflak fan 2707 HDSS yn P. aeruginosa-bouillon yn ferliking mei ferwaarloosbere pitting yn abiotyske media. Dit wurk lit sjen dat 2707 HDSS in bettere MIC-resistinsje hat as 2205 DSS, mar it is net folslein ymmún foar MIC fanwegen de P. aeruginosa-biofilm. Dizze befiningen helpe by de seleksje fan geskikte roestfrij stiel en de skatte libbensdoer foar de marine omjouwing.
De kupon foar 2707 HDSS wurdt fersoarge troch de School of Metallurgy fan 'e Northeastern University (NEU) yn Shenyang, Sina. De elemintêre gearstalling fan 2707 HDSS wurdt werjûn yn tabel 1, dy't analysearre is troch de ôfdieling Materiaalanalyse en Testen fan 'e NEU. Alle samples waarden 1 oere lang behannele yn in oplossing by 1180 °C. Foarôfgeand oan de korrosjetest waard muntfoarmige 2707 HDSS mei in oerflak fan 1 sm2 oan 'e boppekant gepolijst oant 2000 grit mei silisiumkarbidpapier en fierder gepolijst mei in 0,05 μm Al2O3-poeiersuspensje. De kanten en ûnderkant wurde beskerme troch inerte ferve. Nei it droegjen waarden de samples spield mei steryl deionisearre wetter en sterilisearre mei 75% (v/v) ethanol foar 0,5 oeren. Se waarden doe 0,5 oeren foar gebrûk oan 'e loft droege ûnder ultraviolet (UV) ljocht.
De Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099-stam waard kocht fan it Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Sina. Pseudomonas aeruginosa waard aeroob groeid by 37 °C yn 250 ml kolven en 500 ml elektrogemyske glêzen sellen mei Marine 2216E floeiber medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Sina). Medium (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 pepton, 1.0 gistextract en 0.1 ferricitraat. Autoklave by 121 °C foar 20 minuten foar yninting. Tel sittende en planktonyske sellen mei in hemocytometer ûnder in ljochtmikroskoop by 400X fergrutting. De earste selkonsintraasje fan planktonyske Pseudomonas aeruginosa direkt nei yninting wie sawat 106 sellen/ml.
Elektrochemyske testen waarden útfierd yn in klassike glêzen sel mei trije elektroden en in middelgrutte folume fan 500 ml. In platinaplaat en in verzadigde kalomelelektrode (SCE) waarden ferbûn mei de reaktor fia Luggin-kapillaren fol mei sâltbrêgen, dy't tsjinnen as tsjin- en referinsje-elektroden, respektivelik. Om de wurkelektroden te meitsjen, waard in rubber-coated koperdraad oan elk eksimplaar befestige en bedekt mei epoxy, wêrtroch sawat 1 cm2 bleatsteld iensidige oerflakte oerbleau foar de wurkelektrode. Tidens elektrochemyske mjittingen waarden samples pleatst yn 2216E medium en hâlden op in konstante ynkubaasjetemperatuer (37 °C) yn in wetterbad. OCP, LPR, EIS en potinsjele dynamyske polarisaasjegegevens waarden metten mei in Autolab potentiostaat (Referinsje 600TM, Gamry Instruments, Inc., Feriene Steaten). LPR-tests waarden opnommen mei in scansnelheid fan 0,125 mV s-1 oer it berik fan -5 en 5 mV mei Eocp en in samplingfrekwinsje fan 1 Hz. EIS waard útfierd mei in sinusgolf yn it frekwinsjeberik 0,01. oant 10.000 Hz mei in oanleine spanning fan 5 mV by in steady-state Eocp. Foar de potinsjele sweep wiene de elektroden yn iepen-circuit modus oant in stabile frije korrosjepotinsjeelwearde berikt waard. Polarisaasjekurven waarden doe útfierd fan -0,2 oant 1,5 V tsjin Eocp mei in scansnelheid fan 0,166 mV/s. Elke test waard 3 kear werhelle mei en sûnder P. aeruginosa.
Eksimplaren foar metallografyske analyze waarden meganysk gepolijst mei 2000 grit wiet SiC-papier en dêrnei fierder gepolijst mei 0,05 μm Al2O3-poeiersuspensje foar optyske observaasje. Metallografyske analyze waard útfierd mei in optyske mikroskoop. De eksimplaren waarden etst mei 10 gewichtsprosent kaliumhydrokside-oplossing 43.
Nei ynkubaasje waarden de samples 3 kear wosken mei in fosfaatbufferde sâltoplossing (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) en dêrnei 10 oeren fêstmakke mei 2,5% (v/v) glutaraldehyde om biofilms te fêstigjen. Dêrnei waard it dehydratisearre mei in gradearre searje (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% en 100% v/v) ethanol foardat it oan 'e loft droech waard. Uteinlik wurdt it oerflak fan it sample sputtere mei in gouden film om geleiding te jaan foar SEM-observaasje. De SEM-ôfbyldings waarden rjochte op 'e plakken mei de meast sittende P. aeruginosa-sellen op it oerflak fan elk sample. Fier EDS-analyze út om gemyske eleminten te finen. In Zeiss Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Dútslân) waard brûkt om de djipte fan 'e putten te mjitten. Om de korrosjeputten ûnder de biofilm te observearjen, waard it teststik earst skjinmakke neffens de Sineeske Nasjonale Standert. (CNS) GB/T4334.4-2000 om de korrosjeprodukten en biofilm op it oerflak fan it teststik te ferwiderjen.
Röntgenfotoelektronspektroskopie (XPS, ESCALAB250 oerflakanalysesysteem, Thermo VG, Feriene Steaten) waard útfierd mei in monochromatyske röntgenboarne (aluminium Kα-line by 1500 eV enerzjy en 150 W fermogen) oer in breed bindingsenerzjyberik 0 ûnder standertomstannichheden -1350 eV. Hege-resolúsjespektra waarden opnommen mei in passaazjeenerzjy fan 50 eV en in stapgrutte fan 0,2 eV.
De ynkubearre eksimplaren waarden fuorthelle en sêft ôfspield mei PBS (pH 7,4 ± 0,2) foar 15 s en 45. Om de baktearjele libbensfetberens fan 'e biofilms op' e samples te observearjen, waarden de biofilms kleurd mei de LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, Feriene Steaten). De kit befettet twa fluoreszinte kleurstoffen, in griene fluoreszinte SYTO-9 kleurstof en in reade fluoreszinte propidiumjodide (PI) kleurstof. Under CLSM fertsjintwurdigje stippen mei fluoreszint grien en read respektivelik libbene en deade sellen. Foar it kleurjen waard in mingsel fan 1 ml mei 3 μl SYTO-9 en 3 μl PI-oplossing 20 minuten ynkubearre by keamertemperatuer (23 oC) yn it tsjuster. Dêrnei waarden de kleurde samples waarnommen by twa golflingten (488 nm foar libbene sellen en 559 nm foar deade sellen) mei in Nikon CLSM-masine (C2 Plus, Nikon, Japan). De dikte fan 'e biofilm waard metten yn 3D-scanmodus.
Hoe dit artikel te sitearjen: Li, H. et al. Mikrobiële korrosje fan 2707 superduplex roestfrij stiel troch marine Pseudomonas aeruginosa biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningskorrosje fan LDX 2101 duplex roestfrij stiel yn chloride-oplossing yn 'e oanwêzigens fan thiosulfaat. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effekt fan oplossingswaarmtebehanneling en stikstof yn beskermingsgas op putkorrosjebestriding fan superduplex roestfrij stielen lassen. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. In ferlykjende gemyske stúdzje fan mikrobiele en elektrochemysk feroarsake putkorrosje yn 316L roestfrij stiel. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Elektrochemysk gedrach fan 2205 duplex roestfrij stiel yn alkaline oplossingen fan ferskillende pH yn 'e oanwêzigens fan chloride. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI It effekt fan marine biofilms op korrosje: in bondige resinsje. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).