Hvala vam što ste posjetili Nature.com. Verzija preglednika koju koristite ima ograničenu podršku za CSS. Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili isključite način kompatibilnosti u Internet Exploreru). U međuvremenu, kako bismo osigurali kontinuiranu podršku, prikazat ćemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Mikrobna korozija (MIC) ozbiljan je problem u mnogim industrijama jer može uzrokovati ogromne ekonomske gubitke. Super dupleks nehrđajući čelik 2707 (2707 HDSS) koristi se u morskim okruženjima zbog svoje izvrsne kemijske otpornosti. Međutim, njegova otpornost na MIC nije eksperimentalno dokazana. U ovoj studiji istraženo je ponašanje MIC-a 2707 HDSS-a uzrokovanog morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa. Elektrokemijska analiza pokazala je da je u prisutnosti biofilma Pseudomonas aeruginosa u mediju 2216E došlo do pozitivne promjene u potencijalu korozije i povećanja gustoće struje korozije. Analiza rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS) pokazala je smanjenje sadržaja Cr na površini uzorka ispod biofilma. Analiza slikovnih udubljenja pokazala je da je biofilm P. aeruginosa proizveo maksimalnu dubinu udubljenja od 0,69 μm tijekom 14 dana inkubacije. Iako je to malo, ukazuje na to da 2707 HDSS nije potpuno imun na MIC P. aeruginosa. biofilmovi.
Dupleks nehrđajući čelici (DSS) široko se koriste u raznim industrijama zbog svoje idealne kombinacije izvrsnih mehaničkih svojstava i otpornosti na koroziju1,2. Međutim, lokalizirano korozijsko korozijsko djelovanje i dalje se javlja i utječe na integritet ovog čelika3,4. DSS nije otporan na mikrobnu koroziju (MIC)5,6. Unatoč širokom rasponu primjena DSS-a, još uvijek postoje okruženja u kojima otpornost DSS-a na koroziju nije dovoljna za dugotrajnu upotrebu. To znači da su potrebni skuplji materijali s većom otpornošću na koroziju. Jeon i sur.7 otkrili su da čak i super dupleks nehrđajući čelici (SDSS) imaju neka ograničenja u pogledu otpornosti na koroziju. Stoga su u nekim primjenama potrebni super dupleks nehrđajući čelici (HDSS) s većom otpornošću na koroziju. To je dovelo do razvoja visoko legiranih HDSS-a.
Otpornost DSS-a na koroziju ovisi o omjeru alfa i gama faza te područjima 8, 9, 10 osiromašenim Cr, Mo i W uz drugu fazu. HDSS sadrži visok sadržaj Cr, Mo i N11, pa ima izvrsnu otpornost na koroziju i visoku vrijednost (45-50) ekvivalentnog broja otpornosti na koroziju (PREN), određenog kao težinski % Cr + 3,3 (težinski % Mo + 0,5 težinski % W) + 16 težinski % N12. Njegova izvrsna otpornost na koroziju oslanja se na uravnoteženi sastav koji sadrži približno 50% feritne (α) i 50% austenitne (γ) faze, HDSS ima bolja mehanička svojstva i veću otpornost od konvencionalnog DSS13. Svojstva korozije klorida. Poboljšana otpornost na koroziju proširuje upotrebu HDSS-a u korozivnijim okruženjima s kloridima, kao što su morska okruženja.
MIC su glavni problem u mnogim industrijama poput naftne i plinske industrije te vodoopskrbe14. MIC čini 20% svih oštećenja od korozije15. MIC je bioelektrokemijska korozija koja se može primijetiti u mnogim okruženjima. Biofilmovi koji se formiraju na metalnim površinama mijenjaju elektrokemijske uvjete, čime utječu na proces korozije. Općeprihvaćeno je da je MIC korozija uzrokovana biofilmovima. Elektrogeni mikroorganizmi korodiraju metale kako bi dobili energiju za preživljavanje17. Nedavne studije MIC-a pokazale su da je EET (izvanstanični prijenos elektrona) faktor koji ograničava brzinu MIC-a izazvanog elektrogenim mikroorganizmima. Zhang i sur.18 pokazali su da elektronski medijatori ubrzavaju prijenos elektrona između stanica Desulfovibrio sessificans i nehrđajućeg čelika 304, što dovodi do težeg napada MIC-a. Enning i sur.19 i Venzlaff i sur.20 pokazali su da biofilmovi korozivnih sulfatno-redukirajućih bakterija (SRB) mogu izravno apsorbirati elektrone iz metalnih podloga, što rezultira jakom korozijom uslijed rupičastog korozijskog djelovanja.
Poznato je da je DSS osjetljiv na MIC u okruženjima koja sadrže SRB, bakterije koje reduciraju željezo (IRB) itd. 21. Ove bakterije uzrokuju lokalizirano udubljivanje na površinama DSS-a ispod biofilmova 22,23. Za razliku od DSS-a, MIC HDSS-a 24 je slabo poznat.
Pseudomonas aeruginosa je gram-negativna pokretna bakterija u obliku štapića koja je široko rasprostranjena u prirodi25. Pseudomonas aeruginosa je također glavna mikrobna skupina u morskom okolišu, uzrokujući MIC čelika. Pseudomonas je usko uključen u procese korozije i prepoznat je kao pionirski kolonizator tijekom stvaranja biofilma. Mahat i sur.28 te Yuan i sur.29 pokazali su da Pseudomonas aeruginosa ima tendenciju povećanja brzine korozije mekog čelika i legura u vodenim okruženjima.
Glavni cilj ovog rada bio je istražiti svojstva minimalne inhibitorne koncentracije (MIC) 2707 HDSS-a uzrokovanog morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa korištenjem elektrokemijskih metoda, tehnika površinske analize i analize produkata korozije. Provedene su elektrokemijske studije, uključujući potencijal otvorenog kruga (OCP), linearni polarizacijski otpor (LPR), elektrokemijsku impedanciju spektroskopiju (EIS) i potencijalnu dinamičku polarizaciju, kako bi se proučilo ponašanje MIC-a 2707 HDSS-a. Analiza energetski disperzivnim spektrometrom (EDS) provedena je kako bi se pronašli kemijski elementi na korodiranoj površini. Osim toga, analiza rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS) korištena je za određivanje stabilnosti pasivizacije oksidnog filma pod utjecajem morskog okoliša koji sadrži Pseudomonas aeruginosa. Dubina udubljenja mjerena je konfokalnim laserskim skenirajućim mikroskopom (CLSM).
Tablica 1 navodi kemijski sastav 2707 HDSS-a. Tablica 2 pokazuje da 2707 HDSS ima izvrsna mehanička svojstva s granicom razvlačenja od 650 MPa. Slika 1 prikazuje optičku mikrostrukturu 2707 HDSS-a obrađenog toplinskom obradom. Izduženi pojasevi austenitnih i feritnih faza bez sekundarnih faza mogu se vidjeti u mikrostrukturi koja sadrži oko 50% austenitnih i 50% feritnih faza.
Slika 2a prikazuje podatke o potencijalu otvorenog kruga (Eocp) u odnosu na vrijeme izlaganja za 2707 HDSS u abiotičkom mediju 2216E i bujonu P. aeruginosa tijekom 14 dana na 37 °C. Pokazuje da se najveća i značajna promjena Eocp događa unutar prvih 24 sata. Vrijednosti Eocp u oba slučaja dosegle su vrhunac od -145 mV (u odnosu na SCE) oko 16 sati, a zatim su naglo pale, dosegnuvši -477 mV (u odnosu na SCE) i -236 mV (u odnosu na SCE) za abiotički uzorak i P. Kupone za Pseudomonas aeruginosa, respektivno. Nakon 24 sata, vrijednost Eocp od 2707 HDSS za P. aeruginosa bila je relativno stabilna na -228 mV (u odnosu na SCE), dok je odgovarajuća vrijednost za nebiološke uzorke bila približno -442 mV (u odnosu na SCE). Eocp u prisutnosti P. aeruginosa bio je prilično nizak.
Elektrokemijsko ispitivanje 2707 HDSS uzoraka u abiotičkom mediju i bujonu Pseudomonas aeruginosa na 37 °C:
(a) Eocp kao funkcija vremena ekspozicije, (b) polarizacijske krivulje 14. dana, (c) Rp kao funkcija vremena ekspozicije i (d) icorr kao funkcija vremena ekspozicije.
Tablica 3 navodi vrijednosti parametara elektrokemijske korozije za 2707 HDSS uzoraka izloženih abiotičkom mediju i mediju inokuliranom s Pseudomonas aeruginosa tijekom 14 dana. Tangente anodne i katodne krivulje ekstrapolirane su kako bi se dobile sjecišta koja daju gustoću struje korozije (icorr), potencijal korozije (Ecorr) i Tafelove nagibe (βα i βc) prema standardnim metodama30,31.
Kao što je prikazano na slici 2b, pomak krivulje P. aeruginosa prema gore rezultirao je povećanjem Ecorr u usporedbi s abiotičkom krivuljom. Vrijednost icorr, koja je proporcionalna brzini korozije, povećala se na 0,328 μA cm-2 u uzorku Pseudomonas aeruginosa, što je četiri puta više nego u nebiološkom uzorku (0,087 μA cm-2).
LPR je klasična nerazorna elektrokemijska metoda za brzu analizu korozije. Također je korištena za proučavanje MIC32. Slika 2c prikazuje polarizacijski otpor (Rp) kao funkciju vremena izlaganja. Viša vrijednost Rp znači manju koroziju. Unutar prvih 24 sata, Rp 2707 HDSS dosegao je maksimalnu vrijednost od 1955 kΩ cm2 za abiotske uzorke i 1429 kΩ cm2 za uzorke Pseudomonas aeruginosa. Slika 2c također pokazuje da se vrijednost Rp brzo smanjila nakon jednog dana, a zatim ostala relativno nepromijenjena sljedećih 13 dana. Vrijednost Rp uzorka Pseudomonas aeruginosa iznosi oko 40 kΩ cm2, što je znatno niže od vrijednosti od 450 kΩ cm2 nebiološkog uzorka.
Vrijednost icorr proporcionalna je jednolikoj brzini korozije. Njena vrijednost može se izračunati pomoću sljedeće Stern-Gearyjeve jednadžbe,
Slijedeći Zou i suradnike 33, tipična vrijednost Tafelovog nagiba B u ovom radu pretpostavljena je na 26 mV/dec. Slika 2d pokazuje da je icorr nebiološkog uzorka 2707 ostao relativno stabilan, dok je uzorak P. aeruginosa uvelike fluktuirao nakon prvih 24 sata. Vrijednosti icorr uzoraka P. aeruginosa bile su za red veličine veće od nebioloških kontrola. Ovaj trend je u skladu s rezultatima polarizacijskog otpora.
EIS je još jedna nedestruktivna tehnika koja se koristi za karakterizaciju elektrokemijskih reakcija na korodiranim površinama. Spektri impedancije i izračunate vrijednosti kapacitivnosti uzoraka izloženih abiotičkom mediju i otopini Pseudomonas aeruginosa, Rb otpor pasivnog filma/biofilma formiranog na površini uzorka, Rct otpor prijenosa naboja, Cdl električni kapacitet dvostrukog sloja (EDL) i parametri QCPE konstantnog faznog elementa (CPE). Ovi parametri su dalje analizirani prilagođavanjem podataka pomoću modela ekvivalentnog kruga (EEC).
Slika 3 prikazuje tipične Nyquistove dijagrame (a i b) i Bodeove dijagrame (a' i b') 2707 HDSS uzoraka u abiotičkom mediju i bujonu P. aeruginosa za različita vremena inkubacije. Promjer Nyquistovog prstena smanjuje se u prisutnosti Pseudomonas aeruginosa. Bodeov dijagram (slika 3b') pokazuje povećanje veličine ukupne impedancije. Informacije o vremenskoj konstanti relaksacije mogu se dobiti faznim maksimumima. Slika 4 prikazuje fizičke strukture temeljene na monosloju (a) i dvosloju (b) i njihove odgovarajuće EEC-ove. CPE je uveden u EEC model. Njegova admitancija i impedancija izraženi su na sljedeći način:
Dva fizička modela i odgovarajući ekvivalentni krugovi za prilagođavanje spektra impedancije uzorka 2707 HDSS:
gdje je Y0 magnituda CPE-a, j je imaginarni broj ili (-1)1/2, ω je kutna frekvencija, a n je indeks snage CPE-a manji od jedan35. Inverz otpora prijenosa naboja (tj. 1/Rct) odgovara brzini korozije. Manji Rct znači bržu brzinu korozije27. Nakon 14 dana inkubacije, Rct uzoraka Pseudomonas aeruginosa dosegao je 32 kΩ cm2, što je znatno manje od 489 kΩ cm2 nebioloških uzoraka (Tablica 4).
CLSM slike i SEM slike na slici 5 jasno pokazuju da je pokrivenost biofilmom na površini uzorka 2707 HDSS nakon 7 dana gusta. Međutim, nakon 14 dana, pokrivenost biofilmom bila je rijetka i pojavile su se neke mrtve stanice. Tablica 5 prikazuje debljinu biofilma na uzorcima 2707 HDSS nakon izlaganja P. aeruginosa tijekom 7 i 14 dana. Maksimalna debljina biofilma promijenila se s 23,4 μm nakon 7 dana na 18,9 μm nakon 14 dana. Prosječna debljina biofilma također je potvrdila ovaj trend. Smanjila se s 22,2 ± 0,7 μm nakon 7 dana na 17,8 ± 1,0 μm nakon 14 dana.
(a) 3D CLSM slika nakon 7 dana, (b) 3D CLSM slika nakon 14 dana, (c) SEM slika nakon 7 dana i (d) SEM slika nakon 14 dana.
EDS je otkrio kemijske elemente u biofilmovima i produktima korozije na uzorcima izloženim P. aeruginosa tijekom 14 dana. Slika 6 pokazuje da je sadržaj C, N, O i P u biofilmovima i produktima korozije mnogo veći nego u golim metalima, jer su ti elementi povezani s biofilmovima i njihovim metabolitima. Mikrobima su potrebne samo tragovi kroma i željeza. Visoke razine Cr i Fe u biofilmu i produktima korozije na površini uzoraka ukazuju na to da je metalna matrica izgubila elemente zbog korozije.
Nakon 14 dana, uočeno je udubljivanje s i bez P. aeruginosa u mediju 2216E. Prije inkubacije, površina uzorka bila je glatka i bez nedostataka (slika 7a). Nakon inkubacije i uklanjanja biofilma i produkata korozije, najdublje udubine na površini uzoraka pregledane su pod CLSM-om, kao što je prikazano na slici 7b i c. Na površini nebioloških kontrolnih uzoraka nisu pronađene očite udubine (maksimalna dubina udubine 0,02 μm). Maksimalna dubina udubine uzrokovana Pseudomonas aeruginosa bila je 0,52 μm nakon 7 dana i 0,69 μm nakon 14 dana, na temelju prosječne maksimalne dubine udubine 3 uzorka (odabrano je 10 maksimalnih vrijednosti dubine udubine za svaki uzorak) dosegnuvši 0,42 ± 0,12 μm odnosno 0,52 ± 0,15 μm (Tablica 5). Ove vrijednosti dubine udubine su male, ali važne.
(a) Prije izlaganja, (b) 14 dana u abiotičkom mediju i (c) 14 dana u bujonu Pseudomonas aeruginosa.
Slika 8 prikazuje XPS spektre različitih površina uzoraka, a kemijski sastavi analizirani za svaku površinu sažeti su u Tablici 6. U Tablici 6, atomski postoci Fe i Cr u prisutnosti P. aeruginosa (uzorci A i B) bili su znatno niži od onih u nebiološkim kontrolnim uzorcima (uzorci C i D). Za uzorak P. aeruginosa, spektralna krivulja Cr 2p na razini jezgre prilagođena je četirima komponentama vrha s vrijednostima energije vezanja (BE) od 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, što se može pripisati Cr, Cr2O3, CrO3 i Cr(OH)3, redom (slika 9a i b). Za nebiološke uzorke, spektar Cr 2p na razini jezgre sadrži dva glavna vrha za Cr (573,80 eV za BE) i Cr2O3 (575,90 eV za BE) na Slici 9c i d. Najupečatljivija razlika između U abiotičkim i uzorcima P. aeruginosa utvrđena je prisutnost Cr6+ i većeg relativnog udjela Cr(OH)3 (BE od 586,8 eV) ispod biofilma.
Široki XPS spektri površine uzorka 2707 HDSS u dva medija su 7 dana, odnosno 14 dana.
(a) 7 dana izloženosti P. aeruginosa, (b) 14 dana izloženosti P. aeruginosa, (c) 7 dana u abiotičkom mediju i (d) 14 dana u abiotičkom mediju.
HDSS pokazuje visoku razinu otpornosti na koroziju u većini okruženja. Kim i suradnici2 izvijestili su da je UNS S32707 HDSS definiran kao visoko legirani DSS s PREN-om većim od 45. Vrijednost PREN-a uzorka 2707 HDSS u ovom radu bila je 49. To je zbog visokog sadržaja kroma i visokih razina molibdena i Ni, što je korisno u kiselim okruženjima i okruženjima s visokim udjelom klorida. Osim toga, dobro uravnotežen sastav i mikrostruktura bez nedostataka korisni su za strukturnu stabilnost i otpornost na koroziju. Međutim, unatoč izvrsnoj kemijskoj otpornosti, eksperimentalni podaci u ovom radu sugeriraju da 2707 HDSS nije potpuno imun na MIC biofilmova P. aeruginosa.
Elektrokemijski rezultati pokazali su da je brzina korozije 2707 HDSS u bujonu P. aeruginosa značajno povećana nakon 14 dana u usporedbi s nebiološkim medijem. Na slici 2a uočeno je smanjenje Eocp-a i u abiotičkom mediju i u bujonu P. aeruginosa tijekom prvih 24 sata. Nakon toga, biofilm je potpuno prekrio površinu uzorka i Eocp je postao relativno stabilan36. Međutim, razina biološkog Eocp-a bila je mnogo viša od razine nebiološkog Eocp-a. Postoji razlog za vjerovanje da je ta razlika posljedica stvaranja biofilma P. aeruginosa. Na slici 2d, u prisutnosti P. aeruginosa, icorr vrijednost 2707 HDSS dosegla je 0,627 μA cm-2, što je bilo za red veličine više od vrijednosti abiotske kontrole (0,063 μA cm-2), što je bilo u skladu s Rct vrijednošću izmjerenom EIS-om. Tijekom prvih nekoliko dana, vrijednosti impedancije u P. aeruginosa juha se povećala zbog pričvršćivanja stanica P. aeruginosa i stvaranja biofilmova. Međutim, kada biofilm potpuno prekrije površinu uzorka, impedancija se smanjuje. Zaštitni sloj je prvi napadnut zbog stvaranja biofilmova i metabolita biofilma. Stoga se otpornost na koroziju s vremenom smanjivala, a pričvršćivanje P. aeruginosa uzrokovalo je lokaliziranu koroziju. Trendovi u abiotičkim medijima bili su različiti. Otpornost na koroziju nebiološke kontrole bila je mnogo veća od odgovarajuće vrijednosti uzoraka izloženih juhi P. aeruginosa. Nadalje, za abiotičke uzorke, Rct vrijednost 2707 HDSS dosegla je 489 kΩ cm2 14. dana, što je 15 puta više od Rct vrijednosti (32 kΩ cm2) u prisutnosti P. aeruginosa. Stoga, 2707 HDSS ima izvrsnu otpornost na koroziju u sterilnom okruženju, ali nije otporan na MIC napad biofilmova P. aeruginosa.
Ovi rezultati mogu se također vidjeti iz polarizacijskih krivulja na slici 2b. Anodno grananje pripisano je stvaranju biofilma Pseudomonas aeruginosa i reakcijama oksidacije metala. Istovremeno, katodna reakcija je redukcija kisika. Prisutnost P. aeruginosa uvelike je povećala gustoću korozijske struje, otprilike za red veličine više nego u abiotičkoj kontroli. To ukazuje na to da biofilm P. aeruginosa povećava lokaliziranu koroziju 2707 HDSS-a. Yuan i sur.29 otkrili su da se gustoća korozijske struje 70/30 Cu-Ni legure povećava pod utjecajem biofilma P. aeruginosa. To može biti posljedica biokatalize redukcije kisika biofilmovima Pseudomonas aeruginosa. Ovo opažanje također može objasniti minimalnu inhibitornu vrijednost (MIC) 2707 HDSS-a u ovom radu. Aerobni biofilmovi također mogu imati manje kisika ispod sebe. Stoga, neuspjeh u ponovnoj pasivizaciji metalne površine kisikom može biti faktor koji doprinosi MIC-u u ovom radu.
Dickinson i sur.38 sugerirali su da na brzinu kemijskih i elektrokemijskih reakcija može izravno utjecati metabolička aktivnost sesilnih bakterija na površini uzorka i priroda produkata korozije. Kao što je prikazano na slici 5 i u tablici 5, i broj stanica i debljina biofilma smanjili su se nakon 14 dana. To se može razumno objasniti da je nakon 14 dana većina sesilnih stanica na površini 2707 HDSS uginula zbog iscrpljivanja hranjivih tvari u mediju 2216E ili oslobađanja toksičnih metalnih iona iz matrice 2707 HDSS. Ovo je ograničenje šaržnih eksperimenata.
U ovom radu, biofilm P. aeruginosa potaknuo je lokalno smanjenje Cr i Fe ispod biofilma na površini 2707 HDSS (slika 6). U Tablici 6, smanjenje Fe i Cr u uzorku D u usporedbi s uzorkom C, što ukazuje na to da su otopljeni Fe i Cr uzrokovani biofilmom P. aeruginosa trajali dulje od prvih 7 dana. Medij 2216E koristi se za simulaciju morskih okoliša. Sadrži 17700 ppm Cl-, što je usporedivo s onim pronađenim u prirodnoj morskoj vodi. Prisutnost 17700 ppm Cl- bila je glavni razlog smanjenja Cr u 7- i 14-dnevnim abiotičkim uzorcima analiziranim XPS-om. U usporedbi s uzorcima P. aeruginosa, otapanje Cr u abiotičkim uzorcima bilo je mnogo manje zbog jake otpornosti 2707 HDSS na Cl- u abiotičkim okolišima. Slika 9 prikazuje prisutnost Cr6+ u pasivizacijskom filmu. Može biti uključen u uklanjanje Cr s čeličnih površina pomoću P. aeruginosa biofilmove, kako su predložili Chen i Clayton.
Zbog rasta bakterija, pH vrijednosti medija prije i nakon kultivacije bile su 7,4 odnosno 8,2. Stoga, ispod biofilma P. aeruginosa, korozija organskom kiselinom vjerojatno nije faktor koji doprinosi ovom radu zbog relativno visokog pH u glavnom mediju. pH nebiološkog kontrolnog medija nije se značajno promijenio (s početnih 7,4 na konačnih 7,5) tijekom 14-dnevnog razdoblja ispitivanja. Povećanje pH u inokulacijskom mediju nakon inkubacije bilo je posljedica metaboličke aktivnosti P. aeruginosa i utvrđeno je da ima isti učinak na pH u odsutnosti testnih traka.
Kao što je prikazano na slici 7, maksimalna dubina udubljenja uzrokovana biofilmom P. aeruginosa bila je 0,69 μm, što je bilo mnogo veće od dubine abiotičkog medija (0,02 μm). To je u skladu s gore opisanim elektrokemijskim podacima. Dubina udubljenja od 0,69 μm više je od deset puta manja od vrijednosti od 9,5 μm zabilježene za 2205 DSS pod istim uvjetima. Ovi podaci pokazuju da 2707 HDSS pokazuje bolju otpornost na MIC u usporedbi s 2205 DSS. To ne bi trebalo biti iznenađenje, jer 2707 HDSS ima veći sadržaj kroma, što omogućuje dulju pasivizaciju zbog uravnotežene fazne strukture bez štetnih sekundarnih taloga, što otežava P. aeruginosa depasivaciju i početak pomračenja točaka.
Zaključno, na površini 2707 HDSS u juhi P. aeruginosa pronađeno je korozijsko korozijsko djelovanje (MIC) u usporedbi sa zanemarivim korozijskim djelovanjem u abiotičkim medijima. Ovaj rad pokazuje da 2707 HDSS ima bolju otpornost na MIC od 2205 DSS, ali nije potpuno imun na MIC zbog biofilma P. aeruginosa. Ovi nalazi pomažu u odabiru prikladnih nehrđajućih čelika i procijenjenom vijeku trajanja za morski okoliš.
Kupon za 2707 HDSS osigurao je Metalurški fakultet Sveučilišta Northeastern (NEU) u Shenyangu, Kina. Elementarni sastav 2707 HDSS prikazan je u Tablici 1, koju je analizirao Odjel za analizu i ispitivanje materijala NEU-a. Svi uzorci su tretirani otopinom na 1180 °C tijekom 1 sata. Prije ispitivanja korozije, 2707 HDSS u obliku novčića s gornjom izloženom površinom od 1 cm2 poliran je do granulacije 2000 silicijevim karbidnim papirom i dodatno poliran suspenzijom praha Al2O3 granulacije 0,05 μm. Stranice i dno zaštićeni su inertnom bojom. Nakon sušenja, uzorci su isprani sterilnom deioniziranom vodom i sterilizirani 75%-tnim (v/v) etanolom tijekom 0,5 sati. Zatim su sušeni na zraku pod ultraljubičastim (UV) svjetlom tijekom 0,5 sati prije upotrebe.
Soj Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 kupljen je od Centra za kolekciju morskih kultura Xiamen (MCCC), Kina. Pseudomonas aeruginosa uzgajan je aerobno na 37°C u tikvicama od 250 ml i elektrokemijskim staklenim ćelijama od 500 ml korištenjem tekućeg medija Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina). Medij (g/L): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0,016 NH3, 0,016 NH3, 0,016 NaH2PO4, 5,0 pepton, 1,0 ekstrakt kvasca i 0,1 željeznog citrata. Autoklavirajte na 121°C 20 minuta prije inokulacije. Prebrojite sjedeće i planktonske stanice pomoću hemocitometra pod svjetlosnim mikroskopom pri povećanju od 400 puta. Početna koncentracija stanica planktonske Pseudomonas aeruginosa odmah nakon inokulacije bila je približno 106 stanica/ml.
Elektrokemijska ispitivanja provedena su u klasičnoj staklenoj ćeliji s tri elektrode i srednjim volumenom od 500 ml. Platinasti lim i zasićena kalomelova elektroda (SCE) spojene su na reaktor putem Lugginovih kapilara ispunjenih solnim mostovima, koje služe kao protuelektrode i referentne elektrode. Za izradu radnih elektroda, na svaki uzorak pričvršćena je bakrena žica obložena gumom i prekrivena epoksidom, ostavljajući oko 1 cm2 izložene jednostrane površine za radnu elektrodu. Tijekom elektrokemijskih mjerenja, uzorci su smješteni u medij 2216E i održavani na konstantnoj temperaturi inkubacije (37 °C) u vodenoj kupelji. Podaci o OCP, LPR, EIS i potencijalnoj dinamičkoj polarizaciji mjereni su pomoću Autolab potenciostata (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., SAD). LPR ispitivanja su snimljena brzinom skeniranja od 0,125 mV s-1 u rasponu od -5 i 5 mV s Eocp i frekvencijom uzorkovanja od 1 Hz. EIS je proveden sinusnim valom u frekvencijskom rasponu od 0,01 do 10 000 Hz korištenjem primijenjenog napona od 5 mV pri stacionarnom Eocp. Prije promjene potencijala, elektrode su bile u načinu otvorenog kruga dok se nije postigla stabilna vrijednost potencijala slobodne korozije. Polarizacijske krivulje su zatim izmjerene od -0,2 do 1,5 V u odnosu na Eocp pri brzini skeniranja od 0,166 mV/s. Svaki test je ponovljen 3 puta sa i bez P. aeruginosa.
Uzorci za metalografsku analizu mehanički su polirani mokrim SiC papirom granulacije 2000, a zatim dodatno polirani suspenzijom praha Al2O3 granulacije 0,05 μm za optičko promatranje. Metalografska analiza provedena je optičkim mikroskopom. Uzorci su nagrizeni 10 težinski % otopinom kalijevog hidroksida 43.
Nakon inkubacije, uzorci su 3 puta isprani otopinom fosfatno puferirane otopine soli (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), a zatim fiksirani s 2,5% (v/v) glutaraldehidom tijekom 10 sati kako bi se fiksirali biofilmovi. Nakon toga su dehidrirani postupnim nizom (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% v/v) etanola prije sušenja na zraku. Na kraju, površina uzorka je raspršena zlatnim filmom kako bi se osigurala vodljivost za SEM promatranje. SEM slike su fokusirane na mjesta s najsjedećijim stanicama P. aeruginosa na površini svakog uzorka. Provedena je EDS analiza kako bi se pronašli kemijski elementi. Za mjerenje dubine korozijskih jama korišten je Zeiss konfokalni laserski skenirajući mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Njemačka). Kako bi se uočile korozijske jame ispod biofilma, ispitni uzorak je prvo očišćen prema kineskom nacionalnom standardu (CNS). GB/T4334.4-2000 za uklanjanje produkata korozije i biofilma s površine ispitnog uzorka.
Analiza rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS, ESCALAB250 sustav za analizu površine, Thermo VG, SAD) provedena je korištenjem monokromatskog rendgenskog izvora (aluminijska Kα linija s energijom od 1500 eV i snagom od 150 W) u širokom rasponu energije vezanja od 0 pod standardnim uvjetima –1350 eV. Spektri visoke rezolucije snimljeni su korištenjem energije prolaza od 50 eV i veličine koraka od 0,2 eV.
Inkubirani uzorci su uklonjeni i lagano isprani s PBS-om (pH 7,4 ± 0,2) tijekom 15 sekundi i 45 sekundi. Kako bi se promatrala bakterijska održivost biofilmova na uzorcima, biofilmovi su obojeni pomoću LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit-a (Invitrogen, Eugene, OR, SAD). Kit sadrži dvije fluorescentne boje, zelenu fluorescentnu SYTO-9 boju i crvenu fluorescentnu propidij jodidnu (PI) boju. Pod CLSM-om, točkice s fluorescentnom zelenom i crvenom bojom predstavljaju žive, odnosno mrtve stanice. Za bojenje, 1 ml smjese koja sadrži 3 μl SYTO-9 i 3 μl otopine PI inkubirana je 20 minuta na sobnoj temperaturi (23 °C) u mraku. Nakon toga, obojeni uzorci promatrani su na dvije valne duljine (488 nm za žive stanice i 559 nm za mrtve stanice) pomoću Nikon CLSM uređaja (C2 Plus, Nikon, Japan). Debljina biofilma mjerena je u 3D načinu skeniranja.
Kako citirati ovaj članak: Li, H. i dr. Mikrobna korozija nehrđajućeg čelika 2707 super dupleks uzrokovana morskom bakterijom Pseudomonas aeruginosa biofilmom. science. Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pucanje uslijed korozije pod naponom dupleks nehrđajućeg čelika LDX 2101 u otopini klorida u prisutnosti tiosulfata. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Utjecaj toplinske obrade otopinom i dušika u zaštitnom plinu na otpornost na rupičastu koroziju zavara super dupleks nehrđajućeg čelika. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Komparativna kemijska studija mikrobne i elektrokemijski inducirane korozije u obliku rupica u nehrđajućem čeliku 316L. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Elektrokemijsko ponašanje nehrđajućeg čelika 2205 dupleks u alkalnim otopinama različitog pH u prisutnosti klorida. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Učinak morskih biofilmova na koroziju: sažet pregled. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).