Köszönjük, hogy felkereste a Nature.com weboldalt. Az Ön által használt böngészőverzió korlátozottan támogatja a CSS-t. A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon egy frissített böngészőt (vagy kapcsolja ki a kompatibilitási módot az Internet Explorerben). Időközben a folyamatos támogatás biztosítása érdekében stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg az oldalt.
A mikrobiális korrózió (MIC) komoly problémát jelent számos iparágban, mivel hatalmas gazdasági veszteségeket okozhat. A 2707 szuperduplex rozsdamentes acélt (2707 HDSS) kiváló vegyi ellenálló képessége miatt tengeri környezetben is használták. A MIC-vel szembeni ellenálló képességét azonban kísérletileg nem igazolták. Ebben a tanulmányban a 2707 HDSS tengeri aerob baktérium, a Pseudomonas aeruginosa által okozott MIC viselkedését vizsgálták. Az elektrokémiai elemzés kimutatta, hogy a Pseudomonas aeruginosa biofilm jelenlétében a 2216E táptalajban pozitív változás történt a korróziós potenciálban, és nőtt a korróziós áramsűrűség. A röntgenfotoelektron-spektroszkópiai (XPS) elemzés a biofilm alatti minta felületén a Cr-tartalom csökkenését mutatta. A gödrök képalkotó elemzése azt mutatta, hogy a P. aeruginosa biofilm a 14 napos inkubáció során maximum 0,69 μm-es gödörmélységet produkált. Bár ez kicsi, azt jelzi, hogy a 2707 HDSS nem teljesen immunis a P. aeruginosa MIC-jére. biofilmek.
A duplex rozsdamentes acélokat (DSS) széles körben használják különféle iparágakban a kiváló mechanikai tulajdonságok és a korrózióállóság ideális kombinációja miatt1,2. A lokalizált gödrösödés azonban továbbra is előfordul, és ez befolyásolja az acél integritását3,4. A DSS nem ellenáll a mikrobiális korróziónak (MIC)5,6. A DSS széleskörű alkalmazási területei ellenére még mindig vannak olyan környezetek, ahol a DSS korrózióállósága nem elegendő a hosszú távú használathoz. Ez azt jelenti, hogy drágább, nagyobb korrózióállóságú anyagokra van szükség.Jeon és munkatársai7 azt találták, hogy még a szuperduplex rozsdamentes acéloknak (SDSS) is vannak bizonyos korlátai a korrózióállóság tekintetében. Ezért egyes alkalmazásokban nagyobb korrózióállóságú szuperduplex rozsdamentes acélokra (HDSS) van szükség. Ez a magasan ötvözött HDSS kifejlesztéséhez vezetett.
A DSS korrózióállósága az alfa- és gamma fázisok arányától, valamint a második fázishoz közeli Cr, Mo és W mentesített 8, 9, 10 régióktól függ. A HDSS magas Cr-, Mo- és N11-tartalommal rendelkezik, így kiváló korrózióállósággal és magas értékű (45-50) lyukkorrózióállósági egyenértékszámmal (PREN), amelyet a tömeg% Cr + 3,3 (tömeg% Mo + 0,5 tömeg% W) + 16 tömeg% N12 határoz meg. Kiváló korrózióállósága a körülbelül 50% ferrit (α) és 50% ausztenit (γ) fázist tartalmazó kiegyensúlyozott összetételnek köszönhető. A HDSS jobb mechanikai tulajdonságokkal és nagyobb ellenállással rendelkezik, mint a hagyományos DSS13. Kloridos korróziós tulajdonságok. A továbbfejlesztett korrózióállóság kiterjeszti a HDSS alkalmazását korrozívabb kloridos környezetben, például tengeri környezetben.
A mikroinduktív korróziós cellulózok (MIC) komoly problémát jelentenek számos iparágban, például az olaj- és gáziparban, valamint a vízművekben14. A MIC az összes korróziós kár 20%-áért felelős15. A MIC bioelektrokémiai korrózió, amely számos környezetben megfigyelhető. A fémfelületeken képződő biofilmek megváltoztatják az elektrokémiai feltételeket, ezáltal befolyásolva a korróziós folyamatot. Széles körben elterjedt nézet, hogy a MIC korrózióját biofilmek okozzák. Az elektrogén mikroorganizmusok korrodálják a fémeket, hogy fenntartó energiát szerezzenek a túléléshez17. A legújabb MIC-vizsgálatok kimutatták, hogy az EET (extracelluláris elektronátvitel) a sebességkorlátozó tényező az elektrogén mikroorganizmusok által kiváltott MIC-ben. Zhang és munkatársai18 kimutatták, hogy az elektronmediátorok felgyorsítják az elektronátvitelt a Desulfovibrio sessificans sejtek és a 304-es rozsdamentes acél között, ami súlyosabb MIC-támadáshoz vezet. Enning és munkatársai19, valamint Venzlaff és munkatársai20 kimutatták, hogy a korrozív szulfátredukáló baktériumok (SRB) biofilmjei közvetlenül képesek elnyelni az elektronokat a fémfelületekről, ami súlyos gödrös korróziót eredményez.
A DSS-ről ismert, hogy érzékeny a minimális gátló koncentrációra (MIC) SRB-t, vasredukáló baktériumokat (IRB) stb. tartalmazó környezetben.21 Ezek a baktériumok lokalizált gödrösödést okoznak a DSS felületein biofilm alatt.22,23 A DSS-sel ellentétben a HDSS24 MIC-értéke kevéssé ismert.
A Pseudomonas aeruginosa egy Gram-negatív, mozgékony, pálcika alakú baktérium, amely széles körben elterjedt a természetben25. A Pseudomonas aeruginosa a tengeri környezetben is jelentős mikrobiális csoport, amely MIC-t okoz az acélban. A Pseudomonas szorosan részt vesz a korróziós folyamatokban, és a biofilmképződés során úttörő kolonizálóként ismert. Mahat és munkatársai28, valamint Yuan és munkatársai29 kimutatták, hogy a Pseudomonas aeruginosa hajlamos növelni az enyhe acél és ötvözeteinek korróziós sebességét vizes környezetben.
E munka fő célja a 2707 HDSS MIC-tulajdonságainak vizsgálata volt, amelyeket a Pseudomonas aeruginosa tengeri aerob baktérium okoz, elektrokémiai módszerekkel, felületanalitikai technikákkal és korróziós termékelemzéssel. Elektrokémiai vizsgálatokat végeztek, beleértve a nyílt áramkörű potenciált (OCP), a lineáris polarizációs ellenállást (LPR), az elektrokémiai impedancia spektroszkópiát (EIS) és a potenciál dinamikus polarizációját a 2707 HDSS MIC-viselkedésének tanulmányozására. Energiadiszperzív spektrométer (EDS) analízist végeztek a korrodált felületen található kémiai elemek megtalálására. Ezenkívül röntgen-fotoelektron spektroszkópiát (XPS) alkalmaztak az oxidfilm passziváció stabilitásának meghatározására Pseudomonas aeruginosa-t tartalmazó tengeri környezet hatása alatt. A gödör mélységét konfokális lézer pásztázó mikroszkóppal (CLSM) mérték.
Az 1. táblázat a 2707 HDSS kémiai összetételét sorolja fel. A 2. táblázat azt mutatja, hogy a 2707 HDSS kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, 650 MPa folyáshatárral. Az 1. ábra az oldatban hőkezelt 2707 HDSS optikai mikroszerkezetét mutatja. A körülbelül 50% ausztenit és 50% ferrit fázist tartalmazó mikroszerkezetben ausztenit és ferrit fázisok megnyúlt sávjai láthatók másodlagos fázisok nélkül.
A 2a. ábra a 2707 HDSS nyitott áramkörű potenciáljának (Eocp) függvényében mutatja az expozíciós idő adatait abiotikus 2216E táptalajon és P. aeruginosa táptalajban 14 napig, 37 °C-on. Ez azt mutatja, hogy az Eocp legnagyobb és legjelentősebb változása az első 24 órán belül következik be. Az Eocp értékek mindkét esetben -145 mV-nál (az SCE-hez képest) tetőztek körülbelül 16 óra elteltével, majd meredeken csökkentek, elérve az abiotikus minta -477 mV-ját (az SCE-hez képest), illetve a P esetében -236 mV-ját (az SCE-hez képest). Pseudomonas aeruginosa kuponok. 24 óra elteltével a P. aeruginosa Eocp értéke 2707 HDSS volt, viszonylag stabil -228 mV-on (az SCE-hez képest), míg a nem biológiai minták megfelelő értéke körülbelül -442 mV volt (az SCE-hez képest). A P. aeruginosa jelenlétében az Eocp meglehetősen alacsony volt.
2707 HDSS minta elektrokémiai vizsgálata abiotikus közegben és Pseudomonas aeruginosa táptalajban 37 °C-on:
(a) Eocp az expozíciós idő függvényében, (b) polarizációs görbék a 14. napon, (c) Rp az expozíciós idő függvényében és (d) icorr az expozíciós idő függvényében.
A 3. táblázat 2707 HDSS minta elektrokémiai korróziós paramétereinek értékeit sorolja fel, amelyeket 14 napig abiotikus közegnek és Pseudomonas aeruginosa beoltott közegnek tettek ki. Az anódos és katódos görbék érintőit extrapolálták, hogy megkapják a metszéspontokat, így megkapva a korróziós áramsűrűséget (icorr), a korróziós potenciált (Ecorr) és a Tafel-meredekséget (βα és βc) a standard módszerek szerint30,31.
Amint a 2b. ábrán látható, a P. aeruginosa görbe felfelé történő eltolódása az Ecorr érték növekedését eredményezte az abiotikus görbéhez képest. Az icorr érték, amely arányos a korróziós sebességgel, 0,328 μA cm-2-re nőtt a Pseudomonas aeruginosa mintában, ami négyszerese a nem biológiai mintához képest (0,087 μA cm-2).
Az LPR egy klasszikus roncsolásmentes elektrokémiai módszer a gyors korrózióanalízishez. MIC32 vizsgálatára is alkalmazták. A 2c. ábra a polarizációs ellenállást (Rp) mutatja az expozíciós idő függvényében. A magasabb Rp érték kevesebb korróziót jelent. Az első 24 órán belül a 2707 HDSS Rp értéke elérte a maximális 1955 kΩ cm2 értéket abiotikus minták esetén és 1429 kΩ cm2 értéket Pseudomonas aeruginosa minták esetén. A 2c. ábra azt is mutatja, hogy az Rp érték egy nap után gyorsan csökkent, majd a következő 13 napban viszonylag változatlan maradt. A Pseudomonas aeruginosa minta Rp értéke körülbelül 40 kΩ cm2, ami jóval alacsonyabb, mint a nem biológiai minta 450 kΩ cm2 értéke.
Az icorr érték arányos az egyenletes korróziós sebességgel. Értéke a következő Stern-Geary egyenlettel számítható ki:
Zou és munkatársai nyomán33 a Tafel-meredekség B tipikus értékét ebben a munkában 26 mV/dec-nek feltételeztük. A 2d. ábra azt mutatja, hogy a nem biológiai 2707 minta icorr értéke viszonylag stabil maradt, míg a P. aeruginosa minta icorr értéke az első 24 óra után jelentősen ingadozott. A P. aeruginosa minták icorr értékei nagyságrenddel magasabbak voltak, mint a nem biológiai kontrolloké. Ez a tendencia összhangban van a polarizációs ellenállás eredményeivel.
Az EIS egy másik roncsolásmentes technika, amelyet a korrodált határfelületek elektrokémiai reakcióinak jellemzésére használnak. Abiotikus közegnek és Pseudomonas aeruginosa oldatnak kitett minták impedancia spektrumai és számított kapacitásértékei, a minta felületén képződő passzív film/biofilm Rb ellenállása, Rct töltésátviteli ellenállás, Cdl elektromos kettősréteg kapacitás (EDL) és QCPE állandó fázisú elem (CPE) paraméterek. Ezeket a paramétereket tovább elemezték az adatok ekvivalens áramkör (EEC) modellel történő illesztésével.
A 3. ábra 2707 HDSS minta tipikus Nyquist- (a és b) és Bode- (a' és b') diagramjait mutatja abiotikus közegben és P. aeruginosa táptalajban, különböző inkubációs idők esetén. A Nyquist-gyűrű átmérője csökken Pseudomonas aeruginosa jelenlétében. A Bode-diagram (3b'. ábra) a teljes impedancia nagyságának növekedését mutatja. A relaxációs időállandóra vonatkozó információ a fázismaximumokból nyerhető. A 4. ábra az egyrétegű (a) és kétrétegű (b) alapú fizikai szerkezeteket és a hozzájuk tartozó elektromos áramerősség-egyensúlyokat (EEC) mutatja. A CPE-t bevezették az EEC modellbe. Admittanciáját és impedanciáját a következőképpen fejezzük ki:
Két fizikai modell és a hozzájuk tartozó ekvivalens áramkörök a 2707 HDSS minta impedanciaspektrumának illesztéséhez:
ahol Y0 a CPE nagysága, j a képzetes szám vagy (-1)1/2, ω a körfrekvencia, n pedig az egységnél kisebb CPE teljesítményindex35. A töltésátviteli ellenállás inverze (azaz 1/Rct) a korróziós sebességnek felel meg. A kisebb Rct gyorsabb korróziós sebességet jelent27. 14 napos inkubáció után a Pseudomonas aeruginosa minták Rct értéke elérte a 32 kΩ cm2 értéket, ami jóval kisebb, mint a nem biológiai minták 489 kΩ cm2 értéke (4. táblázat).
Az 5. ábrán látható CLSM és SEM képek egyértelműen mutatják, hogy a 2707 HDSS minta felületén a biofilmbevonat 7 nap elteltével sűrű. 14 nap elteltével azonban a biofilmbevonat ritka volt, és néhány elhalt sejt jelent meg. Az 5. táblázat a 2707 HDSS minták biofilm vastagságát mutatja a P. aeruginosa 7 és 14 napos expozíciója után. A maximális biofilmvastagság 7 nap után 23,4 μm-ről 14 nap után 18,9 μm-re változott. Az átlagos biofilmvastagság is megerősítette ezt a tendenciát. 7 nap után 22,2 ± 0,7 μm-ről 14 nap után 17,8 ± 1,0 μm-re csökkent.
(a) 3D CLSM kép 7 nap elteltével, (b) 3D CLSM kép 14 nap elteltével, (c) SEM kép 7 nap elteltével és (d) SEM kép 14 nap elteltével.
Az EDS kémiai elemeket mutatott ki a P. aeruginosa baktériumnak 14 napig kitett minták biofilmjeiben és korróziós termékeiben. A 6. ábra azt mutatja, hogy a biofilmekben és a korróziós termékekben a C, N, O és P tartalom sokkal magasabb, mint a csupasz fémekben, mivel ezek az elemek a biofilmekhez és azok metabolitjaihoz kapcsolódnak. A mikrobáknak csak nyomokban van szükségük krómra és vasra. A biofilmben és a minták felületén lévő korróziós termékekben található magas Cr és Fe szint azt jelzi, hogy a fémmátrix a korrózió miatt elemeket veszített.
14 nap elteltével a 2216E táptalajon gödrösödést figyeltek meg P. aeruginosa jelenlétében és hiányában is. Inkubálás előtt a minta felülete sima és hibamentes volt (7a. ábra). Az inkubálás és a biofilm, valamint a korróziós termékek eltávolítása után a minták felületén lévő legmélyebb gödröket CLSM alatt vizsgálták, amint az a 7b. és c. ábrán látható. A nem biológiai kontrollminták felületén nem találtak szembetűnő gödröket (maximális gödörmélység 0,02 μm). A Pseudomonas aeruginosa által okozott maximális gödörmélység 7 nap után 0,52 μm, 14 nap után pedig 0,69 μm volt, 3 minta átlagos maximális gödörmélységén alapulva (mindegyik mintához 10 maximális gödörmélység-értéket választottak ki), elérve a 0,42 ± 0,12 μm-t, illetve a 0,52 ± 0,15 μm-t (5. táblázat). Ezek a gödörmélység-értékek kicsik, de fontosak.
(a) Expozíció előtt, (b) 14 nap abiotikus táptalajon és (c) 14 nap Pseudomonas aeruginosa táptalajban.
A 8. ábra a különböző mintafelületek XPS-spektrumait mutatja, és az egyes felületek esetében elemzett kémiai összetételeket a 6. táblázat foglalja össze. A 6. táblázatban a Fe és Cr atomszázalékai P. aeruginosa jelenlétében (A és B minta) sokkal alacsonyabbak voltak, mint a nem biológiai kontrollmintáknál (C és D minta). A P. aeruginosa minta esetében a Cr 2p magszintű spektrális görbét négy csúcskomponenshez illesztették, amelyek kötési energiája (BE) 574,4, 576,6, 578,3 és 586,8 eV volt, amelyek a Cr, Cr2O3, CrO3 és Cr(OH)3 ionoknak tulajdoníthatók (9a. és b. ábra). Nem biológiai minták esetében a Cr 2p magszintű spektrum két fő csúcsot tartalmaz a Cr (573,80 eV a BE esetében) és a Cr2O3 (575,90 eV a BE esetében) a 9c. és d. ábrán. A legszembetűnőbb különbség az abiotikus és a A P. aeruginosa mintákban a Cr6+ jelenléte és a Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) magasabb relatív aránya volt a biofilm alatt.
A 2707 HDSS minta felületének széles XPS spektrumai a két közegben 7, illetve 14 napnak felelnek meg.
(a) 7 nap P. aeruginosa fertőzés, (b) 14 nap P. aeruginosa fertőzés, (c) 7 nap abiotikus közegben és (d) 14 nap abiotikus közegben.
A HDSS a legtöbb környezetben magas szintű korrózióállóságot mutat. Kim és munkatársai2 arról számoltak be, hogy az UNS S32707 HDSS-t erősen ötvözött DSS-ként definiálták, amelynek PREN értéke meghaladja a 45-öt. A 2707 HDSS minta PREN értéke ebben a munkában 49 volt. Ez a magas króm-, valamint a molibdén- és Ni-szintjének köszönhető, amelyek előnyösek savas és magas kloridtartalmú környezetben. Ezenkívül a jól kiegyensúlyozott összetétel és a hibamentes mikroszerkezet előnyös a szerkezeti stabilitás és a korrózióállóság szempontjából. A kiváló kémiai ellenállás ellenére azonban a kísérleti adatok ebben a munkában arra utalnak, hogy a 2707 HDSS nem teljesen immunis a P. aeruginosa biofilmek MIC-jére.
Az elektrokémiai eredmények azt mutatták, hogy a 2707 HDSS korróziós sebessége a P. aeruginosa táptalajban 14 nap után jelentősen megnőtt a nem biológiai táptalajhoz képest. A 2a. ábrán az Eocp csökkenését figyelték meg mind az abiotikus közegben, mind a P. aeruginosa táptalajban az első 24 órában. Ezután a biofilm teljesen befedi a minta felületét, és az Eocp viszonylag stabillá válik36. A biológiai Eocp szintje azonban jóval magasabb volt, mint a nem biológiai Eocp-é. Okkal feltételezhető, hogy ez a különbség a P. aeruginosa biofilmképződésnek köszönhető. A 2d. ábrán P. aeruginosa jelenlétében a 2707 HDSS icorr értéke elérte a 0,627 μA cm-2 értéket, ami nagyságrenddel magasabb volt, mint az abiotikus kontrollé (0,063 μA cm-2), ami összhangban volt az EIS által mért Rct értékkel. Az első néhány napban a P. impedanciaértékei... Az aeruginosa táptalajban a korrózióállóság a P. aeruginosa sejtek tapadása és a biofilmek kialakulása miatt megnőtt. Amikor azonban a biofilm teljesen befedi a minta felületét, az impedancia csökken. A védőréteget támadja meg először a biofilmek és a biofilm metabolitok képződése miatt. Ezért az idő múlásával a korrózióállóság csökkent, és a P. aeruginosa tapadása lokalizált korróziót okozott. Az abiotikus táptalajokban a trendek eltérőek voltak. A nem biológiai kontroll korrózióállósága sokkal magasabb volt, mint a P. aeruginosa táptalajnak kitett minták megfelelő értéke. Továbbá az abiotikus minták esetében a 2707 HDSS Rct értéke a 14. napon elérte a 489 kΩ cm2-t, ami 15-szöröse volt a P. aeruginosa jelenlétében mért Rct értéknek (32 kΩ cm2). Ezért a 2707 HDSS kiváló korrózióállósággal rendelkezik steril környezetben, de nem ellenáll a P. aeruginosa biofilmek MIC támadásának.
Ezek az eredmények a 2b. ábrán látható polarizációs görbékből is megfigyelhetők. Az anódos elágazást a Pseudomonas aeruginosa biofilmképződésnek és a fémoxidációs reakcióknak tulajdonították. Ugyanakkor a katódos reakció az oxigén redukciója. A P. aeruginosa jelenléte nagymértékben megnövelte a korróziós áramsűrűséget, körülbelül egy nagyságrenddel magasabbra, mint az abiotikus kontroll esetében. Ez azt jelzi, hogy a P. aeruginosa biofilm fokozza a 2707 HDSS lokalizált korrózióját. Yuan és munkatársai29 azt találták, hogy a 70/30 Cu-Ni ötvözet korróziós áramsűrűsége megnőtt a P. aeruginosa biofilm hatására. Ez a Pseudomonas aeruginosa biofilmek oxigénredukciójának biokatalízisének tudható be. Ez a megfigyelés magyarázhatja a 2707 HDSS minimális gátló koncentrációját (MIC) is ebben a munkában. Az aerob biofilmek alatt kevesebb oxigén is lehet. Ezért a fémfelület oxigénnel történő újrapassziválásának elmaradása hozzájárulhat a MIC-hez ebben a munkában.
Dickinson és munkatársai38 azt feltételezték, hogy a kémiai és elektrokémiai reakciók sebességét közvetlenül befolyásolhatja a minta felületén lévő ülő baktériumok metabolikus aktivitása és a korróziós termékek jellege. Amint az az 5. ábrán és az 5. táblázatban látható, mind a sejtek száma, mind a biofilm vastagsága csökkent 14 nap után. Ez ésszerűen magyarázható azzal, hogy 14 nap elteltével a 2707 HDSS felületén lévő ülő sejtek többsége a 2216E táptalaj tápanyaghiánya vagy a 2707 HDSS mátrixból felszabaduló mérgező fémionok miatt elpusztult. Ez a szakaszos kísérletek egyik korlátja.
Ebben a munkában a P. aeruginosa biofilm elősegítette a Cr és Fe lokális kimerülését a biofilm alatt a 2707 HDSS felületén (6. ábra). A 6. táblázatban a D mintában a Fe és Cr csökkenése látható a C mintához képest, ami azt jelzi, hogy a P. aeruginosa biofilm által okozott oldott Fe és Cr az első 7 napon túl is fennmaradt. A 2216E táptalajt tengeri környezet szimulálására használják. 17700 ppm Cl⁻-t tartalmaz, ami összehasonlítható a természetes tengervízben található mennyiséggel. A 17700 ppm Cl⁻ jelenléte volt a Cr csökkenésének fő oka az XPS-sel elemzett 7 és 14 napos abiotikus mintákban. A P. aeruginosa mintákhoz képest a Cr oldódása az abiotikus mintákban sokkal kisebb volt a 2707 HDSS erős Cl⁻- ellenállása miatt abiotikus környezetben. A 9. ábra a Cr6+ jelenlétét mutatja a passziváló filmben. Ez szerepet játszhat a Cr eltávolításában az acélfelületekről a P. aeruginosa biofilmek által. ahogy Chen és Clayton javasolta.
A baktériumok növekedése miatt a táptalaj pH-értéke a tenyésztés előtt és után 7,4, illetve 8,2 volt. Ezért a P. aeruginosa biofilm alatt a szerves savas korrózió valószínűleg nem járul hozzá ehhez a munkához a táptalaj viszonylag magas pH-értéke miatt. A nem biológiai kontroll táptalaj pH-ja nem változott szignifikánsan (a kezdeti 7,4-ről a végső 7,5-re) a 14 napos tesztidőszak alatt. Az oltóközeg pH-értékének növekedése az inkubáció után a P. aeruginosa metabolikus aktivitásának volt köszönhető, és tesztcsíkok hiányában is ugyanilyen hatással volt a pH-ra.
Amint a 7. ábrán látható, a P. aeruginosa biofilm által okozott maximális gödörmélység 0,69 μm volt, ami jóval nagyobb, mint az abiotikus közegé (0,02 μm). Ez összhangban van a fent leírt elektrokémiai adatokkal. A 0,69 μm-es gödörmélység több mint tízszer kisebb, mint a 2205 DSS esetében azonos körülmények között jelentett 9,5 μm-es érték. Ezek az adatok azt mutatják, hogy a 2707 HDSS jobb MIC-ellenállást mutat a 2205 DSS-hez képest. Ez nem meglepő, mivel a 2707 HDSS magasabb krómtartalommal rendelkezik, ami hosszabb ideig tartó passzivációt biztosít a káros másodlagos kicsapódások nélküli kiegyensúlyozott fázisszerkezetnek köszönhetően, ami megnehezíti a P. aeruginosa depassziválását és a startpontok elhalványulását.
Összefoglalva, a MIC gödrösödést figyeltek meg a 2707 HDSS felületén a P. aeruginosa táptalajban, míg az abiotikus közegben elhanyagolható gödrösödés volt megfigyelhető. Ez a munka azt mutatja, hogy a 2707 HDSS jobb MIC-ellenállással rendelkezik, mint a 2205 DSS, de a P. aeruginosa biofilm miatt nem teljesen immunis a MIC-re. Ezek az eredmények segítenek a megfelelő rozsdamentes acélok kiválasztásában és a tengeri környezetben való élettartam becslésében.
A 2707 HDSS kuponját a kínai Shenyangban található Northeastern University (NEU) Kohómérnöki Tanszéke biztosítja. A 2707 HDSS elemi összetételét az 1. táblázat mutatja, amelyet az NEU Anyagelemzési és Vizsgálati Osztálya elemzett. Minden mintát 1180 °C-on 1 órán át oldatkezelésnek vetettek alá. A korrózióvizsgálat előtt az 1 cm2 felső szabad felületű, érme alakú 2707 HDSS-t 2000-es szemcseméretűre polírozták szilícium-karbid papírral, majd 0,05 μm-es Al2O3 por szuszpenzióval tovább polírozták. Az oldalakat és az alját inert festék védte. Szárítás után a mintákat steril ioncserélt vízzel öblítették, és 75% (v/v) etanollal sterilizálták 0,5 órán át. Ezután felhasználás előtt 0,5 órán át levegőn szárították ultraibolya (UV) fény alatt.
A tengeri Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 törzset a kínai Xiamen Marine Culture Collection Centerből (MCCC) vásároltuk. A Pseudomonas aeruginosa-t aerob körülmények között tenyésztettük 37°C-on 250 ml-es lombikokban és 500 ml-es elektrokémiai üvegcellákban, Marine 2216E folyékony táptalajban (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kína). Táptalaj (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 élesztőkivonat és 0,1 vas-citrát. Autoklávozás 121°C-on 20 percig a beoltás előtt. Számolja meg az ülő és planktonikus sejteket hemocitométerrel, fénymikroszkóp alatt, 400-szoros nagyításban. A planktonikus Pseudomonas aeruginosa kezdeti sejtkoncentrációja közvetlenül a beoltás után körülbelül 106 sejt/ml volt.
Az elektrokémiai vizsgálatokat egy klasszikus, háromelektródás üvegcellában végezték, 500 ml-es közegtérfogattal. Egy platinalemezt és egy telített kalomelelektródot (SCE) csatlakoztattak a reaktorhoz sóhidakkal töltött Luggin-kapillárisokon keresztül, amelyek ellen- és referenciaelektródként szolgáltak. A munkaelektródok elkészítéséhez minden mintához gumibevonatú rézhuzalt rögzítettek, és epoxigyantával vonták be, körülbelül 1 cm2-es szabad egyoldalas felületet hagyva a munkaelektród számára. Az elektrokémiai mérések során a mintákat 2216E közegbe helyezték, és állandó inkubációs hőmérsékleten (37 °C) tartották vízfürdőben. Az OCP, LPR, EIS és a potenciális dinamikus polarizációs adatokat Autolab potenciosztáttal (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA) mérték. Az LPR vizsgálatokat 0,125 mV s-1 pásztázási sebességgel rögzítették -5 és 5 mV tartományban Eocp-vel és 1 Hz mintavételi frekvenciával. Az EIS-t szinuszhullámmal végezték 0,01 és 5000 Hz közötti frekvenciatartományban. 10 000 Hz-en, 5 mV alkalmazott feszültség mellett, állandósult Eocp állapotban. A potenciálszűrés előtt az elektródák nyitott áramkörű üzemmódban voltak, amíg el nem érték a stabil szabad korróziós potenciál értéket. Ezután -0,2 és 1,5 V között polarizációs görbéket futtattak az Eocp függvényében 0,166 mV/s pásztázási sebességgel. Minden tesztet háromszor megismételtek P. aeruginosa-val és anélkül.
A metallográfiai elemzéshez használt mintákat mechanikusan polírozták 2000-es szemcseméretű nedves SiC papírral, majd 0,05 μm-es Al2O3 por szuszpenzióval polírozták optikai megfigyelés céljából. A metallográfiai elemzést optikai mikroszkóppal végezték. A mintákat 10 tömeg%-os kálium-hidroxid oldattal (43) maratták.
Inkubálás után a mintákat háromszor mostuk foszfáttal pufferolt sóoldattal (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), majd 2,5% (v/v) glutaraldehiddel fixáltuk 10 órán át a biofilmek rögzítése érdekében. Ezt követően fokozatos etanol-sorozattal (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% és 100% v/v) dehidratáltuk, mielőtt levegőn szárítottuk volna. Végül a minta felületét aranyfóliával porlasztottuk, hogy vezetőképességet biztosítsunk az SEM megfigyeléshez. Az SEM képeket azokra a foltokra fókuszáltuk, amelyeken a legülő P. aeruginosa sejtek voltak az egyes minták felületén. EDS-analízist végeztünk a kémiai elemek megtalálásához. A gödrök mélységének mérésére Zeiss konfokális lézeres pásztázó mikroszkópot (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Németország) használtunk. A biofilm alatti korróziós gödrök megfigyelése érdekében a próbadarabot először a kínai nemzeti szabvány (CNS) szerint tisztítottuk. A GB/T4334.4-2000 szabvány szerint a korróziós termékek és a biofilm eltávolítására a próbadarab felületéről.
A röntgen-fotoelektron spektroszkópiás (XPS, ESCALAB250 felületelemző rendszer, Thermo VG, USA) analízist monokromatikus röntgenforrással (alumínium Kα vonal 1500 eV energiával és 150 W teljesítménnyel) végeztük széles kötési energiatartományban, 0-tól standard körülmények között –1350 eV-ig. Nagy felbontású spektrumokat vettünk fel 50 eV áteresztő energiával és 0,2 eV lépésközzel.
Az inkubált mintákat eltávolítottuk, és 15 másodpercig óvatosan PBS-sel (pH 7,4 ± 0,2) öblítettük. A mintákon lévő biofilmek bakteriális életképességének megfigyelésére a biofilmeket LIVE/DEAD BacLight bakteriális életképességi készlettel (Invitrogen, Eugene, OR, USA) festettük. A készlet két fluoreszcens festéket tartalmaz, egy zöld fluoreszcens SYTO-9 festéket és egy piros fluoreszcens propidium-jodid (PI) festéket. CLSM alatt a fluoreszcens zöld és piros pontok az élő, illetve az elhalt sejteket jelölik. A festéshez 1 ml, 3 μl SYTO-9-et és 3 μl PI oldatot tartalmazó keveréket inkubáltunk 20 percig szobahőmérsékleten (23 °C), sötétben. Ezután a festett mintákat két hullámhosszon (488 nm az élő sejtek és 559 nm az elhalt sejtek esetében) figyeltük meg Nikon CLSM géppel (C2 Plus, Nikon, Japán). A biofilm vastagságát 3D szkennelési módban mértük.
Hogyan idézzük ezt a cikket: Li, H. et al. 2707 szuperduplex rozsdamentes acél mikrobiális korróziója tengeri Pseudomonas aeruginosa biofilm által. science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. és Zucchi, F. LDX 2101 duplex rozsdamentes acél feszültségkorróziós repedése kloridoldatban tioszulfát jelenlétében. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS és Park, YS Az oldatos hőkezelés és a védőgázban lévő nitrogén hatása a szuperduplex rozsdamentes acél hegesztések gödrös korrózióállóságára. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. és Lewandowski, Z. A mikrobiális és elektrokémiai úton indukált gödrös korrózió összehasonlító kémiai vizsgálata 316L rozsdamentes acélban. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG és Xiao, K. 2205 duplex rozsdamentes acél elektrokémiai viselkedése különböző pH-jú lúgos oldatokban klorid jelenlétében. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS és Ray, RI. A tengeri biofilmek hatása a korrózióra: rövid áttekintés. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).