Merci fir Äre Besuch op Nature.com. D'Browserversioun, déi Dir benotzt, ënnerstëtzt CSS limitéiert. Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech, en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten). An der Zwëschenzäit, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, wäerte mir d'Websäit ouni Stiler a JavaScript uweisen.
Mikrobiell Korrosioun (MIC) ass e seriéist Problem a ville Branchen, well se grouss wirtschaftlech Verloschter verursaache kann. 2707 Super-Duplex-Edelstol (2707 HDSS) gëtt a Marineëmfeld wéinst senger exzellenter chemescher Resistenz benotzt. Seng Resistenz géint MIC gouf awer net experimentell nogewisen. An dëser Studie gouf d'MIC-Verhale vun 2707 HDSS, verursaacht duerch d'marin aerob Bakterie Pseudomonas aeruginosa, ënnersicht. Elektrochemesch Analysen hunn gewisen, datt et a Präsenz vu Pseudomonas aeruginosa Biofilm am 2216E Medium eng positiv Ännerung vum Korrosiounspotenzial an eng Erhéijung vun der Korrosiounsstroumdicht gouf. Röntgenphotoelektronespektroskopie (XPS) Analysen hunn eng Ofsenkung vum Cr-Gehalt op der Uewerfläch vun der Prouf ënner dem Biofilm gewisen. Bildgebungsanalysen vun de Lächer hunn gewisen, datt de P. aeruginosa Biofilm eng maximal Lächerdéift vun 0,69 μm während 14 Deeg Inkubatioun produzéiert huet. Och wann dëst kleng ass, weist et drop hin, datt 2707 HDSS net voll immun géint d'MIC vun ... ass. P. aeruginosa Biofilmer.
Duplex Edelstahl (DSS) gi wäit an verschiddenen Industrien fir hir ideal Kombinatioun aus exzellente mechaneschen Eegeschaften a Korrosiounsbeständegkeet1,2 benotzt. Allerdéngs trëtt ëmmer nach lokal Pitting op an et beaflosst d'Integritéit vun dësem Stol3,4. DSS ass net resistent géint mikrobiell Korrosioun (MIC)5,6. Trotz der breeder Palette vun Uwendungen vun DSS gëtt et ëmmer nach Ëmfeld, wou d'Korrosiounsbeständegkeet vun DSS net fir laangfristeg Notzung ausräicht. Dëst bedeit, datt méi deier Materialien mat enger méi héijer Korrosiounsbeständegkeet erfuerderlech sinn. Jeon et al7 hunn festgestallt, datt och Super-Duplex Edelstahl (SDSS) e puer Aschränkungen a punkto Korrosiounsbeständegkeet hunn. Dofir gi Super-Duplex Edelstahl (HDSS) mat enger méi héijer Korrosiounsbeständegkeet a verschiddenen Uwendungen erfuerderlech. Dëst huet zu der Entwécklung vun héichlegéierten HDSS gefouert.
D'Korrosiounsbeständegkeet vun DSS hänkt vum Verhältnes vun Alpha- a Gamma-Phasen an de Cr-, Mo- a W-ofgebauten Regiounen 8, 9, 10 niewent der zweeter Phas of. HDSS enthält en héije Gehalt u Cr, Mo an N11, sou datt et eng exzellent Korrosiounsbeständegkeet an eng héich (45-50) Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) huet, bestëmmt duerch Gew.-% Cr + 3,3 (Gew.-% Mo + 0,5 Gew.-% W) ​​+ 16 Gew.-% N12. Seng exzellent Korrosiounsbeständegkeet baséiert op enger ausgeglachener Zesummesetzung, déi ongeféier 50% Ferrit- (α)- a 50% Austenit- (γ)-Phasen enthält. HDSS huet besser mechanesch Eegeschaften an eng méi héich Widderstandsfäegkeet wéi konventionell DSS13. Chloridkorrosiounseigenschaften. Déi verbessert Korrosiounsbeständegkeet erweidert d'Benotzung vun HDSS a méi korrosive Chloridëmfeld, wéi z. B. Marineëmfeld.
MICs sinn e grousst Problem a ville Branchen, wéi Ueleg a Gas a Waasserversuergungsbetriber14. MIC mécht 20% vun alle Korrosiounsschued aus15. MIC ass bioelektrochemesch Korrosioun, déi a ville Ëmfeld observéiert ka ginn. Biofilmer, déi sech op Metalloberflächen bilden, veränneren d'elektrochemesch Konditiounen a beaflossen doduerch de Korrosiounsprozess. Et gëtt allgemeng ugeholl, datt MIC-Korrosioun duerch Biofilmer verursaacht gëtt. Elektrogen Mikroorganismen korrodéieren Metaller fir nohalteg Energie ze kréien fir ze iwwerliewen17. Rezent MIC-Studien hunn gewisen, datt EET (extrazellulär Elektronentransfer) de geschwindegkeetsbeschränkende Faktor am MIC ass, deen duerch elektrogen Mikroorganismen induzéiert gëtt. Zhang et al.18 hunn demonstréiert, datt Elektronenmediatoren den Elektronentransfer tëscht Desulfovibrio sessificans Zellen an 304 Edelstol beschleunegen, wat zu engem méi schwéiere MIC-Attack féiert. Enning et al.19 a Venzlaff et al.20 hunn gewisen, datt korrosiv sulfatreduzéiert Bakterien (SRB) Biofilmer direkt Elektronen aus Metallsubstrater absorbéiere kënnen, wat zu enger schwéierer Pittingkorrosioun féiert.
DSS ass bekannt dofir ufälleg fir MIC an Ëmfeld mat SRB, eisenreduzéierende Bakterien (IRB), etc. 21 ze sinn. Dës Bakterien verursaachen lokaliséiert Pitting op DSS-Uewerflächen ënner Biofilmer 22,23. Am Géigesaz zu DSS ass de MIC vun HDSS 24 schlecht bekannt.
Pseudomonas aeruginosa ass e gramnegativt beweeglecht staaffërmegt Bakterium, dat wäit an der Natur verbreet ass25. Pseudomonas aeruginosa ass och eng wichteg mikrobiell Grupp an der mariner Ëmwelt, déi MIC a Stol verursaacht. Pseudomonas ass enk u Korrosiounsprozesser bedeelegt a gëtt als Pionéierkolonisator während der Biofilmbildung unerkannt. Mahat et al.28 an Yuan et al.29 hunn demonstréiert, datt Pseudomonas aeruginosa d'Tendenz huet, d'Korrosiounsquote vu mëllen Stol a Legierungen a wässeregen Ëmfeld ze erhéijen.
D'Haaptzil vun dëser Aarbecht war et, d'MIC-Eegeschafte vun 2707 HDSS z'ënnersichen, déi vum marine aerobe Bakterium Pseudomonas aeruginosa verursaacht ginn, andeems elektrochemesch Methoden, Uewerflächenanalytesch Techniken an d'Korrosiounsproduktanalyse benotzt goufen. Elektrochemesch Studien, dorënner Open Circuit Potential (OCP), Linear Polarisatiounswiderstand (LPR), Elektrochemesch Impedanzspektroskopie (EIS) a Potenzialdynamesch Polarisatioun, goufen duerchgefouert fir d'MIC-Verhale vun 2707 HDSS ze studéieren. Eng Energiedispersivspektrometer (EDS)-Analyse gouf duerchgefouert fir chemesch Elementer op der korrodéierter Uewerfläch ze fannen. Zousätzlech gouf eng Röntgenphotoelektronspektroskopie (XPS)-Analyse benotzt fir d'Stabilitéit vun der Oxidfilmpassivatioun ënner dem Afloss vun enger mariner Ëmwelt mat Pseudomonas aeruginosa ze bestëmmen. D'Gruefdéift gouf ënner engem konfokale Laserscanningmikroskop (CLSM) gemooss.
Tabelle 1 weist déi chemesch Zesummesetzung vun 2707 HDSS op. Tabelle 2 weist, datt 2707 HDSS exzellent mechanesch Eegeschafte mat enger Streckgrenz vu 650 MPa huet. Figur 1 weist déi optesch Mikrostruktur vun der Léisungshëtzbehandelter 2707 HDSS. Verlängert Bänner vun Austenit- a Ferritphasen ouni Sekundärphasen kënnen an der Mikrostruktur gesi ginn, déi ongeféier 50% Austenit- a 50% Ferritphasen enthält.
Figur 2a weist d'Donnéeë vum Open-Circuit-Potenzial (Eocp) am Verglach zur Beliichtungszäit fir 2707 HDSS an abioteschem 2216E-Medium a P. aeruginosa-Bouillon fir 14 Deeg bei 37 °C. Si weist, datt déi gréisst a bedeitendst Ännerung vum Eocp bannent den éischten 24 Stonnen stattfënnt. D'Eocp-Wäerter hunn a béide Fäll hire Maximum bei -145 mV (vs. SCE) no ongeféier 16 Stonnen erreecht an sinn duerno staark gefall, bis se -477 mV (vs. SCE) a -236 mV (vs. SCE) fir déi abiotesch Prouf respektiv P erreecht hunn. Pseudomonas aeruginosa-Couponen. No 24 Stonnen war den Eocp-Wäert vun 2707 HDSS fir P. aeruginosa relativ stabil bei -228 mV (vs. SCE), während de korrespondéierende Wäert fir net-biologesch Proben ongeféier -442 mV (vs. SCE) war. Den Eocp a Präsenz vu P. aeruginosa war zimmlech niddreg.
Elektrochemesch Tester vun 2707 HDSS-Prouwe an abioteschem Medium a Pseudomonas aeruginosa-Bouillon bei 37 °C:
(a) Eocp als Funktioun vun der Beliichtungszäit, (b) Polarisatiounskurven um Dag 14, (c) Rp als Funktioun vun der Beliichtungszäit an (d) icorr als Funktioun vun der Beliichtungszäit.
Tabelle 3 weist d'elektrochemesch Korrosiounsparameterwäerter vun 2707 HDSS-Proben op, déi 14 Deeg laang engem abiotesche Medium an engem mat Pseudomonas aeruginosa geimpfte Medium ausgesat waren. D'Tangenten vun den anodeschen a kathodesche Kurven goufen extrapoléiert, fir op d'Schnëttpunkten ze kommen, déi d'Korrosiounsstroumdicht (icorr), d'Korrosiounspotenzial (Ecorr) an d'Tafel-Steigungen (βα an βc) no Standardmethoden30,31 ergëtt hunn.
Wéi an der Figur 2b gewisen, huet déi no uewe Verrécklung vun der P. aeruginosa-Kurv zu enger Erhéijung vum Ecorr am Verglach mat der abiotescher Kurv gefouert. Den iCorr-Wäert, deen proportional zu der Korrosiounsquote ass, ass an der Pseudomonas aeruginosa-Prouf op 0,328 μA cm-2 geklommen, véiermol sou vill wéi déi vun der net-biologescher Prouf (0,087 μA cm-2).
LPR ass eng klassesch net-destruktiv elektrochemesch Method fir eng séier Korrosiounsanalyse. Si gouf och benotzt fir MIC32 ze studéieren. Figur 2c weist de Polarisatiounswidderstand (Rp) als Funktioun vun der Beliichtungszäit. En héije Rp-Wäert bedeit manner Korrosioun. Bannent den éischten 24 Stonnen huet den Rp vun 2707 HDSS e maximalen Wäert vun 1955 kΩ cm2 fir abiotesch Proben an 1429 kΩ cm2 fir Pseudomonas aeruginosa-Proben erreecht. Figur 2c weist och, datt den Rp-Wäert no engem Dag séier erofgaangen ass an dann déi nächst 13 Deeg relativ onverännert bliwwen ass. Den Rp-Wäert vun der Pseudomonas aeruginosa-Prouf ass ongeféier 40 kΩ cm2, wat vill méi niddreg ass wéi de Wäert vun 450 kΩ cm2 vun der net-biologescher Prouf.
Den icorr-Wäert ass proportional zu der eenheetlecher Korrosiounsquote. Säi Wäert kann aus der folgender Stern-Geary-Equatioun berechent ginn:
No Zou et al. 33 gouf e typesche Wäert vun der Tafel-Steigung B an dëser Aarbecht op 26 mV/dec ugeholl. Figur 2d weist, datt den iCorr vun der net-biologescher 2707-Prouf relativ stabil bliwwen ass, während d'P. aeruginosa-Prouf no den éischten 24 Stonnen staark schwankt huet. D'icorr-Wäerter vun de P. aeruginosa-Prouwe ware vill méi héich wéi déi vun den net-biologesche Kontrollen. Dësen Trend entsprécht de Resultater vum Polarisatiounswiderstand.
EIS ass eng aner net-destruktiv Technik, déi benotzt gëtt fir elektrochemesch Reaktiounen op korrodéierten Grenzflächen ze charakteriséieren. Impedanzspektren a berechent Kapazitéitswäerter vu Proben, déi abiotesche Medien a Pseudomonas aeruginosa-Léisung ausgesat sinn, Rb-Resistenz vum passive Film/Biofilm, deen op der Uewerfläch vun der Probe geformt gouf, Rct-Ladungstransferresistenz, Cdl elektresch Duebelschichtkapazitéit (EDL) a QCPE Konstantphasenelement (CPE) Parameter. Dës Parameter goufen weider analyséiert andeems d'Donnéeën mat engem Äquivalentschaltungsmodell (EEC) ugepasst goufen.
Figur 3 weist typesch Nyquist-Diagrammer (a an b) a Bode-Diagrammer (a' an b') vun 2707 HDSS-Proben an abioteschem Medium a P. aeruginosa-Bouillon fir verschidden Inkubatiounszäiten. Den Duerchmiesser vum Nyquist-Rank hëlt a Präsenz vu Pseudomonas aeruginosa of. De Bode-Diagramm (Fig. 3b') weist eng Erhéijung vun der Gréisst vun der Gesamtimpedanz. Informatiounen iwwer d'Relaxatiounszäitkonstant kënnen duerch d'Phasenmaxima geliwwert ginn. Figur 4 weist déi op Monolayer (a) an Duebelschicht (b) baséiert physikalesch Strukturen an hir entspriechend EECs. CPE gëtt an den EEC-Modell agefouert. Seng Admittanz an Impedanz ginn ausgedréckt wéi follegt:
Zwee physikalesch Modeller a korrespondéierend gläichwäerteg Schaltungen fir d'Upassung vum Impedanzspektrum vum 2707 HDSS-Probe:
wou Y0 d'Gréisst vum CPE ass, j déi imaginär Zuel oder (-1)1/2 ass, ω d'Wénkelfrequenz ass, an n den CPE-Leeschtungsindex manner wéi Eenheet ass35. D'Invers vum Ladungstransferwiderstand (dh 1/Rct) entsprécht der Korrosiounsquote. E méi klenge Rct bedeit eng méi séier Korrosiounsquote27. No 14 Deeg Inkubatioun huet den Rct vun de Pseudomonas aeruginosa-Prouwen 32 kΩ cm2 erreecht, vill méi kleng wéi déi 489 kΩ cm2 vun den net-biologesche Prouwen (Tabell 4).
D'CLSM-Biller an d'SEM-Biller an der Figur 5 weisen kloer, datt d'Biofilmofdeckung op der Uewerfläch vum 2707 HDSS-Prouf no 7 Deeg dicht ass. No 14 Deeg war d'Biofilmofdeckung awer spuersam an et sinn e puer dout Zellen opgetrueden. Tabelle 5 weist d'Biofilmdicke op 2707 HDSS-Prouwe no der Belaaschtung mat P. aeruginosa fir 7 an 14 Deeg. Déi maximal Biofilmdicke huet sech vun 23,4 μm no 7 Deeg op 18,9 μm no 14 Deeg geännert. Déi duerchschnëttlech Biofilmdicke huet dësen Trend och bestätegt. Si ass vun 22,2 ± 0,7 μm no 7 Deeg op 17,8 ± 1,0 μm no 14 Deeg erofgaang.
(a) 3D-CLSM-Bild no 7 Deeg, (b) 3D-CLSM-Bild no 14 Deeg, (c) SEM-Bild no 7 Deeg an (d) SEM-Bild no 14 Deeg.
EDS huet chemesch Elementer a Biofilmer a Korrosiounsprodukter op Proben opgedeckt, déi 14 Deeg laang P. aeruginosa ausgesat waren. Figur 6 weist, datt den Inhalt vu C, N, O a P a Biofilmer a Korrosiounsprodukter vill méi héich ass wéi dee a blanke Metaller, well dës Elementer mat Biofilmer an hire Metabolitte verbonne sinn. Mikroben brauchen nëmme Spuermengen u Chrom an Eisen. Héich Niveaue vu Cr a Fe am Biofilm a Korrosiounsprodukter op der Uewerfläch vun de Proben weisen drop hin, datt d'Metallmatrix Elementer wéinst Korrosioun verluer huet.
No 14 Deeg gouf Pitting mat an ouni P. aeruginosa am 2216E Medium observéiert. Virun der Inkubatioun war d'Uewerfläch vun der Prouf glat a fehlerfräi (Fig. 7a). No der Inkubatioun an der Entfernung vu Biofilm a Korrosiounsprodukter goufen déi déifst Lächer op der Uewerfläch vun de Prouwe ënner CLSM ënnersicht, wéi an der Figur 7b an c gewisen. Keng offensichtlech Lächer goufen op der Uewerfläch vun den net-biologesche Kontrollprouwe fonnt (maximal Lächerdéift 0,02 μm). Déi maximal Lächerdéift, verursaacht duerch Pseudomonas aeruginosa, war 0,52 μm no 7 Deeg an 0,69 μm no 14 Deeg, baséiert op der duerchschnëttlecher maximaler Lächerdéift vun 3 Prouwe (10 maximal Lächerdéiftwäerter goufen fir all Prouf ausgewielt) déi 0,42 ± 0,12 μm respektiv 0,52 ± 0,15 μm erreecht hunn (Tabell 5). Dës Lächerdéiftwäerter si kleng awer wichteg.
(a) Virun der Belaaschtung, (b) 14 Deeg an abioteschem Medium an (c) 14 Deeg an Pseudomonas aeruginosa-Bouillon.
Figur 8 weist d'XPS-Spektre vu verschiddene Proufflächen, an déi chemesch Zesummesetzungen, déi fir all Uewerfläch analyséiert goufen, sinn an der Tabell 6 zesummegefaasst. An der Tabell 6 waren d'Atomprozentsätz vu Fe a Cr a Präsenz vu P. aeruginosa (Prouwe A a B) vill méi niddreg wéi déi vun den net-biologesche Kontrollprouwe (Prouwe C an D). Fir d'P. aeruginosa-Prouf gouf d'Cr2p-Kärniveau-Spektralkurve op véier Peakkomponenten mat Bindungsenergie (BE)-Wäerter vu 574,4, 576,6, 578,3 an 586,8 eV ugepasst, déi op Cr, Cr2O3, CrO3 a Cr(OH)3 zréckzeféiere sinn (Fig. 9a an b). Fir net-biologesch Prouwe enthält de Cr2p-Kärniveau-Spektral zwou Haaptpeaken fir Cr (573,80 eV fir BE) a Cr2O3 (575,90 eV fir BE) an der Fig. 9c an d. Den opfällegsten Ënnerscheed tëscht den abioteschen a P. aeruginosa-Prouwen war d'Präsenz vu Cr6+ an enger méi héijer relativer Fraktioun vu Cr(OH)3 (BE vun 586,8 eV) ënner dem Biofilm.
Déi breet XPS-Spektre vun der Uewerfläch vum 2707 HDSS-Prouf an den zwou Medien sinn 7 Deeg respektiv 14 Deeg.
(a) 7 Deeg Belaaschtung mat P. aeruginosa, (b) 14 Deeg Belaaschtung mat P. aeruginosa, (c) 7 Deeg an abioteschem Medium an (d) 14 Deeg an abioteschem Medium.
HDSS weist an de meeschte Ëmfeld eng héich Korrosiounsbeständegkeet op. Kim et al. 2 hunn bericht, datt UNS S32707 HDSS als héichlegéiert DSS mat engem PREN vu méi wéi 45 definéiert gouf. De PREN-Wäert vun der 2707 HDSS-Prouf an dëser Aarbecht war 49. Dëst ass wéinst sengem héije Chromgehalt an den héije Molybdän- an Ni-Niveauen, déi a sauren an héije Chlorid-Ëmfeld virdeelhaft sinn. Zousätzlech sinn eng gutt ausgeglach Zesummesetzung an eng defektfräi Mikrostruktur nëtzlech fir strukturell Stabilitéit a Korrosiounsbeständegkeet. Trotz senger exzellenter chemescher Resistenz suggeréieren d'experimentell Donnéeën an dëser Aarbecht awer, datt 2707 HDSS net komplett immun géint de MIC vu P. aeruginosa-Biofilmer ass.
Elektrochemesch Resultater hunn gewisen, datt d'Korrosiounsquote vun 2707 HDSS an der P. aeruginosa-Bouillon no 14 Deeg am Verglach mat engem net-biologesche Medium däitlech eropgaangen ass. An der Figur 2a gouf eng Reduktioun vum Eocp souwuel am abiotesche Medium wéi och an der P. aeruginosa-Bouillon während den éischten 24 Stonnen observéiert. Duerno huet de Biofilm d'Uewerfläch vun der Prouf komplett bedeckt an den Eocp ass relativ stabil ginn36. Wéi och ëmmer, den Niveau vum biologeschen Eocp war vill méi héich wéi dee vum net-biologeschen Eocp. Et gëtt Grond unzehuelen, datt dësen Ënnerscheed op d'Bildung vum P. aeruginosa-Biofilm zeréckzeféieren ass. An der Fig. 2d huet den iCorr-Wäert vun 2707 HDSS a Präsenz vu P. aeruginosa 0,627 μA cm-2 erreecht, wat eng Gréisstenuerdnung méi héich war wéi dee vun der abiotescher Kontroll (0,063 μA cm-2), wat mam Rct-Wäert iwwereneestëmmt, deen duerch EIS gemooss gouf. Wärend den éischten Deeg sinn d'Impedanzwäerter am P. aeruginosa-Bouillon ass duerch d'Uschloss vu P. aeruginosa-Zellen an d'Bildung vu Biofilmer zougeholl. Wann de Biofilm awer d'Uewerfläch vun der Prouf komplett bedeckt, hëlt d'Impedanz of. Déi schützend Schicht gëtt als éischt ugegraff duerch d'Bildung vu Biofilmer a Biofilmmetabolitten. Dofir ass d'Korrosiounsbeständegkeet mat der Zäit erofgaang, an d'Uschloss vu P. aeruginosa huet lokal Korrosioun verursaacht. D'Trends an abiotesche Medien waren anescht. D'Korrosiounsbeständegkeet vun der net-biologescher Kontroll war vill méi héich wéi de korrespondéierende Wäert vun de Prouwe, déi der P. aeruginosa-Bouillon ausgesat waren. Ausserdeem huet fir abiotesch Prouwe den Rct-Wäert vun 2707 HDSS um 14. Dag 489 kΩ cm2 erreecht, wat 15 Mol de Rct-Wäert (32 kΩ cm2) a Präsenz vu P. aeruginosa war. Dofir huet 2707 HDSS eng exzellent Korrosiounsbeständegkeet an enger steriler Ëmwelt, ass awer net resistent géint MIC-Attack vu P. aeruginosa-Biofilmer.
Dës Resultater kënnen och aus de Polarisatiounskurven an der Fig. 2b observéiert ginn. Déi anodesch Verzweigung gouf op d'Bildung vu Pseudomonas aeruginosa-Biofilmer an d'Metalloxidatiounsreaktiounen zréckgefouert. Gläichzäiteg ass déi kathodesch Reaktioun d'Reduktioun vu Sauerstoff. D'Präsenz vu P. aeruginosa huet d'Korrosiounsstroumdicht staark erhéicht, ongeféier eng Gréisstenuerdnung méi héich wéi déi abiotesch Kontroll. Dëst weist drop hin, datt de P. aeruginosa-Biofilm d'lokal Korrosioun vun 2707 HDSS erhéicht. Yuan et al.29 hunn festgestallt, datt d'Korrosiounsstroumdicht vun der 70/30 Cu-Ni-Legierung ënner der Belaaschtung vum P. aeruginosa-Biofilm eropgaang ass. Dëst kéint op d'Biokatalyse vun der Sauerstoffreduktioun duerch Pseudomonas aeruginosa-Biofilmer zréckzeféieren sinn. Dës Observatioun kéint och de MIC vun 2707 HDSS an dëser Aarbecht erklären. Aerob Biofilmer kënnen och manner Sauerstoff drënner hunn. Dofir kéint d'Versoen, d'Metalloberfläche duerch Sauerstoff nei ze passivéieren, e bäidroe Faktor zum MIC an dëser Aarbecht sinn.
Dickinson et al. 38 hunn ugedeit, datt d'Geschwindegkeet vun de chemeschen an elektrochemesche Reaktiounen direkt vun der metabolescher Aktivitéit vu sessile Bakterien op der Uewerfläch vun der Prouf an der Natur vun de Korrosiounsprodukter beaflosst ka ginn. Wéi an der Figur 5 an der Tabell 5 gewisen, sinn souwuel d'Zellzuel wéi och d'Biofilmdicke no 14 Deeg erofgaang. Dëst kann een doduerch erklären, datt no 14 Deeg déi meescht vun de sessile Zellen op der Uewerfläch vum 2707 HDSS wéinst Nährstoffmangel am 2216E-Medium oder der Fräisetzung vun gëftege Metallionen aus der 2707 HDSS-Matrix gestuerwe sinn. Dëst ass eng Limitatioun vu Batchexperimenter.
An dëser Aarbecht huet de P. aeruginosa Biofilm d'lokal Ofbau vu Cr a Fe ënner dem Biofilm op der 2707 HDSS Uewerfläch gefördert (Fig. 6). An der Tabell 6 ass d'Reduktioun vu Fe a Cr an der Prouf D am Verglach zu der Prouf C ze gesinn, wat drop hiweist, datt opgeléist Fe a Cr, verursaacht duerch de P. aeruginosa Biofilm, iwwer déi éischt 7 Deeg eraus bestoe bliwwe sinn. De 2216E Medium gëtt benotzt fir Marineëmfeld ze simuléieren. Et enthält 17700 ppm Cl-, wat vergläichbar ass mat deem am natierleche Mierwaasser. D'Präsenz vun 17700 ppm Cl- war den Haaptgrond fir d'Reduktioun vu Cr an den 7- an 14-Deeg abiotesche Proben, déi mat XPS analyséiert goufen. Am Verglach mat P. aeruginosa Proben war d'Opléisung vu Cr an abiotesche Proben vill manner wéinst der staarker Cl- Resistenz vun 2707 HDSS an abioteschen Ëmfeld. Figur 9 weist d'Präsenz vu Cr6+ am Passivatiounsfilm. Et kéint un der Entfernung vu Cr vu Stahloberflächen duerch P bedeelegt sinn. aeruginosa Biofilmer, wéi vum Chen a Clayton proposéiert.
Wéinst dem Bakteriewuesstum louchen d'pH-Wäerter vum Medium virun an no der Kultivatioun bei 7,4 respektiv 8,2. Dofir ass et onwahrscheinlech, datt d'Korrosioun vun organesche Säure ënner dem P. aeruginosa-Biofilm e bäidroe Faktor zu dëser Aarbecht ass, wéinst dem relativ héije pH-Wäert am Bulkmedium. De pH-Wäert vum net-biologesche Kontrollmedium huet sech während der 14-Deeg-Testperiod net wesentlech geännert (vun initialen 7,4 op schlussendlech 7,5). D'Erhéijung vum pH-Wäert am Impfmedium no der Inkubatioun war op d'metabolesch Aktivitéit vu P. aeruginosa zeréckzeféieren an huet deeselwechten Effekt op de pH-Wäert och ouni Teststräifen festgestallt.
Wéi an der Figur 7 gewisen, war déi maximal Gruefdéift, déi duerch de P. aeruginosa Biofilm verursaacht gouf, 0,69 μm, wat vill méi grouss war wéi déi vum abiotesche Medium (0,02 μm). Dëst entsprécht den uewe beschriwwenen elektrochemeschen Donnéeën. Déi 0,69 μm Gruefdéift ass méi wéi zéngmol méi kleng wéi de Wäert vun 9,5 μm, dee fir den 2205 DSS ënner de selwechte Konditioune gemellt gouf. Dës Donnéeë weisen datt 2707 HDSS eng besser MIC-Resistenz am Verglach zum 2205 DSS weist. Dëst sollt net iwwerraschend sinn, well 2707 HDSS en méi héije Chromgehalt huet, wat eng méi laang dauerhaft Passivéierung suergt, wéinst der ausgeglachener Phasenstruktur ouni schiedlech sekundär Nidderschléi, wat et fir P. aeruginosa méi schwéier mécht ze depassivéieren an d'Punktverdäischtert unzefänken.
Schlussendlech gouf MIC-Pitting op der Uewerfläch vum 2707 HDSS an der P. aeruginosa-Bouillon festgestallt, am Verglach zu vernoléissegbarem Pitting an abiotesche Medien. Dës Aarbecht weist, datt 2707 HDSS eng besser MIC-Resistenz huet wéi 2205 DSS, awer net vollstänneg immun géint MIC ass wéinst dem P. aeruginosa-Biofilm. Dës Erkenntnisser hëllefen bei der Auswiel vu passenden Edelstahl a bei der geschätzter Liewensdauer fir d'Mieresëmwelt.
De Coupon fir 2707 HDSS gëtt vun der School of Metallurgy vun der Northeastern University (NEU) zu Shenyang, China, zur Verfügung gestallt. D'elementar Zesummesetzung vun 2707 HDSS ass an der Tabell 1 gewisen, déi vum NEU Materials Analysis and Testing Department analyséiert gouf. All Prouwe goufen 1 Stonn bei 1180 °C mat enger Léisung behandelt. Virum Korrosiounstest gouf mënzfërmeg 2707 HDSS mat enger ieweschter ausgesater Uewerfläch vun 1 cm2 mat Siliziumcarbidpabeier op 2000 Grit poléiert a weider mat enger 0,05 μm Al2O3 Pulversuspensioun poléiert. D'Säiten an den ënneschten Deel sinn duerch inert Faarf geschützt. Nom Dréchnen goufen d'Prouwe mat sterilem deioniséiertem Waasser gespullt a mat 75% (v/v) Ethanol fir 0,5 Stonnen steriliséiert. Si goufen dann 0,5 Stonnen ënner ultravioletter (UV) Liicht un der Loft gedréchent, ier se benotzt goufen.
De Stamm Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 gouf vum Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC) a China kaaft. Pseudomonas aeruginosa gouf aerob bei 37°C a 250 ml Kolben an 500 ml elektrochemesche Glaszellen mat Marine 2216E flëssegem Medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China) ugebaut. 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 Hefextrakt an 0,1 Eisen(III)citrat. Autoklav bei 121°C fir 20 Minutten virun der Impfung. Zielt sessil a planktonesch Zellen mat engem Hämocytometer ënner engem Liichtmikroskop bei 400x Vergréisserung. Déi initial Zellkonzentratioun vu planktonesche Pseudomonas aeruginosa direkt no der Impfung war ongeféier 106 Zellen/ml.
Elektrochemesch Tester goufen an enger klassescher Glaszell mat dräi Elektroden an engem mëttleren Volumen vu 500 ml duerchgefouert. Eng Platinplack an eng gesättigte Kalomelelektrode (SCE) goufen iwwer Luggin-Kapillaren, déi mat Salzbrécke gefëllt waren, an déi als Géige- a Referenzelektrode gedéngt hunn, mam Reaktor verbonnen. Fir d'Aarbechtselektroden ze maachen, gouf e gummibeschichtete Kupferdrot un all Prouf ugeschloss an mat Epoxy bedeckt, wouduerch ongeféier 1 cm2 fräigeluecht eenzeg Säiteg Uewerfläch fir d'Aarbechtselektrode iwwereg bliwwen ass. Wärend den elektrochemesche Miessunge goufen d'Prouwe an 2216E Medium placéiert an op enger konstanter Inkubatiounstemperatur (37 °C) an engem Waasserbad gehale. OCP, LPR, EIS a potenziell dynamesch Polarisatiounsdaten goufen mat engem Autolab Potentiostat (Referenz 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA) gemooss. LPR-Tester goufen mat enger Scanrate vun 0,125 mV s-1 iwwer de Beräich vun -5 an 5 mV mat Eocp an enger Samplingfrequenz vun 1 Hz opgeholl. EIS gouf mat enger Sinuswell am Frequenzberäich vun 0,01 duerchgefouert. bis 10.000 Hz mat enger ugewandter Spannung vu 5 mV beim stationären Eocp. Virum Potentialsweep waren d'Elektroden am Open-Circuit-Modus, bis e stabile fräie Korrosiounspotenzialwäert erreecht gouf. Polarisatiounskurve goufen dann vun -0,2 bis 1,5 V géint Eocp mat enger Scanrate vun 0,166 mV/s duerchgefouert. All Test gouf 3 Mol mat an ouni P. aeruginosa widderholl.
D'Prouwen fir d'metallographesch Analyse goufen mechanesch mat 2000 Grit naassem SiC-Pabeier poléiert an duerno weider mat 0,05 μm Al2O3-Pulversuspension fir optesch Observatioun poléiert. D'metallographesch Analyse gouf mat engem optesche Mikroskop duerchgefouert. D'Prouwen goufen mat enger 10 Gew.-% Kaliumhydroxidléisung 43 geätzt.
No der Inkubatioun goufen d'Prouwe 3-mol mat enger Phosphat-gepufferter Salzléisung (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) gewäsch an duerno mat 2,5% (v/v) Glutaraldehyd fir 10 Stonnen fixéiert fir Biofilmer ze fixéieren. Duerno gouf se mat enger graduéierter Serie (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% an 100% v/v) Ethanol dehydréiert, ier se un der Loft gedréchent goufen. Schlussendlech gëtt d'Uewerfläch vun der Prouf mat engem Goldfilm gesputtert, fir eng Konduktivitéit fir d'SEM-Observatioun ze garantéieren. D'SEM-Biller goufen op d'Flecken mat de sessilsten P. aeruginosa-Zellen op der Uewerfläch vun all Prouf fokusséiert. Eng EDS-Analyse gëtt duerchgefouert fir chemesch Elementer ze fannen. E Zeiss Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Däitschland) gouf benotzt fir d'Gréiftiefe ze moossen. Fir d'Korrosiounsgréef ënner dem Biofilm ze observéieren, gouf den Teststéck als éischt no der chinesescher Nationaler Norm gereinegt. (CNS) GB/T4334.4-2000 fir d'Korrosiounsprodukter an de Biofilm op der Uewerfläch vum Teststéck ze entfernen.
D'Röntgenphotoelektronspektroskopie (XPS, ESCALAB250 Uewerflächenanalysesystem, Thermo VG, USA) gouf mat enger monochromatescher Röntgenquell (Aluminium-Kα-Linn mat 1500 eV Energie an 150 W Leeschtung) iwwer e breede Bindungsenergieberäich vun 0 ënner Standardbedingungen -1350 eV duerchgefouert. Héichopléisend Spektre goufen mat enger Duerchgangsenergie vun 50 eV an enger Schrëttgréisst vun 0,2 eV opgeholl.
Déi inkubéiert Prouwe goufen erausgeholl a virsiichteg mat PBS (pH 7,4 ± 0,2) fir 15 Sekonnen a 45 Minutten gespullt. Fir d'bakteriell Viabilitéit vun de Biofilmer op de Prouwe z'observéieren, goufen d'Biofilmer mat dem LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA) gefierft. De Kit enthält zwou fluoreszent Faarfstoffer, e grénge fluoreszente SYTO-9 Faarfstoff an e roude fluoreszente Propidiumiodid (PI) Faarfstoff. Ënnert CLSM representéieren d'Punkte mat fluoreszentem gréngen a rouden liewegen respektiv doudegen Zellen. Fir d'Fierwung gouf eng 1 ml Mëschung mat 3 μl SYTO-9 an 3 μl PI Léisung fir 20 Minutten bei Raumtemperatur (23 °C) am Däischteren inkubéiert. Duerno goufen déi gefierft Prouwe bei zwou Wellelängten (488 nm fir lieweg Zellen an 559 nm fir dout Zellen) mat enger Nikon CLSM Maschinn (C2 Plus, Nikon, Japan) observéiert. D'Biofilmdicke gouf am 3-D Scanmodus gemooss.
Wéi een dësen Artikel zitéiert: Li, H. et al. Mikrobiell Korrosioun vu 2707 Super-Duplex-Edelstahl duerch marine Pseudomonas aeruginosa Biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spannungskorrosiounsrëssbildung vun LDX 2101 Duplex-Edelstahl a Chloridléisung a Präsenz vun Thiosulfat. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effekt vun der Léisungshëtzbehandlung a Stéckstoff am Schutzgas op d'Pittingkorrosiounsbeständegkeet vu Super-Duplex-Edelstahlschweißnähten. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Eng vergläichend chemesch Studie iwwer mikrobiell an elektrochemesch induzéiert Grëffkorrosioun an 316L Edelstahl. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Elektrochemescht Verhale vun 2205 Duplex Edelstahl an alkalesche Léisunge mat verschiddene pH-Wäerter a Präsenz vu Chlorid. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Den Effekt vu marine Biofilmer op Korrosioun: e präzise Réckbléck. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).