Merci fir Äre Besuch op Nature.com. D'Browserversioun, déi Dir benotzt, huet limitéiert CSS-Ënnerstëtzung. 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 duerstellen.
Mikrobiell Korrosioun (MIC) ass e seriéist Problem a ville Branchen, well se zu enorme wirtschaftleche Verloschter féiere kann. Super-Duplex-Edelstol 2707 (2707 HDSS) gëtt a maritime Ëmfeld benotzt wéinst senger exzellenter chemescher Resistenz. Seng Resistenz géint MIC gouf awer net experimentell nogewisen. Dës Studie huet d'Verhale vum MIC 2707 HDSS ënnersicht, dat vum marine aerobe Bakterium Pseudomonas aeruginosa verursaacht gëtt. Eng elektrochemesch Analyse huet gewisen, datt a Präsenz vu Pseudomonas aeruginosa-Biofilm am 2216E-Medium eng positiv Ännerung vum Korrosiounspotenzial an eng Erhéijung vun der Korrosiounsstroumdicht optrieden. D'Analyse vun der Röntgenphotoelektronespektroskopie (XPS) huet eng Ofsenkung vum Cr-Gehalt op der Uewerfläch vun der Prouf ënner dem Biofilm gewisen. Eng visuell Analyse vun de Lächer huet gewisen, datt de P. aeruginosa-Biofilm während 14 Deeg Inkubatioun eng maximal Lächerdéift vun 0,69 µm produzéiert huet. Obwuel dëst kleng ass, weist et drop hin, datt 2707 HDSS net komplett immun géint de MIC vu P. aeruginosa Biofilmer ass.
Duplex Edelstahl (DSS) gi wäit an verschiddenen Industrien agesat wéinst der perfekter Kombinatioun vun exzellenten mechaneschen Eegeschaften a Korrosiounsbeständegkeet1,2. Allerdéngs trëtt ëmmer nach lokaliséiert Pitting op an beaflosst d'Integritéit vun dësem Stol3,4. DSS ass net resistent géint mikrobiell Korrosioun (MIC)5,6. Trotz der breeder Palette vun Uwendungen fir 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 sinn a verschiddene Fäll Super-Duplex Edelstahl (HDSS) mat enger méi héijer Korrosiounsbeständegkeet erfuerderlech. Dëst huet zu der Entwécklung vun héichlegéierten HDSS gefouert.
D'Korrosiounsbeständegkeet DSS hänkt vum Verhältnes vun Alpha- a Gamma-Phasen of a gëtt a Cr-, Mo- a W-Regiounen 8, 9, 10 nieft der zweeter Phas ofgebaut. HDSS enthält en héije Gehalt u Cr, Mo an N11, dofir huet et eng exzellent Korrosiounsbeständegkeet an en héije Wäert (45-50) vun der gläichwäerteger Pitting-Resistenzzuel (PREN), bestëmmt duerch Gew.-% Cr + 3,3 (Gew.-% Mo + 0,5 Gew.-%W) + 16 Gew.-% N12. Seng exzellent Korrosiounsbeständegkeet hänkt vun enger ausgeglachener Zesummesetzung of, déi ongeféier 50% ferritesch (α) a 50% austenitesch (γ) Phasen enthält. HDSS huet besser mechanesch Eegeschaften an eng méi héich Resistenz géint Chloridkorrosioun. Eng verbessert Korrosiounsbeständegkeet erweidert d'Benotzung vun HDSS a méi aggressiven Chlorid-Ëmfeld, wéi z. B. Marine-Ëmfeld.
MICs sinn e grousst Problem a ville Branchen, wéi zum Beispill der Ueleg- a Gasindustrie an der Waasserindustrie14. MIC ass verantwortlech fir 20% vun alle Korrosiounsschued15. MIC ass eng bioelektrochemesch Korrosioun, déi a ville Ëmfeld observéiert ka ginn. Biofilmer, déi sech op Metalloberflächen bilden, änneren d'elektrochemesch Konditiounen a beaflossen doduerch de Korrosiounsprozess. Et gëtt allgemeng ugeholl, datt MIC-Korrosioun duerch Biofilmer verursaacht gëtt. Elektrogen Mikroorganismen iessen Metaller ewech, fir d'Energie ze kréien, déi se brauchen 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 Elektronenintermédiairen den Transfer vun Elektronen tëscht Desulfovibrio sessificans Zellen an 304 Edelstol beschleunegen, wat zu engem méi schwéiere MIC-Attack féiert. Anning et al.19 a Wenzlaff et al.20 hunn gewisen, datt Biofilmer vu korrosive sulfatreduzéierte Bakterien (SRBs) direkt Elektronen aus Metallsubstrater absorbéiere kënnen, wat zu schwéiere Pitting féiert.
DSS ass bekannt dofir ufälleg fir MIC a Medien ze sinn, déi SRBs, eisenreduzéierend Bakterien (IRBs), etc. enthalen. 21. Dës Bakterien verursaachen lokaliséiert Pitting op der Uewerfläch vun DSS ënner Biofilmer 22,23. Am Géigesaz zu DSS ass den HDSS 24 MIC net gutt bekannt.
Pseudomonas aeruginosa ass e gramnegativt, beweeglecht, staaffërmegt Bakterium, dat wäit an der Natur verbreet ass25. Pseudomonas aeruginosa ass och eng wichteg mikrobiell Grupp am Mieresëmfeld, wat erhéicht MIC-Konzentratioune verursaacht. Pseudomonas ass aktiv am Korrosiounsprozess involvéiert a gëtt als Pionéierkolonisator während der Biofilmbildung unerkannt. Mahat et al.28 an Yuan et al.29 hunn demonstréiert, datt Pseudomonas aeruginosa d'Korrosiounsquote vu mëllen Stol a Legierungen an aquateschen Ëmfeld erhéicht.
D'Haaptzil vun dëser Aarbecht war et, d'Eegeschafte vum MIC 2707 HDSS z'ënnersichen, déi vum marine aerobe Bakterium Pseudomonas aeruginosa verursaacht ginn, andeems elektrochemesch Methoden, Uewerflächenanalysemethoden an Korrosiounsproduktanalyse benotzt goufen. Elektrochemesch Studien, dorënner Open-Circuit-Potenzial (OCP), lineare Polarisatiounswiderstand (LPR), elektrochemesch Impedanzspektroskopie (EIS) a potenziell dynamesch Polarisatioun, goufen duerchgefouert fir d'Verhale vum MIC 2707 HDSS ze studéieren. Energiedispersiv spektrometresch Analyse (EDS) gouf duerchgefouert fir chemesch Elementer op enger korrodéierter Uewerfläch z'entdecken. Zousätzlech gouf Röntgenphotoelektronespektroskopie (XPS) benotzt fir d'Stabilitéit vun der Oxidfilmpassivatioun ënner dem Afloss vun enger mariner Ëmwelt mat Pseudomonas aeruginosa ze bestëmmen. D'Déift vun de Lächer gouf ënner engem konfokale Laser-Rastermikroskop (CLSM) gemooss.
Tabelle 1 weist déi chemesch Zesummesetzung vun 2707 HDSS. Tabelle 2 weist, datt 2707 HDSS exzellent mechanesch Eegeschafte mat enger Streckgrenz vu 650 MPa huet. Op Fig. 1 gëtt déi optesch Mikrostruktur vum Léisungshëtzbehandelten 2707 HDSS gewisen. An der Mikrostruktur, déi ongeféier 50% Austenit- a 50% Ferritphasen enthält, sinn verlängert Bänner vun Austenit- a Ferritphasen ouni Sekundärphasen sichtbar.
An der Fig. 2a gëtt de Potenzial vum oppene Circuit (Eocp) géint d'Beliichtungszäit fir 2707 HDSS an 2216E abioteschem Medium a P. aeruginosa-Bouillon fir 14 Deeg bei 37°C gewisen. Et weist, datt déi gréisst a bedeitendst Ännerung vum Eocp bannent den éischten 24 Stonnen geschitt. D'Eocp-Wäerter hunn a béide Fäll hire Peak bei -145 mV (am Verglach mat SCE) no ongeféier 16 Stonnen erreecht an duerno staark gefall, op -477 mV (am Verglach mat SCE) an -236 mV (am Verglach mat SCE) fir déi abiotesch Prouf. An d'P. Pseudomonas aeruginosa-Coupone respektiv. No 24 Stonnen war den Eocp 2707 HDSS-Wäert fir P. aeruginosa relativ stabil bei -228 mV (am Verglach mat SCE), während de korrespondéierende Wäert fir net-biologesch Prouwe ongeféier -442 mV (am Verglach mat SCE) war. Den Eocp a Präsenz vu P. aeruginosa war zimmlech niddreg.
Elektrochemesch Studie vun 2707 HDSS-Proben 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 Korrosiounsparameter vun 2707 HDSS-Prouwen, déi iwwer eng Period vun 14 Deeg abioteschen a mat Pseudomonas aeruginosa geimpfte Medien ausgesat waren. D'Tangenten vun den Anode- a Kathodekurven goufen extrapoléiert fir Schnëttpunkten ze kréien, déi d'Korrosiounsstroumdicht (icorr), d'Korrosiounspotenzial (Ecorr) an den Tafel-Steigung (βα an βc) no Standardmethoden30,31 ginn.
Wéi an der Fig. 2b gewisen, huet eng Verrécklung vun der P. aeruginosa-Kurv no uewen zu enger Erhéijung vum Ecorr am Verglach zu 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, wat véiermol méi grouss ass wéi an 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. An der Fig. 2c gëtt de Polarisatiounswidderstand (Rp) als Funktioun vun der Beliichtungszäit gewisen. En héije Rp-Wäert bedeit manner Korrosioun. Bannent den éischten 24 Stonnen huet den Rp 2707 HDSS e Maximum vun 1955 kΩ cm2 fir abiotesch Proben an 1429 kΩ cm2 fir Pseudomonas aeruginosa-Proben erreecht. D'Figur 2c weist och, datt den Rp-Wäert no engem Dag séier erofgaangen ass an dann an den nächsten 13 Deeg relativ onverännert bliwwen ass. Den Rp-Wäert vun enger Pseudomonas aeruginosa-Prouf ass ongeféier 40 kΩ cm2, wat vill méi niddreg ass wéi de Wäert vun 450 kΩ cm2 vun enger net-biologescher Prouf.
De Wäert vun icorr ass proportional zu der eenheetlecher Korrosiounsquote. Säi Wäert kann aus der folgender Stern-Giri-Equatioun berechent ginn:
Laut Zoe et al. 33 gouf den 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 Prouf 2707 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 Polarisatiounswidderstand.
EIS ass eng aner net-destruktiv Method, déi benotzt gëtt fir elektrochemesch Reaktiounen op korrodéierten Uewerflächen ze charakteriséieren. Impedanzspektren a berechent Kapazitéitswäerter vu Proben, déi enger abiotescher Ëmwelt an enger Pseudomonas aeruginosa-Léisung ausgesat sinn, de passive Film-/Biofilmwidderstand Rb, deen op der Proufuewerfläch geformt gouf, de Ladungstransferwidderstand Rct, d'elektresch Duebelschichtkapazitanz Cdl (EDL) a konstant QCPE Phasenelementparameter (CPE). Dës Parameter goufen weider analyséiert andeems d'Donnéeën mat engem Äquivalentschaltungsmodell (EEC) ugepasst goufen.
Op Fig. 3 sinn typesch Nyquist-Plots (a an b) a Bode-Plots (a' an b') fir 2707 HDSS-Prouwen an abiotesche Medien a P. aeruginosa-Bouillon fir verschidden Inkubatiounszäiten ze gesinn. Den Duerchmiesser vum Nyquist-Rank hëlt a Präsenz vu Pseudomonas aeruginosa of. De Bode-Plot (Fig. 3b') weist d'Erhéijung vun der Gesamtimpedanz. Informatiounen iwwer d'Relaxatiounszäitkonstant kënnen aus de Phasenmaxima kritt ginn. Op Fig. 4 sinn déi physikalesch Strukturen op Basis vun enger Monolayer (a) an enger Duebelschicht (b) an den entspriechenden EECs ze gesinn. 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 Beispill 2707 HDSS:
wou Y0 de KPI-Wäert ass, j déi imaginär Zuel oder (-1)1/2, ω d'Wénkelfrequenz ass, n de KPI-Leeschtungsindex manner wéi een ass35. D'Inversioun vum Ladungstransferwiderstand (dh 1/Rct) entsprécht der Korrosiounsquote. Wat méi kleng Rct ass, wat méi héich d'Korrosiounsquote27. No 14 Deeg Inkubatioun huet den Rct vu Pseudomonas aeruginosa-Prouwen 32 kΩ cm2 erreecht, wat vill manner ass wéi déi 489 kΩ cm2 vun net-biologesche Prouwen (Tabell 4).
D'CLSM-Biller an d'SEM-Biller an der Figur 5 weisen kloer, datt d'Biofilmbeschichtung op der Uewerfläch vun der HDSS-Prouf 2707 no 7 Deeg dicht ass. No 14 Deeg war d'Biofilmofdeckung awer schlecht 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.
EMF huet chemesch Elementer a Biofilmer a Korrosiounsprodukter op Proben opgedeckt, déi 14 Deeg laang P. aeruginosa ausgesat waren. An der Fig. 6 gëtt gewisen, datt den Inhalt vu C, N, O a P a Biofilmer a Korrosiounsprodukter däitlech méi héich ass wéi a pure Metaller, well dës Elementer mat Biofilmer an hire Metabolitte verbonne sinn. Mikroben brauchen nëmme Spuermengen u Chrom an Eisen. Héich Konzentratioune 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 goufen am Medium 2216E Lächer mat an ouni P. aeruginosa observéiert. Virun der Inkubatioun war d'Uewerfläch vun de Prouwe 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 mat CLSM ënnersicht, wéi an der Fig. 7b an c gewisen. Et gouf keng offensichtlech Lächer op der Uewerfläch vun net-biologesche Kontrollen fonnt (maximal Lächerdéift 0,02 µm). Déi maximal Lächerdéift, verursaacht duerch P. 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 Lächerdéiften goufen fir all Prouf ausgewielt). Erreeche vun 0,42 ± 0,12 µm respektiv 0,52 ± 0,15 µm (Tabell 5). Dës Lächerdéiftwäerter si kleng awer wichteg.
(a) virun der Belaaschtung, (b) 14 Deeg an enger abiotescher Ëmwelt, an (c) 14 Deeg an enger Pseudomonas aeruginosa-Bouillon.
An der Fig. Tabelle 8 weist d'XPS-Spektre vu verschiddene Proufflächen, an déi chemesch Zesummesetzung, déi fir all Uewerfläch analyséiert gouf, ass an der Tabelle 6 zesummegefaasst. An der Tabelle 6 waren d'Atomprozentsätz vu Fe a Cr a Präsenz vu P. aeruginosa (Prouwe A an B) vill méi niddreg wéi déi vun net-biologesche Kontrollen (Prouwe C an D). Fir eng P. aeruginosa-Prouf gouf d'Spektralkurve um Niveau vum Cr2p-Kär op véier Peakkomponenten mat Bindungsenergien (BE) 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 Spektrum vum Haapt-Cr2p-Niveau zwou Haaptpeaken fir Cr (573,80 eV fir BE) a Cr2O3 (575,90 eV fir BE) an de Fig. 9c respektiv d. Den opfällegsten Ënnerscheed tëscht abiotesche Proben a P. aeruginosa Proben war d'Präsenz vu Cr6+ an engem méi héije relative Prozentsaz vu Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) ënner dem Biofilm.
Déi breet XPS-Spektre vun der Uewerfläch vun der Prouf 2707 HDSS an zwou Medien sinn 7 respektiv 14 Deeg.
(a) 7 Deeg Belaaschtung mat P. aeruginosa, (b) 14 Deeg Belaaschtung mat P. aeruginosa, (c) 7 Deeg an engem abioteschen Ëmfeld, an (d) 14 Deeg an engem abioteschen Ëmfeld.
HDSS weist an de meeschte Ëmfeld en héije Korrosiounsbeständegkeetsniveau op. Kim et al.2 hunn bericht, datt HDSS UNS S32707 als héichlegéiert DSS mat engem PREN vu méi wéi 45 identifizéiert gouf. De PREN-Wäert vun der Prouf 2707 HDSS an dëser Aarbecht war 49. Dëst ass wéinst dem héije Chromgehalt an dem héije Molybdän- an Nickelgehalt, déi a sauren Ëmfeld an Ëmfeld mat héijem Chloridgehalt nëtzlech sinn. Zousätzlech si eng gutt ausgeglach Zesummesetzung an eng defektfräi Mikrostruktur virdeelhaft fir strukturell Stabilitéit a Korrosiounsbeständegkeet. Trotz senger exzellenter chemescher Resistenz suggeréieren déi experimentell Donnéeën an dëser Aarbecht, datt 2707 HDSS net komplett immun géint P. aeruginosa Biofilm MICs ass.
Elektrochemesch Resultater hunn gewisen, datt d'Korrosiounsquote vun 2707 HDSS an der P. aeruginosa-Bouillon no 14 Deeg am Verglach mat der net-biologescher Ëmwelt däitlech zougeholl huet. An der Figur 2a gouf eng Ofsenkung vum Eocp souwuel am abiotesche Medium wéi och an der P. aeruginosa-Bouillon an den éischten 24 Stonnen observéiert. Duerno bedeckt de Biofilm d'Uewerfläch vun der Prouf komplett, an den Eocp gëtt relativ stabil36. Wéi och ëmmer, de biologeschen Eocp-Niveau war vill méi héich wéi den net-biologeschen Eocp-Niveau. Et gëtt Grënn unzehuelen, datt dësen Ënnerscheed mat der Bildung vu P. aeruginosa-Biofilmer verbonnen ass. An der Fig. 2d huet den icorr 2707 HDSS-Wäert a Präsenz vu P. aeruginosa 0,627 μA cm-2 erreecht, wat eng Gréisstenuerdnung méi héich ass wéi dee vun der abiotescher Kontroll (0,063 μA cm-2), wat mam Rct-Wäert iwwereneestëmmt, deen duerch EIS gemooss gouf. An den éischten Deeg sinn d'Impedanzwäerter an der P. aeruginosa-Bouillon duerch d'Uschloss vun P. aeruginosa-Zellen an d'Bildung vu Biofilmer eropgaang. Wann de Biofilm awer d'Uewerfläch vun der Prouf komplett bedeckt, hëlt d'Impedanz of. Déi schützend Schicht gëtt haaptsächlech duerch d'Bildung vu Biofilmer a Biofilmmetabolitten ugegraff. Dofir ass d'Korrosiounsbeständegkeet mat der Zäit erofgaang an d'Uschloss vun P. aeruginosa huet zu lokaler Korrosioun gefouert. D'Trends an abioteschen Ëmfeld waren anescht. D'Korrosiounsbeständegkeet vun der net-biologescher Kontroll war vill méi héich wéi dee korrespondéierende Wäert vun de Prouwe, déi der P. aeruginosa-Bouillon ausgesat waren. Zousätzlech huet de Rct 2707 HDSS-Wäert fir abiotesch Accessiounen um 14. Dag 489 kΩ cm2 erreecht, wat 15 Mol méi héich ass wéi de Rct-Wäert (32 kΩ cm2) a Präsenz vu P. aeruginosa. Dofir huet 2707 HDSS eng exzellent Korrosiounsbeständegkeet an enger steriler Ëmwelt, awer ass net resistent géint MICs aus P. aeruginosa Biofilmer.
Dës Resultater kënnen och aus de Polarisatiounskurven an de Fig. 2b observéiert ginn. Anodesch Verzweigung gouf mat der Bildung vu Pseudomonas aeruginosa-Biofilmer a Metalloxidatiounsreaktiounen a Verbindung bruecht. An dësem Fall ass d'kathodesch Reaktioun d'Reduktioun vu Sauerstoff. D'Präsenz vu P. aeruginosa huet d'Korrosiounsstroumdicht däitlech erhéicht, ongeféier eng Gréisstenuerdnung méi héich wéi an der abiotescher Kontroll. Dëst weist drop hin, datt de P. aeruginosa-Biofilm d'lokaliséiert Korrosioun vun 2707 HDSS verstäerkt. Yuan et al.29 hunn festgestallt, datt d'Korrosiounsstroumdicht vun der Cu-Ni 70/30-Legierung ënner der Aktioun vum P. aeruginosa-Biofilm eropgaangen ass. Dëst kéint op d'Biokatalyse vun der Sauerstoffreduktioun duerch Pseudomonas aeruginosa-Biofilmer zréckzeféieren sinn. Dës Observatioun kéint och de MIC 2707 HDSS an dëser Aarbecht erklären. Et kéint och manner Sauerstoff ënner aerobe Biofilmer sinn. Dofir kéint d'Verweigerung, d'Metalloberfläche mat Sauerstoff nei ze passivéieren, e Faktor sinn, deen zum MIC an dëser Aarbecht bäidréit.
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 Proufoberfläche an der Natur vun de Korrosiounsprodukter beaflosst ka ginn. Wéi an der Figur 5 an der Tabell 5 gewisen, ass d'Zuel vun den Zellen an d'Biofilmdicke no 14 Deeg erofgaang. Dëst kann duerch d'Tatsaach erkläert ginn, 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 e P. aeruginosa Biofilm zu enger lokaler Ofsenkung vu Cr a Fe ënner dem Biofilm op der Uewerfläch vum 2707 HDSS bäigedroen (Fig. 6). Tabelle 6 weist d'Reduktioun vu Fe a Cr an der Prouf D am Verglach zur Prouf C, wat drop hiweist, datt dat opgeléist Fe a Cr, verursaacht vum P. aeruginosa Biofilm, déi éischt 7 Deeg bestoe bliwwe sinn. D'2216E Ëmwelt gëtt benotzt fir d'Marine Ëmwelt ze simuléieren. Et enthält 17700 ppm Cl-, wat vergläichbar mat sengem Gehalt am natierleche Mierwaasser ass. D'Präsenz vun 17700 ppm Cl- war den Haaptgrond fir d'Ofsenkung vu Cr an 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 Resistenz vum 2707 HDSS géint Chlor ënner abiotesche Konditiounen. Op Fig. 9 gëtt d'Präsenz vu Cr6+ am Passivéierungsfilm gewisen. Et kéint un der Entfernung vu Chrom vu Stahloberflächen duerch P. aeruginosa Biofilmer bedeelegt sinn, wéi vum Chen a Clayton proposéiert.
Wéinst dem Bakteriewuesstum louchen d'pH-Wäerter vum Medium virun an nom Kultivatioun bei 7,4 respektiv 8,2. Dofir ass et onwahrscheinlech, datt organesch Säurekorrosioun ënner dem P. aeruginosa Biofilm zu dëser Aarbecht bäidréit, 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 Sommedium no der Inkubatioun war op déi 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 ass wéi déi vum abiotesche Medium (0,02 µm). Dëst entsprécht den uewe beschriwwenen elektrochemeschen Donnéeën. D'Gruefdéift vun 0,69 µm ass méi wéi zéngmol méi kleng wéi de Wäert vun 9,5 µm, dee fir 2205 DSS ënner de selwechte Konditioune gemellt gouf. Dës Donnéeë weisen, datt 2707 HDSS eng besser Resistenz géint MICs weist wéi 2205 DSS. Dëst sollt net iwwerraschend sinn, well 2707 HDSS méi héich Cr-Niveauen huet, déi eng méi laang Passivéierung garantéieren, P. aeruginosa méi schwéier ze depassivéieren, an duerch seng ausgeglach Phasenstruktur ouni schiedlech sekundär Nidderschlag Gruef verursaachen.
Schlussendlech goufen MIC-Lächer op der Uewerfläch vum 2707 HDSS an der P. aeruginosa-Bouillon fonnt am Verglach mat onbedeitende Lächer an der abiotescher Ëmwelt. Dës Aarbecht weist, datt 2707 HDSS eng besser Resistenz géint MIC huet wéi 2205 DSS, awer et ass net komplett immun géint MIC wéinst dem P. aeruginosa-Biofilm. Dës Resultater hëllefen bei der Auswiel vu passenden Edelstahl a bei der Liewenserwaardung fir d'Mieresëmwelt.
Coupon fir 2707 HDSS vun der Northeastern University (NEU) School of Metallurgy zu Shenyang, China. 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 op eng fest Léisung behandelt. Virum Korrosiounstest gouf eng mënzfërmeg 2707 HDSS mat enger ieweschter oppener Uewerfläch vun 1 cm2 mat Siliziumcarbid-Sandpapier op 2000 Grit poléiert an duerno mat engem 0,05 µm Al2O3-Pulverschmierung poléiert. D'Säiten an den ënneschten Deel sinn mat inerter Faarf geschützt. Nom Trocknen goufen d'Prouwe mat sterilem deioniséiertem Waasser gewäsch 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 marine Pseudomonas aeruginosa Stamm MCCC 1A00099 gouf vum Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC) a China kaaft. Pseudomonas aeruginosa gouf ënner aerobe Konditioune 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. D'Medium enthält (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 6NH26NH3, 3,0016 NH3 5,0 Pepton, 1,0 Hefextrakt an 0,1 Eisencitrat. Autoklavéiert bei 121°C fir 20 Minutten virun der Impfung. Zielt sessil a planktonesch Zellen mat engem Hämocytometer ënner engem Liichtmikroskop bei 400-facher Vergréisserung. Déi initial Konzentratioun vu planktonescher 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. D'Platinplack an d'gesättigte Kalomelelektrode (SAE) goufen iwwer Luggin-Kapillaren, déi mat Salzbrécke gefëllt waren, an déi als Géige- respektiv Referenzelektrode gedéngt hunn, mam Reaktor verbonnen. Fir d'Fabrikatioun vun den Aarbechtselektroden gouf e gummiéierte Kupferdrot un all Prouf ugeschloss an mat Epoxyharz bedeckt, wouduerch ongeféier 1 cm2 ongeschützte Fläch fir d'Aarbechtselektrode op enger Säit bliwwen ass. Wärend den elektrochemesche Miessunge goufen d'Prouwe an de 2216E-Medium geluecht 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 am Beräich vun -5 bis 5 mV mat Eocp an enger Samplingrate vun 1 Hz opgeholl. D'EIS gouf mat enger Sinuswell iwwer e Frequenzberäich vun 0,01 bis 10.000 Hz mat enger ugewandter Spannung vu 5 mV bei stationärem Eocp duerchgefouert. Virum Potentialsweep waren d'Elektroden am Leermodus, bis e stabile Wäert vum fräie Korrosiounspotenzial erreecht gouf. D'Polarisatiounskurve goufen dann vun -0,2 bis 1,5 V als Funktioun vum Eocp mat enger Scanrate vun 0,166 mV/s gemooss. All Test gouf 3 Mol mat an ouni P. aeruginosa widderholl.
D'Prouwe fir d'metallographesch Analyse goufen mechanesch mat naassem 2000-Grit SiC-Pabeier poléiert an duerno weider mat enger 0,05 µm Al2O3-Pulversuspension fir optesch Observatioun poléiert. D'metallographesch Analyse gouf mat engem optesche Mikroskop duerchgefouert. D'Prouwe goufen mat enger 10 Gew.-%-Léisung vu Kaliumhydroxid 43 geätzt.
Nom Inkubatioun goufen d'Prouwen 3-mol mat 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 batchéiertem Ethanol (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% an 100% no Volumen) dehydréiert, ier se un der Loft gedréchent goufen. Schlussendlech gëtt e Goldfilm op d'Uewerfläch vun der Prouf ofgesat fir eng Konduktivitéit fir SEM-Observatioun ze garantéieren. SEM-Biller goufen op Flecken mat de sessileste P. aeruginosa-Zellen op der Uewerfläch vun all Prouf fokusséiert. Eng EDS-Analyse gouf duerchgefouert fir chemesch Elementer ze fannen. E Zeiss konfokale Laser-Scanning-Mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Däitschland) gouf benotzt fir d'Gréifendéift ze moossen. Fir Korrosiounslächer ënner dem Biofilm z'observéieren, gouf d'Testprouf als éischt no der chinesescher Nationalstandard (CNS) GB/T4334.4-2000 gereinegt, fir Korrosiounsprodukter a Biofilm vun der Uewerfläch vun der Testprouf ze entfernen.
D'Röntgenphotoelektronspektroskopie (XPS, ESCALAB250 Uewerflächenanalysesystem, Thermo VG, USA) gouf mat enger monochromatescher Röntgenquell (Aluminium Kα-Linn mat enger Energie vun 1500 eV an enger Leeschtung vun 150 W) an engem breede Beräich vu Bindungsenergien ënner Standardbedingungen vun –1350 eV duerchgefouert. Héichopléisend Spektre goufen mat enger Transmissiounsenergie vu 50 eV an engem Schrëtt vun 0,2 eV opgeholl.
Déi inkubéiert Prouwe goufen erausgeholl a virsiichteg mat PBS (pH 7,4 ± 0,2) fir 15 s45 gewäsch. Fir d'bakteriell Viabilitéit vu 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: SYTO-9 gréng fluoreszent Faarfstoff a Propidiumiodid (PI) rout fluoreszent Faarfstoff. Am CLSM representéieren déi fluoreszent gréng a rout Punkten lieweg respektiv dout Zellen. Fir d'Fierwung gouf 1 ml vun enger Mëschung mat 3 µl SYTO-9 an 3 µl PI-Léisung 20 Minutten bei Raumtemperatur (23°C) am Däischteren inkubéiert. Duerno goufen déi gefierft Prouwe mat zwou Wellelängten (488 nm fir lieweg Zellen a 559 nm fir dout Zellen) mat engem Nikon CLSM Apparat (C2 Plus, Nikon, Japan) ënnersicht. D'Biofilmdicke gouf am 3D-Scanmodus gemooss.
Wéi een dësen Artikel zitéiert: Li, H. et al. Mikrobiell Korrosioun vu 2707 Super-Duplex-Edelstahl duerch Pseudomonas aeruginosa Marine Biofilm. The Science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spannungskorrosiounsrëssbildung vun LDX 2101 Duplex Edelstahl a Chloridléisungen a Präsenz vun Thiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spannungskorrosiounsrëssbildung vun LDX 2101 Duplex Edelstahl a Chloridléisungen a Präsenz vun Thiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C., & Zucchi, F. хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spannungskorrosiounsrëssbildung vun Duplex-Edelstahl LDX 2101 a Chloridléisungen a Präsenz vun Thiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C., & Zucchi, F. LDX 2101.双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C., & Zucchi, F. хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spannungskorrosiounsrëssbildung vun Duplex-Edelstahl LDX 2101 a Chloridléisung a Präsenz vun Thiosulfat.Coros Science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Auswierkunge vun der Léisungshëtzbehandlung a Stéckstoff am Schutzgas op d'Resistenz géint Grëffkorrosioun vun Hyper-Duplex-Edelstahlschweißnähten. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Auswierkunge vun der Léisungshëtzbehandlung a Stéckstoff am Schutzgas op d'Resistenz géint Grëffkorrosioun vun Hyper-Duplex-Edelstahlschweißnähten.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Effekt vun der Léisungshëtzbehandlung a Stéckstoff am Schutzgas op d'Pittingkorrosiounsbeständegkeet vun Hyperduplex-Edelstahlschweißnähten. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Effekt vun der Léisungshëtzbehandlung a Stéckstoff am Schutzgas op d'Pittingkorrosiounsbeständegkeet vu Super-Duplex-Edelstahlschweißnähten.koros. d'Wëssenschaft. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Vergläichend Studie an der Chimie iwwer mikrobiell an elektrochemesch induzéiert Pitting vun 316L Edelstol. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Vergläichend Studie an der Chimie iwwer mikrobiell an elektrochemesch induzéiert Pitting vun 316L Edelstol.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. a Lewandowski, Z. Vergläichend chemesch Studie vun der mikrobiologescher an elektrochemescher Pitting vun 316L Edelstahl. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 微生物和电化学诱导的316L 不锈钢点蚀的化学比较研究。 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. a Lewandowski, Z. Vergläichend chemesch Studie vu mikrobiologeschen an elektrochemesch induzéierte Pitting an 316L Edelstahl.Koros. D'Wëssenschaft. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Dat elektrochemescht Verhale vun 2205 Duplex Edelstol an alkalesche Léisunge mat verschiddene pH-Wäerter a Präsenz vu Chlorid. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Dat elektrochemescht Verhale vun 2205 Duplex Edelstol an alkalesche Léisunge mat verschiddene pH-Wäerter a Präsenz vu Chlorid.Luo H., Dong KF, Lee HG a Xiao K. Elektrochemescht Verhale vun Duplex-Edelstahl 2205 an alkalesche Léisunge mat verschiddene pH-Wäerter a Präsenz vu Chlorid. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Elektrochemescht Verhale vun 双相Edelstol a Präsenz vu Chlorid bei verschiddene pH-Wäerter an alkalescher Léisung.Luo H., Dong KF, Lee HG a Xiao K. Elektrochemescht Verhale vun Duplex-Edelstahl 2205 an alkalesche Léisunge mat verschiddene pH-Wäerter a Präsenz vu Chlorid.Elektrochem. Magazin. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Den Afloss vu marine Biofilmer op Korrosioun: E präzise Réckbléck. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Den Afloss vu marine Biofilmer op Korrosioun: E präzise Réckbléck.Little, BJ, Lee, JS a Ray, RI Auswierkunge vu marine Biofilmer op Korrosioun: E kuerze Réckbléck. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RILittle, BJ, Lee, JS a Ray, RI Auswierkunge vu marine Biofilmer op Korrosioun: E kuerze Réckbléck.Elektrochem. Magazin. 54, 2-7 (2008).