Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com. Jūsų naudojama naršyklės versija turi ribotą CSS palaikymą. Kad galėtumėte naudotis visomis įmanomomis funkcijomis, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“). Tuo tarpu, siekdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę pateiksime be stilių ir „JavaScript“.
Mikrobinė korozija (MIC) yra rimta problema daugelyje pramonės šakų, nes ji gali sukelti didžiulius ekonominius nuostolius. Jūrinėje aplinkoje naudojamas itin dupleksinis nerūdijantis plienas 2707 (2707 HDSS) dėl puikaus cheminio atsparumo. Tačiau jo atsparumas MIC nebuvo eksperimentiškai įrodytas. Šiame tyrime buvo nagrinėjamas jūrinės aerobinės bakterijos Pseudomonas aeruginosa sukelto MIC 2707 HDSS elgesys. Elektrocheminė analizė parodė, kad esant Pseudomonas aeruginosa bioplėvelei 2216E terpėje, atsiranda teigiamas korozijos potencialo pokytis ir padidėja korozijos srovės tankis. Rentgeno spindulių fotoelektronų spektroskopijos (XPS) analizė parodė, kad mėginio paviršiuje po bioplėvele sumažėjo Cr kiekis. Vizualinė duobučių analizė parodė, kad P. aeruginosa bioplėvelė per 14 inkubacijos dienų sukūrė maksimalų 0,69 µm gylio duobutę. Nors tai nedidelis skaičius, tai rodo, kad 2707 HDSS nėra visiškai atsparus P. aeruginosa bioplėvelių MIK.
Dvipusis nerūdijantis plienas (DSS) yra plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose dėl puikaus puikių mechaninių savybių ir atsparumo korozijai derinio1,2. Tačiau vis tiek pasitaiko lokalių taškinių įdubimų, kurie turi įtakos šio plieno vientisumui3,4. DSS nėra atsparus mikrobų korozijai (MIC)5,6. Nepaisant plataus DSS pritaikymo spektro, vis dar yra aplinkų, kuriose DSS atsparumas korozijai nėra pakankamas ilgalaikiam naudojimui. Tai reiškia, kad reikalingos brangesnės medžiagos, pasižyminčios didesniu atsparumu korozijai. Jeon ir kt.7 nustatė, kad net superdupleksinis nerūdijantis plienas (SDSS) turi tam tikrų apribojimų, susijusių su atsparumu korozijai. Todėl kai kuriais atvejais reikalingi superdupleksinis nerūdijantis plienas (HDSS), pasižymintis didesniu atsparumu korozijai. Tai lėmė labai legiruotų HDSS kūrimą.
DSS atsparumas korozijai priklauso nuo alfa ir gama fazių santykio ir jame sumažėja Cr, Mo ir W sričių, esančių greta antrosios fazės, kiekis 8, 9, 10. HDSS sudėtyje yra daug Cr, Mo ir N11, todėl jis pasižymi puikiu atsparumu korozijai ir didele (45–50) ekvivalentinio atsparumo taškiniam įdubimui skaičiaus (PREN), nustatomo pagal masės % Cr + 3,3 (masės % Mo + 0,5 masės % W) + 16 masės % N12, verte. Puikus atsparumas korozijai priklauso nuo subalansuotos sudėties, kurioje yra maždaug 50 % feritinių (α) ir 50 % austenitinių (γ) fazių. HDSS pasižymi geresnėmis mechaninėmis savybėmis ir didesniu atsparumu chloridų korozijai. Pagerintas atsparumas korozijai praplečia HDSS naudojimo galimybes agresyvesnėje chloridų aplinkoje, pavyzdžiui, jūrinėje aplinkoje.
MIK yra didelė problema daugelyje pramonės šakų, pavyzdžiui, naftos ir dujų bei vandens pramonėje14. MIK sudaro 20 % visų korozijos pažeidimų15. MIK yra bioelektrocheminė korozija, kurią galima stebėti įvairiose aplinkose. Ant metalinių paviršių susidarančios bioplėvelės keičia elektrochemines sąlygas ir taip veikia korozijos procesą. Plačiai manoma, kad MIK koroziją sukelia bioplėvelės. Elektrogeniniai mikroorganizmai suėda metalus, kad gautų energijos, reikalingos išgyvenimui17. Naujausi MIK tyrimai parodė, kad EET (tarpląstelinis elektronų perdavimas) yra ribojantis veiksnys, lemiantis elektrogeninių mikroorganizmų sukeltos MIK greitį. Zhang ir kt.18 parodė, kad elektronų tarpininkai pagreitina elektronų perdavimą tarp Desulfovibrio sessificans ląstelių ir 304 nerūdijančio plieno, todėl MIK ataka tampa stipresnė. Anning ir kt.19 bei Wenzlaff ir kt.20 parodė, kad korozinių sulfatą redukuojančių bakterijų (SRB) bioplėvelės gali tiesiogiai absorbuoti elektronus iš metalinių pagrindų, todėl atsiranda stiprus taškinis korozijos susidarymas.
Yra žinoma, kad DSS yra jautri minimaliai slopinamai koncentracijai (MSK) terpėse, kuriose yra SRB, geležį redukuojančių bakterijų (IRB) ir kt.21. Šios bakterijos sukelia lokalizuotą duobutę DSS paviršiuje po bioplėvelėmis22,23. Skirtingai nuo DSS, HDSS24 MSK nėra gerai žinoma.
Pseudomonas aeruginosa yra gramneigiama, judri, lazdelės formos bakterija, plačiai paplitusi gamtoje25. Pseudomonas aeruginosa taip pat yra pagrindinė mikrobų grupė jūros aplinkoje, sukelianti padidėjusią MIK koncentraciją. Pseudomonas aktyviai dalyvauja korozijos procese ir yra pripažintas pionieriumi kolonizatoriumi bioplėvelės formavimosi metu. Mahat ir kt.28 ir Yuan ir kt.29 parodė, kad Pseudomonas aeruginosa linkusi padidinti mažaanglio plieno ir lydinių korozijos greitį vandens aplinkoje.
Pagrindinis šio darbo tikslas buvo ištirti jūrinės aerobinės bakterijos Pseudomonas aeruginosa sukelto MIC 2707 HDSS savybes, naudojant elektrocheminius metodus, paviršiaus analizės metodus ir korozijos produktų analizę. MIC 2707 HDSS elgsenai tirti buvo atlikti elektrocheminiai tyrimai, įskaitant atvirosios grandinės potencialą (OCP), tiesinės poliarizacijos varžą (LPR), elektrocheminę impedanso spektroskopiją (EIS) ir potencialo dinaminę poliarizaciją. Energijos dispersijos spektrometrinė analizė (EDS) buvo atlikta siekiant aptikti cheminius elementus ant korozijos pažeisto paviršiaus. Be to, rentgeno fotoelektronų spektroskopija (XPS) buvo naudojama oksido plėvelės pasyvacijos stabilumui, veikiant jūrinei aplinkai, kurioje yra Pseudomonas aeruginosa, nustatyti. Duobių gylis buvo matuojamas konfokaliniu lazeriniu skenuojančiu mikroskopu (CLSM).
1 lentelėje pateikta 2707 HDSS cheminė sudėtis. 2 lentelėje parodyta, kad 2707 HDSS pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis, o takumo riba yra 650 MPa. 1 paveiksle parodyta tirpale termiškai apdoroto 2707 HDSS optinė mikrostruktūra. Mikrostruktūroje, kurioje yra apie 50 % austenito ir 50 % ferito fazių, matomos pailgos austenito ir ferito fazių juostos be antrinių fazių.
2a paveiksle parodytas atvirosios grandinės potencialo (Eocp) priklausomybė nuo 2707 HDSS poveikio laiko 2216E abiotinėje terpėje ir P. aeruginosa sultinyje 14 dienų 37 °C temperatūroje. Tai rodo, kad didžiausias ir reikšmingiausias Eocp pokytis įvyksta per pirmąsias 24 valandas. Abiem atvejais Eocp vertės pasiekė piką ties -145 mV (palyginti su SCE) maždaug po 16 val., o po to staigiai sumažėjo ir abiotiniam mėginiui pasiekė -477 mV (palyginti su SCE) ir -236 mV (palyginti su SCE) bei P. Pseudomonas aeruginosa mėginiams. Po 24 valandų Eocp 2707 HDSS vertė P. aeruginosa buvo santykinai stabili ties -228 mV (palyginti su SCE), o atitinkama vertė nebiologiniams mėginiams buvo maždaug -442 mV (palyginti su SCE). Eocp kiekis, esant P. aeruginosa, buvo gana žemas.
2707 HDSS mėginių elektrocheminis tyrimas abiotinėje terpėje ir Pseudomonas aeruginosa sultinyje 37 °C temperatūroje:
a) Eocp kaip ekspozicijos laiko funkcija, b) poliarizacijos kreivės 14 dieną, c) Rp kaip ekspozicijos laiko funkcija ir d) icorr kaip ekspozicijos laiko funkcija.
3 lentelėje pateikti 2707 HDSS mėginių, 14 dienų paveiktų abiotinėmis ir Pseudomonas aeruginosa inokuliuotomis terpėmis, elektrocheminės korozijos parametrai. Anodo ir katodo kreivių liestinės buvo ekstrapoliuotos, kad būtų gautos sankirtos, rodančios korozijos srovės tankį (icorr), korozijos potencialą (Ecorr) ir Tafelio nuolydį (βα ir βc) pagal standartinius metodus30,31.
Kaip parodyta 2b pav., P. aeruginosa kreivės poslinkis į viršų lėmė Ecorr padidėjimą, palyginti su abiotine kreive. icorr vertė, proporcinga korozijos greičiui, Pseudomonas aeruginosa mėginyje padidėjo iki 0,328 µA cm⁻², tai yra keturis kartus daugiau nei nebiologiniame mėginyje (0,087 µA cm⁻²).
LPR yra klasikinis neardomasis elektrocheminis metodas, skirtas greitai korozijos analizei. Jis taip pat buvo naudojamas MIC32 tyrimui. 2c paveiksle parodytas poliarizacijos varžos (Rp) priklausomybė nuo ekspozicijos laiko. Didesnė Rp vertė reiškia mažesnę koroziją. Per pirmąsias 24 valandas Rp 2707 HDSS abiotinių mėginių Rp vertė pasiekė piką ties 1955 kΩ cm2, o Pseudomonas aeruginosa mėginių – 1429 kΩ cm2. 2c paveiksle taip pat parodyta, kad Rp vertė po vienos dienos greitai sumažėjo ir per kitas 13 dienų išliko beveik nepakitusi. Pseudomonas aeruginosa mėginio Rp vertė yra apie 40 kΩ cm2, tai yra daug mažiau nei nebiologinio mėginio 450 kΩ cm2 vertė.
icorr reikšmė yra proporcinga tolygiam korozijos greičiui. Jos reikšmę galima apskaičiuoti pagal šią Sterno-Giri lygtį:
Remiantis Zoe ir kt. 33 duomenimis, tipinė Tafelio nuolydžio B vertė šiame darbe buvo paimta kaip 26 mV/dec. 2d paveiksle parodyta, kad nebiologinio mėginio 2707 icorr išliko santykinai stabilus, o P. aeruginosa mėginio icorr vertės po pirmųjų 24 valandų labai svyravo. P. aeruginosa mėginių icorr vertės buvo eilės tvarka didesnės nei nebiologinių kontrolinių mėginių. Ši tendencija atitinka poliarizacijos varžos rezultatus.
EIS yra dar vienas neardomasis metodas, naudojamas elektrocheminėms reakcijoms ant korozijos pažeistų paviršių apibūdinti. Impedanso spektrai ir apskaičiuotos talpos vertės mėginiams, paveiktiems abiotine aplinka ir Pseudomonas aeruginosa tirpalu, pasyviosios plėvelės/bioplėvelės varža Rb, susidariusi ant mėginio paviršiaus, krūvio perdavimo varža Rct, elektrinė dvigubo sluoksnio talpa Cdl (EDL) ir pastovūs QCPE fazės elemento parametrai (CPE). Šie parametrai buvo toliau analizuojami pritaikant duomenis naudojant ekvivalentinės grandinės (EEC) modelį.
3 paveiksle pateikti tipiniai 2707 HDSS mėginių Nyquist grafikai (a ir b) ir Bode grafikai (a' ir b'), gauti abiotinėje terpėje ir P. aeruginosa sultinyje, esant skirtingam inkubacijos laikui. Nyquist žiedo skersmuo mažėja esant Pseudomonas aeruginosa. Bode grafikas (3b' pav.) rodo bendros varžos padidėjimą. Informacijos apie relaksacijos laiko konstantą galima gauti iš fazės maksimumų. 4 paveiksle parodytos fizinės struktūros, pagrįstos monosluoksniu (a) ir dvisluoksniu (b) bei atitinkamais elektros energijos pralaidumo koeficientais (EEC). Į EEC modelį įvesta CPE. Jos admitansas ir varža išreiškiami taip:
Du fiziniai modeliai ir atitinkamos ekvivalentinės grandinės 2707 HDSS pavyzdžio impedanso spektrui pritaikyti:
kur Y0 yra KPI vertė, j yra įsivaizduojamas skaičius arba (-1)1/2, ω yra kampinis dažnis, n yra KPI galios indeksas, mažesnis už vienetą35. Krūvio pernašos varžos inversija (t. y. 1/Rct) atitinka korozijos greitį. Kuo mažesnis Rct, tuo didesnis korozijos greitis27. Po 14 inkubacijos dienų Pseudomonas aeruginosa mėginių Rct pasiekė 32 kΩ cm2, tai yra daug mažiau nei nebiologinių mėginių 489 kΩ cm2 (4 lentelė).
5 paveiksle pateikti CLSM ir SEM vaizdai aiškiai rodo, kad po 7 dienų HDSS mėginio 2707 paviršiaus bioplėvelės danga yra tanki. Tačiau po 14 dienų bioplėvelės padengimas buvo prastas ir atsirado keletas negyvų ląstelių. 5 lentelėje parodytas 2707 HDSS mėginių bioplėvelės storis po 7 ir 14 dienų poveikio P. aeruginosa. Didžiausias bioplėvelės storis pasikeitė nuo 23,4 µm po 7 dienų iki 18,9 µm po 14 dienų. Vidutinis bioplėvelės storis taip pat patvirtino šią tendenciją. Jis sumažėjo nuo 22,2 ± 0,7 μm po 7 dienų iki 17,8 ± 1,0 μm po 14 dienų.
(a) 3D CLSM vaizdas po 7 dienų, (b) 3D CLSM vaizdas po 14 dienų, (c) SEM vaizdas po 7 dienų ir (d) SEM vaizdas po 14 dienų.
EMF atskleidė cheminius elementus bioplėvelėse ir korozijos produktuose mėginiuose, 14 dienų paveiktuose P. aeruginosa. 6 paveiksle parodyta, kad C, N, O ir P kiekis bioplėvelėse ir korozijos produktuose yra žymiai didesnis nei grynuose metaluose, nes šie elementai yra susiję su bioplėvelėmis ir jų metabolitais. Mikrobams reikia tik pėdsakų chromo ir geležies. Didelis Cr ir Fe kiekis bioplėvelėje ir korozijos produktuose ant mėginių paviršiaus rodo, kad metalo matrica dėl korozijos prarado elementus.
Po 14 dienų 2216E terpėje buvo pastebėtos įdubos su P. aeruginosa ir be jos. Prieš inkubaciją mėginių paviršius buvo lygus ir be defektų (7a pav.). Po inkubacijos ir bioplėvelės bei korozijos produktų pašalinimo giliausios mėginių paviršiaus įdubos buvo ištirtos naudojant CLSM, kaip parodyta 7b ir 7c paveiksluose. Nebiologinių kontrolinių mėginių paviršiuje akivaizdžių įdubimų nerasta (didžiausias įdubimų gylis 0,02 µm). Didžiausias P. aeruginosa sukeltas įdubimų gylis buvo 0,52 µm po 7 dienų ir 0,69 µm po 14 dienų, remiantis vidutiniu maksimaliu įdubimų gyliu iš 3 mėginių (kiekvienam mėginiui buvo parinkta 10 didžiausių įdubimų gylių). Pasiekti atitinkamai 0,42 ± 0,12 µm ir 0,52 ± 0,15 µm gyliai (5 lentelė). Šios įdubimų gylio vertės yra mažos, bet svarbios.
a) prieš ekspoziciją, b) 14 dienų abiotinėje aplinkoje ir c) 14 dienų Pseudomonas aeruginosa sultinyje.
8 pav. pateiktuose įvairių mėginių paviršių XPS spektruose pateikti duomenys, o kiekvieno paviršiaus cheminė sudėtis apibendrinta 6 lentelėje. 6 lentelėje Fe ir Cr atomų procentinė dalis, esant P. aeruginosa (A ir B mėginiai), buvo daug mažesnė nei nebiologinių kontrolinių mėginių (C ir D mėginiai). P. aeruginosa mėginio spektrinė kreivė Cr2p branduolio lygmenyje buvo pritaikyta keturiems piko komponentams, kurių jungimosi energijos (BE) yra atitinkamai 574,4, 576,6, 578,3 ir 586,8 eV, kurias galima priskirti atitinkamai Cr, Cr2O3, CrO3 ir Cr(OH)3 (9a ir b pav.). Nebiologinių mėginių pagrindinio Cr2p lygmens spektre yra dvi pagrindinės smailės: Cr (573,80 eV BE) ir Cr2O3 (575,90 eV BE), atitinkamai 9c ir 9d pav. Ryškiausias skirtumas tarp abiotinių mėginių ir P. aeruginosa mėginių buvo Cr6+ buvimas ir didesnė santykinė Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) dalis po bioplėvele.
2707 HDSS mėginio paviršiaus platūs XPS spektrai dviejose terpėse yra atitinkamai 7 ir 14 dienų.
a) 7 dienų sąlytis su P. aeruginosa, b) 14 dienų sąlytis su P. aeruginosa, c) 7 dienos abiotinėje aplinkoje ir d) 14 dienų abiotinėje aplinkoje.
HDSS pasižymi dideliu atsparumu korozijai daugumoje aplinkų. Kim ir kt.2 pranešė, kad HDSS UNS S32707 buvo identifikuotas kaip labai legiruotas DSS, kurio PREN vertė didesnė nei 45. Šiame darbe 2707 HDSS pavyzdžio PREN vertė buvo 49. Taip yra dėl didelio chromo, molibdeno ir nikelio kiekio, kurie yra naudingi rūgščioje aplinkoje ir aplinkoje, kurioje yra daug chloridų. Be to, gerai subalansuota sudėtis ir defektų neturinti mikrostruktūra yra naudingos konstrukcijos stabilumui ir atsparumui korozijai. Tačiau, nepaisant puikaus cheminio atsparumo, šio darbo eksperimentiniai duomenys rodo, kad 2707 HDSS nėra visiškai atsparus P. aeruginosa bioplėvelės MIK.
Elektrocheminiai rezultatai parodė, kad 2707 HDSS korozijos greitis P. aeruginosa sultinyje po 14 dienų reikšmingai padidėjo, palyginti su nebiologine aplinka. 2a paveiksle parodytas Eocp sumažėjimas tiek abiotinėje terpėje, tiek P. aeruginosa sultinyje per pirmąsias 24 valandas. Po to bioplėvelė visiškai padengia mėginio paviršių, o Eocp tampa santykinai stabilus36. Tačiau biologinio Eocp lygis buvo daug didesnis nei nebiologinio Eocp lygis. Yra pagrindo manyti, kad šis skirtumas susijęs su P. aeruginosa bioplėvelių susidarymu. 2d paveiksle, esant P. aeruginosa, icorr 2707 HDSS vertė pasiekė 0,627 μA cm-2, tai yra eilės tvarka didesnė nei abiotinėje kontrolinėje grupėje (0,063 μA cm-2), kuri atitiko EIS išmatuotą Rct vertę. Per pirmąsias kelias dienas impedanso vertės P. ​​aeruginosa sultinyje padidėjo dėl P. aeruginosa ląstelių prisitvirtinimo ir bioplėvelių susidarymo. Tačiau, kai bioplėvelė visiškai padengia mėginio paviršių, impedansas sumažėjo. Apsauginis sluoksnis pirmiausia buvo atakuojamas dėl bioplėvelių ir bioplėvelės metabolitų susidarymo. Dėl to laikui bėgant atsparumas korozijai sumažėjo, o P. aeruginosa prisitvirtinimas sukėlė lokalizuotą koroziją. Abiotinėse aplinkose tendencijos buvo kitokios. Nebiologinės kontrolės atsparumas korozijai buvo daug didesnis nei atitinkama mėginių, paveiktų P. aeruginosa sultiniu, vertė. Be to, abiotinėms prieigoms Rct 2707 HDSS vertė 14 dieną pasiekė 489 kΩ cm2, tai yra 15 kartų daugiau nei Rct vertė (32 kΩ cm2) esant P. aeruginosa. Taigi, 2707 HDSS pasižymi puikiu atsparumu korozijai sterilioje aplinkoje, tačiau nėra atsparus P. aeruginosa bioplėvelių sukeliamoms minimalioms slopinamosioms koncentracijoms (MIC).
Šiuos rezultatus taip pat galima stebėti iš 2b pav. pateiktų poliarizacijos kreivių. Anodinis išsišakojimas buvo susijęs su Pseudomonas aeruginosa bioplėvelės formavimusi ir metalo oksidacijos reakcijomis. Šiuo atveju katodinė reakcija yra deguonies redukcija. P. aeruginosa buvimas žymiai padidino korozijos srovės tankį, maždaug vienu dydžio eilės dydžiu daugiau nei abiotinėje kontrolinėje grupėje. Tai rodo, kad P. aeruginosa bioplėvelė sustiprina lokalizuotą 2707 HDSS koroziją. Yuan ir kt.29 nustatė, kad Cu-Ni 70/30 lydinio korozijos srovės tankis padidėjo veikiant P. aeruginosa bioplėvelei. Tai gali būti dėl deguonies redukcijos biokatalizės, kurią sukelia Pseudomonas aeruginosa bioplėvelės. Šis stebėjimas taip pat gali paaiškinti minimalią slopinamąją koncentraciją (MIC) 2707 HDSS šiame darbe. Po aerobinėmis bioplėvelėmis taip pat gali būti mažiau deguonies. Todėl atsisakymas pakartotinai pasyvuoti metalo paviršių deguonimi gali būti veiksnys, prisidedantis prie MIC šiame darbe.
Dickinson ir kt. 38 teigė, kad cheminių ir elektrocheminių reakcijų greitį gali tiesiogiai paveikti ant mėginio paviršiaus esančių sėdinčių bakterijų metabolinis aktyvumas ir korozijos produktų pobūdis. Kaip parodyta 5 paveiksle ir 5 lentelėje, ląstelių skaičius ir bioplėvelės storis sumažėjo po 14 dienų. Tai galima pagrįstai paaiškinti tuo, kad po 14 dienų dauguma sėdinčių ląstelių ant 2707 HDSS paviršiaus žuvo dėl maistinių medžiagų išeikvojimo 2216E terpėje arba toksiškų metalų jonų išsiskyrimo iš 2707 HDSS matricos. Tai yra partijų eksperimentų apribojimas.
Šiame darbe P. aeruginosa bioplėvelė prisidėjo prie vietinio Cr ir Fe išeikvojimo po bioplėvele ant 2707 HDSS paviršiaus (6 pav.). 6 lentelėje parodytas Fe ir Cr sumažėjimas D mėginyje, palyginti su C mėginiu, o tai rodo, kad P. aeruginosa bioplėvelės sukeltas ištirpęs Fe ir Cr išliko pirmąsias 7 dienas. Jūros aplinkai imituoti naudojama 2216E aplinka. Joje yra 17700 ppm Cl⁻, o tai yra panašu į jo kiekį natūraliame jūros vandenyje. 17700 ppm Cl⁻ buvimas buvo pagrindinė Cr sumažėjimo priežastis 7 ir 14 dienų abiotiniuose mėginiuose, analizuotuose XPS metodu. Palyginti su P. aeruginosa mėginiais, Cr ištirpimas abiotiniuose mėginiuose buvo daug mažesnis dėl stipraus 2707 HDSS atsparumo chlorui abiotinėmis sąlygomis. 9 paveiksle parodytas Cr6+ buvimas pasyvuojančioje plėvelėje. Kaip teigia Chen ir Clayton, jis gali būti susijęs su chromo šalinimu nuo plieno paviršių P. aeruginosa bioplėvelėmis.
Dėl bakterijų augimo terpės pH vertės prieš ir po kultivavimo buvo atitinkamai 7,4 ir 8,2. Taigi, žemiau P. aeruginosa bioplėvelės organinių rūgščių korozija greičiausiai neprisidėjo prie šio darbo dėl santykinai aukšto pH terpėje. Nebiologinės kontrolinės terpės pH reikšmingai nepakito (nuo pradinio 7,4 iki galutinio 7,5) per 14 dienų bandymo laikotarpį. Sėjimo terpės pH padidėjimas po inkubacijos buvo susijęs su P. aeruginosa metaboliniu aktyvumu ir nustatyta, kad jis turėjo tokį patį poveikį pH ir be bandymo juostelių.
Kaip parodyta 7 paveiksle, didžiausias P. aeruginosa bioplėvelės sukeltas įdubimo gylis buvo 0,69 µm, tai yra daug daugiau nei abiotinės terpės (0,02 µm). Tai atitinka aukščiau aprašytus elektrocheminius duomenis. 0,69 µm įdubimo gylis yra daugiau nei dešimt kartų mažesnis už 9,5 µm vertę, nurodytą 2205 DSS tomis pačiomis sąlygomis. Šie duomenys rodo, kad 2707 HDSS pasižymi geresniu atsparumu minimalioms slopinamosioms koncentracijoms (MIK) nei 2205 DSS. Tai neturėtų stebinti, nes 2707 HDSS turi didesnį Cr kiekį, kuris užtikrina ilgesnį pasyvavimą, sunkiau depasyvuojamą P. aeruginosa, o dėl subalansuotos fazinės struktūros be žalingo antrinio nusodinimo sukelia įdubimą.
Apibendrinant, P. aeruginosa sultinyje 2707 HDSS paviršiuje rasta minimaliai slopinančios įdubimų (MSK), palyginti su nereikšmingais įdubimais abiotinėje aplinkoje. Šis darbas rodo, kad 2707 HDSS yra atsparesnis MSK nei 2205 DSS, tačiau dėl P. aeruginosa bioplėvelės jis nėra visiškai atsparus MSK. Šie rezultatai padeda parinkti tinkamus nerūdijančius plienus ir pailginti jų tarnavimo laiką jūrinėje aplinkoje.
2707 HDSS kuponą suteikė Šiaurės rytų universiteto (NEU) Metalurgijos mokykla Šenjange, Kinijoje. 2707 HDSS elementinė sudėtis pateikta 1 lentelėje, kurią išanalizavo NEU Medžiagų analizės ir bandymų skyrius. Visi mėginiai buvo apdoroti kietajam tirpalui 1 valandą 1180 °C temperatūroje. Prieš korozijos bandymus monetos formos 2707 HDSS, kurio viršutinis atviro paviršiaus plotas buvo 1 cm2, buvo poliruotas iki 2000 grūdėtumo silicio karbido švitriniu popieriumi, o po to poliruotas 0,05 µm Al2O3 miltelių suspensija. Šonai ir dugnas apsaugoti inertiniais dažais. Išdžiovinus mėginius, jie buvo plaunami steriliu dejonizuotu vandeniu ir sterilizuojami 75 % (v/v) etanoliu 0,5 val. Prieš naudojimą jie buvo džiovinami ore ultravioletinėje (UV) šviesoje 0,5 val.
Jūrinė Pseudomonas aeruginosa padermė MCCC 1A00099 buvo įsigyta iš Siameno jūrų kultūrų kolekcijos centro (MCCC), Kinija. Pseudomonas aeruginosa buvo auginama aerobinėmis sąlygomis 37 °C temperatūroje 250 ml kolbose ir 500 ml stiklinėse elektrocheminėse ląstelėse, naudojant Marine 2216E skystąją terpę („Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd.“, Čingdao, Kinija). Terpės sudėtis (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 peptono, 1,0 mielių ekstrakto ir 0,1 geležies citrato. Prieš inokuliaciją autoklavuokite 121 °C temperatūroje 20 minučių. Sėdinčiosios ir planktoninės ląstelės suskaičiuojamos hemocitometru, naudojant šviesos mikroskopą, kurio didinimas yra 400 kartų. Pradinė planktoninių Pseudomonas aeruginosa koncentracija iškart po inokuliacijos buvo maždaug 106 ląstelių/ml.
Elektrocheminiai bandymai buvo atlikti klasikinėje trijų elektrodų stiklinėje kameroje, kurios terpės tūris buvo 500 ml. Platinos lakštas ir sočiųjų kalomelių elektrodas (SAE) buvo prijungti prie reaktoriaus per Luggino kapiliarus, užpildytus druskos tilteliais, kurie atitinkamai tarnavo kaip priešpriešinis ir etaloninis elektrodai. Darbiniams elektrodams pagaminti prie kiekvieno mėginio buvo pritvirtinta gumuota varinė viela ir padengta epoksidine derva, paliekant apie 1 cm2 neapsaugoto ploto darbiniam elektrodui vienoje pusėje. Elektrocheminių matavimų metu mėginiai buvo dedami į 2216E terpę ir laikomi pastovioje inkubacijos temperatūroje (37 °C) vandens vonioje. OCP, LPR, EIS ir potencialo dinaminės poliarizacijos duomenys buvo matuojami naudojant „Autolab“ potenciostatą („Reference 600TM“, „Gamry Instruments, Inc.“, JAV). LPR bandymai buvo registruojami 0,125 mV s-1 skenavimo dažniu diapazone nuo -5 iki 5 mV, naudojant Eocp ir 1 Hz diskretizavimo dažnį. EIS buvo atliktas sinusoidės signalu 0,01–10 000 Hz dažnių diapazone, naudojant 5 mV įtampą esant pastoviai Eocp būsenai. Prieš potencialų peržvalgą elektrodai buvo ramybės režime, kol buvo pasiekta stabili laisvosios korozijos potencialo vertė. Tada poliarizacijos kreivės buvo matuojamos nuo -0,2 iki 1,5 V kaip Eocp funkcija, skenavimo greičiu 0,166 mV/s. Kiekvienas bandymas buvo pakartotas 3 kartus su P. aeruginosa ir be jos.
Metalografinei analizei skirti mėginiai buvo mechaniškai poliruoti drėgnu 2000 grūdėtumo SiC popieriumi, o po to papildomai poliruoti 0,05 µm Al2O3 miltelių suspensija optiniam stebėjimui. Metalografinė analizė atlikta naudojant optinį mikroskopą. Mėginiai buvo ėsdinti 10 % (masės) kalio hidroksido 43 tirpalu.
Po inkubacijos mėginiai buvo 3 kartus plaunami fosfatiniu buferiniu tirpalu (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) ir 10 valandų fiksuojami 2,5 % (v/v) glutaraldehido tirpalu, kad būtų fiksuotos bioplėvelės. Tada mėginys buvo dehidratuotas partijomis sumaišytu etanoliu (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % ir 100 % tūrio) prieš džiovinant ore. Galiausiai ant mėginio paviršiaus nusodinama aukso plėvelė, kad būtų užtikrintas laidumas SEM stebėjimui. SEM vaizdai buvo sufokusuoti į taškus su labiausiai sėdinčiomis P. aeruginosa ląstelėmis kiekvieno mėginio paviršiuje. Atlikta EDS analizė, siekiant rasti cheminius elementus. Duobės gyliui matuoti buvo naudojamas „Zeiss“ konfokalinis lazerinis skenuojantis mikroskopas (CLSM) (LSM 710, „Zeiss“, Vokietija). Norint stebėti korozijos duobes po bioplėvele, bandinys pirmiausia buvo nuvalytas pagal Kinijos nacionalinį standartą (CNS) GB/T4334.4-2000, kad nuo bandinio paviršiaus būtų pašalinti korozijos produktai ir bioplėvelė.
Rentgeno spindulių fotoelektronų spektroskopijos (XPS, ESCALAB250 paviršiaus analizės sistema, „Thermo VG“, JAV) analizė atlikta naudojant monochromatinį rentgeno spindulių šaltinį (aliuminio Kα linija, kurios energija 1500 eV, o galia 150 W) plačiame rišamųjų energijų diapazone 0, standartinėmis –1350 eV sąlygomis. Didelės skiriamosios gebos spektrai užfiksuoti naudojant 50 eV perdavimo energiją ir 0,2 eV žingsnį.
Inkubuoti mėginiai buvo išimti ir švelniai plauti PBS (pH 7,4 ± 0,2) 15 s45. Norint stebėti bioplėvelių gyvybingumą mėginiuose, bioplėvelės buvo dažomos naudojant LIVE/DEAD BacLight bakterijų gyvybingumo rinkinį (Invitrogen, Eugene, OR, JAV). Rinkinyje yra du fluorescenciniai dažikliai: žali fluorescenciniai dažikliai SYTO-9 ir raudoni fluorescenciniai dažikliai propidžio jodidas (PI). CLSM metodu fluorescenciniai žali ir raudoni taškai atitinkamai žymi gyvas ir negyvas ląsteles. Dažymui 1 ml mišinio, kuriame yra 3 µl SYTO-9 ir 3 µl PI tirpalo, buvo inkubuojamas 20 minučių kambario temperatūroje (23 °C) tamsoje. Po to nudažyti mėginiai buvo tiriami dviem bangos ilgiais (488 nm gyvoms ląstelėms ir 559 nm negyvoms ląstelėms) naudojant „Nikon CLSM“ aparatą („C2 Plus“, Nikon, Japonija). Bioplėvelės storis buvo matuojamas 3D skenavimo režimu.
Kaip cituoti šį straipsnį: Li, H. ir kt. Mikrobinė 2707 superdupleksinio nerūdijančio plieno korozija, kurią sukelia Pseudomonas aeruginosa jūrinė bioplėvelė. „The Science“. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. ir Zucchi, F. LDX 2101 dupleksinio nerūdijančio plieno įtempių korozijos įtrūkimai chloridų tirpaluose, esant tiosulfatui. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. ir Zucchi, F. LDX 2101 dupleksinio nerūdijančio plieno įtempių korozijos įtrūkimai chloridų tirpaluose, esant tiosulfatui. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. ir Zucchi, F. Dvipusio nerūdijančio plieno LDX 2101 įtempių korozijos įtrūkimai chloridų tirpaluose, esant tiosulfatui. 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 双相nerūdijančio plieno 在福代sulfate分下下南性性生于中图像 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. ir Zucchi, F. Dvipusio nerūdijančio plieno LDX 2101 įtempių korozijos įtrūkimai chlorido tirpale, esant tiosulfatui.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ir Park, YS. Tirpalo terminio apdorojimo ir azoto apsauginėse dujose poveikis hiperdupleksinio nerūdijančio plieno suvirinimo siūlių atsparumui taškinei korozijai. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ir Park, YS. Tirpalo terminio apdorojimo ir azoto apsauginėse dujose poveikis hiperdupleksinio nerūdijančio plieno suvirinimo siūlių atsparumui taškinei korozijai.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ir Park, YS. Tirpalo terminio apdorojimo ir azoto apsauginėse dujose įtaka hiperdupleksinio nerūdijančio plieno suvirinimo siūlių atsparumui taškinei korozijai. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS固溶热处理和保护气体中的氮气对超双相不锈钢焊缝抗点蚀性能的影响。 Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ir Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS ir Park, YS. Tirpalo terminio apdorojimo ir azoto apsauginėse dujose įtaka superdupleksinio nerūdijančio plieno suvirinimo siūlių atsparumui taškinei korozijai.Koros. Mokslas. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. ir Lewandowski, Z. Lyginamasis chemijos tyrimas dėl mikrobiologiškai ir elektrochemiškai sukelto 316L nerūdijančio plieno taškinio korozijos. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. ir Lewandowski, Z. Lyginamasis chemijos tyrimas dėl mikrobiologiškai ir elektrochemiškai sukelto 316L nerūdijančio plieno taškinio korozijos.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. ir Lewandowski, Z. Lyginamasis cheminis 316L nerūdijančio plieno mikrobiologinio ir elektrocheminio taškinio įtrūkimo tyrimas. 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趃研炩 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. ir Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. ir Lewandowski, Z. Lyginamasis cheminis tyrimas apie mikrobiologiškai ir elektrochemiškai sukeltą taškinį koroziją 316L nerūdijančiame pliene.Koros. Mokslas. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG ir Xiao, K. 2205 dupleksinio nerūdijančio plieno elektrocheminis elgesys šarminiuose tirpaluose su skirtingu pH, esant chloridui. Luo, H., Dong, CF, Li, XG ir Xiao, K. 2205 dupleksinio nerūdijančio plieno elektrocheminis elgesys šarminiuose tirpaluose su skirtingu pH, esant chloridui.Luo H., Dong KF, Lee HG ir Xiao K. Dvipusio nerūdijančio plieno 2205 elektrocheminis elgesys šarminiuose tirpaluose su skirtingu pH, esant chloridui. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性㺶液中的电匡 Luo, H., Dong, CF, Li, XG ir Xiao, K. 2205 Nerūdijančio plieno elektrocheminis elgesys esant chloridui ir skirtingam pH šarminiame tirpale.Luo H., Dong KF, Lee HG ir Xiao K. Dvipusio nerūdijančio plieno 2205 elektrocheminis elgesys šarminiuose tirpaluose su skirtingu pH, esant chloridui.Žurnalas „Electrochem“. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS ir Ray, RI. Jūrinių bioplėvelių įtaka korozijai: glausta apžvalga. Little, BJ, Lee, JS ir Ray, RI. Jūrinių bioplėvelių įtaka korozijai: glausta apžvalga.Little, BJ, Lee, JS ir Ray, RI. Jūrinių bioplėvelių poveikis korozijai: trumpa apžvalga. 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 ir Ray, RILittle, BJ, Lee, JS ir Ray, RI. Jūrinių bioplėvelių poveikis korozijai: trumpa apžvalga.Žurnalas „Electrochem“. 54, 2–7 (2008).