Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com. Jūsu izmantotajai pārlūkprogrammas versijai ir ierobežots CSS atbalsts. Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, iesakām izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer). Tikmēr, lai nodrošinātu nepārtrauktu atbalstu, mēs atveidosim vietni bez stiliem un JavaScript.
Mikrobu korozija (MIC) ir nopietna problēma daudzās nozarēs, jo tā var izraisīt milzīgus ekonomiskus zaudējumus. Superdupleksa nerūsējošais tērauds 2707 (2707 HDSS) tiek izmantots jūras vidē, pateicoties tā lieliskajai ķīmiskajai izturībai. Tomēr tā izturība pret MIC nav eksperimentāli pierādīta. Šajā pētījumā tika pētīta MIC 2707 HDSS uzvedība, ko izraisa jūras aerobā baktērija Pseudomonas aeruginosa. Elektroķīmiskā analīze parādīja, ka Pseudomonas aeruginosa bioplēves klātbūtnē 2216E vidē notiek pozitīvas korozijas potenciāla izmaiņas un korozijas strāvas blīvuma palielināšanās. Rentgenstaru fotoelektronu spektroskopijas (XPS) analīze parādīja Cr satura samazināšanos parauga virsmā zem bioplēves. Bedru vizuālā analīze parādīja, ka P. aeruginosa bioplēve 14 inkubācijas dienu laikā radīja maksimālo bedru dziļumu 0,69 µm. Lai gan tas ir mazs, tas norāda, ka 2707 HDSS nav pilnībā imūns pret P. aeruginosa bioplēvju minimālo bloķējošo koncentrāciju (MIC).
Dupleksa nerūsējošie tēraudi (DSS) tiek plaši izmantoti dažādās nozarēs, pateicoties to izcilo mehānisko īpašību un korozijas izturības perfektajai kombinācijai1,2. Tomēr joprojām notiek lokalizēta punktveida korozija, kas ietekmē šī tērauda integritāti3,4. DSS nav izturīgs pret mikrobu koroziju (MIC)5,6. Neskatoties uz plašo DSS pielietojumu klāstu, joprojām pastāv vides, kurās DSS korozijas izturība nav pietiekama ilgstošai lietošanai. Tas nozīmē, ka ir nepieciešami dārgāki materiāli ar augstāku korozijas izturību. Džons un līdzautori7 atklāja, ka pat superdupleksa nerūsējošajiem tēraudiem (SDSS) ir daži ierobežojumi attiecībā uz korozijas izturību. Tāpēc dažos gadījumos ir nepieciešami superdupleksa nerūsējošie tēraudi (HDSS) ar augstāku korozijas izturību. Tas noveda pie ļoti leģētu HDSS izstrādes.
DSS korozijas izturība ir atkarīga no alfa un gamma fāžu attiecības un ir samazināta Cr, Mo un W reģionos 8, 9, 10 blakus otrajai fāzei. HDSS satur augstu Cr, Mo un N11 saturu, tāpēc tam ir lieliska korozijas izturība un augsta ekvivalentā punktveida izturības skaitļa (PREN) vērtība (45–50), ko nosaka pēc svara % Cr + 3,3 (svara % Mo + 0,5 svara % W) + 16 svara % N12. Tā lieliskā korozijas izturība ir atkarīga no sabalansēta sastāva, kas satur aptuveni 50 % ferīta (α) un 50 % austenīta (γ) fāzes. HDSS ir labākas mehāniskās īpašības un augstāka izturība pret hlorīdu koroziju. Uzlabota korozijas izturība paplašina HDSS izmantošanu agresīvākā hlorīdu vidē, piemēram, jūras vidē.
MIK ir liela problēma daudzās nozarēs, piemēram, naftas un gāzes, kā arī ūdens rūpniecībā14. MIK veido 20% no visiem korozijas bojājumiem15. MIK ir bioelektroķīmiska korozija, ko var novērot daudzās vidēs. Bioplēves, kas veidojas uz metāla virsmām, maina elektroķīmiskos apstākļus, tādējādi ietekmējot korozijas procesu. Pastāv plaši izplatīts uzskats, ka MIK koroziju izraisa bioplēves. Elektrogēni mikroorganismi saēd metālus, lai iegūtu enerģiju, kas nepieciešama izdzīvošanai17. Jaunākie MIK pētījumi liecina, ka EET (ārpusšūnu elektronu pārnešana) ir ātrumu ierobežojošais faktors MIK, ko izraisa elektrogēni mikroorganismi. Džans un līdzautori18 pierādīja, ka elektronu starpnieki paātrina elektronu pārnesi starp Desulfovibrio sessificans šūnām un 304 nerūsējošo tēraudu, kā rezultātā rodas spēcīgāka MIK iedarbība. Annings un līdzautori19 un Venclafs un līdzautori20 ir pierādījuši, ka kodīgu sulfātu reducējošo baktēriju (SRB) bioplēves var tieši absorbēt elektronus no metāla substrātiem, kā rezultātā rodas smaga punktveida korozija.
Ir zināms, ka DSS ir jutīga pret minimālo inhibējošo koncentrāciju (MIC) vidē, kas satur SRB, dzelzi reducējošās baktērijas (IRB) utt.21. Šīs baktērijas izraisa lokalizētus bedrīšu veidošanos uz DSS virsmas zem bioplēvēm22,23. Atšķirībā no DSS, HDSS24 MIC nav labi zināma.
Pseudomonas aeruginosa ir gramnegatīva, kustīga, stieņa formas baktērija, kas ir plaši izplatīta dabā25. Pseudomonas aeruginosa ir arī nozīmīga mikrobu grupa jūras vidē, izraisot paaugstinātu minimālo inhibējošo koncentrāciju (MIK). Pseudomonas aktīvi iesaistās korozijas procesā un tiek atzīts par pionieru kolonizētāju bioplēves veidošanās laikā. Mahat et al.28 un Yuan et al.29 pierādīja, ka Pseudomonas aeruginosa mēdz palielināt mīkstā tērauda un sakausējumu korozijas ātrumu ūdens vidē.
Šī darba galvenais mērķis bija izpētīt jūras aerobās baktērijas Pseudomonas aeruginosa izraisītā MIC 2707 HDSS īpašības, izmantojot elektroķīmiskās metodes, virsmas analīzes metodes un korozijas produktu analīzi. Lai pētītu MIC 2707 HDSS uzvedību, tika veikti elektroķīmiskie pētījumi, tostarp atvērtās ķēdes potenciāls (OCP), lineārā polarizācijas pretestība (LPR), elektroķīmiskā impedances spektroskopija (EIS) un potenciāla dinamiskā polarizācija. Enerģijas dispersīvā spektrometriskā analīze (EDS) tika veikta, lai noteiktu ķīmiskos elementus uz korodētas virsmas. Turklāt rentgenstaru fotoelektronu spektroskopija (XPS) tika izmantota, lai noteiktu oksīda plēves pasivācijas stabilitāti jūras vides, kas satur Pseudomonas aeruginosa, ietekmē. Bedru dziļums tika mērīts ar konfokālo lāzera skenēšanas mikroskopu (CLSM).
1. tabulā ir parādīts 2707 HDSS ķīmiskais sastāvs. 2. tabulā ir redzams, ka 2707 HDSS ir izcilas mehāniskās īpašības ar tecēšanas robežu 650 MPa. 1. attēlā ir parādīta šķīdumā termiski apstrādāta 2707 HDSS optiskā mikrostruktūra. Mikrostruktūrā, kas satur aptuveni 50 % austenīta un 50 % ferīta fāzes, ir redzamas pagarinātas austenīta un ferīta fāžu joslas bez sekundārajām fāzēm.
2.a attēlā redzams atvērtās ķēdes potenciāls (Eocp) atkarībā no iedarbības laika 2707 HDSS 2216E abiotiskā vidē un P. aeruginosa buljonā 14 dienas 37°C temperatūrā. Tas parāda, ka lielākās un nozīmīgākās Eocp izmaiņas notiek pirmo 24 stundu laikā. Eocp vērtības abos gadījumos sasniedza maksimumu pie -145 mV (salīdzinot ar SCE) aptuveni 16 stundu laikā un pēc tam strauji kritās, sasniedzot attiecīgi -477 mV (salīdzinot ar SCE) un -236 mV (salīdzinot ar SCE) abiotiskajam paraugam un P. Pseudomonas aeruginosa paraugiem. Pēc 24 stundām Eocp 2707 HDSS vērtība P. aeruginosa bija relatīvi stabila pie -228 mV (salīdzinot ar SCE), savukārt atbilstošā vērtība nebioloģiskajiem paraugiem bija aptuveni -442 mV (salīdzinot ar SCE). Eocp līmenis P. aeruginosa klātbūtnē bija diezgan zems.
2707 HDSS paraugu elektroķīmiskais pētījums abiotiskā vidē un Pseudomonas aeruginosa buljonā 37 °C temperatūrā:
(a) Eocp kā ekspozīcijas laika funkcija, (b) polarizācijas līknes 14. dienā, (c) Rp kā ekspozīcijas laika funkcija un (d) icorr kā ekspozīcijas laika funkcija.
3. tabulā parādīti 2707 HDSS paraugu elektroķīmiskās korozijas parametri, kas 14 dienu laikā tika pakļauti abiotiskai un ar Pseudomonas aeruginosa inokulētai barotnei. Anoda un katoda līkņu pieskares tika ekstrapolētas, lai iegūtu krustpunktus, kas norāda korozijas strāvas blīvumu (icorr), korozijas potenciālu (Ecorr) un Tafela slīpumu (βα un βc) saskaņā ar standarta metodēm30,31.
Kā parādīts 2.b attēlā, P. aeruginosa līknes nobīde uz augšu izraisīja Ecorr pieaugumu salīdzinājumā ar abiotisko līkni. icorr vērtība, kas ir proporcionāla korozijas ātrumam, Pseudomonas aeruginosa paraugā palielinājās līdz 0,328 µA cm-2, kas ir četras reizes vairāk nekā nebioloģiskajā paraugā (0,087 µA cm-2).
LPR ir klasiska nesagraujošā elektroķīmiskā metode ātrai korozijas analīzei. Tā ir izmantota arī MIC32 pētīšanai. 2.c attēlā parādīta polarizācijas pretestība (Rp) kā iedarbības laika funkcija. Augstāka Rp vērtība nozīmē mazāku koroziju. Pirmo 24 stundu laikā Rp 2707 HDSS sasniedza maksimumu pie 1955 kΩ cm2 abiotiskiem paraugiem un 1429 kΩ cm2 Pseudomonas aeruginosa paraugiem. 2.c attēlā redzams arī, ka Rp vērtība strauji samazinājās pēc vienas dienas un pēc tam palika relatīvi nemainīga nākamo 13 dienu laikā. Pseudomonas aeruginosa parauga Rp vērtība ir aptuveni 40 kΩ cm2, kas ir daudz zemāka nekā nebioloģiska parauga 450 kΩ cm2 vērtība.
icorr vērtība ir proporcionāla vienmērīgajam korozijas ātrumam. Tās vērtību var aprēķināt, izmantojot šādu Sterna-Giri vienādojumu:
Saskaņā ar Zoe et al. 33 datiem, šajā darbā tipiskā Tafel slīpuma B vērtība tika pieņemta kā 26 mV/dec. 2.d attēlā redzams, ka nebioloģiskā parauga 2707 icorr vērtība saglabājās relatīvi stabila, savukārt P. aeruginosa parauga icorr vērtības pēc pirmajām 24 stundām ievērojami svārstījās. P. aeruginosa paraugu icorr vērtības bija par vienu lieluma kārtu augstākas nekā nebioloģisko kontroles paraugu vērtības. Šī tendence atbilst polarizācijas pretestības rezultātiem.
EIS ir vēl viena nesagraujošā metode, ko izmanto, lai raksturotu elektroķīmiskās reakcijas uz korodētām virsmām. Abiotiskajai videi un Pseudomonas aeruginosa šķīdumam pakļauto paraugu impedances spektri un aprēķinātās kapacitātes vērtības, uz parauga virsmas izveidotās pasīvās plēves/bioplēves pretestība Rb, lādiņa pārneses pretestība Rct, elektriskā dubultslāņa kapacitāte Cdl (EDL) un konstantie QCPE fāzes elementa parametri (CPE). Šie parametri tika tālāk analizēti, pielāgojot datus, izmantojot ekvivalentās shēmas (EEC) modeli.
3. attēlā redzami tipiski Nīkvista diagrammas (a un b) un Bodes diagrammas (a' un b') 2707 HDSS paraugiem abiotiskā vidē un P. aeruginosa buljonā dažādiem inkubācijas laikiem. Nīkvista gredzena diametrs samazinās Pseudomonas aeruginosa klātbūtnē. Bodes diagramma (3.b' att.) parāda kopējās impedances palielināšanos. Informāciju par relaksācijas laika konstanti var iegūt no fāzes maksimumiem. 4. attēlā redzamas fizikālās struktūras, kuru pamatā ir monoslānis (a) un divslānis (b), un atbilstošie EEC. CPE ir ieviesta EEC modelī. Tās admittance un impedance ir izteiktas šādi:
Divi fizikālie modeļi un atbilstošās ekvivalentās shēmas parauga 2707 HDSS impedances spektra pielāgošanai:
kur Y0 ir KPI vērtība, j ir imaginārais skaitlis jeb (-1)1/2, ω ir leņķiskā frekvence, n ir KPI jaudas indekss, kas mazāks par vienu35. Lādiņa pārneses pretestības inversija (t.i., 1/Rct) atbilst korozijas ātrumam. Jo mazāks Rct, jo lielāks korozijas ātrums27. Pēc 14 inkubācijas dienām Pseudomonas aeruginosa paraugu Rct sasniedza 32 kΩ cm2, kas ir daudz mazāk nekā nebioloģisko paraugu 489 kΩ cm2 (4. tabula).
5. attēlā redzamie CLSM un SEM attēli skaidri parāda, ka bioplēves pārklājums uz HDSS parauga 2707 virsmas pēc 7 dienām ir blīvs. Tomēr pēc 14 dienām bioplēves pārklājums bija slikts un parādījās dažas atmirušas šūnas. 5. tabulā parādīts bioplēves biezums uz 2707 HDSS paraugiem pēc P. aeruginosa iedarbības 7 un 14 dienas. Maksimālais bioplēves biezums mainījās no 23,4 µm pēc 7 dienām līdz 18,9 µm pēc 14 dienām. Arī vidējais bioplēves biezums apstiprināja šo tendenci. Tas samazinājās no 22,2 ± 0,7 μm pēc 7 dienām līdz 17,8 ± 1,0 μm pēc 14 dienām.
(a) 3D CLSM attēls pēc 7 dienām, (b) 3D CLSM attēls pēc 14 dienām, (c) SEM attēls pēc 7 dienām un (d) SEM attēls pēc 14 dienām.
EML atklāja ķīmiskos elementus bioplēvēs un korozijas produktos paraugos, kas 14 dienas bija pakļauti P. aeruginosa iedarbībai. 6. attēlā redzams, ka C, N, O un P saturs bioplēvēs un korozijas produktos ir ievērojami augstāks nekā tīros metālos, jo šie elementi ir saistīti ar bioplēvēm un to metabolītiem. Mikroorganismiem nepieciešams tikai neliels hroma un dzelzs daudzums. Augsts Cr un Fe līmenis bioplēvē un korozijas produktos uz paraugu virsmas norāda, ka metāla matrica korozijas dēļ ir zaudējusi elementus.
Pēc 14 dienām vidē 2216E tika novērotas bedres ar un bez P. aeruginosa. Pirms inkubācijas paraugu virsma bija gluda un bez defektiem (7.a att.). Pēc inkubācijas un bioplēves un korozijas produktu noņemšanas dziļākās bedres uz paraugu virsmas tika pārbaudītas, izmantojot CLSM, kā parādīts 7.b un 7.c attēlā. Uz nebioloģisko kontroles paraugu virsmas netika konstatētas acīmredzamas bedrītes (maksimālais bedrīšu dziļums 0,02 µm). P. aeruginosa izraisītais maksimālais bedres dziļums bija 0,52 µm 7 dienās un 0,69 µm 14 dienās, pamatojoties uz vidējo maksimālo bedres dziļumu no 3 paraugiem (katram paraugam tika izvēlēti 10 maksimālie bedres dziļumi). Sasniegti attiecīgi 0,42 ± 0,12 µm un 0,52 ± 0,15 µm (5. tabula). Šīs bedrīšu dziļuma vērtības ir nelielas, bet svarīgas.
a) pirms iedarbības, b) 14 dienas abiotiskā vidē un c) 14 dienas Pseudomonas aeruginosa buljonā.
8. attēlā parādīti dažādu paraugu virsmu XPS spektri, un katrai virsmai analizētais ķīmiskais sastāvs ir apkopots 6. tabulā. 6. tabulā Fe un Cr atomu procentuālais daudzums P. aeruginosa klātbūtnē (A un B paraugs) bija daudz zemāks nekā nebioloģiskajām kontrolēm (C un D paraugs). P. aeruginosa paraugam spektra līkne Cr2p kodola līmenī tika pielāgota četrām pīķu komponentēm ar saistīšanās enerģijām (BE) attiecīgi 574,4, 576,6, 578,3 un 586,8 eV, ko var attiecināt uz Cr, Cr2O3, CrO3 un Cr(OH)3 (9.a un b attēls). Nebioloģiskajiem paraugiem galvenā Cr2p līmeņa spektrs satur divus galvenos pīķus Cr (573,80 eV BE) un Cr2O3 (575,90 eV BE) attiecīgi 9.c un 9.d attēlā. Visizteiktākā atšķirība starp abiotiskajiem paraugiem un P. aeruginosa paraugiem bija Cr6+ klātbūtne un lielāka Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) relatīvā proporcija zem bioplēves.
Parauga 2707 HDSS virsmas plašie XPS spektri divās vidēs ir attiecīgi 7 un 14 dienas.
a) 7 dienu iedarbība uz P. aeruginosa, b) 14 dienu iedarbība uz P. aeruginosa, c) 7 dienas abiotiskā vidē un d) 14 dienas abiotiskā vidē.
HDSS uzrāda augstu korozijas izturības līmeni lielākajā daļā vides. Kim et al.2 ziņoja, ka HDSS UNS S32707 tika identificēts kā ļoti leģēts DSS ar PREN, kas lielāks par 45. Šajā darbā parauga 2707 HDSS PREN vērtība bija 49. Tas ir saistīts ar augsto hroma saturu un augsto molibdēna un niķeļa saturu, kas ir noderīgi skābā vidē un vidē ar augstu hlorīdu saturu. Turklāt labi sabalansēts sastāvs un bezdefektu mikrostruktūra ir labvēlīga struktūras stabilitātei un izturībai pret koroziju. Tomēr, neskatoties uz izcilo ķīmisko izturību, šī darba eksperimentālie dati liecina, ka 2707 HDSS nav pilnībā imūns pret P. aeruginosa bioplēves MIK.
Elektroķīmiskie rezultāti parādīja, ka 2707 HDSS korozijas ātrums P. aeruginosa buljonā pēc 14 dienām ievērojami palielinājās, salīdzinot ar nebioloģisko vidi. 2.a attēlā redzams, ka gan abiotiskā vidē, gan P. aeruginosa buljonā pirmo 24 stundu laikā tika novērota Eocp samazināšanās. Pēc tam bioplēve pilnībā pārklāj parauga virsmu, un Eocp kļūst relatīvi stabils36. Tomēr bioloģiskā Eocp līmenis bija daudz augstāks nekā nebioloģiskā Eocp līmenis. Ir pamats uzskatīt, ka šī atšķirība ir saistīta ar P. aeruginosa bioplēvju veidošanos. 2.d attēlā P. aeruginosa klātbūtnē icorr 2707 HDSS vērtība sasniedza 0,627 μA cm-2, kas ir par vienu lieluma kārtu augstāka nekā abiotiskajā kontrolē (0,063 μA cm-2), kas atbilda ar EIS izmērītajai Rct vērtībai. Pirmajās dienās impedances vērtības P. aeruginosa buljonā palielinājās, pateicoties P. aeruginosa šūnu piestiprināšanai un bioplēvju veidošanās procesam. Tomēr, kad bioplēve pilnībā pārklāj parauga virsmu, impedance samazinās. Aizsargslānis tiek ietekmēts galvenokārt bioplēvju un bioplēves metabolītu veidošanās dēļ. Līdz ar to laika gaitā korozijas izturība samazinājās, un P. aeruginosa piestiprināšanās izraisīja lokalizētu koroziju. Abiotiskā vidē tendences bija atšķirīgas. Nebioloģiskās kontroles korozijas izturība bija daudz augstāka nekā atbilstošā vērtība paraugiem, kas tika pakļauti P. aeruginosa buljonam. Turklāt abiotiskiem paraugiem Rct 2707 HDSS vērtība 14. dienā sasniedza 489 kΩ cm2, kas ir 15 reizes augstāka nekā Rct vērtība (32 kΩ cm2) P. aeruginosa klātbūtnē. Tādējādi 2707 HDSS ir lieliska korozijas izturība sterilā vidē, bet tas nav izturīgs pret MIK no P. aeruginosa bioplēvēm.
Šos rezultātus var novērot arī no polarizācijas līknēm 2.b attēlā. Anodiskā sazarošanās ir saistīta ar Pseudomonas aeruginosa bioplēves veidošanos un metālu oksidācijas reakcijām. Šajā gadījumā katodiskā reakcija ir skābekļa reducēšana. P. aeruginosa klātbūtne ievērojami palielināja korozijas strāvas blīvumu, aptuveni par vienu lieluma kārtu augstāk nekā abiotiskajā kontrolē. Tas norāda, ka P. aeruginosa bioplēve pastiprina 2707 HDSS lokalizēto koroziju. Yuan et al.29 atklāja, ka Cu-Ni 70/30 sakausējuma korozijas strāvas blīvums palielinājās P. aeruginosa bioplēves iedarbībā. Tas var būt saistīts ar skābekļa reducēšanas biokatalīzi ar Pseudomonas aeruginosa bioplēvēm. Šis novērojums var arī izskaidrot minimālo inhibējošo koncentrāciju (MIC) 2707 HDSS šajā darbā. Zem aerobām bioplēvēm var būt arī mazāk skābekļa. Tāpēc atteikšanās atkārtoti pasivēt metāla virsmu ar skābekli var būt faktors, kas veicina MIC šajā darbā.
Dikinsons un līdzautori38 ieteica, ka ķīmisko un elektroķīmisko reakciju ātrumu var tieši ietekmēt sesilās baktērijas vielmaiņas aktivitāte uz parauga virsmas un korozijas produktu raksturs. Kā parādīts 5. attēlā un 5. tabulā, šūnu skaits un bioplēves biezums samazinājās pēc 14 dienām. To var pamatoti izskaidrot ar to, ka pēc 14 dienām lielākā daļa sesilās šūnas uz 2707 HDSS virsmas gāja bojā barības vielu trūkuma dēļ 2216E vidē vai toksisku metālu jonu izdalīšanās dēļ no 2707 HDSS matricas. Tas ir sērijveida eksperimentu ierobežojums.
Šajā darbā P. aeruginosa bioplēve veicināja lokālu Cr un Fe noplicināšanos zem bioplēves uz 2707 HDSS virsmas (6. att.). 6. tabulā parādīta Fe un Cr samazināšanās D paraugā salīdzinājumā ar C paraugu, kas norāda, ka P. aeruginosa bioplēves izraisītais izšķīdušais Fe un Cr saglabājās pirmās 7 dienas. Jūras vides simulācijai izmantota 2216E vide. Tā satur 17700 ppm Cl⁻, kas ir salīdzināms ar tās saturu dabiskajā jūras ūdenī. 17700 ppm Cl⁻ klātbūtne bija galvenais Cr samazinājuma iemesls 7 un 14 dienu abiotiskos paraugos, kas analizēti ar XPS. Salīdzinot ar P. aeruginosa paraugiem, Cr izšķīšana abiotiskos paraugos bija daudz mazāka, pateicoties 2707 HDSS spēcīgajai izturībai pret hloru abiotiskos apstākļos. 9. attēlā parādīta Cr6+ klātbūtne pasivējošajā plēvē. Kā ieteica Čens un Kleitons, tas var būt iesaistīts hroma noņemšanā no tērauda virsmām ar P. aeruginosa bioplēvēm.
Baktēriju augšanas dēļ barotnes pH vērtības pirms un pēc kultivēšanas bija attiecīgi 7,4 un 8,2. Tādējādi zem P. aeruginosa bioplēves organisko skābju korozija, visticamāk, neveicina šo darbu relatīvi augstā pH līmeņa dēļ pamatbarotnē. Nebioloģiskās kontroles barotnes pH 14 dienu testa periodā būtiski nemainījās (no sākotnējā 7,4 līdz galīgajam 7,5). pH paaugstināšanās sēklas barotnē pēc inkubācijas bija saistīta ar P. aeruginosa vielmaiņas aktivitāti, un tika konstatēts, ka tai ir tāda pati ietekme uz pH līmeni bez testa strēmelēm.
Kā parādīts 7. attēlā, P. aeruginosa bioplēves izraisītais maksimālais bedres dziļums bija 0,69 µm, kas ir daudz lielāks nekā abiotiskajai videi (0,02 µm). Tas atbilst iepriekš aprakstītajiem elektroķīmiskajiem datiem. Bedres dziļums 0,69 µm ir vairāk nekā desmit reizes mazāks nekā 9,5 µm vērtība, kas ziņota 2205 DSS tādos pašos apstākļos. Šie dati liecina, ka 2707 HDSS uzrāda labāku izturību pret minimālo inhibīciju (MIK) nekā 2205 DSS. Tas nevajadzētu būt pārsteigums, jo 2707 HDSS ir augstāks Cr līmenis, kas nodrošina ilgāku pasivāciju, grūtāk depasivējamu P. aeruginosa un tā līdzsvarotās fāzes struktūras dēļ bez kaitīgiem sekundāriem nogulsnējumiem izraisa bedrīšu veidošanos.
Noslēgumā jāsecina, ka P. aeruginosa buljonā uz 2707 HDSS virsmas tika atrasti minimāli inhibējoši bedrītes, salīdzinot ar nenozīmīgiem bedrītēm abiotiskā vidē. Šis darbs parāda, ka 2707 HDSS ir labāka izturība pret minimālo inhibējošo intensitāti (MIK) nekā 2205 DSS, taču tas nav pilnībā imūns pret MIK P. aeruginosa bioplēves dēļ. Šie rezultāti palīdz izvēlēties piemērotus nerūsējošos tēraudus un pagarināt to dzīves ilgumu jūras vidē.
Kuponu 2707 HDSS saņemšanai nodrošināja Ziemeļaustrumu universitātes (NEU) Metalurģijas skola Šeņjanā, Ķīnā. 2707 HDSS elementu sastāvs ir parādīts 1. tabulā, ko analizēja NEU Materiālu analīzes un testēšanas nodaļa. Visi paraugi tika apstrādāti cietā šķīduma pagatavošanai 1180°C temperatūrā 1 stundu. Pirms korozijas testēšanas monētas formas 2707 HDSS ar 1 cm2 augšējo atvērto virsmu tika pulēts līdz 2000 graudiem ar silīcija karbīda smilšpapīru un pēc tam pulēts ar 0,05 µm Al2O3 pulvera suspensiju. Sānas un apakšdaļa ir aizsargāta ar inertu krāsu. Pēc žāvēšanas paraugus mazgāja ar sterilu dejonizētu ūdeni un sterilizēja ar 75% (v/v) etanolu 0,5 stundas. Pēc tam pirms lietošanas tos 0,5 stundas žāvēja gaisā ultravioletā (UV) gaismā.
Jūras Pseudomonas aeruginosa celms MCCC 1A00099 tika iegādāts no Sjameņas Jūras kultūru kolekcijas centra (MCCC) Ķīnā. Pseudomonas aeruginosa tika audzēts aerobos apstākļos 37°C temperatūrā 250 ml kolbās un 500 ml stikla elektroķīmiskajās šūnās, izmantojot Marine 2216E šķidro barotni (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Cjindao, Ķīna). Barotne satur (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 peptons, 1,0 rauga ekstrakts un 0,1 dzelzs citrāts. Pirms inokulācijas autoklāvēt 121°C temperatūrā 20 minūtes. Sēdošās un planktoniskās šūnas skaitīt ar hemocitometru gaismas mikroskopā ar 400x palielinājumu. Planktonisko Pseudomonas aeruginosa sākotnējā koncentrācija tūlīt pēc inokulācijas bija aptuveni 106 šūnas/ml.
Elektroķīmiskie testi tika veikti klasiskā trīs elektrodu stikla šūnā ar barotnes tilpumu 500 ml. Platīna loksne un piesātinātais kalomela elektrods (SAE) tika savienoti ar reaktoru caur Luggin kapilāriem, kas piepildīti ar sāls tiltiņiem, kuri kalpoja attiecīgi kā pretelektrodi un atsauces elektrodi. Darba elektrodu izgatavošanai katram paraugam tika piestiprināta gumijota vara stieple un pārklāta ar epoksīdsveķiem, atstājot apmēram 1 cm2 neaizsargāta laukuma darba elektrodam vienā pusē. Elektroķīmisko mērījumu laikā paraugi tika ievietoti 2216E vidē un turēti nemainīgā inkubācijas temperatūrā (37°C) ūdens vannā. OCP, LPR, EIS un potenciāla dinamiskās polarizācijas dati tika mērīti, izmantojot Autolab potenciostatu (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ASV). LPR testi tika reģistrēti ar skenēšanas ātrumu 0,125 mV s-1 diapazonā no -5 līdz 5 mV ar Eocp un paraugu ņemšanas frekvenci 1 Hz. EIS tika veikta ar sinusoidālu vilni frekvenču diapazonā no 0,01 līdz 10 000 Hz, izmantojot pielietoto spriegumu 5 mV pie stabila Eocp stāvokļa. Pirms potenciāla pārbaudes elektrodi atradās dīkstāves režīmā, līdz tika sasniegta stabila brīvās korozijas potenciāla vērtība. Pēc tam polarizācijas līknes tika mērītas no -0,2 līdz 1,5 V kā Eocp funkcija ar skenēšanas ātrumu 0,166 mV/s. Katrs tests tika atkārtots 3 reizes ar un bez P. aeruginosa.
Metalogrāfiskajai analīzei paredzētie paraugi tika mehāniski pulēti ar mitru 2000 grit SiC papīru un pēc tam tālāk pulēti ar 0,05 µm Al2O3 pulvera suspensiju optiskai novērošanai. Metalogrāfiskā analīze tika veikta, izmantojot optisko mikroskopu. Paraugi tika kodināti ar 10 masas % kālija hidroksīda 43 šķīdumu.
Pēc inkubācijas paraugus 3 reizes mazgāja ar fosfātu buferētu sāls šķīdumu (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) un pēc tam 10 stundas fiksēja ar 2,5% (v/v) glutaraldehīdu, lai fiksētu bioplēves. Pēc tam tos dehidrēja ar partijām pievienotu etanolu (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% un 100% pēc tilpuma) pirms žāvēšanas gaisā. Visbeidzot, uz parauga virsmas uzklāja zelta plēvi, lai nodrošinātu vadītspēju SEM novērošanai. SEM attēli tika fokusēti uz plankumiem ar visnesilākajām P. aeruginosa šūnām uz katra parauga virsmas. Veica EDS analīzi, lai atrastu ķīmiskos elementus. Bedres dziļuma mērīšanai tika izmantots Zeiss konfokālais lāzera skenēšanas mikroskops (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Vācija). Lai novērotu korozijas bedres zem bioplēves, testa paraugs vispirms tika iztīrīts saskaņā ar Ķīnas Nacionālo standartu (CNS) GB/T4334.4-2000, lai no testa parauga virsmas noņemtu korozijas produktus un bioplēvi.
Rentgenstaru fotoelektronu spektroskopijas (XPS, ESCALAB250 virsmas analīzes sistēma, Thermo VG, ASV) analīze tika veikta, izmantojot monohromatisku rentgenstaru avotu (alumīnija Kα līnija ar enerģiju 1500 eV un jaudu 150 W) plašā saistīšanas enerģiju diapazonā 0 standarta apstākļos –1350 eV. Augstas izšķirtspējas spektri tika reģistrēti, izmantojot pārraides enerģiju 50 eV un 0,2 eV soli.
Inkubētie paraugi tika izņemti un 15 sekundes uzmanīgi mazgāti ar PBS (pH 7,4 ± 0,2). Lai novērotu bioplēvju baktēriju dzīvotspēju uz paraugiem, bioplēves tika iekrāsotas, izmantojot LIVE/DEAD BacLight baktēriju dzīvotspējas komplektu (Invitrogen, Eugene, OR, ASV). Komplektā ir divas fluorescējošas krāsvielas: SYTO-9 zaļa fluorescējoša krāsviela un propīdija jodīda (PI) sarkana fluorescējoša krāsviela. CLSM testā fluorescējoši zaļi un sarkani punkti apzīmē attiecīgi dzīvas un mirušas šūnas. Krāsošanai 1 ml maisījuma, kas satur 3 µl SYTO-9 un 3 µl PI šķīduma, tika inkubēts 20 minūtes istabas temperatūrā (23°C) tumsā. Pēc tam iekrāsotie paraugi tika pārbaudīti divos viļņu garumos (488 nm dzīvām šūnām un 559 nm mirušām šūnām), izmantojot Nikon CLSM aparātu (C2 Plus, Nikon, Japāna). Bioplēves biezums tika mērīts 3D skenēšanas režīmā.
Kā citēt šo rakstu: Li, H. et al. 2707 superdupleksa nerūsējošā tērauda mikrobu korozija, ko izraisa Pseudomonas aeruginosa jūras bioplēve. The Science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. un Zucchi, F. LDX 2101 dupleksa nerūsējošā tērauda sprieguma korozijas plaisāšana hlorīdu šķīdumos tiosulfāta klātbūtnē. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. un Zucchi, F. LDX 2101 dupleksa nerūsējošā tērauda sprieguma korozijas plaisāšana hlorīdu šķīdumos tiosulfāta klātbūtnē. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. un Zucchi, F. Dupleksa nerūsējošā tērauda LDX 2101 sprieguma korozijas plaisāšana hlorīdu šķīdumos tiosulfāta klātbūtnē. 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stainless steel在福代sulfate分下下南性性生于中姣肀傉于中姾像 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. un Zucchi, F. Dupleksa nerūsējošā tērauda LDX 2101 sprieguma korozijas plaisāšana hlorīda šķīdumā tiosulfāta klātbūtnē.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS un Park, YS Šķīduma termiskās apstrādes un slāpekļa aizsarggāzē ietekme uz hiperdupleksa nerūsējošā tērauda metinājumu izturību pret punktveida koroziju. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS un Park, YS Šķīduma termiskās apstrādes un slāpekļa aizsarggāzē ietekme uz hiperdupleksa nerūsējošā tērauda metinājumu izturību pret punktveida koroziju.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS un Park, YS Šķīduma termiskās apstrādes un slāpekļa ietekme uz hiperdupleksa nerūsējošā tērauda metinājumu izturību pret punktveida koroziju. 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 un Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS un Park, YS Šķīduma termiskās apstrādes un slāpekļa ietekme uz superdupleksa nerūsējošā tērauda metinājumu izturību pret punktveida koroziju.Koros. Zinātne. 53, 1939.–1947. g. (2011. g.).
Ši, X., Avči, R., Geisers, M. un Levandovskis, Z. Salīdzinošs pētījums ķīmijā par mikrobiāli un elektroķīmiski inducētu punktveida koroziju 316L nerūsējošajā tēraudā. Ši, X., Avči, R., Geisers, M. un Levandovskis, Z. Salīdzinošs pētījums ķīmijā par mikrobiāli un elektroķīmiski inducētu punktveida koroziju 316L nerūsējošajā tēraudā.Ši, X., Avči, R., Geizers, M. un Levandovskis, Z. 316L nerūsējošā tērauda mikrobioloģiskās un elektroķīmiskās punktveida korozijas salīdzinošais ķīmiskais pētījums. 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 Ši, X., Avči, R., Geisers, M. un Levandovskis, Z.Ši, X., Avči, R., Geizers, M. un Levandovskis, Z. Mikrobioloģiski un elektroķīmiski inducētas punktveida korozijas salīdzinošs ķīmiskais pētījums 316L nerūsējošajā tēraudā.Koros. Zinātne. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG un Xiao, K. 2205 dupleksa nerūsējošā tērauda elektroķīmiskā uzvedība sārmainos šķīdumos ar dažādu pH hlorīda klātbūtnē. Luo, H., Dong, CF, Li, XG un Xiao, K. 2205 dupleksa nerūsējošā tērauda elektroķīmiskā uzvedība sārmainos šķīdumos ar dažādu pH hlorīda klātbūtnē.Luo H., Dong KF, Lee HG un Xiao K. Dupleksa nerūsējošā tērauda 2205 elektroķīmiskā uzvedība sārmainos šķīdumos ar dažādu pH hlorīda klātbūtnē. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性㺶液中的电匡液中的电匡 Luo, H., Dong, CF, Li, XG un Xiao, K. 2205 Nerūsējošā tērauda elektroķīmiskā uzvedība hlorīdu klātbūtnē dažādos pH līmeņos sārmainā šķīdumā.Luo H., Dong KF, Lee HG un Xiao K. Dupleksa nerūsējošā tērauda 2205 elektroķīmiskā uzvedība sārmainos šķīdumos ar dažādu pH hlorīda klātbūtnē.Žurnāls “Electrochem”. 64, 211.–220. lpp. (2012. g.).
Litls, B. Dž., Lī, Dž. S. un Rejs, R. I. Jūras bioplēvju ietekme uz koroziju: īss pārskats. Litls, B. Dž., Lī, Dž. S. un Rejs, R. I. Jūras bioplēvju ietekme uz koroziju: īss pārskats.Litls, B. Dž., Lī, Dž. S. un Rejs, R. I. Jūras bioplēvju ietekme uz koroziju: īss pārskats. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述. Litls, BJ, Lī, Dž. S. un Rejs, RodailendaLitls, B. Dž., Lī, Dž. S. un Rejs, R. I. Jūras bioplēvju ietekme uz koroziju: īss pārskats.Žurnāls “Electrochem”. 54, 2.–7. lpp. (2008. g.).