Terima kasih kerana melayari Nature.com. Versi pelayar yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad. Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan pelayar yang dikemas kini (atau melumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan memaparkan laman web tanpa gaya dan JavaScript.
Kakisan mikrob (MIC) merupakan masalah serius dalam banyak industri, kerana ia boleh mengakibatkan kerugian ekonomi yang besar. Keluli tahan karat super dupleks 2707 (2707 HDSS) digunakan dalam persekitaran marin kerana rintangan kimianya yang sangat baik. Walau bagaimanapun, rintangannya terhadap MIC belum ditunjukkan secara eksperimen. Kajian ini mengkaji tingkah laku MIC 2707 HDSS yang disebabkan oleh bakteria aerobik marin Pseudomonas aeruginosa. Analisis elektrokimia menunjukkan bahawa dengan kehadiran biofilm Pseudomonas aeruginosa dalam medium 2216E, perubahan positif dalam potensi kakisan dan peningkatan ketumpatan arus kakisan berlaku. Analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) menunjukkan penurunan kandungan Cr pada permukaan sampel di bawah biofilm. Analisis visual lubang menunjukkan bahawa biofilm P. aeruginosa menghasilkan kedalaman lubang maksimum 0.69 µm semasa 14 hari pengeraman. Walaupun ini kecil, ia menunjukkan bahawa 2707 HDSS tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC biofilm P. aeruginosa.
Keluli tahan karat dupleks (DSS) digunakan secara meluas dalam pelbagai industri kerana gabungan sempurna sifat mekanikal dan rintangan kakisan yang sangat baik1,2. Walau bagaimanapun, lubang setempat masih berlaku dan menjejaskan integriti keluli ini3,4. DSS tidak tahan terhadap kakisan mikrob (MIC)5,6. Walaupun terdapat pelbagai aplikasi untuk DSS, masih terdapat persekitaran di mana rintangan kakisan DSS tidak mencukupi untuk kegunaan jangka panjang. Ini bermakna bahan yang lebih mahal dengan rintangan kakisan yang lebih tinggi diperlukan. Jeon et al7 mendapati bahawa keluli tahan karat super dupleks (SDSS) pun mempunyai beberapa batasan dari segi rintangan kakisan. Oleh itu, dalam beberapa kes, keluli tahan karat super dupleks (HDSS) dengan rintangan kakisan yang lebih tinggi diperlukan. Ini membawa kepada pembangunan HDSS yang sangat dialoi.
Rintangan kakisan DSS bergantung pada nisbah fasa alfa dan gamma dan susut di kawasan Cr, Mo dan W 8, 9, 10 bersebelahan dengan fasa kedua. HDSS mengandungi kandungan Cr, Mo dan N11 yang tinggi, oleh itu ia mempunyai rintangan kakisan yang sangat baik dan nilai tinggi (45-50) bagi nombor rintangan bopeng setara (PREN) yang ditentukan oleh wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt. .%W) + 16% wt. N12. Rintangan kakisannya yang sangat baik bergantung pada komposisi seimbang yang mengandungi kira-kira 50% fasa ferit (α) dan 50% fasa austenit (γ). HDSS mempunyai sifat mekanikal yang lebih baik dan rintangan yang lebih tinggi terhadap kakisan klorida. Rintangan kakisan yang dipertingkatkan meluaskan penggunaan HDSS dalam persekitaran klorida yang lebih agresif seperti persekitaran marin.
MIC merupakan masalah utama dalam banyak industri seperti industri minyak dan gas serta air14. MIC menyumbang 20% ​​daripada semua kerosakan kakisan15. MIC ialah kakisan bioelektrokimia yang boleh diperhatikan dalam banyak persekitaran. Biofilem yang terbentuk pada permukaan logam mengubah keadaan elektrokimia, sekali gus menjejaskan proses kakisan. Dipercayai secara meluas bahawa kakisan MIC disebabkan oleh biofilem. Mikroorganisma elektrogenik memakan logam untuk mendapatkan tenaga yang diperlukan untuk terus hidup17. Kajian MIC baru-baru ini menunjukkan bahawa EET (pemindahan elektron ekstraselular) ialah faktor pengehad kadar dalam MIC yang disebabkan oleh mikroorganisma elektrogenik. Zhang et al. 18 menunjukkan bahawa perantara elektron mempercepatkan pemindahan elektron antara sel Desulfovibrio sessificans dan keluli tahan karat 304, mengakibatkan serangan MIC yang lebih teruk. Anning et al. 19 dan Wenzlaff et al. 20 telah menunjukkan bahawa biofilem bakteria pengurangan sulfat (SRB) yang menghakis boleh menyerap elektron secara langsung daripada substrat logam, mengakibatkan lubang yang teruk.
DSS diketahui mudah terdedah kepada MIC dalam media yang mengandungi SRB, bakteria penurun zat besi (IRB), dan sebagainya. 21. Bakteria ini menyebabkan lubang setempat pada permukaan DSS di bawah biofilem 22,23. Tidak seperti DSS, MIC HDSS24 tidak begitu dikenali.
Pseudomonas aeruginosa ialah bakteria Gram-negatif, motil, berbentuk rod yang tersebar luas di alam semula jadi25. Pseudomonas aeruginosa juga merupakan kumpulan mikrob utama dalam persekitaran marin, menyebabkan kepekatan MIC yang tinggi. Pseudomonas terlibat secara aktif dalam proses kakisan dan diiktiraf sebagai penjajah perintis semasa pembentukan biofilm. Mahat et al. 28 dan Yuan et al. 29 menunjukkan bahawa Pseudomonas aeruginosa cenderung meningkatkan kadar kakisan keluli lembut dan aloi dalam persekitaran akuatik.
Objektif utama kajian ini adalah untuk mengkaji sifat-sifat MIC 2707 HDSS yang disebabkan oleh bakteria aerobik marin Pseudomonas aeruginosa menggunakan kaedah elektrokimia, kaedah analisis permukaan dan analisis produk kakisan. Kajian elektrokimia, termasuk potensi litar terbuka (OCP), rintangan pengkutuban linear (LPR), spektroskopi impedans elektrokimia (EIS), dan pengkutuban dinamik potensi, telah dijalankan untuk mengkaji kelakuan MIC 2707 HDSS. Analisis spektrometri serakan tenaga (EDS) telah dijalankan untuk mengesan unsur kimia pada permukaan yang berkarat. Di samping itu, spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) telah digunakan untuk menentukan kestabilan pempasifan filem oksida di bawah pengaruh persekitaran marin yang mengandungi Pseudomonas aeruginosa. Kedalaman lubang diukur di bawah mikroskop pengimbasan laser konfokal (CLSM).
Jadual 1 menunjukkan komposisi kimia 2707 HDSS. Jadual 2 menunjukkan bahawa 2707 HDSS mempunyai sifat mekanikal yang sangat baik dengan kekuatan alah 650 MPa. Rajah 1 menunjukkan mikrostruktur optik larutan 2707 HDSS yang dirawat haba. Dalam mikrostruktur yang mengandungi kira-kira 50% fasa austenit dan 50% ferit, jalur memanjang fasa austenit dan ferit tanpa fasa sekunder dapat dilihat.
Rajah 2a menunjukkan potensi litar terbuka (Eocp) berbanding masa pendedahan untuk 2707 HDSS dalam medium abiotik 2216E dan sup P. aeruginosa selama 14 hari pada suhu 37°C. Ia menunjukkan bahawa perubahan terbesar dan paling ketara dalam Eocp berlaku dalam tempoh 24 jam pertama. Nilai Eocp dalam kedua-dua kes mencapai kemuncak pada -145 mV (berbanding SCE) sekitar 16 jam dan kemudian menurun mendadak, mencapai -477 mV (berbanding SCE) dan -236 mV (berbanding SCE) untuk sampel abiotik. Selepas 24 jam, nilai Eocp 2707 HDSS untuk P. aeruginosa agak stabil pada -228 mV (berbanding SCE), manakala nilai yang sepadan untuk sampel bukan biologi adalah kira-kira -442 mV (berbanding SCE). Eocp dengan kehadiran P. aeruginosa adalah agak rendah.
Kajian elektrokimia terhadap 2707 sampel HDSS dalam medium abiotik dan sup Pseudomonas aeruginosa pada suhu 37 °C:
(a) Eocp sebagai fungsi masa pendedahan, (b) lengkung pengkutuban pada hari ke-14, (c) Rp sebagai fungsi masa pendedahan, dan (d) icorr sebagai fungsi masa pendedahan.
Jadual 3 menunjukkan parameter kakisan elektrokimia bagi 2707 sampel HDSS yang terdedah kepada media abiotik dan Pseudomonas aeruginosa yang diinokulasi dalam tempoh 14 hari. Tangen lengkung anod dan katod telah diekstrapolasi untuk mendapatkan persilangan yang memberikan ketumpatan arus kakisan (icorr), potensi kakisan (Ecorr) dan cerun Tafel (βα dan βc) mengikut kaedah piawai 30,31.
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2b, anjakan ke atas dalam lengkung P. aeruginosa mengakibatkan peningkatan Ecorr berbanding lengkung abiotik. Nilai icorr, yang berkadar terus dengan kadar kakisan, meningkat kepada 0.328 µA cm-2 dalam sampel Pseudomonas aeruginosa, iaitu empat kali ganda lebih besar daripada sampel bukan biologi (0.087 µA cm-2).
LPR ialah kaedah elektrokimia tanpa pemusnah klasik untuk analisis kakisan pantas. Ia juga telah digunakan untuk mengkaji MIC32. Pada rajah 2c, rintangan pengkutuban (Rp) menunjukkan fungsi masa pendedahan. Nilai Rp yang lebih tinggi bermakna kurang kakisan. Dalam tempoh 24 jam pertama, Rp 2707 HDSS mencapai kemuncak pada 1955 kΩ cm2 untuk spesimen abiotik dan 1429 kΩ cm2 untuk spesimen Pseudomonas aeruginosa. Rajah 2c juga menunjukkan bahawa nilai Rp menurun dengan cepat selepas satu hari dan kemudian kekal agak tidak berubah dalam tempoh 13 hari berikutnya. Nilai Rp bagi sampel Pseudomonas aeruginosa adalah kira-kira 40 kΩ cm2, yang jauh lebih rendah daripada nilai 450 kΩ cm2 bagi sampel bukan biologi.
Nilai icorr adalah berkadar terus dengan kadar kakisan seragam. Nilainya boleh dikira daripada persamaan Stern-Giri berikut:
Menurut Zoe et al. 33, nilai tipikal cerun Tafel B dalam kajian ini diambil sebagai 26 mV/dec. Rajah 2d menunjukkan bahawa icorr sampel bukan biologi 2707 kekal agak stabil, manakala sampel P. aeruginosa berubah-ubah dengan ketara selepas 24 jam pertama. Nilai icorr sampel P. aeruginosa adalah satu peringkat magnitud yang lebih tinggi daripada kawalan bukan biologi. Trend ini selaras dengan keputusan rintangan polarisasi.
EIS merupakan satu lagi kaedah tanpa pemusnah yang digunakan untuk mencirikan tindak balas elektrokimia pada permukaan yang berkarat. Spektrum impedans dan nilai kapasitans yang dikira bagi sampel yang terdedah kepada persekitaran abiotik dan larutan Pseudomonas aeruginosa, rintangan filem/biofilem pasif Rb yang terbentuk pada permukaan sampel, rintangan pemindahan cas Rct, kapasitans lapisan berganda elektrik Cdl (EDL) dan parameter elemen Fasa QCPE yang malar (CPE). Parameter ini dianalisis selanjutnya dengan memadankan data menggunakan model litar setara (EEC).
Pada rajah 3 menunjukkan plot Nyquist tipikal (a dan b) dan plot Bode (a' dan b') untuk 2707 sampel HDSS dalam media abiotik dan sup P. aeruginosa untuk masa pengeraman yang berbeza. Diameter cincin Nyquist berkurangan dengan kehadiran Pseudomonas aeruginosa. Plot Bode (Rajah 3b') menunjukkan peningkatan dalam jumlah impedans. Maklumat tentang pemalar masa pengenduran boleh diperolehi daripada fasa maksimum. Pada rajah 4 menunjukkan struktur fizikal berdasarkan monolayer (a) dan dwilayer (b) dan EEC yang sepadan. CPE diperkenalkan ke dalam model EEC. Kemasukan dan impedansnya dinyatakan seperti berikut:
Dua model fizikal dan litar setara yang sepadan untuk menyesuaikan spektrum impedans sampel 2707 HDSS:
di mana Y0 ialah nilai KPI, j ialah nombor khayalan atau (-1)1/2, ω ialah frekuensi sudut, n ialah indeks kuasa KPI kurang daripada satu35. Songsangan rintangan pemindahan cas (iaitu 1/Rct) sepadan dengan kadar kakisan. Semakin kecil Rct, semakin tinggi kadar kakisan27. Selepas 14 hari pengeraman, Rct sampel Pseudomonas aeruginosa mencapai 32 kΩ cm2, yang jauh lebih rendah daripada 489 kΩ cm2 sampel bukan biologi (Jadual 4).
Imej CLSM dan imej SEM dalam Rajah 5 jelas menunjukkan bahawa salutan biofilm pada permukaan sampel HDSS 2707 selepas 7 hari adalah padat. Walau bagaimanapun, selepas 14 hari, liputan biofilm adalah lemah dan beberapa sel mati muncul. Jadual 5 menunjukkan ketebalan biofilm pada 2707 sampel HDSS selepas terdedah kepada P. aeruginosa selama 7 dan 14 hari. Ketebalan biofilm maksimum berubah daripada 23.4 µm selepas 7 hari kepada 18.9 µm selepas 14 hari. Ketebalan biofilm purata juga mengesahkan trend ini. Ia menurun daripada 22.2 ± 0.7 μm selepas 7 hari kepada 17.8 ± 1.0 μm selepas 14 hari.
(a) Imej CLSM 3-D pada 7 hari, (b) Imej CLSM 3-D pada 14 hari, (c) Imej SEM pada 7 hari, dan (d) Imej SEM pada 14 hari.
EMF mendedahkan unsur kimia dalam biofilm dan produk kakisan pada sampel yang terdedah kepada P. aeruginosa selama 14 hari. Pada rajah 6, Rajah menunjukkan bahawa kandungan C, N, O, dan P dalam biofilm dan produk kakisan adalah jauh lebih tinggi daripada logam tulen, kerana unsur-unsur ini dikaitkan dengan biofilm dan metabolitnya. Mikrob hanya memerlukan sedikit kromium dan besi. Tahap Cr dan Fe yang tinggi dalam biofilm dan produk kakisan pada permukaan sampel menunjukkan bahawa matriks logam telah kehilangan unsur akibat kakisan.
Selepas 14 hari, lubang dengan dan tanpa P. aeruginosa diperhatikan dalam medium 2216E. Sebelum pengeraman, permukaan sampel licin dan bebas kecacatan (Rajah 7a). Selepas pengeraman dan penyingkiran biofilm dan produk kakisan, lubang terdalam pada permukaan sampel diperiksa menggunakan CLSM, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7b dan c. Tiada lubang yang jelas ditemui pada permukaan kawalan bukan biologi (kedalaman lubang maksimum 0.02 µm). Kedalaman lubang maksimum yang disebabkan oleh P. aeruginosa ialah 0.52 µm pada 7 hari dan 0.69 µm pada 14 hari, berdasarkan purata kedalaman lubang maksimum daripada 3 sampel (10 kedalaman lubang maksimum dipilih untuk setiap sampel). Pencapaian masing-masing sebanyak 0.42 ± 0.12 µm dan 0.52 ± 0.15 µm (Jadual 5). Nilai kedalaman lubang ini kecil tetapi penting.
(a) sebelum pendedahan, (b) 14 hari dalam persekitaran abiotik, dan (c) 14 hari dalam sup Pseudomonas aeruginosa.
Pada rajah 8, Jadual 8 menunjukkan spektrum XPS bagi pelbagai permukaan sampel, dan komposisi kimia yang dianalisis untuk setiap permukaan diringkaskan dalam Jadual 6. Dalam Jadual 6, peratusan atom Fe dan Cr dengan kehadiran P. aeruginosa (sampel A dan B) adalah jauh lebih rendah daripada kawalan bukan biologi (sampel C dan D). Bagi sampel P. aeruginosa, lengkung spektrum pada aras nukleus Cr 2p telah dipadankan dengan empat komponen puncak dengan tenaga pengikatan (BE) masing-masing sebanyak 574.4, 576.6, 578.3 dan 586.8 eV, yang boleh dikaitkan dengan Cr, Cr2O3, CrO3. dan Cr(OH)3 (Rajah 9a dan b). Bagi sampel bukan biologi, spektrum aras Cr 2p utama mengandungi dua puncak utama untuk Cr (573.80 eV untuk BE) dan Cr2O3 (575.90 eV untuk BE) masing-masing dalam Rajah 9c dan d. Perbezaan yang paling ketara antara sampel abiotik dan sampel P. aeruginosa ialah kehadiran Cr6+ dan perkadaran relatif Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) yang lebih tinggi di bawah biofilm.
Spektrum XPS luas permukaan sampel 2707 HDSS dalam dua media masing-masing ialah 7 dan 14 hari.
(a) 7 hari pendedahan kepada P. aeruginosa, (b) 14 hari pendedahan kepada P. aeruginosa, (c) 7 hari dalam persekitaran abiotik, dan (d) 14 hari dalam persekitaran abiotik.
HDSS mempamerkan tahap rintangan kakisan yang tinggi dalam kebanyakan persekitaran. Kim et al.2 melaporkan bahawa HDSS UNS S32707 dikenal pasti sebagai DSS aloi tinggi dengan PREN lebih besar daripada 45. Nilai PREN sampel 2707 HDSS dalam kajian ini ialah 49. Ini disebabkan oleh kandungan kromium yang tinggi dan kandungan molibdenum dan nikel yang tinggi, yang berguna dalam persekitaran berasid dan persekitaran dengan kandungan klorida yang tinggi. Di samping itu, komposisi yang seimbang dan mikrostruktur bebas kecacatan bermanfaat untuk kestabilan struktur dan rintangan kakisan. Walau bagaimanapun, walaupun rintangan kimianya sangat baik, data eksperimen dalam kajian ini menunjukkan bahawa 2707 HDSS tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC biofilm P. aeruginosa.
Keputusan elektrokimia menunjukkan bahawa kadar kakisan 2707 HDSS dalam sup P. aeruginosa meningkat dengan ketara selepas 14 hari berbanding persekitaran bukan biologi. Dalam Rajah 2a, penurunan Eocp diperhatikan dalam medium abiotik dan dalam sup P. aeruginosa semasa 24 jam pertama. Selepas itu, biofilm menutupi sepenuhnya permukaan sampel, dan Eocp menjadi agak stabil36. Walau bagaimanapun, tahap Eocp biologi adalah jauh lebih tinggi daripada tahap Eocp bukan biologi. Terdapat sebab untuk mempercayai bahawa perbezaan ini dikaitkan dengan pembentukan biofilm P. aeruginosa. Pada rajah 2d dengan kehadiran P. aeruginosa, nilai icorr 2707 HDSS mencapai 0.627 μA cm-2, yang merupakan satu magnitud yang lebih tinggi daripada kawalan abiotik (0.063 μA cm-2), yang konsisten dengan nilai Rct yang diukur oleh EIS. Semasa beberapa hari pertama, nilai impedans dalam sup P. aeruginosa meningkat disebabkan oleh pelekatan sel P. aeruginosa dan pembentukan biofilm. Walau bagaimanapun, apabila biofilm menutupi permukaan sampel sepenuhnya, impedans berkurangan. Lapisan pelindung diserang terutamanya disebabkan oleh pembentukan biofilm dan metabolit biofilm. Akibatnya, rintangan kakisan berkurangan dari semasa ke semasa dan pelekatan P. aeruginosa menyebabkan kakisan setempat. Trend dalam persekitaran abiotik adalah berbeza. Rintangan kakisan kawalan bukan biologi adalah jauh lebih tinggi daripada nilai yang sepadan dengan sampel yang terdedah kepada sup P. aeruginosa. Di samping itu, untuk aksesi abiotik, nilai Rct 2707 HDSS mencapai 489 kΩ cm2 pada hari ke-14, iaitu 15 kali lebih tinggi daripada nilai Rct (32 kΩ cm2) dengan kehadiran P. aeruginosa. Oleh itu, 2707 HDSS mempunyai rintangan kakisan yang sangat baik dalam persekitaran steril, tetapi tidak tahan terhadap MIC daripada biofilm P. aeruginosa.
Keputusan ini juga boleh diperhatikan daripada lengkung polarisasi dalam Rajah 2b. Percabangan anodik telah dikaitkan dengan pembentukan biofilm Pseudomonas aeruginosa dan tindak balas pengoksidaan logam. Dalam kes ini, tindak balas katodik adalah pengurangan oksigen. Kehadiran P. aeruginosa meningkatkan ketumpatan arus kakisan dengan ketara, kira-kira satu peringkat magnitud yang lebih tinggi daripada kawalan abiotik. Ini menunjukkan bahawa biofilm P. aeruginosa meningkatkan kakisan setempat bagi 2707 HDSS. Yuan et al.29 mendapati bahawa ketumpatan arus kakisan aloi Cu-Ni 70/30 meningkat di bawah tindakan biofilm P. aeruginosa. Ini mungkin disebabkan oleh biopemangkinan pengurangan oksigen oleh biofilm Pseudomonas aeruginosa. Pemerhatian ini juga boleh menjelaskan MIC 2707 HDSS dalam kajian ini. Mungkin juga terdapat kurang oksigen di bawah biofilm aerobik. Oleh itu, keengganan untuk memasifkan semula permukaan logam dengan oksigen mungkin merupakan faktor yang menyumbang kepada MIC dalam kajian ini.
Dickinson et al. 38 mencadangkan bahawa kadar tindak balas kimia dan elektrokimia boleh dipengaruhi secara langsung oleh aktiviti metabolik bakteria sessile pada permukaan sampel dan sifat produk kakisan. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5 dan Jadual 5, bilangan sel dan ketebalan biofilm menurun selepas 14 hari. Ini boleh dijelaskan secara munasabah oleh fakta bahawa selepas 14 hari, kebanyakan sel sessile pada permukaan 2707 HDSS mati akibat kekurangan nutrien dalam medium 2216E atau pembebasan ion logam toksik daripada matriks 2707 HDSS. Ini adalah batasan eksperimen kelompok.
Dalam kajian ini, biofilm P. aeruginosa menyumbang kepada pengurangan setempat Cr dan Fe di bawah biofilm pada permukaan 2707 HDSS (Rajah 6). Jadual 6 menunjukkan pengurangan Fe dan Cr dalam sampel D berbanding sampel C, menunjukkan bahawa Fe dan Cr terlarut yang disebabkan oleh biofilm P. aeruginosa berterusan selama 7 hari pertama. Persekitaran 2216E digunakan untuk mensimulasikan persekitaran marin. Ia mengandungi 17700 ppm Cl-, yang setanding dengan kandungannya dalam air laut semula jadi. Kehadiran 17700 ppm Cl- adalah sebab utama penurunan Cr dalam sampel abiotik 7 dan 14 hari yang dianalisis oleh XPS. Berbanding dengan sampel P. aeruginosa, pembubaran Cr dalam sampel abiotik adalah jauh lebih rendah disebabkan oleh rintangan kuat 2707 HDSS terhadap klorin di bawah keadaan abiotik. Pada rajah 9 menunjukkan kehadiran Cr6+ dalam filem pasif. Ia mungkin terlibat dalam penyingkiran kromium daripada permukaan keluli oleh biofilem P. aeruginosa, seperti yang dicadangkan oleh Chen dan Clayton.
Disebabkan oleh pertumbuhan bakteria, nilai pH medium sebelum dan selepas penanaman masing-masing adalah 7.4 dan 8.2. Oleh itu, di bawah biofilm P. aeruginosa, kakisan asid organik tidak mungkin menyumbang kepada kerja ini disebabkan oleh pH yang agak tinggi dalam medium pukal. pH medium kawalan bukan biologi tidak berubah dengan ketara (dari awal 7.4 kepada akhir 7.5) semasa tempoh ujian 14 hari. Peningkatan pH dalam medium benih selepas pengeraman adalah disebabkan oleh aktiviti metabolik P. aeruginosa dan didapati mempunyai kesan yang sama terhadap pH tanpa jalur ujian.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7, kedalaman lubang maksimum yang disebabkan oleh biofilm P. aeruginosa ialah 0.69 µm, yang jauh lebih besar daripada medium abiotik (0.02 µm). Ini selaras dengan data elektrokimia yang diterangkan di atas. Kedalaman lubang 0.69 µm adalah lebih daripada sepuluh kali lebih kecil daripada nilai 9.5 µm yang dilaporkan untuk 2205 DSS di bawah keadaan yang sama. Data ini menunjukkan bahawa 2707 HDSS mempamerkan rintangan yang lebih baik terhadap MIC berbanding 2205 DSS. Ini tidak sepatutnya mengejutkan kerana 2707 HDSS mempunyai tahap Cr yang lebih tinggi yang memberikan pasifasi yang lebih lama, lebih sukar untuk menyahpasivasi P. aeruginosa, dan kerana struktur fasanya yang seimbang tanpa pemendakan sekunder yang berbahaya menyebabkan lubang.
Kesimpulannya, lubang MIC ditemui pada permukaan 2707 HDSS dalam sup P. aeruginosa berbanding lubang yang tidak ketara dalam persekitaran abiotik. Kajian ini menunjukkan bahawa 2707 HDSS mempunyai rintangan yang lebih baik terhadap MIC berbanding 2205 DSS, tetapi ia tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC disebabkan oleh biofilm P. aeruginosa. Keputusan ini membantu dalam pemilihan keluli tahan karat dan jangka hayat yang sesuai untuk persekitaran marin.
Kupon untuk 2707 HDSS disediakan oleh Sekolah Metalurgi Universiti Northeastern (NEU) di Shenyang, China. Komposisi unsur 2707 HDSS ditunjukkan dalam Jadual 1, yang dianalisis oleh Jabatan Analisis dan Pengujian Bahan NEU. Semua sampel dirawat untuk larutan pepejal pada suhu 1180°C selama 1 jam. Sebelum ujian kakisan, 2707 HDSS berbentuk syiling dengan luas permukaan terbuka atas 1 cm2 digilap hingga 2000 grit dengan kertas pasir silikon karbida dan kemudian digilap dengan buburan serbuk Al2O3 0.05 µm. Bahagian sisi dan bawah dilindungi dengan cat lengai. Selepas pengeringan, sampel dibasuh dengan air deionisasi steril dan disterilkan dengan 75% (v/v) etanol selama 0.5 jam. Kemudian ia dikeringkan di udara di bawah cahaya ultraungu (UV) selama 0.5 jam sebelum digunakan.
Strain Pseudomonas aeruginosa Marin MCCC 1A00099 telah dibeli daripada Pusat Pengumpulan Kultur Marin Xiamen (MCCC), China. Pseudomonas aeruginosa telah ditanam di bawah keadaan aerobik pada suhu 37° C dalam kelalang 250 ml dan sel elektrokimia kaca 500 ml menggunakan medium cecair Marin 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). Medium mengandungi (g/l): 19.45 NaCl, 5.98 MgCl2, 3.24 Na2SO4, 1.8 CaCl2, 0.55 KCl, 0.16 Na2CO3, 0.08 KBr, 0.034 SrCl2, 0.08 SrBr2, 0.022 H3BO3, 0.004 NaSiO3, 0016 6NH26NH3, 3.0016 NH3 5.0 pepton, 1.0 ekstrak yis dan 0.1 sitrat besi. Autoklaf pada suhu 121°C selama 20 minit sebelum inokulasi. Kira sel sessile dan planktonik dengan hemocytometer di bawah mikroskop cahaya pada pembesaran 400x. Kepekatan awal Pseudomonas aeruginosa planktonik sejurus selepas inokulasi adalah lebih kurang 106 sel/ml.
Ujian elektrokimia telah dijalankan dalam sel kaca tiga elektrod klasik dengan isipadu sederhana 500 ml. Lembaran platinum dan elektrod kalomel tepu (SAE) telah disambungkan ke reaktor melalui kapilari Luggin yang diisi dengan jambatan garam, yang masing-masing berfungsi sebagai elektrod kaunter dan elektrod rujukan. Untuk pembuatan elektrod kerja, dawai kuprum bergetah telah dilekatkan pada setiap sampel dan ditutup dengan resin epoksi, meninggalkan kira-kira 1 cm2 kawasan tanpa perlindungan untuk elektrod kerja di satu sisi. Semasa pengukuran elektrokimia, sampel telah diletakkan dalam medium 2216E dan disimpan pada suhu pengeraman malar (37°C) dalam mandian air. Data OCP, LPR, EIS dan polarisasi dinamik berpotensi telah diukur menggunakan potensiostat Autolab (Rujukan 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). Ujian LPR telah direkodkan pada kadar imbasan 0.125 mV s-1 dalam julat -5 hingga 5 mV dengan Eocp dan kadar persampelan 1 Hz. EIS telah dijalankan dengan gelombang sinus pada julat frekuensi 0.01 hingga 10,000 Hz menggunakan voltan yang dikenakan sebanyak 5 mV pada keadaan stabil Eocp. Sebelum sapuan potensi, elektrod berada dalam mod melahu sehingga nilai stabil potensi kakisan bebas dicapai. Lengkung pengkutuban kemudiannya diukur dari -0.2 hingga 1.5 V sebagai fungsi Eocp pada kadar imbasan 0.166 mV/s. Setiap ujian diulang sebanyak 3 kali dengan dan tanpa P. aeruginosa.
Sampel untuk analisis metalografi digilap secara mekanikal dengan kertas SiC grit 2000 basah dan kemudian digilap lagi dengan suspensi serbuk Al2O3 0.05 µm untuk pemerhatian optik. Analisis metalografi dilakukan menggunakan mikroskop optik. Sampel diukir dengan larutan 10 wt% kalium hidroksida 43.
Selepas pengeraman, sampel dibasuh sebanyak 3 kali dengan larutan salin penimbal fosfat (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) dan kemudian difiksasi dengan 2.5% (v/v) glutaraldehida selama 10 jam untuk mengikat biofilm. Ia kemudiannya dinyahhidratkan dengan etanol terkumpul (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% dan 100% mengikut isipadu) sebelum dikeringkan di udara. Akhir sekali, filem emas dimendapkan ke permukaan sampel untuk memberikan kekonduksian bagi pemerhatian SEM. Imej SEM difokuskan pada titik dengan sel P. aeruginosa paling sesil pada permukaan setiap sampel. Lakukan analisis EDS untuk mencari unsur kimia. Mikroskop pengimbasan laser confocal Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Jerman) telah digunakan untuk mengukur kedalaman lubang. Untuk memerhati lubang kakisan di bawah biofilm, sampel ujian dibersihkan terlebih dahulu mengikut Piawaian Kebangsaan China (CNS) GB/T4334.4-2000 untuk membuang produk kakisan dan biofilm daripada permukaan sampel ujian.
Analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS, sistem analisis permukaan ESCALAB250, Thermo VG, USA) telah dilakukan menggunakan sumber sinar-X monokromatik (garisan Aluminium Kα dengan tenaga 1500 eV dan kuasa 150 W) dalam julat tenaga pengikatan yang luas 0 di bawah keadaan piawai –1350 eV. Spektrum resolusi tinggi telah direkodkan menggunakan tenaga penghantaran 50 eV dan langkah 0.2 eV.
Sampel yang diinkubasi telah dikeluarkan dan dibasuh perlahan-lahan dengan PBS (pH 7.4 ± 0.2) selama 15 saat 45. Untuk memerhatikan daya tahan bakteria biofilm pada sampel, biofilm telah diwarnakan menggunakan Kit Daya Tahan Bakteria LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Kit ini mengandungi dua pewarna pendarfluor: pewarna pendarfluor hijau SYTO-9 dan pewarna pendarfluor merah propidium iodida (PI). Dalam CLSM, titik hijau pendarfluor dan merah masing-masing mewakili sel hidup dan mati. Untuk pewarnaan, 1 ml campuran yang mengandungi 3 µl SYTO-9 dan 3 µl larutan PI telah diinkubasi selama 20 minit pada suhu bilik (23°C) dalam keadaan gelap. Selepas itu, sampel yang diwarnakan telah diperiksa pada dua panjang gelombang (488 nm untuk sel hidup dan 559 nm untuk sel mati) menggunakan radas Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Jepun). Ketebalan biofilm telah diukur dalam mod pengimbasan 3D.
Cara memetik artikel ini: Li, H. et al. Kakisan mikrob keluli tahan karat super dupleks 2707 oleh biofilm marin Pseudomonas aeruginosa. sains. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Keretakan kakisan tegasan keluli tahan karat dupleks LDX 2101 dalam larutan klorida dengan kehadiran tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Keretakan kakisan tegasan keluli tahan karat dupleks LDX 2101 dalam larutan klorida dengan kehadiran tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticello, C. & Zucchi, F. хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Keretakan kakisan tegasan keluli tahan karat dupleks LDX 2101 dalam larutan klorida dengan kehadiran tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticeli, 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., Monticeli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相 keluli tahan karat在福代sulfate分下下南性性生于中图性生于中图像。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticeli, C. & Zucchi, F. хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Keretakan kakisan tegasan keluli tahan karat dupleks LDX 2101 dalam larutan klorida dengan kehadiran tiosulfat.sains coros 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kesan rawatan haba larutan dan nitrogen dalam gas pelindung terhadap rintangan kakisan lubang bagi kimpalan keluli tahan karat hiper dupleks. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kesan rawatan haba larutan dan nitrogen dalam gas pelindung terhadap rintangan kakisan lubang bagi kimpalan keluli tahan karat hiper dupleks.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS dan Park, YS Kesan rawatan haba larutan dan nitrogen dalam gas pelindung terhadap rintangan kakisan bopeng kimpalan keluli tahan karat hiperdupleks. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS dan Park, YS Kesan rawatan haba larutan dan nitrogen dalam gas pelindung terhadap rintangan kakisan bopeng bagi kimpalan keluli tahan karat super dupleks.koros. sains. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Kajian perbandingan dalam kimia lubang teraruh mikrob dan elektrokimia bagi keluli tahan karat 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Kajian perbandingan dalam kimia lubang teraruh mikrob dan elektrokimia bagi keluli tahan karat 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. dan Lewandowski, Z. Kajian kimia perbandingan lubang mikrobiologi dan elektrokimia keluli tahan karat 316L. 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. dan Lewandowski, Z. Kajian kimia perbandingan lubang teraruh mikrobiologi dan elektrokimia dalam keluli tahan karat 316L.koros. sains. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Tingkah laku elektrokimia keluli tahan karat dupleks 2205 dalam larutan alkali dengan pH berbeza dengan kehadiran klorida. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Tingkah laku elektrokimia keluli tahan karat dupleks 2205 dalam larutan alkali dengan pH berbeza dengan kehadiran klorida.Luo H., Dong KF, Lee HG dan Xiao K. Tingkah laku elektrokimia keluli tahan karat dupleks 2205 dalam larutan alkali dengan pH berbeza dengan kehadiran klorida. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的电化存在下不同pH 碱性溶液中的电化存。 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Tingkah laku elektrokimia keluli tahan karat 双相 dengan kehadiran klorida pada pH yang berbeza dalam larutan alkali.Luo H., Dong KF, Lee HG dan Xiao K. Tingkah laku elektrokimia keluli tahan karat dupleks 2205 dalam larutan alkali dengan pH berbeza dengan kehadiran klorida.Majalah Elektrokimia. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Pengaruh biofilm marin terhadap kakisan: Satu ulasan ringkas. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Pengaruh biofilm marin terhadap kakisan: Satu ulasan ringkas.Little, BJ, Lee, JS dan Ray, RI Kesan Biofilem Marin terhadap Kakisan: Satu Kajian Ringkas. 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 dan Ray, RI Kesan Biofilem Marin terhadap Kakisan: Satu Kajian Ringkas.Majalah Elektrokimia. 54, 2-7 (2008).