Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com. De browserversie die u gebruikt, biedt beperkte CSS-ondersteuning. Voor de beste ervaring raden we u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen). Om de ondersteuning te blijven garanderen, zullen we de site in de tussentijd zonder stijlen en JavaScript weergeven.
Microbiële corrosie (MIC) is een ernstig probleem in veel industrieën, omdat het kan leiden tot enorme economische verliezen. Superduplex roestvast staal 2707 (2707 HDSS) wordt in maritieme omgevingen gebruikt vanwege zijn uitstekende chemische bestendigheid. De weerstand tegen MIC is echter nog niet experimenteel aangetoond. Deze studie onderzocht het gedrag van MIC in 2707 HDSS, veroorzaakt door de mariene aerobe bacterie Pseudomonas aeruginosa. Elektrochemische analyse toonde aan dat in aanwezigheid van een Pseudomonas aeruginosa-biofilm in het 2216E-medium een ​​positieve verandering in de corrosiepotentiaal en een toename van de corrosiestroomdichtheid optreedt. Analyse met röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) toonde een afname van het chroomgehalte aan het oppervlak van het monster onder de biofilm. Visuele analyse van de putjes liet zien dat de P. aeruginosa-biofilm een ​​maximale putdiepte van 0,69 µm produceerde gedurende 14 dagen incubatie. Hoewel dit een klein verschil is, geeft het aan dat 2707 HDSS niet volledig immuun is voor de MIC van P. aeruginosa-biofilms.
Duplex roestvrij staal (DSS) wordt veel gebruikt in diverse industrieën vanwege de perfecte combinatie van uitstekende mechanische eigenschappen en corrosiebestendigheid1,2. Er kan echter nog steeds putcorrosie optreden, wat de integriteit van dit staal aantast3,4. DSS is niet bestand tegen microbiële corrosie (MIC)5,6. Ondanks het brede scala aan toepassingen voor DSS zijn er nog steeds omgevingen waar de corrosiebestendigheid van DSS onvoldoende is voor langdurig gebruik. Dit betekent dat duurdere materialen met een hogere corrosiebestendigheid nodig zijn. Jeon et al.7 ontdekten dat zelfs superduplex roestvrij staal (SDSS) beperkingen heeft op het gebied van corrosiebestendigheid. Daarom zijn in sommige gevallen superduplex roestvrij staal (HDSS) met een hogere corrosiebestendigheid vereist. Dit leidde tot de ontwikkeling van hooggelegeerd HDSS.
De corrosiebestendigheid van DSS hangt af van de verhouding tussen de alfa- en gammafasen en is verarmd aan Cr, Mo en W in de gebieden 8, 9, 10 grenzend aan de tweede fase. HDSS bevat een hoog gehalte aan Cr, Mo en N11, waardoor het een uitstekende corrosiebestendigheid heeft en een hoge waarde (45-50) van het equivalente putcorrosieweerstandsgetal (PREN), bepaald door gew.% Cr + 3,3 (gew.% Mo + 0,5 gew.% W) + 16 gew.% N12. De uitstekende corrosiebestendigheid is te danken aan een evenwichtige samenstelling met ongeveer 50% ferritische (α) en 50% austenitische (γ) fasen. HDSS heeft betere mechanische eigenschappen en een hogere weerstand tegen chloridecorrosie. De verbeterde corrosiebestendigheid maakt HDSS geschikter voor gebruik in agressievere chlorideomgevingen, zoals maritieme omgevingen.
MIC's vormen een groot probleem in veel industrieën, zoals de olie- en gasindustrie en de waterindustrie14. MIC is verantwoordelijk voor 20% van alle corrosieschade15. MIC is een bio-elektrochemische corrosie die in veel omgevingen kan worden waargenomen. Biofilms die zich op metalen oppervlakken vormen, veranderen de elektrochemische omstandigheden en beïnvloeden zo het corrosieproces. Er wordt algemeen aangenomen dat MIC-corrosie wordt veroorzaakt door biofilms. Elektrogene micro-organismen vreten metalen weg om de energie te verkrijgen die ze nodig hebben om te overleven17. Recente MIC-studies hebben aangetoond dat EET (extracellulaire elektronenoverdracht) de snelheidsbeperkende factor is bij MIC die wordt veroorzaakt door elektrogene micro-organismen. Zhang et al. 18 toonden aan dat elektronenintermediairs de overdracht van elektronen tussen Desulfovibrio sessificans-cellen en 304 roestvrij staal versnellen, wat resulteert in een ernstigere MIC-aanval. Anning et al. 19 en Wenzlaff et al. Uit onderzoek is gebleken dat biofilms van corrosieve sulfaatreducerende bacteriën (SRB's) rechtstreeks elektronen kunnen absorberen van metalen substraten, wat resulteert in ernstige putcorrosie.
Het is bekend dat DSS gevoelig is voor MIC in media die SRB's, ijzerreducerende bacteriën (IRB's) enz. bevatten. 21 Deze bacteriën veroorzaken gelokaliseerde putjes op het oppervlak van DSS onder biofilms22,23. In tegenstelling tot DSS is de MIC van HDSS24 niet goed bekend.
Pseudomonas aeruginosa is een Gram-negatieve, beweeglijke, staafvormige bacterie die wijdverspreid voorkomt in de natuur25. Pseudomonas aeruginosa is ook een belangrijke microbiële groep in het mariene milieu, waar het verhoogde MIC-concentraties veroorzaakt. Pseudomonas speelt een actieve rol in het corrosieproces en wordt erkend als een pionierkolonisator tijdens biofilmvorming. Mahat et al. 28 en Yuan et al. 29 hebben aangetoond dat Pseudomonas aeruginosa de corrosiesnelheid van zacht staal en legeringen in watermilieus verhoogt.
Het hoofddoel van dit onderzoek was het bestuderen van de eigenschappen van MIC 2707 HDSS, veroorzaakt door de mariene aerobe bacterie Pseudomonas aeruginosa, met behulp van elektrochemische methoden, oppervlakteanalyse en corrosieproductanalyse. Elektrochemische studies, waaronder open circuitpotentiaal (OCP), lineaire polarisatieweerstand (LPR), elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) en potentiaaldynamische polarisatie, werden uitgevoerd om het gedrag van de MIC 2707 HDSS te onderzoeken. Energiedispersieve spectrometrische analyse (EDS) werd uitgevoerd om chemische elementen op een gecorrodeerd oppervlak te detecteren. Daarnaast werd röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS) gebruikt om de stabiliteit van de oxidefilmpassivering te bepalen onder invloed van een mariene omgeving met Pseudomonas aeruginosa. De diepte van de putjes werd gemeten met een confocale laserscanmicroscoop (CLSM).
Tabel 1 toont de chemische samenstelling van 2707 HDSS. Tabel 2 laat zien dat 2707 HDSS uitstekende mechanische eigenschappen heeft met een vloeigrens van 650 MPa. Figuur 1 toont de optische microstructuur van oplossingswarmtebehandeld 2707 HDSS. In de microstructuur, die ongeveer 50% austeniet en 50% ferrietfasen bevat, zijn langwerpige banden van austeniet- en ferrietfasen zonder secundaire fasen zichtbaar.
Figuur 2a toont de open-circuitpotentiaal (Eocp) versus blootstellingstijd voor 2707 HDSS in abiotisch medium 2216E en P. aeruginosa-bouillon gedurende 14 dagen bij 37 °C. Het laat zien dat de grootste en meest significante verandering in Eocp optreedt binnen de eerste 24 uur. De Eocp-waarden bereikten in beide gevallen een piek van -145 mV (ten opzichte van SCE) rond 16 uur en daalden vervolgens scherp tot -477 mV (ten opzichte van SCE) en -236 mV (ten opzichte van SCE) voor respectievelijk het abiotische monster en de P. aeruginosa-coupons. Na 24 uur was de Eocp-waarde van 2707 HDSS voor P. aeruginosa relatief stabiel op -228 mV (ten opzichte van SCE), terwijl de overeenkomstige waarde voor niet-biologische monsters ongeveer -442 mV (ten opzichte van SCE) bedroeg. De Eocp-waarde in aanwezigheid van P. aeruginosa was vrij laag.
Elektrochemisch onderzoek van 2707 HDSS-monsters in abiotisch medium en Pseudomonas aeruginosa-bouillon bij 37 °C:
(a) Eocp als functie van de belichtingstijd, (b) polarisatiecurven op dag 14, (c) Rp als functie van de belichtingstijd en (d) icorr als functie van de belichtingstijd.
Tabel 3 toont de elektrochemische corrosieparameters van 2707 HDSS-monsters die gedurende 14 dagen werden blootgesteld aan abiotische en met Pseudomonas aeruginosa geïnoculeerde media. De raaklijnen van de anode- en kathodecurven werden geëxtrapoleerd om snijpunten te verkrijgen die de corrosiestroomdichtheid (icorr), het corrosiepotentiaal (Ecorr) en de Tafel-helling (βα en βc) opleveren volgens standaardmethoden30,31.
Zoals weergegeven in figuur 2b, resulteerde een opwaartse verschuiving van de P. aeruginosa-curve in een toename van Ecorr in vergelijking met de abiotische curve. De icorr-waarde, die evenredig is met de corrosiesnelheid, steeg tot 0,328 µA cm⁻² in het Pseudomonas aeruginosa-monster, wat vier keer hoger is dan in het niet-biologische monster (0,087 µA cm⁻²).
LPR is een klassieke, niet-destructieve elektrochemische methode voor snelle corrosieanalyse. Deze methode is ook gebruikt om MIC32 te bestuderen. Figuur 2c toont de polarisatieweerstand (Rp) als functie van de blootstellingstijd. Een hogere Rp-waarde betekent minder corrosie. Binnen de eerste 24 uur bereikte de Rp 2707 HDSS een piek van 1955 kΩ cm² voor abiotische monsters en 1429 kΩ cm² voor Pseudomonas aeruginosa-monsters. Figuur 2c laat ook zien dat de Rp-waarde na één dag snel afnam en vervolgens gedurende de volgende 13 dagen relatief constant bleef. De Rp-waarde van een Pseudomonas aeruginosa-monster is ongeveer 40 kΩ cm², wat veel lager is dan de 450 kΩ cm² van een niet-biologisch monster.
De waarde van icorr is evenredig met de uniforme corrosiesnelheid. Deze waarde kan worden berekend met de volgende Stern-Giri-vergelijking:
Volgens Zoe et al. 33 werd de typische waarde van de Tafel-helling B in dit werk aangenomen als 26 mV/dec. Figuur 2d laat zien dat de icorr van het niet-biologische monster 2707 relatief stabiel bleef, terwijl het P. aeruginosa-monster na de eerste 24 uur sterk fluctueerde. De icorr-waarden van de P. aeruginosa-monsters waren een orde van grootte hoger dan die van de niet-biologische controles. Deze trend komt overeen met de resultaten van de polarisatieweerstand.
EIS is een andere niet-destructieve methode die wordt gebruikt om elektrochemische reacties op gecorrodeerde oppervlakken te karakteriseren. Impedantiespectra en berekende capaciteitswaarden van monsters die zijn blootgesteld aan een abiotische omgeving en een Pseudomonas aeruginosa-oplossing, de weerstand van de passieve film/biofilm Rb die op het monsteroppervlak is gevormd, de ladings-overdrachtsweerstand Rct, de elektrische dubbellaagcapaciteit Cdl (EDL) en de constante QCPE-fase-elementparameters (CPE) werden bepaald. Deze parameters werden verder geanalyseerd door de gegevens te fitten met behulp van een equivalent circuit (EEC)-model.
Figuur 3 toont typische Nyquist-diagrammen (a en b) en Bode-diagrammen (a' en b') voor 2707 HDSS-monsters in abiotische media en P. aeruginosa-bouillon bij verschillende incubatietijden. De diameter van de Nyquist-ring neemt af in aanwezigheid van Pseudomonas aeruginosa. Het Bode-diagram (Fig. 3b') toont de toename van de totale impedantie. Informatie over de relaxatietijdconstante kan worden verkregen uit fasemaxima. Figuur 4 toont de fysische structuren gebaseerd op een monolaag (a) en een bilaag (b) en de bijbehorende EEC's. CPE wordt geïntroduceerd in het EEC-model. De admittantie en impedantie ervan worden als volgt uitgedrukt:
Twee fysische modellen en bijbehorende equivalente schakelingen voor het aanpassen van het impedantiespectrum van monster 2707 HDSS:
waarbij Y0 de KPI-waarde is, j het imaginaire getal of (-1)1/2, ω de hoekfrequentie en n de KPI-machtindex kleiner dan één35. De ladingsoverdrachtsweerstandsomkering (d.w.z. 1/Rct) komt overeen met de corrosiesnelheid. Hoe kleiner Rct, hoe hoger de corrosiesnelheid27. Na 14 dagen incubatie bereikte de Rct van de Pseudomonas aeruginosa-monsters 32 kΩ cm2, wat veel lager is dan de 489 kΩ cm2 van de niet-biologische monsters (Tabel 4).
De CLSM- en SEM-afbeeldingen in Figuur 5 laten duidelijk zien dat de biofilmlaag op het oppervlak van HDSS-monster 2707 na 7 dagen dicht is. Na 14 dagen was de biofilmbedekking echter slecht en waren er enkele dode cellen zichtbaar. Tabel 5 toont de biofilmdikte op HDSS-monster 2707 na blootstelling aan P. aeruginosa gedurende 7 en 14 dagen. De maximale biofilmdikte veranderde van 23,4 µm na 7 dagen naar 18,9 µm na 14 dagen. De gemiddelde biofilmdikte bevestigde deze trend. Deze nam af van 22,2 ± 0,7 µm na 7 dagen naar 17,8 ± 1,0 µm na 14 dagen.
(a) 3D CLSM-afbeelding na 7 dagen, (b) 3D CLSM-afbeelding na 14 dagen, (c) SEM-afbeelding na 7 dagen en (d) SEM-afbeelding na 14 dagen.
EMF-metingen brachten chemische elementen in biofilms en corrosieproducten aan het licht op monsters die gedurende 14 dagen waren blootgesteld aan P. aeruginosa. Figuur 6 laat zien dat het gehalte aan C, N, O en P in biofilms en corrosieproducten significant hoger is dan in zuivere metalen, aangezien deze elementen geassocieerd zijn met biofilms en hun metabolieten. Microben hebben slechts sporen van chroom en ijzer nodig. De hoge concentraties Cr en Fe in de biofilm en corrosieproducten op het oppervlak van de monsters wijzen erop dat de metaalmatrix elementen heeft verloren als gevolg van corrosie.
Na 14 dagen werden putjes met en zonder P. aeruginosa waargenomen in medium 2216E. Vóór incubatie was het oppervlak van de monsters glad en vrij van defecten (Fig. 7a). Na incubatie en verwijdering van biofilm en corrosieproducten werden de diepste putjes op het oppervlak van de monsters onderzocht met behulp van CLSM, zoals weergegeven in Fig. 7b en c. Er werden geen duidelijke putjes gevonden op het oppervlak van de niet-biologische controles (maximale putdiepte 0,02 µm). De maximale putdiepte veroorzaakt door P. aeruginosa was 0,52 µm na 7 dagen en 0,69 µm na 14 dagen, gebaseerd op de gemiddelde maximale putdiepte van 3 monsters (voor elk monster werden 10 maximale putdieptes geselecteerd). Dit resulteerde in respectievelijk 0,42 ± 0,12 µm en 0,52 ± 0,15 µm (Tabel 5). Deze waarden voor de boorgatdiepte zijn klein, maar belangrijk.
(a) vóór blootstelling, (b) 14 dagen in een abiotische omgeving, en (c) 14 dagen in Pseudomonas aeruginosa-bouillon.
Figuur 8 toont de XPS-spectra van verschillende monsteroppervlakken, en de chemische samenstelling van elk oppervlak is samengevat in tabel 6. In tabel 6 zijn de atomaire percentages van Fe en Cr in aanwezigheid van P. aeruginosa (monsters A en B) veel lager dan die van de niet-biologische controles (monsters C en D). Voor een P. aeruginosa-monster werd de spectrale curve op het niveau van de Cr 2p-kern aangepast aan vier piekcomponenten met bindingsenergieën (BE) van 574,4, 576,6, 578,3 en 586,8 eV, die respectievelijk kunnen worden toegeschreven aan Cr, Cr2O3, CrO3 en Cr(OH)3 (figuur 9a en b). Voor niet-biologische monsters bevat het spectrum van het belangrijkste Cr 2p-niveau twee hoofdpieken voor Cr (573,80 eV voor BE) en Cr2O3 (575,90 eV voor BE) in respectievelijk figuur 9c en 9d. Het meest opvallende verschil tussen abiotische monsters en P. aeruginosa-monsters was de aanwezigheid van Cr6+ en een hoger relatief aandeel Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) onder de biofilm.
De brede XPS-spectra van het oppervlak van monster 2707 HDSS in twee media zijn respectievelijk 7 en 14 dagen.
(a) 7 dagen blootstelling aan P. aeruginosa, (b) 14 dagen blootstelling aan P. aeruginosa, (c) 7 dagen in een abiotische omgeving, en (d) 14 dagen in een abiotische omgeving.
HDSS vertoont een hoge mate van corrosiebestendigheid in de meeste omgevingen. Kim et al.² rapporteerden dat HDSS UNS S32707 werd geïdentificeerd als een sterk gelegeerd DSS met een PREN-waarde van meer dan 45. De PREN-waarde van monster 2707 HDSS in dit onderzoek was 49. Dit is te danken aan het hoge chroomgehalte en het hoge gehalte aan molybdeen en nikkel, die nuttig zijn in zure omgevingen en omgevingen met een hoog chloridegehalte. Daarnaast zijn een goed uitgebalanceerde samenstelling en een defectvrije microstructuur gunstig voor de structurele stabiliteit en corrosiebestendigheid. Ondanks de uitstekende chemische bestendigheid suggereren de experimentele gegevens in dit onderzoek echter dat 2707 HDSS niet volledig immuun is voor P. aeruginosa biofilm MIC's.
Elektrochemische resultaten toonden aan dat de corrosiesnelheid van 2707 HDSS in P. aeruginosa-bouillon na 14 dagen significant toenam in vergelijking met de niet-biologische omgeving. In figuur 2a werd een afname van Eocp waargenomen, zowel in het abiotische medium als in de P. aeruginosa-bouillon gedurende de eerste 24 uur. Daarna bedekte de biofilm het oppervlak van het monster volledig en werd Eocp relatief stabiel36. Het biologische Eocp-niveau was echter veel hoger dan het niet-biologische Eocp-niveau. Er zijn redenen om aan te nemen dat dit verschil verband houdt met de vorming van P. aeruginosa-biofilms. In figuur 2d bereikte de icorr 2707 HDSS-waarde in aanwezigheid van P. aeruginosa 0,627 μA cm-2, wat een orde van grootte hoger is dan die van de abiotische controle (0,063 μA cm-2), wat overeenkomt met de Rct-waarde gemeten met EIS. Gedurende de eerste dagen namen de impedantiewaarden in de P. aeruginosa-bouillon toe als gevolg van de hechting van P. aeruginosa-cellen en de vorming van biofilms. Echter, wanneer de biofilm het monsteroppervlak volledig bedekt, neemt de impedantie af. De beschermende laag wordt voornamelijk aangetast door de vorming van biofilms en biofilmmetabolieten. Hierdoor nam de corrosiebestendigheid in de loop van de tijd af en veroorzaakte de hechting van P. aeruginosa gelokaliseerde corrosie. In abiotische omgevingen waren de trends anders. De corrosiebestendigheid van de niet-biologische controlegroep was veel hoger dan de overeenkomstige waarde van de monsters die aan de P. aeruginosa-bouillon waren blootgesteld. Bovendien bereikte de Rct 2707 HDSS-waarde voor abiotische monsters op dag 14 489 kΩ cm², wat 15 keer hoger is dan de Rct-waarde (32 kΩ cm²) in aanwezigheid van P. aeruginosa. 2707 HDSS heeft dus een uitstekende corrosiebestendigheid in een steriele omgeving, maar is niet bestand tegen MIC's van P. aeruginosa-biofilms.
Deze resultaten zijn ook af te lezen aan de polarisatiecurven in figuur 2b. Anodische vertakking wordt in verband gebracht met de vorming van Pseudomonas aeruginosa-biofilms en metaaloxidatiereacties. In dit geval is de kathodische reactie de reductie van zuurstof. De aanwezigheid van P. aeruginosa verhoogde de corrosiestroomdichtheid aanzienlijk, ongeveer een orde van grootte hoger dan in de abiotische controle. Dit duidt erop dat de P. aeruginosa-biofilm de gelokaliseerde corrosie van 2707 HDSS versterkt. Yuan et al.29 vonden dat de corrosiestroomdichtheid van de Cu-Ni 70/30-legering toenam onder invloed van een P. aeruginosa-biofilm. Dit kan te wijten zijn aan de biokatalyse van zuurstofreductie door Pseudomonas aeruginosa-biofilms. Deze observatie kan ook de MIC 2707 HDSS in dit onderzoek verklaren. Er is mogelijk ook minder zuurstof aanwezig onder aerobe biofilms. Het weigeren om het metaaloppervlak opnieuw te passiveren met zuurstof kan daarom een ​​factor zijn die bijdraagt ​​aan MIC in dit onderzoek.
Dickinson et al. 38 suggereerden dat de snelheid van chemische en elektrochemische reacties direct beïnvloed kan worden door de metabolische activiteit van sessiele bacteriën op het monsteroppervlak en de aard van de corrosieproducten. Zoals weergegeven in Figuur 5 en Tabel 5, namen het aantal cellen en de biofilmdikte na 14 dagen af. Dit kan redelijkerwijs verklaard worden door het feit dat na 14 dagen de meeste sessiele cellen op het oppervlak van 2707 HDSS stierven als gevolg van uitputting van voedingsstoffen in het 2216E-medium of de vrijgave van toxische metaalionen uit de 2707 HDSS-matrix. Dit is een beperking van batchexperimenten.
In dit onderzoek droeg een P. aeruginosa-biofilm bij aan de lokale afname van Cr en Fe onder de biofilm op het oppervlak van 2707 HDSS (Fig. 6). Tabel 6 toont de afname van Fe en Cr in monster D vergeleken met monster C, wat aangeeft dat het opgeloste Fe en Cr, veroorzaakt door de P. aeruginosa-biofilm, gedurende de eerste 7 dagen aanhield. De 2216E-omgeving wordt gebruikt om het mariene milieu te simuleren. Deze bevat 17700 ppm Cl-, wat vergelijkbaar is met het gehalte in natuurlijk zeewater. De aanwezigheid van 17700 ppm Cl- was de belangrijkste reden voor de afname van Cr in de abiotische monsters van 7 en 14 dagen, geanalyseerd met XPS. Vergeleken met de P. aeruginosa-monsters was de oplossing van Cr in de abiotische monsters veel minder, vanwege de sterke weerstand van 2707 HDSS tegen chloor onder abiotische omstandigheden. Figuur 9 toont de aanwezigheid van Cr6+ in de passiverende film. Het is mogelijk dat het een rol speelt bij de verwijdering van chroom van stalen oppervlakken door P. aeruginosa-biofilms, zoals gesuggereerd door Chen en Clayton.
Door de bacteriegroei waren de pH-waarden van het medium vóór en na de kweek respectievelijk 7,4 en 8,2. Onder de P. aeruginosa-biofilm is het daarom onwaarschijnlijk dat corrosie door organische zuren een rol speelt in dit onderzoek, vanwege de relatief hoge pH in het bulkmedium. De pH van het niet-biologische controlemedium veranderde niet significant (van een initiële waarde van 7,4 naar een uiteindelijke waarde van 7,5) gedurende de testperiode van 14 dagen. De pH-stijging in het entmedium na incubatie was te wijten aan de metabolische activiteit van P. aeruginosa en bleek hetzelfde effect op de pH te hebben als in afwezigheid van teststrips.
Zoals weergegeven in figuur 7, bedroeg de maximale putdiepte veroorzaakt door P. aeruginosa-biofilm 0,69 µm, wat veel groter is dan die van het abiotische medium (0,02 µm). Dit komt overeen met de hierboven beschreven elektrochemische gegevens. De putdiepte van 0,69 µm is meer dan tien keer kleiner dan de waarde van 9,5 µm die werd gerapporteerd voor 2205 DSS onder dezelfde omstandigheden. Deze gegevens tonen aan dat 2707 HDSS een betere weerstand tegen MIC's vertoont dan 2205 DSS. Dit is niet verrassend, aangezien 2707 HDSS hogere Cr-gehaltes heeft, wat zorgt voor een langere passivering, waardoor het moeilijker is om P. aeruginosa te depassiveren, en omdat de evenwichtige fasestructuur geen schadelijke secundaire neerslag veroorzaakt die putcorrosie kan veroorzaken.
Concluderend werden MIC-putjes aangetroffen op het oppervlak van 2707 HDSS in P. aeruginosa-bouillon, in tegenstelling tot onbeduidende putjes in de abiotische omgeving. Dit onderzoek toont aan dat 2707 HDSS een betere weerstand tegen MIC heeft dan 2205 DSS, maar niet volledig immuun is voor MIC vanwege de P. aeruginosa-biofilm. Deze resultaten dragen bij aan de selectie van geschikte roestvrijstalen en de verwachte levensduur voor gebruik in een mariene omgeving.
Coupon voor 2707 HDSS geleverd door de faculteit Metallurgie van de Northeastern University (NEU) in Shenyang, China. De elementaire samenstelling van 2707 HDSS is weergegeven in Tabel 1, die is geanalyseerd door de afdeling Materiaalanalyse en -testen van de NEU. Alle monsters werden gedurende 1 uur bij 1180 °C behandeld voor vaste-oplossingsbehandeling. Voorafgaand aan de corrosietest werd een muntvormig stuk 2707 HDSS met een open bovenoppervlak van 1 cm² gepolijst tot korrelgrootte 2000 met siliciumcarbide schuurpapier en vervolgens gepolijst met een suspensie van 0,05 µm Al₂O₃-poeder. De zijkanten en de onderkant werden beschermd met inerte verf. Na het drogen werden de monsters gewassen met steriel gedeïoniseerd water en gesteriliseerd met 75% (v/v) ethanol gedurende 0,5 uur. Vervolgens werden ze 0,5 uur aan de lucht gedroogd onder ultraviolet (UV) licht alvorens te worden gebruikt.
De mariene Pseudomonas aeruginosa-stam MCCC 1A00099 werd aangeschaft bij het Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), China. Pseudomonas aeruginosa werd gekweekt onder aerobe omstandigheden bij 37 °C in erlenmeyers van 250 ml en glazen elektrochemische cellen van 500 ml met behulp van Marine 2216E vloeibaar medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). Het medium bevat (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 peptone, 1,0 gistextract en 0,1 ijzercitraat. Autoclaveer gedurende 20 minuten bij 121 °C vóór inoculatie. Tel sessiele en planktonische cellen met een hemocytometer onder een lichtmicroscoop bij 400x vergroting. De initiële concentratie van planktonische Pseudomonas aeruginosa direct na inoculatie bedroeg ongeveer 10⁶ cellen/ml.
Elektrochemische testen werden uitgevoerd in een klassieke glazen drieelektrodecel met een mediumvolume van 500 ml. De platina plaat en de verzadigde calomel-elektrode (SAE) waren via Luggin-capillairen gevuld met zoutbruggen verbonden met de reactor. Deze dienden respectievelijk als tegenelektrode en referentie-elektrode. Voor de vervaardiging van de werkelektroden werd rubberachtig koperdraad aan elk monster bevestigd en bedekt met epoxyhars, waarbij aan één zijde ongeveer 1 cm² onbeschermd oppervlak voor de werkelektrode overbleef. Tijdens de elektrochemische metingen werden de monsters in het 2216E-medium geplaatst en op een constante incubatietemperatuur (37 °C) in een waterbad gehouden. OCP-, LPR-, EIS- en potentiaaldynamische polarisatiegegevens werden gemeten met een Autolab-potentiostaat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). LPR-testen werden geregistreerd met een scansnelheid van 0,125 mV s⁻¹ in het bereik van -5 tot 5 mV met Eocp en een bemonsteringsfrequentie van 1 Hz. EIS werd uitgevoerd met een sinusgolf over een frequentiebereik van 0,01 tot 10.000 Hz met een aangelegde spanning van 5 mV bij een stabiele Eocp. Vóór de potentiaalscan bevonden de elektroden zich in de ruststand totdat een stabiele waarde van de vrije corrosiepotentiaal was bereikt. De polarisatiecurven werden vervolgens gemeten van -0,2 tot 1,5 V als functie van Eocp met een scansnelheid van 0,166 mV/s. Elke test werd 3 keer herhaald, met en zonder P. aeruginosa.
Monsters voor metallografische analyse werden mechanisch gepolijst met nat SiC-schuurpapier met korrelgrootte 2000 en vervolgens verder gepolijst met een suspensie van 0,05 µm Al2O3-poeder voor optische waarneming. Metallografische analyse werd uitgevoerd met behulp van een optische microscoop. De monsters werden geëtst met een 10 gew.% oplossing van kaliumhydroxide 43.
Na incubatie werden de monsters driemaal gewassen met fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) en vervolgens gedurende 10 uur gefixeerd met 2,5% (v/v) glutaraldehyde om biofilms te fixeren. Daarna werden ze gedehydrateerd met gefaseerde ethanol (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% en 100% volume) alvorens aan de lucht te drogen. Ten slotte werd een goudfilm op het oppervlak van het monster aangebracht om geleidbaarheid te bieden voor SEM-observatie. SEM-beelden werden scherpgesteld op de plekken met de meeste sessiele P. aeruginosa-cellen op het oppervlak van elk monster. Een EDS-analyse werd uitgevoerd om chemische elementen te bepalen. Een Zeiss confocale laserscanmicroscoop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Duitsland) werd gebruikt om de putdiepte te meten. Om corrosieputjes onder de biofilm te kunnen waarnemen, werd het testmonster eerst gereinigd volgens de Chinese nationale norm (CNS) GB/T4334.4-2000 om corrosieproducten en biofilm van het oppervlak van het testmonster te verwijderen.
Röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS, ESCALAB250 oppervlakteanalysesysteem, Thermo VG, VS) werd uitgevoerd met behulp van een monochromatische röntgenbron (aluminium Kα-lijn met een energie van 1500 eV en een vermogen van 150 W) in een breed bereik van bindingsenergieën van 0 tot –1350 eV onder standaardomstandigheden. Spectra met hoge resolutie werden opgenomen met een transmissie-energie van 50 eV en een stapgrootte van 0,2 eV.
De geïncubeerde monsters werden verwijderd en voorzichtig gewassen met PBS (pH 7,4 ± 0,2) gedurende 15 seconden. Om de bacteriële levensvatbaarheid van biofilms op de monsters te observeren, werden de biofilms gekleurd met de LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, VS). De kit bevat twee fluorescerende kleurstoffen: SYTO-9 groene fluorescerende kleurstof en propidiumjodide (PI) rode fluorescerende kleurstof. In CLSM vertegenwoordigen fluorescerende groene en rode stippen respectievelijk levende en dode cellen. Voor de kleuring werd 1 ml van een mengsel met 3 µl SYTO-9 en 3 µl PI-oplossing gedurende 20 minuten bij kamertemperatuur (23 °C) in het donker geïncubeerd. Vervolgens werden de gekleurde monsters onderzocht bij twee golflengten (488 nm voor levende cellen en 559 nm voor dode cellen) met behulp van een Nikon CLSM-apparaat (C2 Plus, Nikon, Japan). De dikte van de biofilm werd gemeten in 3D-scanmodus.
Hoe dit artikel te citeren: Li, H. et al. Microbiële corrosie van 2707 super duplex roestvrij staal door Pseudomonas aeruginosa mariene biofilm. the science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosie van LDX 2101 duplex roestvast staal in chlorideoplossingen in aanwezigheid van thiosulfaat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosie van LDX 2101 duplex roestvast staal in chlorideoplossingen in aanwezigheid van thiosulfaat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. стали LDX 2101 in растворах хлоридов in присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosie van duplex roestvast staal LDX 2101 in chlorideoplossingen in aanwezigheid van thiosulfaat. 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 roestvrij staal sulfaat 分下下南性性生于中图像剧情开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 in het apparaat van de LDX 2101 тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosie van duplex roestvast staal LDX 2101 in chlorideoplossing in aanwezigheid van thiosulfaat.coroswetenschap 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effecten van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de weerstand tegen putcorrosie van hyperduplex roestvrijstalen lassen. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effecten van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de weerstand tegen putcorrosie van hyperduplex roestvrijstalen lassen.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS en Park, YS Effect van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de putcorrosiebestendigheid van hyperduplex roestvrijstalen lassen. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS en Park, YS Effect van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de putcorrosiebestendigheid van superduplex roestvrijstalen lassen.koros. de wetenschap. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Vergelijkende studie in de chemie van microbiologisch en elektrochemisch geïnduceerde putcorrosie in 316L roestvrij staal. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Vergelijkende studie in de chemie van microbiologisch en elektrochemisch geïnduceerde putcorrosie in 316L roestvrij staal.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. en Lewandowski, Z. Vergelijkend chemisch onderzoek naar microbiologische en elektrochemische putcorrosie van 316L roestvrij staal. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 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. en Lewandowski, Z. Vergelijkend chemisch onderzoek naar microbiologisch en elektrochemisch geïnduceerde putcorrosie in 316L roestvrij staal.koros. de wetenschap. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Het elektrochemische gedrag van 2205 duplex roestvast staal in alkalische oplossingen met verschillende pH-waarden in aanwezigheid van chloride. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Het elektrochemische gedrag van 2205 duplex roestvast staal in alkalische oplossingen met verschillende pH-waarden in aanwezigheid van chloride.Luo H., Dong KF, Lee HG en Xiao K. Elektrochemisch gedrag van duplex roestvast staal 2205 in alkalische oplossingen met verschillende pH-waarden in aanwezigheid van chloride. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的电化学行为。 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Elektrochemisch gedrag van roestvrij staal in aanwezigheid van chloride bij verschillende pH-waarden in alkalische oplossing.Luo H., Dong KF, Lee HG en Xiao K. Elektrochemisch gedrag van duplex roestvast staal 2205 in alkalische oplossingen met verschillende pH-waarden in aanwezigheid van chloride.Elektrochemisch tijdschrift. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI De invloed van mariene biofilms op corrosie: een beknopt overzicht. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI De invloed van mariene biofilms op corrosie: een beknopt overzicht.Little, BJ, Lee, JS en Ray, RI Effecten van mariene biofilms op corrosie: een kort overzicht. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Little, BJ, Lee, JS & Ray, RILittle, BJ, Lee, JS en Ray, RI Effecten van mariene biofilms op corrosie: een kort overzicht.Elektrochemisch tijdschrift. 54, 2-7 (2008).