Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset støtte for CSS. For best mulig opplevelse anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller slår av kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre fortsatt støtte, vil vi vise nettstedet uten stiler og JavaScript.
Mikrobiell korrosjon (MIC) er et alvorlig problem i mange bransjer, da det kan forårsake store økonomiske tap. 2707 superdupleks rustfritt stål (2707 HDSS) har blitt brukt i marine miljøer på grunn av sin utmerkede kjemiske motstand. Imidlertid har motstanden mot MIC ikke blitt eksperimentelt demonstrert. I denne studien ble MIC-oppførselen til 2707 HDSS forårsaket av den marine aerobe bakterien Pseudomonas aeruginosa undersøkt. Elektrokjemisk analyse viste at i nærvær av Pseudomonas aeruginosa-biofilm i 2216E-medium var det en positiv endring i korrosjonspotensial og en økning i korrosjonsstrømtetthet. Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS)-analyse viste en reduksjon i Cr-innhold på overflaten av prøven under biofilmen. Avbildningsanalyse av gropene viste at P. aeruginosa-biofilmen produserte en maksimal gropedybde på 0,69 μm i løpet av 14 dagers inkubasjon. Selv om dette er lite, indikerer det at 2707 HDSS ikke er fullstendig immun mot MIC fra P. aeruginosa biofilmer.
Dupleks rustfritt stål (DSS) er mye brukt i ulike bransjer for sin ideelle kombinasjon av utmerkede mekaniske egenskaper og korrosjonsbestandighet1,2. Imidlertid forekommer fortsatt lokalisert gropkorrosjon, og det påvirker integriteten til dette stålet3,4. DSS er ikke motstandsdyktig mot mikrobiell korrosjon (MIC)5,6. Til tross for det brede spekteret av bruksområder for DSS, er det fortsatt miljøer der korrosjonsbestandigheten til DSS ikke er tilstrekkelig for langvarig bruk. Dette betyr at dyrere materialer med høyere korrosjonsbestandighet er nødvendig. Jeon et al7 fant at selv superdupleks rustfritt stål (SDSS) har noen begrensninger når det gjelder korrosjonsbestandighet. Derfor er superdupleks rustfritt stål (HDSS) med høyere korrosjonsbestandighet nødvendig i noen bruksområder. Dette førte til utviklingen av høylegert HDSS.
Korrosjonsmotstanden til DSS avhenger av forholdet mellom alfa- og gammafaser og de Cr-, Mo- og W-utarmede områdene 8, 9, 10 ved siden av den andre fasen. HDSS inneholder et høyt innhold av Cr, Mo og N11, så det har utmerket korrosjonsmotstand og et høyt verdi (45-50) Pitting Resistance Equivalent Number (PREN), bestemt av vekt% Cr + 3,3 (vekt% Mo + 0,5 vekt% W) + 16 vekt% N12. Den utmerkede korrosjonsmotstanden er avhengig av en balansert sammensetning som inneholder omtrent 50 % ferritt (α) og 50 % austenitt (γ) faser. HDSS har bedre mekaniske egenskaper og høyere motstand enn konvensjonelt DSS13. Kloridkorrosjonsegenskaper. Den forbedrede korrosjonsmotstanden utvider bruken av HDSS i mer korrosive kloridmiljøer, for eksempel marine miljøer.
MIC-er er et stort problem i mange bransjer, som olje og gass og vannforsyning14. MIC står for 20 % av all korrosjonsskade15. MIC er bioelektrokjemisk korrosjon som kan observeres i mange miljøer. Biofilmer som dannes på metalloverflater endrer de elektrokjemiske forholdene, og påvirker dermed korrosjonsprosessen. Det er en utbredt oppfatning at MIC-korrosjon er forårsaket av biofilmer. Elektrogene mikroorganismer korroderer metaller for å oppnå vedvarende energi for å overleve17. Nyere MIC-studier har vist at EET (ekstracellulær elektronoverføring) er den hastighetsbegrensende faktoren i MIC indusert av elektrogene mikroorganismer. Zhang et al.18 viste at elektronformidlere akselererer elektronoverføring mellom Desulfovibrio sessificans-celler og 304 rustfritt stål, noe som fører til mer alvorlig MIC-angrep. Enning et al.19 og Venzlaff et al.20 viste at etsende sulfatreduserende bakterier (SRB)-biofilmer kan absorbere elektroner direkte fra metallsubstrater, noe som resulterer i alvorlig gropkorrosjon.
DSS er kjent for å være utsatt for MIC i miljøer som inneholder SRB, jernreduserende bakterier (IRB), osv. 21. Disse bakteriene forårsaker lokalisert gropdannelse på DSS-overflater under biofilmer 22,23. I motsetning til DSS er MIC for HDSS 24 dårlig kjent.
Pseudomonas aeruginosa er en gram-negativ, motil, stavformet bakterie som er vidt distribuert i naturen25. Pseudomonas aeruginosa er også en viktig mikrobiell gruppe i det marine miljøet, og forårsaker MIC i stål. Pseudomonas er nært involvert i korrosjonsprosesser og er anerkjent som en pionerkolonisator under biofilmdannelse. Mahat et al.28 og Yuan et al.29 viste at Pseudomonas aeruginosa har en tendens til å øke korrosjonshastigheten til mildt stål og legeringer i vandige miljøer.
Hovedmålet med dette arbeidet var å undersøke MIC-egenskapene til 2707 HDSS forårsaket av den marine aerobe bakterien Pseudomonas aeruginosa ved hjelp av elektrokjemiske metoder, overflateanalytiske teknikker og korrosjonsproduktanalyse. Elektrokjemiske studier, inkludert åpen kretspotensial (OCP), lineær polarisasjonsmotstand (LPR), elektrokjemisk impedansspektroskopi (EIS) og potensiell dynamisk polarisering, ble utført for å studere MIC-oppførselen til 2707 HDSS. Energidispersiv spektrometeranalyse (EDS) ble utført for å finne kjemiske elementer på den korroderte overflaten. I tillegg ble røntgenfotoelektronspektroskopianalyse (XPS) brukt til å bestemme stabiliteten til oksidfilmpassivering under påvirkning av et marint miljø som inneholder Pseudomonas aeruginosa. Gropdybden ble målt under et konfokalt laserskanningsmikroskop (CLSM).
Tabell 1 viser den kjemiske sammensetningen av 2707 HDSS. Tabell 2 viser at 2707 HDSS har utmerkede mekaniske egenskaper med en flytegrense på 650 MPa. Figur 1 viser den optiske mikrostrukturen til løsningsvarmebehandlet 2707 HDSS. Langstrakte bånd av austenitt- og ferrittfaser uten sekundærfaser kan sees i mikrostrukturen som inneholder omtrent 50 % austenitt- og 50 % ferrittfaser.
Figur 2a viser åpen kretspotensial (Eocp) versus eksponeringstidsdata for 2707 HDSS i abiotisk 2216E-medium og P. aeruginosa-buljong i 14 dager ved 37 °C. Den viser at den største og signifikante endringen i Eocp skjer innen de første 24 timene. Eocp-verdiene nådde i begge tilfeller en topp på -145 mV (vs. SCE) rundt 16 timer og falt deretter kraftig, og nådde henholdsvis -477 mV (vs. SCE) og -236 mV (vs. SCE) for den abiotiske prøven og P. aeruginosa. Pseudomonas aeruginosa-kuponger. Etter 24 timer var Eocp-verdien på 2707 HDSS for P. aeruginosa relativt stabil på -228 mV (vs. SCE), mens den tilsvarende verdien for ikke-biologiske prøver var omtrent -442 mV (vs. SCE). Eocp i nærvær av P. aeruginosa var ganske lav.
Elektrokjemisk testing av 2707 HDSS-prøver i abiotisk medium og Pseudomonas aeruginosa-buljong ved 37 °C:
(a) Eocp som en funksjon av eksponeringstid, (b) polarisasjonskurver på dag 14, (c) Rp som en funksjon av eksponeringstid og (d) icorr som en funksjon av eksponeringstid.
Tabell 3 viser de elektrokjemiske korrosjonsparameterverdiene for 2707 HDSS-prøver eksponert for abiotisk medium og Pseudomonas aeruginosa-inokulert medium i 14 dager. Tangentene til de anodiske og katodiske kurvene ble ekstrapolert for å komme frem til skjæringspunktene som ga korrosjonsstrømtetthet (icorr), korrosjonspotensial (Ecorr) og Tafel-stigningsgrader (βα og βc) i henhold til standardmetoder30,31.
Som vist i figur 2b, resulterte den oppadgående forskyvningen av P. aeruginosa-kurven i en økning i Ecorr sammenlignet med den abiotiske kurven. Icorr-verdien, som er proporsjonal med korrosjonshastigheten, økte til 0,328 μA cm⁻² i Pseudomonas aeruginosa-prøven, fire ganger så høy som i den ikke-biologiske prøven (0,087 μA cm⁻²).
LPR er en klassisk ikke-destruktiv elektrokjemisk metode for rask korrosjonsanalyse. Den ble også brukt til å studere MIC32. Figur 2c viser polarisasjonsmotstanden (Rp) som en funksjon av eksponeringstid. En høyere Rp-verdi betyr mindre korrosjon. I løpet av de første 24 timene nådde Rp for 2707 HDSS en maksimalverdi på 1955 kΩ cm2 for abiotiske prøver og 1429 kΩ cm2 for Pseudomonas aeruginosa-prøver. Figur 2c viser også at Rp-verdien sank raskt etter én dag og deretter forble relativt uendret de neste 13 dagene. Rp-verdien for Pseudomonas aeruginosa-prøven er omtrent 40 kΩ cm2, som er mye lavere enn 450 kΩ cm2-verdien for den ikke-biologiske prøven.
Icorr-verdien er proporsjonal med den jevne korrosjonshastigheten. Verdien kan beregnes fra følgende Stern-Geary-ligning,
I følge Zou et al. 33 ble en typisk verdi for Tafel-stigningstallet B i dette arbeidet antatt å være 26 mV/des. Figur 2d viser at icorr-verdiene for den ikke-biologiske 2707-prøven forble relativt stabil, mens P. aeruginosa-prøven svingte mye etter de første 24 timene. Icorr-verdiene for P. aeruginosa-prøvene var en størrelsesorden høyere enn for de ikke-biologiske kontrollene. Denne trenden er i samsvar med resultatene for polarisasjonsmotstand.
EIS er en annen ikke-destruktiv teknikk som brukes til å karakterisere elektrokjemiske reaksjoner ved korroderte grensesnitt. Impedansspektre og beregnede kapasitansverdier for prøver eksponert for abiotiske medier og Pseudomonas aeruginosa-løsning, Rb-motstand til passiv film/biofilm dannet på overflaten av prøven, Rct-ladningsoverføringsmotstand, Cdl elektrisk dobbeltlagskapasitans (EDL) og QCPE konstant faseelement (CPE) parametere. Disse parameterne ble videre analysert ved å tilpasse dataene ved hjelp av en ekvivalent kretsmodell (EEC).
Figur 3 viser typiske Nyquist-plott (a og b) og Bode-plott (a' og b') av 2707 HDSS-prøver i abiotisk medium og P. aeruginosa-buljong for forskjellige inkubasjonstider. Diameteren til Nyquist-ringen avtar i nærvær av Pseudomonas aeruginosa. Bode-plottet (fig. 3b') viser en økning i størrelsen på den totale impedansen. Informasjon om relaksasjonstidskonstanten kan gis av fasemaksima. Figur 4 viser de fysiske strukturene basert på monolag (a) og dobbeltlag (b) og deres tilsvarende EEC-er. CPE introduseres i EEC-modellen. Admittansen og impedansen uttrykkes som følger:
To fysiske modeller og tilsvarende ekvivalente kretser for tilpasning av impedansspekteret til 2707 HDSS-prøven:
hvor Y0 er størrelsen på CPE, j er det imaginære tallet eller (-1)1/2, ω er vinkelfrekvensen, og n er CPE-effektindeksen mindre enn enhet35. Den inverse delen av ladningsoverføringsmotstanden (dvs. 1/Rct) tilsvarer korrosjonshastigheten. Mindre Rct betyr raskere korrosjonshastighet27. Etter 14 dagers inkubasjon nådde Rct for Pseudomonas aeruginosa-prøvene 32 kΩ cm2, mye mindre enn 489 kΩ cm2 for de ikke-biologiske prøvene (tabell 4).
CLSM-bildene og SEM-bildene i figur 5 viser tydelig at biofilmdekningen på overflaten av 2707 HDSS-prøven er tett etter 7 dager. Etter 14 dager var imidlertid biofilmdekningen sparsom, og noen døde celler dukket opp. Tabell 5 viser biofilmtykkelsen på 2707 HDSS-prøver etter eksponering for P. aeruginosa i 7 og 14 dager. Maksimal biofilmtykkelse endret seg fra 23,4 μm etter 7 dager til 18,9 μm etter 14 dager. Gjennomsnittlig biofilmtykkelse bekreftet også denne trenden. Den minket fra 22,2 ± 0,7 μm etter 7 dager til 17,8 ± 1,0 μm etter 14 dager.
(a) 3D CLSM-bilde etter 7 dager, (b) 3D CLSM-bilde etter 14 dager, (c) SEM-bilde etter 7 dager og (d) SEM-bilde etter 14 dager.
EDS avdekket kjemiske elementer i biofilmer og korrosjonsprodukter på prøver eksponert for P. aeruginosa i 14 dager. Figur 6 viser at innholdet av C, N, O og P i biofilmer og korrosjonsprodukter er mye høyere enn i rene metaller, fordi disse elementene er assosiert med biofilmer og deres metabolitter. Mikrober trenger bare spormengder av krom og jern. Høye nivåer av Cr og Fe i biofilmen og korrosjonsproduktene på overflaten av prøvene indikerer at metallmatrisen har mistet elementer på grunn av korrosjon.
Etter 14 dager ble det observert gropdannelse med og uten P. aeruginosa i 2216E-medium. Før inkubasjon var prøveoverflaten glatt og defektfri (fig. 7a). Etter inkubasjon og fjerning av biofilm og korrosjonsprodukter ble de dypeste gropene på overflaten av prøvene undersøkt under CLSM, som vist i figur 7b og c. Ingen åpenbare groper ble funnet på overflaten av de ikke-biologiske kontrollprøvene (maksimal gropdybde 0,02 μm). Maksimal gropdybde forårsaket av Pseudomonas aeruginosa var 0,52 μm etter 7 dager og 0,69 μm etter 14 dager, basert på den gjennomsnittlige maksimale gropdybden for 3 prøver (10 maksimale gropdybdeverdier ble valgt for hver prøve) som nådde henholdsvis 0,42 ± 0,12 μm og 0,52 ± 0,15 μm (tabell 5). Disse gropdybdeverdiene er små, men viktige.
(a) Før eksponering, (b) 14 dager i abiotisk medium og (c) 14 dager i Pseudomonas aeruginosa-buljong.
Figur 8 viser XPS-spektrene til forskjellige prøveoverflater, og de kjemiske sammensetningene som ble analysert for hver overflate er oppsummert i tabell 6. I tabell 6 var atomprosentene av Fe og Cr i nærvær av P. aeruginosa (prøvene A og B) mye lavere enn for de ikke-biologiske kontrollprøvene (prøvene C og D). For P. aeruginosa-prøven ble Cr2p-kjernenivåspektralkurven tilpasset fire toppkomponenter med bindingsenergiverdier (BE) på henholdsvis 574,4, 576,6, 578,3 og 586,8 eV, som kan tilskrives henholdsvis Cr, Cr2O3, CrO3 og Cr(OH)3 (figur 9a og b). For ikke-biologiske prøver inneholder Cr2p-kjernenivåspekteret to hovedtopper for Cr (573,80 eV for BE) og Cr2O3 (575,90 eV for BE) i figur 9c og d. Den mest slående forskjellen mellom de abiotiske og P. aeruginosa-prøvene var tilstedeværelsen av Cr6+ og en høyere relativ andel av Cr(OH)3 (BE på 586,8 eV) under biofilmen.
De brede XPS-spektrene for overflaten av 2707 HDSS-prøven i de to mediene er henholdsvis 7 dager og 14 dager.
(a) 7 dager med eksponering for P. aeruginosa, (b) 14 dager med eksponering for P. aeruginosa, (c) 7 dager i abiotisk medium og (d) 14 dager i abiotisk medium.
HDSS viser høye nivåer av korrosjonsbestandighet i de fleste miljøer. Kim et al. 2 rapporterte at UNS S32707 HDSS ble definert som et høyt legert DSS med en PREN på mer enn 45. PREN-verdien til 2707 HDSS-prøven i dette arbeidet var 49. Dette skyldes det høye krominnholdet og de høye molybden- og Ni-nivåene, som er gunstige i sure og kloridrike miljøer. I tillegg er en velbalansert sammensetning og en defektfri mikrostruktur nyttig for strukturell stabilitet og korrosjonsbestandighet. Til tross for den utmerkede kjemiske motstanden, tyder de eksperimentelle dataene i dette arbeidet på at 2707 HDSS ikke er fullstendig immun mot MIC-en til P. aeruginosa-biofilmer.
Elektrokjemiske resultater viste at korrosjonshastigheten til 2707 HDSS i P. aeruginosa-buljong økte betydelig etter 14 dager sammenlignet med ikke-biologisk medium. I figur 2a ble det observert en reduksjon i Eocp i både abiotisk medium og P. aeruginosa-buljong i løpet av de første 24 timene. Etterpå har biofilmen dekket overflaten av prøven fullstendig, og Eocp blir relativt stabil36. Imidlertid var nivået av biologisk Eocp mye høyere enn for ikke-biologisk Eocp. Det er grunn til å tro at denne forskjellen skyldes dannelse av P. aeruginosa-biofilm. I figur 2d, i nærvær av P. aeruginosa, nådde icorr-verdien av 2707 HDSS 0,627 μA cm-2, som var en størrelsesorden høyere enn for den abiotiske kontrollen (0,063 μA cm-2), noe som var i samsvar med Rct-verdien målt av EIS. I løpet av de første dagene ble impedansverdiene i P. aeruginosa-buljongen økte på grunn av bindingen av P. aeruginosa-celler og dannelsen av biofilmer. Når biofilmen imidlertid dekker overflaten av prøven fullstendig, reduseres impedansen. Det beskyttende laget angripes først på grunn av dannelsen av biofilmer og biofilmmetabolitter. Derfor minket korrosjonsmotstanden over tid, og bindingen av P. aeruginosa forårsaket lokal korrosjon. Trendene i abiotiske medier var forskjellige. Korrosjonsmotstanden til den ikke-biologiske kontrollen var mye høyere enn den tilsvarende verdien for prøvene som ble eksponert for P. aeruginosa-buljong. Videre nådde Rct-verdien til 2707 HDSS for abiotiske prøver 489 kΩ cm2 på dag 14, som var 15 ganger Rct-verdien (32 kΩ cm2) i nærvær av P. aeruginosa. Derfor har 2707 HDSS utmerket korrosjonsmotstand i et sterilt miljø, men er ikke motstandsdyktig mot MIC-angrep fra P. aeruginosa-biofilmer.
Disse resultatene kan også observeres fra polarisasjonskurvene i figur 2b. Den anodiske forgreningen ble tilskrevet dannelse av Pseudomonas aeruginosa-biofilm og metalloksidasjonsreaksjoner. Samtidig er den katodiske reaksjonen reduksjon av oksygen. Tilstedeværelsen av P. aeruginosa økte korrosjonsstrømtettheten betraktelig, omtrent en størrelsesorden høyere enn den abiotiske kontrollen. Dette indikerer at P. aeruginosa-biofilm øker lokalisert korrosjon av 2707 HDSS. Yuan et al.29 fant at korrosjonsstrømtettheten til 70/30 Cu-Ni-legering økte under eksponering for P. aeruginosa-biofilm. Dette kan skyldes biokatalysen av oksygenreduksjon av Pseudomonas aeruginosa-biofilmer. Denne observasjonen kan også forklare MIC-verdien til 2707 HDSS i dette arbeidet. Aerobe biofilmer kan også ha mindre oksygen under seg. Derfor kan manglende repassivering av metalloverflaten med oksygen være en medvirkende faktor til MIC-verdien i dette arbeidet.
Dickinson et al. 38 antydet at hastighetene på kjemiske og elektrokjemiske reaksjoner kan påvirkes direkte av den metabolske aktiviteten til fastsittende bakterier på overflaten av prøven og arten av korrosjonsproduktene. Som vist i figur 5 og tabell 5, minket både celletall og biofilmtykkelse etter 14 dager. Dette kan rimeligvis forklares med at etter 14 dager døde de fleste av de fastsittende cellene på overflaten av 2707 HDSS på grunn av næringsuttømming i 2216E-mediet eller frigjøring av giftige metallioner fra 2707 HDSS-matrisen. Dette er en begrensning ved batcheksperimenter.
I dette arbeidet fremmet P. aeruginosa-biofilmen lokal reduksjon av Cr og Fe under biofilmen på 2707 HDSS-overflaten (fig. 6). I tabell 6 vises reduksjonen av Fe og Cr i prøve D sammenlignet med prøve C, noe som indikerer at oppløst Fe og Cr forårsaket av P. aeruginosa-biofilm vedvarte utover de første 7 dagene. 2216E-mediet brukes til å simulere marine miljøer. Det inneholder 17 700 ppm Cl-, som er sammenlignbart med det som finnes i naturlig sjøvann. Tilstedeværelsen av 17 700 ppm Cl- var hovedårsaken til reduksjonen i Cr i de 7- og 14-dagers abiotiske prøvene analysert med XPS. Sammenlignet med P. aeruginosa-prøver var oppløsningen av Cr i abiotiske prøver mye mindre på grunn av den sterke Cl−-resistensen til 2707 HDSS i abiotiske miljøer. Figur 9 viser tilstedeværelsen av Cr6+ i passiveringsfilmen. Det kan være involvert i fjerning av Cr fra ståloverflater av P. aeruginosa biofilmer, som foreslått av Chen og Clayton.
På grunn av bakterievekst var pH-verdiene i mediet før og etter dyrking henholdsvis 7,4 og 8,2. Derfor er det usannsynlig at organisk syrekorrosjon er en medvirkende faktor til dette arbeidet under P. aeruginosa-biofilmen, på grunn av den relativt høye pH-verdien i bulkmediet. pH-verdien i det ikke-biologiske kontrollmediet endret seg ikke signifikant (fra en initial verdi på 7,4 til en endelig verdi på 7,5) i løpet av den 14 dager lange testperioden. Økningen i pH i inokuleringsmediet etter inkubasjon skyldtes den metabolske aktiviteten til P. aeruginosa, og det ble funnet å ha samme effekt på pH i fravær av teststrimler.
Som vist i figur 7 var den maksimale gropdybden forårsaket av P. aeruginosa biofilm 0,69 μm, som var mye større enn for det abiotiske mediet (0,02 μm). Dette er i samsvar med de elektrokjemiske dataene beskrevet ovenfor. Gropdybden på 0,69 μm er mer enn ti ganger mindre enn verdien på 9,5 μm rapportert for 2205 DSS under de samme forholdene. Disse dataene viser at 2707 HDSS viser bedre MIC-motstand sammenlignet med 2205 DSS. Dette burde ikke komme som noen overraskelse, ettersom 2707 HDSS har et høyere krominnhold, noe som gir mer langvarig passivering på grunn av den balanserte fasestrukturen uten skadelige sekundære utfellinger, noe som gjør det vanskeligere for P. aeruginosa å depassivere og starte punktformørkelse.
Avslutningsvis ble det funnet MIC-pitting på overflaten av 2707 HDSS i P. aeruginosa-buljong sammenlignet med ubetydelig pitting i abiotiske medier. Dette arbeidet viser at 2707 HDSS har bedre MIC-resistens enn 2205 DSS, men det er ikke fullstendig immun mot MIC på grunn av P. aeruginosa-biofilm. Disse funnene hjelper til med valg av passende rustfritt stål og estimert levetid for det marine miljøet.
Kupongen for 2707 HDSS er levert av School of Metallurgy ved Northeastern University (NEU) i Shenyang, Kina. Elementsammensetningen til 2707 HDSS er vist i tabell 1, som ble analysert av NEUs materialanalyse- og testavdeling. Alle prøver ble løsningsbehandlet ved 1180 °C i 1 time. Før korrosjonstesting ble myntformet 2707 HDSS med et øvre eksponert overflateareal på 1 cm2 polert til 2000 grit med silisiumkarbidpapir og videre polert med en 0,05 μm Al2O3 pulversuspensjon. Sidene og bunnen er beskyttet av inert maling. Etter tørking ble prøvene skylt med sterilt avionisert vann og sterilisert med 75 % (v/v) etanol i 0,5 timer. De ble deretter lufttørket under ultrafiolett (UV) lys i 0,5 timer før bruk.
Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099-stammen ble kjøpt fra Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Kina. Pseudomonas aeruginosa ble dyrket aerobt ved 37 °C i 250 ml kolber og 500 ml elektrokjemiske glassceller ved bruk av Marine 2216E flytende medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina). Medium (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 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4. , 5,0 pepton, 1,0 gjærekstrakt og 0,1 jerncitrat. Autoklav ved 121 °C i 20 minutter før inokulering. Tell fastsittende og planktoniske celler ved hjelp av et hemocytometer under et lysmikroskop ved 400X forstørrelse. Den opprinnelige cellekonsentrasjonen av planktonisk Pseudomonas aeruginosa umiddelbart etter inokulering var omtrent 106 celler/ml.
Elektrokjemiske tester ble utført i en klassisk glasscelle med tre elektroder og et medium volum på 500 ml. En platinaplate og en mettet kalomelelektrode (SCE) ble koblet til reaktoren via Luggin-kapillærer fylt med saltbroer, som fungerte som henholdsvis mot- og referanseelektroder. For å lage arbeidselektrodene ble en gummibelagt kobbertråd festet til hver prøve og dekket med epoksy, slik at det ble ca. 1 cm2 eksponert ensidig overflateareal for arbeidselektroden. Under elektrokjemiske målinger ble prøvene plassert i 2216E-medium og holdt ved en konstant inkubasjonstemperatur (37 °C) i et vannbad. OCP, LPR, EIS og potensielle dynamiske polarisasjonsdata ble målt ved hjelp av en Autolab-potensiostat (Referanse 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). LPR-tester ble registrert med en skannehastighet på 0,125 mV s-1 over området -5 og 5 mV med Eocp og en samplingsfrekvens på 1 Hz. EIS ble utført med en sinusbølge i frekvensområdet 0,01. til 10 000 Hz ved bruk av en påført spenning på 5 mV ved stabil Eocp. Før potensialsveipingen var elektrodene i åpen krets-modus inntil en stabil verdi for fritt korrosjonspotensial ble nådd. Polarisasjonskurver ble deretter kjørt fra -0,2 til 1,5 V vs. Eocp med en skannehastighet på 0,166 mV/s. Hver test ble gjentatt 3 ganger med og uten P. aeruginosa.
Prøver for metallografisk analyse ble mekanisk polert med 2000 grit vått SiC-papir og deretter ytterligere polert med 0,05 μm Al2O3-pulversuspensjon for optisk observasjon. Metallografisk analyse ble utført ved hjelp av et optisk mikroskop. Prøvene ble etset med 10 vekt% kaliumhydroksidløsning 43.
Etter inkubasjon ble prøvene vasket tre ganger med fosfatbufret saltvannsløsning (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) og deretter fiksert med 2,5 % (v/v) glutaraldehyd i 10 timer for å fiksere biofilmer. Deretter ble dehydrert med en gradert serie (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % og 100 % v/v) etanol før lufttørking. Til slutt ble overflaten av prøven forstøvet med en gullfilm for å gi konduktivitet for SEM-observasjon. SEM-bildene ble fokusert på flekkene med de mest fastsittende P. aeruginosa-cellene på overflaten av hver prøve. Utfør EDS-analyse for å finne kjemiske elementer. Et Zeiss Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Tyskland) ble brukt til å måle gropens dybde. For å observere korrosjonsgropene under biofilmen ble teststykket først rengjort i henhold til den kinesiske nasjonale standarden. (CNS) GB/T4334.4-2000 for å fjerne korrosjonsprodukter og biofilm på overflaten av teststykket.
Røntgenfotoelektronspektroskopianalyse (XPS, ESCALAB250 overflateanalysesystem, Thermo VG, USA) ble utført ved bruk av en monokromatisk røntgenkilde (aluminium Kα-linje ved 1500 eV energi og 150 W effekt) over et bredt bindingsenergiområde på 0 under standardforhold –1350 eV. Høyoppløselige spektre ble registrert ved bruk av 50 eV passenergi og 0,2 eV trinnstørrelse.
De inkuberte prøvene ble fjernet og skylt forsiktig med PBS (pH 7,4 ± 0,2) i 15 sekunder og 45 sekunder. For å observere den bakterielle levedyktigheten til biofilmene på prøvene ble biofilmene farget ved hjelp av LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Kittet har to fluorescerende fargestoffer, et grønt fluorescerende SYTO-9-fargestoff og et rødt fluorescerende propidiumjodid (PI)-fargestoff. Under CLSM representerer prikker med fluorescerende grønt og rødt henholdsvis levende og døde celler. For farging ble en 1 ml blanding som inneholdt 3 μl SYTO-9 og 3 μl PI-løsning inkubert i 20 minutter ved romtemperatur (23 °C) i mørket. Deretter ble de fargede prøvene observert ved to bølgelengder (488 nm for levende celler og 559 nm for døde celler) ved hjelp av en Nikon CLSM-maskin (C2 Plus, Nikon, Japan). Biofilmtykkelsen ble målt i 3D-skannemodus.
Slik siterer du denne artikkelen: Li, H. et al. Mikrobiell korrosjon av 2707 superdupleks rustfritt stål av marine Pseudomonas aeruginosa biofilm. science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. og Zucchi, F. Spenningskorrosjonssprekker i LDX 2101 dupleks rustfritt stål i kloridløsning i nærvær av tiosulfat. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YS Effekt av løsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgass på motstanden mot punktkorrosjon i superdupleks rustfritt stålsveiser. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. og Lewandowski, Z. En sammenlignende kjemisk studie av mikrobiell og elektrokjemisk indusert gropkorrosjon i 316L rustfritt stål. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG og Xiao, K. Elektrokjemisk oppførsel av 2205 dupleks rustfritt stål i alkaliske løsninger med forskjellig pH i nærvær av klorid. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS og Ray, RI Effekten av marine biofilmer på korrosjon: en kortfattet oversikt. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).