Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset CSS-støtte. For best mulig opplevelse anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller deaktiverer kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre fortsatt støtte, vil vi gjengi nettstedet uten stiler og JavaScript.
Mikrobiell korrosjon (MIC) er et alvorlig problem i mange bransjer, da det kan føre til store økonomiske tap. Superdupleks rustfritt stål 2707 (2707 HDSS) brukes i marine miljøer på grunn av sin utmerkede kjemiske motstand. Imidlertid er motstanden mot MIC ikke eksperimentelt demonstrert. Denne studien undersøkte oppførselen til MIC 2707 HDSS forårsaket av den marine aerobe bakterien Pseudomonas aeruginosa. Elektrokjemisk analyse viste at i nærvær av Pseudomonas aeruginosa-biofilm i 2216E-mediet oppstår en positiv endring i korrosjonspotensialet og en økning i korrosjonsstrømtettheten. Analyse av røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) viste en reduksjon i Cr-innholdet på overflaten av prøven under biofilmen. Visuell analyse 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-en til P. aeruginosa-biofilmer.
Duplekse rustfrie stål (DSS) er mye brukt i ulike bransjer på grunn av den perfekte kombinasjonen av utmerkede mekaniske egenskaper og korrosjonsbestandighet1,2. Imidlertid forekommer fortsatt lokalisert gropkorrosjon og 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 det kreves dyrere materialer med høyere korrosjonsbestandighet. Jeon et al7 fant at selv superduplekse rustfrie stål (SDSS) har noen begrensninger når det gjelder korrosjonsbestandighet. Derfor kreves det i noen tilfeller superduplekse rustfrie stål (HDSS) med høyere korrosjonsbestandighet. Dette førte til utviklingen av høylegert HDSS.
Korrosjonsbestandighet DSS avhenger av forholdet mellom alfa- og gammafaser og er utarmet i Cr-, Mo- og W-regionene 8, 9 og 10 ved siden av den andre fasen. HDSS inneholder et høyt innhold av Cr, Mo og N11, derfor har det utmerket korrosjonsbestandighet og en høy verdi (45–50) av det ekvivalente punkteringsmotstandstallet (PREN) bestemt av vekt% Cr + 3,3 (vekt% Mo + 0,5 vekt% V) + 16 vekt% N12. Den utmerkede korrosjonsbestandigheten avhenger av en balansert sammensetning som inneholder omtrent 50 % ferritiske (α) og 50 % austenittiske (γ) faser. HDSS har bedre mekaniske egenskaper og høyere motstand mot kloridkorrosjon. Forbedret korrosjonsbestandighet utvider bruken av HDSS i mer aggressive kloridmiljøer, som marine miljøer.
MIC-er er et stort problem i mange bransjer, som olje-, gass- og vannindustrien14. MIC står for 20 % av all korrosjonsskade15. MIC er en 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 spiser bort metaller for å få tak i energien de trenger 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 elektronmellomledd akselererer overføringen av elektroner mellom Desulfovibrio sessificans-celler og 304 rustfritt stål, noe som resulterer i et mer alvorlig MIC-angrep. Anning et al.19 og Wenzlaff et al.20 har vist at biofilmer av korrosive sulfatreduserende bakterier (SRB-er) kan absorbere elektroner direkte fra metallsubstrater, noe som resulterer i alvorlig gropkorrosjon.
DSS er kjent for å være følsomt for MIC i medier som inneholder SRB-er, jernreduserende bakterier (IRB-er), osv. 21. Disse bakteriene forårsaker lokalisert gropdannelse på overflaten av DSS under biofilmer 22,23. I motsetning til DSS er HDSS 24 MIC ikke godt kjent.
Pseudomonas aeruginosa er en gramnegativ, bevegelig, stavformet bakterie som er vidt distribuert i naturen25. Pseudomonas aeruginosa er også en viktig mikrobiell gruppe i det marine miljøet, noe som forårsaker forhøyede MIC-konsentrasjoner. Pseudomonas er aktivt involvert i korrosjonsprosessen 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 akvatiske miljøer.
Hovedmålet med dette arbeidet var å undersøke egenskapene til MIC 2707 HDSS forårsaket av den marine aerobe bakterien Pseudomonas aeruginosa ved hjelp av elektrokjemiske metoder, overflateanalysemetoder og korrosjonsproduktanalyse. Elektrokjemiske studier, inkludert åpen kretspotensial (OCP), lineær polarisasjonsmotstand (LPR), elektrokjemisk impedansspektroskopi (EIS) og potensiell dynamisk polarisering, ble utført for å studere oppførselen til MIC 2707 HDSS. Energidispersiv spektrometrisk analyse (EDS) ble utført for å detektere kjemiske elementer på en korrodert overflate. I tillegg ble røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) brukt til å bestemme stabiliteten til oksidfilmpassivering under påvirkning av et marint miljø som inneholder Pseudomonas aeruginosa. Dybden på gropene 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. I mikrostrukturen som inneholder omtrent 50 % austenitt- og 50 % ferrittfaser, er langstrakte bånd av austenitt- og ferrittfaser uten sekundærfaser synlige.
Fig. 2a viser åpen krets-potensialet (Eocp) versus eksponeringstid for 2707 HDSS i 2216E abiotisk medium og P. aeruginosa-buljong i 14 dager ved 37 °C. Det viser at den største og mest signifikante endringen i Eocp skjer i løpet av de første 24 timene. Eocp-verdiene nådde i begge tilfeller en topp på -145 mV (sammenlignet med SCE) rundt 16 timer og falt deretter kraftig, og nådde -477 mV (sammenlignet med SCE) og -236 mV (sammenlignet med SCE) for den abiotiske prøven og P. Pseudomonas aeruginosa-kuponger, henholdsvis. Etter 24 timer var Eocp 2707 HDSS-verdien for P. aeruginosa relativt stabil på -228 mV (sammenlignet med SCE), mens den tilsvarende verdien for ikke-biologiske prøver var omtrent -442 mV (sammenlignet med SCE). Eocp i nærvær av P. aeruginosa var ganske lav.
Elektrokjemisk studie 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 korrosjonsparametrene for 2707 HDSS-prøver eksponert for abiotiske og Pseudomonas aeruginosa-inokulerte medier over en periode på 14 dager. Tangentene til anode- og katodekurvene ble ekstrapolert for å oppnå skjæringspunkter som gir korrosjonsstrømtetthet (icorr), korrosjonspotensial (Ecorr) og Tafel-helling (βα og βc) i henhold til standardmetoder30,31.
Som vist i figur 2b, resulterte et oppoverskift i 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, som er fire ganger større enn i den ikke-biologiske prøven (0,087 µA cm⁻²).
LPR er en klassisk ikke-destruktiv elektrokjemisk metode for rask korrosjonsanalyse. Den har også blitt brukt til å studere MIC32. Figur 2c viser polarisasjonsmotstanden (Rp) som en funksjon av eksponeringstiden. En høyere Rp-verdi betyr mindre korrosjon. I løpet av de første 24 timene nådde Rp 2707 HDSS en topp 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 i løpet av de neste 13 dagene. Rp-verdien for en Pseudomonas aeruginosa-prøve er omtrent 40 kΩ cm2, som er mye lavere enn 450 kΩ cm2-verdien for en ikke-biologisk prøve.
Verdien av icorr er proporsjonal med den jevne korrosjonshastigheten. Verdien kan beregnes fra følgende Stern-Giri-ligning:
I følge Zoe et al. 33 ble den typiske verdien av Tafel-stigningstallet B i dette arbeidet satt til 26 mV/des. Figur 2d viser at icorr-verdiene for den ikke-biologiske prøven 2707 forble relativt stabile, mens P. aeruginosa-prøven svingte mye etter de første 24 timene. Icorr-verdiene for P. aeruginosa-prøvene var en størrelsesorden høyere enn for ikke-biologiske kontroller. Denne trenden er i samsvar med resultatene av polarisasjonsmotstand.
EIS er en annen ikke-destruktiv metode som brukes til å karakterisere elektrokjemiske reaksjoner på korroderte overflater. Impedansspektre og beregnede kapasitansverdier for prøver eksponert for abiotisk miljø og Pseudomonas aeruginosa-løsning, passiv film/biofilmmotstand Rb dannet på prøveoverflaten, ladningsoverføringsmotstand Rct, elektrisk dobbeltlagskapasitans Cdl (EDL) og konstante QCPE-faseelementparametere (CPE). Disse parametrene 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') for 2707 HDSS-prøver i abiotiske medier og P. aeruginosa-buljong for forskjellige inkubasjonstider. Diameteren til Nyquist-ringen avtar i nærvær av Pseudomonas aeruginosa. Bode-plottet (figur 3b') viser økningen i total impedans. Informasjon om relaksasjonstidskonstanten kan fås fra fasemaksima. Figur 4 viser de fysiske strukturene basert på et monolag (a) og et dobbeltlag (b) og de tilsvarende EEC-ene. CPE introduseres i EEC-modellen. Admittansen og impedansen uttrykkes som følger:
To fysiske modeller og tilsvarende ekvivalente kretser for tilpasning av impedansspekteret til prøve 2707 HDSS:
hvor Y0 er KPI-verdien, j er det imaginære tallet eller (-1)1/2, ω er vinkelfrekvensen, n er KPI-effektindeksen mindre enn én35. Inversjonen av ladningsoverføringsmotstanden (dvs. 1/Rct) tilsvarer korrosjonshastigheten. Jo mindre Rct, desto høyere korrosjonshastighet27. Etter 14 dagers inkubasjon nådde Rct for Pseudomonas aeruginosa-prøvene 32 kΩ cm2, som er mye mindre enn 489 kΩ cm2 for ikke-biologiske prøver (tabell 4).
CLSM-bildene og SEM-bildene i figur 5 viser tydelig at biofilmbelegget på overflaten av HDSS-prøve 2707 er tett etter 7 dager. Etter 14 dager var imidlertid biofilmdekningen dårlig, 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.
EMF 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 betydelig høyere enn i rene metaller, siden 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 groper med og uten P. aeruginosa i medium 2216E. Før inkubasjon var overflaten på prøvene glatt og defektfri (fig. 7a). Etter inkubasjon og fjerning av biofilm og korrosjonsprodukter ble de dypeste gropene på overflaten av prøvene undersøkt ved hjelp av CLSM, som vist i fig. 7b og c. Ingen åpenbar gropting ble funnet på overflaten av ikke-biologiske kontroller (maksimal groptingdybde 0,02 µm). Maksimal groptingdybde forårsaket av P. aeruginosa var 0,52 µm etter 7 dager og 0,69 µm etter 14 dager, basert på gjennomsnittlig maksimal groptingdybde fra 3 prøver (10 maksimale groptingdybder ble valgt for hver prøve). Oppnåelse av henholdsvis 0,42 ± 0,12 µm og 0,52 ± 0,15 µm (tabell 5). Disse hulldybdeverdiene er små, men viktige.
(a) før eksponering, (b) 14 dager i et abiotisk miljø, og (c) 14 dager i Pseudomonas aeruginosa-buljong.
Tabell 8 på figur viser XPS-spektrene til ulike prøveoverflater, og den kjemiske sammensetningen 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 ikke-biologiske kontroller (prøvene C og D). For en P. aeruginosa-prøve ble spektralkurven på nivået av Cr2p-kjernen tilpasset fire toppkomponenter med bindingsenergier (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 spekteret til hoved-Cr2p-nivået to hovedtopper for Cr (573,80 eV for BE) og Cr2O3 (575,90 eV for BE) i figurene. 9c og d, henholdsvis. Den mest slående forskjellen mellom abiotiske prøver og P. aeruginosa-prøver var tilstedeværelsen av Cr6+ og en høyere relativ andel av Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) under biofilmen.
De brede XPS-spektrene for overflaten av prøve 2707 HDSS i to medier er henholdsvis 7 og 14 dager.
(a) 7 dagers eksponering for P. aeruginosa, (b) 14 dagers eksponering for P. aeruginosa, (c) 7 dager i et abiotisk miljø, og (d) 14 dager i et abiotisk miljø.
HDSS viser høy korrosjonsbestandighet i de fleste miljøer. Kim et al.2 rapporterte at HDSS UNS S32707 ble identifisert som et høyt legert DSS med en PREN større enn 45. PREN-verdien for prøve 2707 HDSS i dette arbeidet var 49. Dette skyldes det høye krominnholdet og det høye innholdet av molybden og nikkel, som er nyttige i sure miljøer og miljøer med høyt kloridinnhold. I tillegg er en velbalansert sammensetning og en defektfri mikrostruktur gunstig 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 P. aeruginosa biofilm MIC-er.
Elektrokjemiske resultater viste at korrosjonshastigheten til 2707 HDSS i P. aeruginosa-buljong økte betydelig etter 14 dager sammenlignet med det ikke-biologiske miljøet. I figur 2a ble det observert en reduksjon i Eocp både i det abiotiske mediet og i P. aeruginosa-buljongen i løpet av de første 24 timene. Etter det dekker biofilmen overflaten av prøven fullstendig, og Eocp blir relativt stabil36. Imidlertid var det biologiske Eocp-nivået mye høyere enn det ikke-biologiske Eocp-nivået. Det er grunner til å tro at denne forskjellen er assosiert med dannelsen av P. aeruginosa-biofilmer. På figur 2d, i nærvær av P. aeruginosa, nådde icorr 2707 HDSS-verdien 0,627 μA cm-2, som er en størrelsesorden høyere enn den abiotiske kontrollen (0,063 μA cm-2), noe som var i samsvar med Rct-verdien målt med EIS. I løpet av de første dagene økte impedansverdiene i P. aeruginosa-buljongen på grunn av bindingen av P. aeruginosa-celler og dannelsen av biofilmer. Når biofilmen imidlertid dekker prøveoverflaten fullstendig, synker impedansen. Det beskyttende laget angripes primært på grunn av dannelsen av biofilmer og biofilmmetabolitter. Følgelig avtok korrosjonsmotstanden over tid, og bindingen av P. aeruginosa forårsaket lokalisert korrosjon. Trendene i abiotiske miljøer var forskjellige. Korrosjonsmotstanden til den ikke-biologiske kontrollen var mye høyere enn den tilsvarende verdien for prøvene som ble eksponert for P. aeruginosa-buljong. I tillegg nådde Rct 2707 HDSS-verdien for abiotiske tilsetninger 489 kΩ cm2 på dag 14, som er 15 ganger høyere enn Rct-verdien (32 kΩ cm2) i nærvær av P. aeruginosa. Dermed har 2707 HDSS utmerket korrosjonsbestandighet i et sterilt miljø, men er ikke motstandsdyktig mot MIC-er fra P. aeruginosa-biofilmer.
Disse resultatene kan også observeres fra polarisasjonskurvene i figur 2b. Anodisk forgrening har vært assosiert med dannelse av Pseudomonas aeruginosa-biofilm og metalloksidasjonsreaksjoner. I dette tilfellet er den katodiske reaksjonen reduksjon av oksygen. Tilstedeværelsen av P. aeruginosa økte korrosjonsstrømtettheten betydelig, omtrent en størrelsesorden høyere enn i den abiotiske kontrollen. Dette indikerer at P. aeruginosa-biofilmen forsterker lokalisert korrosjon av 2707 HDSS. Yuan et al.29 fant at korrosjonsstrømtettheten til Cu-Ni 70/30-legeringen økte under påvirkning av P. aeruginosa-biofilmen. Dette kan skyldes biokatalysen av oksygenreduksjon av Pseudomonas aeruginosa-biofilmer. Denne observasjonen kan også forklare MIC 2707 HDSS i dette arbeidet. Det kan også være mindre oksygen under aerobe biofilmer. Derfor kan nektelsen av å re-passivere metalloverflaten med oksygen være en faktor som bidrar til MIC i dette arbeidet.
Dickinson et al. 38 antydet at hastigheten på kjemiske og elektrokjemiske reaksjoner kan påvirkes direkte av den metabolske aktiviteten til fastsittende bakterier på prøveoverflaten og arten av korrosjonsproduktene. Som vist i figur 5 og tabell 5, minket antallet celler og biofilmtykkelsen etter 14 dager. Dette kan med rimelighet forklares med det faktum at etter 14 dager døde de fleste av de fastsittende cellene på overflaten av 2707 HDSS på grunn av næringsmangel i 2216E-mediet eller frigjøring av giftige metallioner fra 2707 HDSS-matrisen. Dette er en begrensning ved batcheksperimenter.
I dette arbeidet bidro en P. aeruginosa-biofilm til lokal reduksjon av Cr og Fe under biofilmen på overflaten av 2707 HDSS (fig. 6). Tabell 6 viser reduksjonen i Fe og Cr i prøve D sammenlignet med prøve C, noe som indikerer at det oppløste Fe og Cr forårsaket av P. aeruginosa-biofilmen vedvarte de første 7 dagene. 2216E-miljøet brukes til å simulere det marine miljøet. Det inneholder 17 700 ppm Cl-, som er sammenlignbart med innholdet i naturlig sjøvann. Tilstedeværelsen av 17 700 ppm Cl- var hovedårsaken til reduksjonen i Cr i 7- og 14-dagers abiotiske prøver analysert med XPS. Sammenlignet med P. aeruginosa-prøver var oppløsningen av Cr i abiotiske prøver mye mindre på grunn av den sterke motstanden til 2707 HDSS mot klor under abiotiske forhold. Fig. 9 viser tilstedeværelsen av Cr6+ i passiveringsfilmen. Det kan være involvert i fjerning av krom 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. Dermed er det usannsynlig at organisk syrekorrosjon vil bidra 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 initiale 7,4 til endelige 7,5) i løpet av den 14 dager lange testperioden. Økningen i pH i frømediet 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 er 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 motstand mot MIC-er enn 2205 DSS. Dette burde ikke komme som noen overraskelse siden 2707 HDSS har høyere Cr-nivåer som gir lengre passivering, vanskeligere å depassivere P. aeruginosa, og på grunn av sin balanserte fasestruktur uten skadelig sekundærutfelling forårsaker det gropdannelse.
Avslutningsvis ble det funnet MIC-groper på overflaten av 2707 HDSS i P. aeruginosa-buljong sammenlignet med ubetydelige groper i det abiotiske miljøet. Dette arbeidet viser at 2707 HDSS har bedre motstand mot MIC enn 2205 DSS, men det er ikke fullstendig immun mot MIC på grunn av P. aeruginosa-biofilm. Disse resultatene bidrar til valg av passende rustfritt stål og forventet levetid for det marine miljøet.
Kupong for 2707 HDSS levert av Northeastern University (NEU) School of Metallurgy i Shenyang, Kina. Elementsammensetningen til 2707 HDSS er vist i tabell 1, som ble analysert av NEUs materialanalyse- og testavdeling. Alle prøvene ble behandlet for fast løsning ved 1180 °C i 1 time. Før korrosjonstesting ble en myntformet 2707 HDSS med et åpent overflateareal på 1 cm2 polert til 2000 grit med silisiumkarbidsandpapir og deretter polert med en 0,05 µm Al2O3-pulverblanding. Sidene og bunnen er beskyttet med inert maling. Etter tørking ble prøvene vasket 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-stammen MCCC 1A00099 ble kjøpt fra Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Kina. Pseudomonas aeruginosa ble dyrket under aerobe forhold 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). Mediumet inneholder (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 pepton, 1,0 gjærekstrakt og 0,1 jernsitrat. Autoklaver ved 121 °C i 20 minutter før inokulering. Tell fastsittende og planktoniske celler med et hemocytometer under et lysmikroskop ved 400x forstørrelse. Den opprinnelige konsentrasjonen 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. Platinaplaten og den mettede kalomelelektroden (SAE) ble koblet til reaktoren gjennom Luggin-kapillærer fylt med saltbroer, som fungerte som henholdsvis mot- og referanseelektroder. For fremstilling av arbeidselektroder ble gummiert kobbertråd festet til hver prøve og dekket med epoksyharpiks, slik at det ble igjen omtrent 1 cm2 ubeskyttet område for arbeidselektroden på den ene siden. Under elektrokjemiske målinger ble prøvene plassert i 2216E-mediet 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 i området -5 til 5 mV med Eocp og en samplingshastighet på 1 Hz. EIS ble utført med en sinusbølge over et frekvensområde på 0,01 til 10 000 Hz ved bruk av en påført spenning på 5 mV ved steady-state Eocp. Før potensialsveipet var elektrodene i hvilemodus inntil en stabil verdi av det frie korrosjonspotensialet ble nådd. Polarisasjonskurvene ble deretter målt fra -0,2 til 1,5 V som en funksjon av 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 vått 2000 grit SiC-papir og deretter ytterligere polert med en 0,05 µm Al₂O₃-pulversuspensjon for optisk observasjon. Metallografisk analyse ble utført ved hjelp av et optisk mikroskop. Prøvene ble etset med en 10 vekt% løsning av kaliumhydroksid 43.
Etter inkubasjon ble prøvene vasket tre ganger med fosfatbufret saltvann (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 batchet etanol (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % og 100 volumprosent) før lufttørking. Til slutt avsettes en gullfilm på overflaten av prøven for å gi konduktivitet for SEM-observasjon. SEM-bilder ble fokusert på flekker med de mest fastsittende P. aeruginosa-cellene på overflaten av hver prøve. Utfør en EDS-analyse for å finne kjemiske elementer. Et Zeiss konfokalt laserskanningsmikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Tyskland) ble brukt til å måle gropens dybde. For å observere korrosjonsgroper under biofilmen ble testprøven først rengjort i henhold til den kinesiske nasjonale standarden (CNS) GB/T4334.4-2000 for å fjerne korrosjonsprodukter og biofilm fra overflaten av testprøven.
Røntgenfotoelektronspektroskopianalyse (XPS, ESCALAB250 overflateanalysesystem, Thermo VG, USA) ble utført ved bruk av en monokromatisk røntgenkilde (aluminium Kα-linje med en energi på 1500 eV og en effekt på 150 W) i et bredt spekter av bindingsenergier under standardbetingelser på –1350 eV. Høyoppløselige spektre ble registrert ved bruk av en transmisjonsenergi på 50 eV og et trinn på 0,2 eV.
De inkuberte prøvene ble fjernet og vasket forsiktig med PBS (pH 7,4 ± 0,2) i 15 sekunder og 45 sekunder. For å observere bakteriell levedyktighet til biofilmer på prøvene ble biofilmene farget ved hjelp av LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Settet inneholder to fluorescerende fargestoffer: SYTO-9 grønt fluorescerende fargestoff og propidiumjodid (PI) rødt fluorescerende fargestoff. I CLSM representerer fluorescerende grønne og røde prikker henholdsvis levende og døde celler. For farging ble 1 ml av en 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 undersøkt ved to bølgelengder (488 nm for levende celler og 559 nm for døde celler) ved hjelp av et Nikon CLSM-apparat (C2 Plus, Nikon, Japan). Biofilmtykkelsen ble målt i 3D-skanningsmodus.
Slik siterer du denne artikkelen: Li, H. et al. Mikrobiell korrosjon av 2707 superdupleks rustfritt stål av Pseudomonas aeruginosa marin biofilm. the science. 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 kloridløsninger i nærvær av tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. og Zucchi, F. Spenningskorrosjonssprekker i LDX 2101 dupleks rustfritt stål i kloridløsninger i nærvær av tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. og Zucchi, F. Spenningskorrosjonssprekker i dupleks rustfritt stål LDX 2101 i kloridløsninger i nærvær av tiosulfat. 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rustfritt stål在福代sulfat分下下南性性生于中倾僅倉。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. og Zucchi, F. Spenningskorrosjonssprekker i dupleks rustfritt stål LDX 2101 i kloridløsning i nærvær av tiosulfat.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YS Effekter av løsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgass på motstanden mot gropkorrosjon av hyperduplekse sveiser i rustfritt stål. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YS Effekter av løsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgass på motstanden mot gropkorrosjon av hyperduplekse sveiser i rustfritt stål.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YS Effekt av løsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgass på motstanden mot punktkorrosjon i hyperduplekse sveiser i rustfritt stål. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS . Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YS Effekt av løsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgass på motstanden mot punktkorrosjon i superdupleks rustfritt stålsveiser.Koros. Vitenskapen. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. og Lewandowski, Z. Sammenlignende studie i kjemi av mikrobielt og elektrokjemisk indusert gropkorrosjon i 316L rustfritt stål. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. og Lewandowski, Z. Sammenlignende studie i kjemi av mikrobielt og elektrokjemisk indusert gropkorrosjon i 316L rustfritt stål.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. og Lewandowski, Z. Sammenlignende kjemisk studie av mikrobiologisk og elektrokjemisk gropkorrosjon i 316L rustfritt stål. 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. og Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. og Lewandowski, Z. Sammenlignende kjemisk studie av mikrobiologisk og elektrokjemisk indusert gropkorrosjon i 316L rustfritt stål.Koros. Vitenskapen. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG og Xiao, K. Den elektrokjemiske oppførselen til 2205 dupleks rustfritt stål i alkaliske løsninger med forskjellig pH i nærvær av klorid. Luo, H., Dong, CF, Li, XG og Xiao, K. Den elektrokjemiske oppførselen til 2205 dupleks rustfritt stål i alkaliske løsninger med forskjellig pH i nærvær av klorid.Luo H., Dong KF, Lee HG og Xiao K. Elektrokjemisk oppførsel av dupleks rustfritt stål 2205 i alkaliske løsninger med forskjellig pH i nærvær av klorid. Luo, H., Dong, CF, Li, XG og Xiao, K. 2205. Luo, H., Dong, CF, Li, XG og Xiao, K. 2205 Elektrokjemisk oppførsel av rustfritt stål i nærvær av klorid ved forskjellig pH i alkalisk løsning.Luo H., Dong KF, Lee HG og Xiao K. Elektrokjemisk oppførsel av dupleks rustfritt stål 2205 i alkaliske løsninger med forskjellig pH i nærvær av klorid.Elektrokjemi. Magasin. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS og Ray, RI. Marine biofilmers innflytelse på korrosjon: En kortfattet oversikt. Little, BJ, Lee, JS og Ray, RI. Marine biofilmers innflytelse på korrosjon: En kortfattet oversikt.Little, BJ, Lee, JS og Ray, RI Effekter av marine biofilmer på korrosjon: En kort oversikt. 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 og Ray, RILittle, BJ, Lee, JS og Ray, RI Effekter av marine biofilmer på korrosjon: En kort oversikt.Elektrokjemimagasinet. 54, 2–7 (2008).