Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com. Używana przez Ciebie wersja przeglądarki ma ograniczoną obsługę CSS. Aby zapewnić Ci najlepsze wrażenia, zalecamy korzystanie z nowszej wersji przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w Internet Explorerze). W międzyczasie, aby zapewnić ciągłą obsługę, będziemy renderować witrynę bez stylów i JavaScriptu.
Korozja mikrobiologiczna (MIC) stanowi poważny problem w wielu gałęziach przemysłu, ponieważ może prowadzić do ogromnych strat ekonomicznych. Stal nierdzewna super duplex 2707 (2707 HDSS) jest stosowana w środowiskach morskich ze względu na doskonałą odporność chemiczną. Jednak jej odporność na MIC nie została eksperymentalnie potwierdzona. W niniejszym badaniu zbadano zachowanie MIC 2707 HDSS wywołane przez morską bakterię tlenową Pseudomonas aeruginosa. Analiza elektrochemiczna wykazała, że ​​w obecności biofilmu Pseudomonas aeruginosa w środowisku 2216E następuje dodatnia zmiana potencjału korozyjnego i wzrost gęstości prądu korozyjnego. Analiza rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (XPS) wykazała spadek zawartości Cr na powierzchni próbki pod biofilmem. Wizualna analiza wżerów wykazała, że ​​biofilm P. aeruginosa wytworzył wżery o maksymalnej głębokości 0,69 µm w ciągu 14 dni inkubacji. Choć jest to wartość niewielka, wskazuje ona, że ​​szczep 2707 HDSS nie jest całkowicie odporny na minimalne stężenie hamujące biofilmów P. aeruginosa.
Stale nierdzewne dupleksowe (DSS) są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu ze względu na idealne połączenie doskonałych właściwości mechanicznych i odporności na korozję1,2. Jednak nadal występują lokalne wżery, które wpływają na integralność tej stali3,4. DSS nie jest odporna na korozję mikrobiologiczną (MIC)5,6. Pomimo szerokiego zakresu zastosowań dla DSS, nadal istnieją środowiska, w których odporność na korozję DSS jest niewystarczająca do długotrwałego użytkowania. Oznacza to, że wymagane są droższe materiały o wyższej odporności na korozję. Jeon i wsp.7 stwierdzili, że nawet stale nierdzewne super dupleksowe (SDSS) mają pewne ograniczenia pod względem odporności na korozję. Dlatego w niektórych przypadkach wymagane są stale nierdzewne super dupleksowe (HDSS) o wyższej odporności na korozję. Doprowadziło to do rozwoju wysokostopowych HDSS.
Odporność na korozję DSS zależy od stosunku faz alfa i gamma i jest zubożona w Cr, Mo i W w regionach 8, 9, 10 przylegających do drugiej fazy. HDSS zawiera wysoką zawartość Cr, Mo i N11, dlatego ma doskonałą odporność na korozję i wysoką wartość (45-50) równoważnej liczby odporności na korozję wżerową (PREN) określonej przez wt.% Cr + 3,3 (wt.% Mo + 0,5 wt. .%W) + 16% wt. N12. Jego doskonała odporność na korozję zależy od zbilansowanego składu zawierającego około 50% faz ferrytycznych (α) i 50% austenitycznych (γ). HDSS ma lepsze właściwości mechaniczne i wyższą odporność na korozję chlorkową. Poprawiona odporność na korozję wydłuża okres użytkowania HDSS w bardziej agresywnych środowiskach chlorkowych, takich jak środowiska morskie.
MIC stanowią poważny problem w wielu gałęziach przemysłu, takich jak przemysł naftowy, gazowy i wodny14. MIC odpowiadają za 20% wszystkich uszkodzeń korozyjnych15. MIC to korozja bioelektrochemiczna, którą można zaobserwować w wielu środowiskach. Biofilmy tworzące się na powierzchniach metali zmieniają warunki elektrochemiczne, wpływając tym samym na proces korozji. Powszechnie uważa się, że korozja MIC jest powodowana przez biofilmy. Mikroorganizmy elektrogeniczne pochłaniają metale, aby uzyskać energię potrzebną do przetrwania17. Najnowsze badania MIC wykazały, że EET (zewnątrzkomórkowy transfer elektronów) jest czynnikiem ograniczającym szybkość MIC indukowanego przez mikroorganizmy elektrogeniczne. Zhang i in. 18 wykazali, że pośrednicy elektronowi przyspieszają transfer elektronów między komórkami Desulfovibrio sessificans a stalą nierdzewną 304, co skutkuje silniejszym atakiem MIC. Anning i in. 19 oraz Wenzlaff i in. 20 badań wykazało, że biofilmy żrących bakterii redukujących siarczany (SRB) mogą bezpośrednio absorbować elektrony z podłoży metalowych, co powoduje powstawanie poważnych wżerów.
Wiadomo, że DSS jest wrażliwy na MIC w podłożach zawierających SRB, bakterie redukujące żelazo (IRB) itp. 21 . Bakterie te powodują lokalne wżery na powierzchni DSS pod biofilmem 22,23 . W przeciwieństwie do DSS, MIC HDSS 24 nie jest dobrze poznany.
Pseudomonas aeruginosa to Gram-ujemna, ruchliwa bakteria o kształcie pałeczki, szeroko rozpowszechniona w przyrodzie25. Pseudomonas aeruginosa stanowi również istotną grupę drobnoustrojów w środowisku morskim, powodując podwyższenie stężeń MIC. Pseudomonas aktywnie uczestniczy w procesie korozji i jest uznawana za pioniera kolonizacji podczas tworzenia biofilmu. Mahat i in.28 oraz Yuan i in.29 wykazali, że Pseudomonas aeruginosa ma tendencję do zwiększania szybkości korozji stali miękkiej i stopów w środowiskach wodnych.
Głównym celem niniejszej pracy było zbadanie właściwości powłoki MIC 2707 HDSS wywołanych przez morską bakterię tlenową Pseudomonas aeruginosa z wykorzystaniem metod elektrochemicznych, metod analizy powierzchni oraz analizy produktów korozji. Przeprowadzono badania elektrochemiczne, w tym potencjał obwodu otwartego (OCP), liniową rezystancję polaryzacji (LPR), elektrochemiczną spektroskopię impedancyjną (EIS) oraz dynamiczną polaryzację potencjału, w celu zbadania zachowania powłoki MIC 2707 HDSS. W celu wykrycia pierwiastków chemicznych na skorodowanej powierzchni przeprowadzono analizę spektrometryczną z dyspersją energii (EDS). Ponadto, do określenia stabilności pasywacji warstwy tlenkowej pod wpływem środowiska morskiego zawierającego Pseudomonas aeruginosa wykorzystano rentgenowską spektroskopię fotoelektronów (XPS). Głębokość wżerów zmierzono pod konfokalnym laserowym mikroskopem skaningowym (CLSM).
Tabela 1 przedstawia skład chemiczny stali 2707 HDSS. Tabela 2 pokazuje, że stal 2707 HDSS charakteryzuje się doskonałymi właściwościami mechanicznymi i granicą plastyczności 650 MPa. Na rys. 1 przedstawiono mikrostrukturę optyczną stali 2707 HDSS poddanej obróbce cieplnej w roztworze. W mikrostrukturze zawierającej około 50% austenitu i 50% ferrytu widoczne są wydłużone pasma austenitu i ferrytu bez faz wtórnych.
Na rys. 2a przedstawiono potencjał obwodu otwartego (Eocp) w funkcji czasu ekspozycji dla 2707 HDSS w abiotycznym podłożu 2216E i bulionie P. aeruginosa przez 14 dni w temperaturze 37°C. Pokazuje to, że największa i najbardziej znacząca zmiana Eocp występuje w ciągu pierwszych 24 godzin. Wartości Eocp w obu przypadkach osiągnęły szczyt na poziomie -145 mV (w porównaniu z SCE) około 16 godzin, a następnie gwałtownie spadły, osiągając -477 mV (w porównaniu z SCE) i -236 mV (w porównaniu z SCE) dla próbki abiotycznej. Po 24 godzinach wartość Eocp 2707 HDSS dla P. aeruginosa była stosunkowo stabilna na poziomie -228 mV (w porównaniu z SCE), podczas gdy odpowiadająca jej wartość dla próbek niebiologicznych wynosiła około -442 mV (w porównaniu z SCE). Eocp w obecności P. aeruginosa było dość niskie.
Badanie elektrochemiczne 2707 próbek HDSS w środowisku abiotycznym i bulionie Pseudomonas aeruginosa w temperaturze 37 °C:
(a) Eocp jako funkcja czasu ekspozycji, (b) krzywe polaryzacji w 14. dniu, (c) Rp jako funkcja czasu ekspozycji oraz (d) icorr jako funkcja czasu ekspozycji.
Tabela 3 przedstawia parametry korozji elektrochemicznej 2707 próbek HDSS wystawionych na działanie mediów abiotycznych i zaszczepionych Pseudomonas aeruginosa przez okres 14 dni. Styczne krzywych anodowych i katodowych ekstrapolowano w celu uzyskania przecięć, dających gęstość prądu korozyjnego (icorr), potencjał korozyjnego (Ecorr) oraz nachylenie wykresu Tafela (βα i βc) zgodnie ze standardowymi metodami30,31.
Jak pokazano na rys. 2b, przesunięcie w górę krzywej dla P. aeruginosa spowodowało wzrost wartości Ecorr w porównaniu z krzywą dla abiotycznych. Wartość icorr, proporcjonalna do szybkości korozji, wzrosła do 0,328 µA cm-2 w próbce Pseudomonas aeruginosa, czyli czterokrotnie więcej niż w próbce niebiologicznej (0,087 µA cm-2).
LPR to klasyczna, nieniszcząca elektrochemiczna metoda szybkiej analizy korozji. Została również wykorzystana do badania MIC32. Na rys. 2c przedstawiono rezystancję polaryzacyjną (Rp) w funkcji czasu ekspozycji. Wyższa wartość Rp oznacza mniejszą korozję. W ciągu pierwszych 24 godzin, Rp 2707 HDSS osiągnął szczyt na poziomie 1955 kΩ cm² dla próbek abiotycznych i 1429 kΩ cm² dla próbek Pseudomonas aeruginosa. Rysunek 2c pokazuje również, że wartość Rp gwałtownie spadła po jednym dniu, a następnie pozostała względnie niezmieniona przez kolejne 13 dni. Wartość Rp dla próbki Pseudomonas aeruginosa wynosi około 40 kΩ cm², co jest wartością znacznie niższą niż wartość 450 kΩ cm² dla próbki niebiologicznej.
Wartość współczynnika icorr jest proporcjonalna do równomiernej szybkości korozji. Jej wartość można obliczyć z następującego równania Sterna-Giriego:
Według Zoe i in. 33, typową wartość nachylenia krzywej Tafela B w tej pracy przyjęto na 26 mV/dec. Rysunek 2d pokazuje, że icorr dla próbki niebiologicznej 2707 pozostał względnie stabilny, podczas gdy dla próbki P. aeruginosa wykazywała znaczne wahania po pierwszych 24 godzinach. Wartości icorr dla próbek P. aeruginosa były o rząd wielkości wyższe niż dla kontroli niebiologicznych. Tendencja ta jest zgodna z wynikami badań odporności na polaryzację.
EIS to kolejna nieniszcząca metoda służąca do charakteryzowania reakcji elektrochemicznych zachodzących na skorodowanych powierzchniach. Widma impedancji i obliczone wartości pojemności próbek wystawionych na działanie środowiska abiotycznego i roztworu Pseudomonas aeruginosa, rezystancja pasywnej warstwy/biofilmu Rb utworzonego na powierzchni próbki, rezystancja przeniesienia ładunku Rct, pojemność elektrycznej warstwy podwójnej Cdl (EDL) oraz stałe parametry elementu fazowego QCPE (CPE). Parametry te poddano dalszej analizie poprzez dopasowanie danych za pomocą modelu obwodu równoważnego (EEC).
Na rys. 3 przedstawiono typowe wykresy Nyquista (a i b) oraz wykresy Bodego (a' i b') dla 2707 próbek HDSS w środowisku abiotycznym i bulionie P. aeruginosa dla różnych czasów inkubacji. Średnica pierścienia Nyquista maleje w obecności Pseudomonas aeruginosa. Wykres Bodego (rys. 3b') pokazuje wzrost całkowitej impedancji. Informacje o stałej czasu relaksacji można uzyskać z maksimów fazowych. Na rys. 4 przedstawiono struktury fizyczne oparte na monowarstwie (a) i biwarstwie (b) oraz odpowiadające im struktury EEC. Do modelu EEC wprowadzono CPE. Jego admitancja i impedancja są wyrażone następująco:
Dwa modele fizyczne i odpowiadające im obwody równoważne do dopasowania widma impedancji próbki 2707 HDSS:
gdzie Y0 to wartość KPI, j to liczba urojona lub (-1)1/2, ω to częstotliwość kątowa, n to wskaźnik mocy KPI mniejszy niż jeden35. Inwersja rezystancji przeniesienia ładunku (tj. 1/Rct) odpowiada szybkości korozji. Im mniejszy Rct, tym wyższa szybkość korozji27. Po 14 dniach inkubacji Rct próbek Pseudomonas aeruginosa osiągnęło 32 kΩ cm2, co jest wartością znacznie niższą niż 489 kΩ cm2 próbek niebiologicznych (tabela 4).
Obrazy CLSM i SEM na rysunku 5 wyraźnie pokazują, że powłoka biofilmu na powierzchni próbki HDSS 2707 po 7 dniach jest gęsta. Jednak po 14 dniach pokrycie biofilmem było słabe i pojawiły się martwe komórki. Tabela 5 przedstawia grubość biofilmu na próbkach HDSS 2707 po ekspozycji na P. aeruginosa przez 7 i 14 dni. Maksymalna grubość biofilmu zmieniła się z 23,4 µm po 7 dniach do 18,9 µm po 14 dniach. Średnia grubość biofilmu również potwierdziła tę tendencję. Zmniejszyła się ona z 22,2 ± 0,7 µm po 7 dniach do 17,8 ± 1,0 µm po 14 dniach.
(a) obraz 3-D CLSM po 7 dniach, (b) obraz 3-D CLSM po 14 dniach, (c) obraz SEM po 7 dniach i (d) obraz SEM po 14 dniach.
Pole elektromagnetyczne (EMF) ujawniło pierwiastki chemiczne w biofilmach i produktach korozji w próbkach wystawionych na działanie P. aeruginosa przez 14 dni. Na rys. 6 pokazano, że zawartość C, N, O i P w biofilmach i produktach korozji jest znacznie wyższa niż w czystych metalach, ponieważ pierwiastki te są związane z biofilmami i ich metabolitami. Mikroorganizmy potrzebują jedynie śladowych ilości chromu i żelaza. Wysokie poziomy Cr i Fe w biofilmie i produktach korozji na powierzchni próbek wskazują na utratę pierwiastków przez matrycę metalową w wyniku korozji.
Po 14 dniach w podłożu 2216E zaobserwowano wżery z obecnością i bez P. aeruginosa. Przed inkubacją powierzchnia próbek była gładka i bez defektów (rys. 7a). Po inkubacji i usunięciu biofilmu oraz produktów korozji, najgłębsze wżery na powierzchni próbek zbadano przy użyciu CLSM, jak pokazano na rys. 7b i c. Nie stwierdzono widocznych wżerów na powierzchni kontroli niebiologicznych (maksymalna głębokość wżerów 0,02 µm). Maksymalna głębokość wżerów spowodowana przez P. aeruginosa wyniosła 0,52 µm po 7 dniach i 0,69 µm po 14 dniach, w oparciu o średnią maksymalną głębokość wżerów z 3 próbek (dla każdej próbki wybrano 10 maksymalnych głębokości wżerów). Osiągnięto odpowiednio 0,42 ± 0,12 µm i 0,52 ± 0,15 µm (tabela 5). Wartości głębokości otworów są niewielkie, ale istotne.
(a) przed narażeniem, (b) 14 dni w środowisku abiotycznym i (c) 14 dni w bulionie Pseudomonas aeruginosa.
Na rys. 8 przedstawiono widma XPS różnych powierzchni próbek, a przeanalizowany skład chemiczny każdej powierzchni podsumowano w Tabeli 6. W Tabeli 6, procentowe zawartości atomowe Fe i Cr w obecności P. aeruginosa (próbki A i B) były znacznie niższe niż w przypadku kontroli niebiologicznych (próbki C i D). Dla próbki P. aeruginosa, krzywa widmowa na poziomie jądra Cr2p została dopasowana do czterech składowych pików o energiach wiązania (BE) wynoszących odpowiednio 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, które można przypisać odpowiednio Cr, Cr2O3, CrO3 i Cr(OH)3 (Rys. 9a i b). W przypadku próbek niebiologicznych widmo głównego poziomu Cr2p zawiera dwa główne piki dla Cr (573,80 eV dla BE) i Cr2O3 (575,90 eV dla BE) odpowiednio na rys. 9c i d. Najbardziej uderzającą różnicą między próbkami abiotycznymi a próbkami P. aeruginosa była obecność Cr6+ i wyższy względny udział Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) pod biofilmem.
Szerokie widma XPS powierzchni próbki 2707 HDSS w dwóch ośrodkach wynoszą odpowiednio 7 i 14 dni.
(a) 7-dniowa ekspozycja na P. aeruginosa, (b) 14-dniowa ekspozycja na P. aeruginosa, (c) 7 dni w środowisku abiotycznym i (d) 14 dni w środowisku abiotycznym.
HDSS wykazuje wysoki poziom odporności na korozję w większości środowisk. Kim i in.2 podali, że HDSS UNS S32707 został zidentyfikowany jako wysokostopowy DSS o PREN powyżej 45. Wartość PREN próbki 2707 HDSS w tej pracy wyniosła 49. Wynika to z wysokiej zawartości chromu oraz wysokiej zawartości molibdenu i niklu, które są przydatne w środowiskach kwaśnych i o wysokiej zawartości chlorków. Ponadto, dobrze zbilansowany skład i pozbawiona defektów mikrostruktura korzystnie wpływają na stabilność strukturalną i odporność na korozję. Jednak pomimo doskonałej odporności chemicznej, dane eksperymentalne w tej pracy sugerują, że 2707 HDSS nie jest całkowicie odporny na stężenia hamujące mikrostruktury (MIC) biofilmu P. aeruginosa.
Wyniki elektrochemiczne wykazały, że szybkość korozji 2707 HDSS w bulionie P. aeruginosa znacząco wzrosła po 14 dniach w porównaniu ze środowiskiem niebiologicznym. Na rysunku 2a zaobserwowano spadek Eocp zarówno w środowisku abiotycznym, jak i w bulionie P. aeruginosa w ciągu pierwszych 24 godzin. Następnie biofilm całkowicie pokrywa powierzchnię próbki, a Eocp staje się względnie stabilny36. Jednakże biologiczny poziom Eocp był znacznie wyższy niż niebiologiczny poziom Eocp. Istnieją przesłanki, by sądzić, że ta różnica jest związana z tworzeniem biofilmów P. aeruginosa. Na rysunku 2d w obecności P. aeruginosa wartość icorr 2707 HDSS osiągnęła 0,627 μA cm-2, co jest rzędem wielkości wyższym niż w kontroli abiotycznej (0,063 μA cm-2), co było zgodne z wartością Rct zmierzoną metodą EIS. W ciągu pierwszych kilku dni wartości impedancji w bulionie P. aeruginosa wzrosły z powodu przylegania komórek P. aeruginosa i tworzenia biofilmu. Jednakże, gdy biofilm całkowicie pokryje powierzchnię próbki, impedancja spada. Warstwa ochronna jest atakowana przede wszystkim przez tworzenie biofilmu i metabolitów biofilmu. W konsekwencji, odporność na korozję malała z czasem, a przyleganie P. aeruginosa powodowało korozję lokalną. Trendy w środowiskach abiotycznych były różne. Odporność na korozję kontroli niebiologicznej była znacznie wyższa niż odpowiadająca jej wartość próbek wystawionych na działanie bulionu P. aeruginosa. Ponadto, dla akwizycji abiotycznych, wartość Rct 2707 HDSS osiągnęła 489 kΩ cm² w dniu 14, co jest 15 razy wyższe niż wartość Rct (32 kΩ cm²) w obecności P. aeruginosa. Zatem stop 2707 HDSS charakteryzuje się doskonałą odpornością na korozję w środowisku sterylnym, jednak nie jest odporny na stężenia hamujące mikroorganizmów w biofilmach P. aeruginosa.
Te wyniki można również zaobserwować na krzywych polaryzacji na rys. 2b. Rozgałęzienia anodowe są związane z tworzeniem biofilmu Pseudomonas aeruginosa i reakcjami utleniania metali. W tym przypadku reakcją katodową jest redukcja tlenu. Obecność P. aeruginosa znacząco zwiększyła gęstość prądu korozji, około rząd wielkości wyższą niż w kontroli abiotycznej. Wskazuje to, że biofilm P. aeruginosa nasila lokalną korozję stopu 2707 HDSS. Yuan i in.29 stwierdzili, że gęstość prądu korozji stopu Cu-Ni 70/30 wzrosła pod wpływem biofilmu P. aeruginosa. Może to być spowodowane biokatalizą redukcji tlenu przez biofilmy Pseudomonas aeruginosa. Ta obserwacja może również wyjaśniać MIC 2707 HDSS w tej pracy. Pod biofilmami tlenowymi może być również mniej tlenu. Dlatego też odmowa ponownej pasywacji powierzchni metalu tlenem może być czynnikiem wpływającym na MIC w tej pracy.
Dickinson i in. [38] zasugerowali, że na szybkość reakcji chemicznych i elektrochemicznych może bezpośrednio wpływać aktywność metaboliczna bakterii osiadłych na powierzchni próbki oraz charakter produktów korozji. Jak pokazano na rysunku 5 i w tabeli 5, liczba komórek i grubość biofilmu zmniejszyły się po 14 dniach. Można to racjonalnie wytłumaczyć faktem, że po 14 dniach większość komórek osiadłych na powierzchni 2707 HDSS obumarła z powodu wyczerpania składników odżywczych w pożywce 2216E lub uwolnienia toksycznych jonów metali z matrycy 2707 HDSS. Jest to ograniczenie eksperymentów wsadowych.
W tej pracy biofilm P. aeruginosa przyczynił się do lokalnego zubożenia Cr i Fe pod biofilmem na powierzchni 2707 HDSS (rys. 6). Tabela 6 przedstawia redukcję Fe i Cr w próbce D w porównaniu z próbką C, co wskazuje, że rozpuszczone Fe i Cr spowodowane przez biofilm P. aeruginosa utrzymywały się przez pierwsze 7 dni. Środowisko 2216E jest używane do symulacji środowiska morskiego. Zawiera ono 17700 ppm Cl-, co jest porównywalne z jego zawartością w naturalnej wodzie morskiej. Obecność 17700 ppm Cl- była główną przyczyną spadku Cr w 7- i 14-dniowych próbkach abiotycznych analizowanych metodą XPS. W porównaniu z próbkami P. aeruginosa, rozpuszczenie Cr w próbkach abiotycznych było znacznie mniejsze ze względu na silną odporność 2707 HDSS na chlor w warunkach abiotycznych. Na rys. 9 przedstawiono obecność Cr6+ w warstwie pasywującej. Może on brać udział w usuwaniu chromu z powierzchni stali przez biofilmy P. aeruginosa, jak sugerują Chen i Clayton.
Ze względu na wzrost bakterii, pH podłoża przed i po hodowli wynosiło odpowiednio 7,4 i 8,2. Zatem, poniżej biofilmu P. aeruginosa, korozja kwasami organicznymi prawdopodobnie nie będzie miała wpływu na wyniki tych badań ze względu na stosunkowo wysokie pH podłoża głównego. pH niebiologicznego podłoża kontrolnego nie zmieniło się znacząco (od początkowego 7,4 do końcowego 7,5) w ciągu 14 dni trwania testu. Wzrost pH w podłożu posiewowym po inkubacji wynikał z aktywności metabolicznej P. aeruginosa i stwierdzono, że miał on taki sam wpływ na pH w przypadku braku pasków testowych.
Jak pokazano na rysunku 7, maksymalna głębokość wżerów wywołanych przez biofilm P. aeruginosa wyniosła 0,69 µm, co jest wartością znacznie większą niż w przypadku środowiska abiotycznego (0,02 µm). Jest to zgodne z danymi elektrochemicznymi opisanymi powyżej. Głębokość wżerów wynosząca 0,69 µm jest ponad dziesięciokrotnie mniejsza niż wartość 9,5 µm odnotowana dla 2205 DSS w tych samych warunkach. Dane te pokazują, że 2707 HDSS wykazuje lepszą odporność na stężenia MIC niż 2205 DSS. Nie powinno to być zaskoczeniem, ponieważ 2707 HDSS ma wyższą zawartość Cr, co zapewnia dłuższą pasywację, trudniejszą depasywację P. aeruginosa, a ze względu na zrównoważoną strukturę fazową bez szkodliwych wtórnych wytrąceń powodujących wżery.
Podsumowując, na powierzchni stali 2707 HDSS w bulionie z P. aeruginosa stwierdzono wżery MIC, w porównaniu z nieznacznymi wżerami w środowisku abiotycznym. Niniejsza praca pokazuje, że stal 2707 HDSS charakteryzuje się lepszą odpornością na MIC niż stal 2205 DSS, ale nie jest całkowicie odporna na MIC ze względu na biofilm P. aeruginosa. Wyniki te pomagają w doborze odpowiednich stali nierdzewnych i określeniu ich żywotności w środowisku morskim.
Kupon na 2707 HDSS dostarczony przez Wydział Metalurgii Uniwersytetu Northeastern (NEU) w Shenyang w Chinach. Skład pierwiastkowy 2707 HDSS przedstawiono w tabeli 1, która została przeanalizowana przez Wydział Analizy i Testowania Materiałów NEU. Wszystkie próbki poddano działaniu roztworu stałego w temperaturze 1180°C przez 1 godzinę. Przed badaniem odporności na korozję, monetę 2707 HDSS o górnej otwartej powierzchni 1 cm² wypolerowano papierem ściernym z węglika krzemu do gradacji 2000, a następnie polerowano zawiesiną proszkową Al2O3 o granulacji 0,05 µm. Boki i spód zabezpieczono farbą obojętną. Po wysuszeniu próbki umyto sterylną wodą dejonizowaną i wysterylizowano 75% (v/v) etanolem przez 0,5 godziny. Następnie, przed użyciem, suszono je na powietrzu w świetle ultrafioletowym (UV) przez 0,5 godziny.
Szczep morskiej bakterii Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 zakupiono w Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC) w Chinach. Bakterie Pseudomonas aeruginosa hodowano w warunkach tlenowych w temperaturze 37°C w kolbach o pojemności 250 ml i szklanych elektrochemicznych komórkach o pojemności 500 ml, stosując płynne podłoże Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Chiny). Medium zawiera (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 ekstrakt drożdżowy i 0,1 cytrynian żelaza. Autoklawować w temperaturze 121°C przez 20 minut przed inokulacją. Policzyć komórki siedzące i planktonowe za pomocą hemocytometru pod mikroskopem świetlnym przy powiększeniu 400x. Początkowe stężenie planktonicznej bakterii Pseudomonas aeruginosa bezpośrednio po zaszczepieniu wynosiło około 106 komórek/ml.
Badania elektrochemiczne przeprowadzono w klasycznej, trójelektrodowej szklanej celce o objętości medium 500 ml. Platynowa blacha i nasycona elektroda kalomelowa (SAE) zostały połączone z reaktorem za pomocą kapilar Luggina wypełnionych mostkami solnymi, które pełniły odpowiednio rolę elektrody przeciwnej i odniesienia. W celu wykonania elektrod roboczych, do każdej próbki przymocowano gumowany przewód miedziany i pokryto go żywicą epoksydową, pozostawiając około 1 cm2 niezabezpieczonej powierzchni na elektrodę roboczą z jednej strony. Podczas pomiarów elektrochemicznych próbki umieszczono w medium 2216E i utrzymywano w stałej temperaturze inkubacji (37°C) w łaźni wodnej. Dane dotyczące OCP, LPR, EIS i dynamicznej polaryzacji potencjału mierzono za pomocą potencjostatu Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). Testy LPR rejestrowano z częstotliwością skanowania 0,125 mV s-1 w zakresie od -5 do 5 mV z Eocp i częstotliwością próbkowania 1 Hz. Test EIS przeprowadzono z falą sinusoidalną w zakresie częstotliwości od 0,01 do 10 000 Hz, przykładając napięcie 5 mV przy ustalonym Eocp. Przed pomiarem potencjału elektrody pozostawały w trybie spoczynku, aż do osiągnięcia stabilnej wartości potencjału swobodnej korozji. Następnie zmierzono krzywe polaryzacji w zakresie od -0,2 do 1,5 V w funkcji Eocp z częstotliwością skanowania 0,166 mV/s. Każdy test powtórzono 3 razy z obecnością i bez obecności P. aeruginosa.
Próbki do analizy metalograficznej polerowano mechanicznie mokrym papierem ściernym SiC o gradacji 2000, a następnie dodatkowo polerowano zawiesiną proszkową Al2O3 o gęstości 0,05 µm w celu obserwacji optycznej. Analizę metalograficzną przeprowadzono za pomocą mikroskopu optycznego. Próbki wytrawiono 10% wag. roztworem wodorotlenku potasu 43.
Po inkubacji próbki przemywano 3 razy buforowanym roztworem fosforanowym (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), a następnie utrwalano 2,5% (v/v) glutaraldehydem przez 10 godzin w celu utrwalenia biofilmu. Następnie odwadniano je partiami etanolu (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% obj.) przed suszeniem na powietrzu. Na koniec na powierzchnię próbki osadzano warstwę złota w celu zapewnienia przewodnictwa do obserwacji SEM. Obrazy SEM skupiano na punktach z największą liczbą siedzących komórek P. aeruginosa na powierzchni każdej próbki. Wykonano analizę EDS w celu znalezienia pierwiastków chemicznych. Do pomiaru głębokości wgłębienia użyto konfokalnego laserowego mikroskopu skaningowego Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Niemcy). Aby zaobserwować wżery korozyjne pod biofilmem, próbkę testową najpierw oczyszczono zgodnie z chińską normą krajową (CNS) GB/T4334.4-2000 w celu usunięcia produktów korozji i biofilmu z powierzchni próbki testowej.
Analizę metodą spektroskopii fotoelektronów rentgenowskich (XPS, system analizy powierzchni ESCALAB250, Thermo VG, USA) przeprowadzono z użyciem monochromatycznego źródła promieniowania rentgenowskiego (linii aluminiowej Kα o energii 1500 eV i mocy 150 W) w szerokim zakresie energii wiązania 0 w warunkach standardowych –1350 eV. Widma o wysokiej rozdzielczości zarejestrowano przy energii transmisji 50 eV i kroku 0,2 eV.
Po inkubacji próbki wyjęto i delikatnie przemyto PBS (pH 7,4 ± 0,2) przez 15 s i 45 s. Aby ocenić żywotność bakterii w biofilmach na próbkach, biofilmy barwiono zestawem LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Zestaw zawiera dwa barwniki fluorescencyjne: zielony barwnik fluorescencyjny SYTO-9 i czerwony barwnik fluorescencyjny jodku propidyny (PI). W metodzie CLSM zielone i czerwone kropki fluorescencyjne reprezentują odpowiednio komórki żywe i martwe. Do barwienia 1 ml mieszaniny zawierającej 3 µl SYTO-9 i 3 µl roztworu PI inkubowano przez 20 minut w temperaturze pokojowej (23°C) w ciemności. Następnie barwione próbki zbadano przy dwóch długościach fali (488 nm dla komórek żywych i 559 nm dla komórek martwych) za pomocą aparatu Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonia). Grubość biofilmu mierzono w trybie skanowania 3D.
Jak cytować ten artykuł: Li, H. i in. Korozja mikrobiologiczna stali nierdzewnej superduplex 2707 wywołana przez morski biofilm Pseudomonas aeruginosa. the science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej typu duplex LDX 2101 w roztworach chlorkowych w obecności tiosiarczanu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej typu duplex LDX 2101 w roztworach chlorkowych w obecności tiosiarczanu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 w растворах хлоридов w присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej dupleksowej LDX 2101 w roztworach chlorkowych w obecności tiosiarczanu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. i 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 Stal nierdzewna 在福代sulfate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. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 w растворе хлорида w присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pękanie korozyjne naprężeniowe stali nierdzewnej dupleksowej LDX 2101 w roztworze chlorkowym w obecności tiosiarczanu.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej w roztworze i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin stali nierdzewnej hiperduplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej w roztworze i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin stali nierdzewnej hiperduplex.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej w roztworze i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin stali nierdzewnej hiperduplexowej. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Informacje o produkcie Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Wpływ obróbki cieplnej w roztworze i azotu w gazie osłonowym na odporność na korozję wżerową spoin stali nierdzewnej superduplex.koros. nauka. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Porównawcze badania chemiczne wżerów w stali nierdzewnej 316L wywołanych mikrobiologicznie i elektrochemicznie. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i Lewandowski, Z. Porównawcze badania chemiczne wżerów w stali nierdzewnej 316L wywołanych mikrobiologicznie i elektrochemicznie.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Porównawcze badanie chemiczne wżerów mikrobiologicznych i elektrochemicznych stali nierdzewnej 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. i 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. i Lewandowski, Z. Porównawcze badanie chemiczne wżerów mikrobiologicznych i elektrochemicznie indukowanych w stali nierdzewnej 316L.koros. nauka. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej dupleksowej 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorków. Luo, H., Dong, CF, Li, XG i Xiao, K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej dupleksowej 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorków.Luo H., Dong KF, Lee HG i Xiao K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej dupleksowej 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorków. Luo, H., Dong, CF, Li, XG i 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 i Xiao, K. 2205 Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej 双相 w obecności chlorków przy różnym pH w roztworze alkalicznym.Luo H., Dong KF, Lee HG i Xiao K. Zachowanie elektrochemiczne stali nierdzewnej dupleksowej 2205 w roztworach alkalicznych o różnym pH w obecności chlorków.Electrochem. Czasopismo. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmu morskiego na korozję: zwięzły przegląd. Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmu morskiego na korozję: zwięzły przegląd.Little, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmów morskich na korozję: krótki przegląd. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Informacje o produkcie Little, BJ, Lee, JS i Ray, RILittle, BJ, Lee, JS i Ray, RI Wpływ biofilmów morskich na korozję: krótki przegląd.Electrochem. Czasopismo. 54, 2-7 (2008).