Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Versiunea browserului pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru o experiență optimă, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura asistență continuă, vom afișa site-ul fără stiluri și JavaScript.
Coroziunea microbiană (MIC) este o problemă serioasă în multe industrii, deoarece poate cauza pierderi economice uriașe. Oțelul inoxidabil super duplex 2707 (2707 HDSS) a fost utilizat în medii marine datorită rezistenței sale chimice excelente. Cu toate acestea, rezistența sa la MIC nu a fost demonstrată experimental. În acest studiu, a fost investigat comportamentul MIC al 2707 HDSS cauzat de bacteria aerobă marină Pseudomonas aeruginosa. Analiza electrochimică a arătat că, în prezența biofilmului de Pseudomonas aeruginosa în mediul 2216E, a existat o modificare pozitivă a potențialului de coroziune și o creștere a densității curentului de coroziune. Analiza prin spectroscopie fotoelectronică cu raze X (XPS) a arătat o scădere a conținutului de Cr pe suprafața specimenului de sub biofilm. Analiza imagistică a gropilor a arătat că biofilmul de P. aeruginosa a produs o adâncime maximă a gropilor de 0,69 μm în timpul a 14 zile de incubare. Deși acest lucru este mic, indică faptul că 2707 HDSS nu este complet imun la MIC-ul P. aeruginosa. biofilme.
Oțelurile inoxidabile duplex (DSS) sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii datorită combinației ideale de proprietăți mecanice excelente și rezistență la coroziune1,2. Cu toate acestea, apar încă coroziuni localizate, care afectează integritatea acestui oțel3,4. DSS nu este rezistent la coroziunea microbiană (MIC)5,6. În ciuda gamei largi de aplicații ale DSS, există încă medii în care rezistența la coroziune a DSS nu este suficientă pentru utilizarea pe termen lung. Aceasta înseamnă că sunt necesare materiale mai scumpe, cu o rezistență mai mare la coroziune. Jeon și colab.7 au descoperit că, chiar și oțelurile inoxidabile super duplex (SDSS) au unele limitări în ceea ce privește rezistența la coroziune. Prin urmare, în unele aplicații sunt necesare oțeluri inoxidabile super duplex (HDSS) cu o rezistență mai mare la coroziune. Acest lucru a condus la dezvoltarea HDSS înalt aliate.
Rezistența la coroziune a DSS depinde de raportul dintre fazele alfa și gamma și regiunile sărăcite în Cr, Mo și W 8, 9, 10 adiacente celei de-a doua faze. HDSS conține un conținut ridicat de Cr, Mo și N11, deci are o rezistență excelentă la coroziune și un număr echivalent de rezistență la coroziune (PREN) ridicat (45-50), determinat prin % greutate Cr + 3,3 (% greutate Mo + 0,5% greutate W) + 16% greutate N12. Rezistența sa excelentă la coroziune se bazează pe o compoziție echilibrată care conține aproximativ 50% faze de ferită (α) și 50% faze de austenită (γ), HDSS având proprietăți mecanice mai bune și o rezistență mai mare decât DSS13 convențional. Proprietăți de coroziune la clorură. Rezistența îmbunătățită la coroziune extinde utilizarea HDSS în medii cu clorură mai corozive, cum ar fi mediile marine.
Coroziunea MIC (bacterii reducătoare de sulfat) reprezintă o problemă majoră în multe industrii, cum ar fi industria petrolieră și gazieră și utilitățile de apă14. MIC reprezintă 20% din totalul daunelor provocate de coroziune15. MIC este o coroziune bioelectrochimică ce poate fi observată în multe medii. Biofilmele care se formează pe suprafețele metalice modifică condițiile electrochimice, afectând astfel procesul de coroziune. Se crede pe scară largă că este cauzată de biofilme. Microorganismele electrogene corodează metalele pentru a obține energie de susținere pentru a supraviețui17. Studii recente privind MIC au arătat că EET (transferul extracelular de electroni) este factorul limitator al vitezei în MIC indus de microorganismele electrogene. Zhang și colab. 18 au demonstrat că mediatorii de electroni accelerează transferul de electroni între celulele Desulfovibrio sessificans și oțelul inoxidabil 304, ducând la un atac MIC mai sever. Enning și colab. 19 și Venzlaff și colab. 20 au arătat că biofilmele bacteriilor reducătoare de sulfat (SRB) corozive pot absorbi direct electronii din substraturile metalice, rezultând o coroziune severă prin pitting.
Se știe că DSS este susceptibil la concentrația minimă inhibitorie (CMI) în medii care conțin SRB, bacterii reducătoare de fier (IRB) etc.21. Aceste bacterii provoacă coroziuni localizate pe suprafețele DSS sub biofilme22,23. Spre deosebire de DSS, concentrația minimă inhibitorie a HDSS24 este puțin cunoscută.
Pseudomonas aeruginosa este o bacterie gram-negativă motilă, în formă de tijă, răspândită pe scară largă în natură25. Pseudomonas aeruginosa este, de asemenea, un grup microbian major în mediul marin, cauzând coroziunea oțelului prin inducția chimică inhibitorie (MIC). Pseudomonas este implicată în procesele de coroziune și este recunoscută ca un colonizator pionier în timpul formării biofilmului. Mahat și colab. 28 și Yuan și colab. 29 au demonstrat că Pseudomonas aeruginosa are tendința de a crește rata de coroziune a oțelului moale și a aliajelor în medii apoase.
Obiectivul principal al acestei lucrări a fost investigarea proprietăților MIC ale 2707 HDSS cauzate de bacteria aerobă marină Pseudomonas aeruginosa utilizând metode electrochimice, tehnici analitice de suprafață și analiza produselor de coroziune. Studii electrochimice, inclusiv Potențialul de Circuit Deschis (OCP), Rezistența la Polarizare Liniară (LPR), Spectroscopia de Impedanță Electrochimică (EIS) și Polarizarea Dinamică Potențială, au fost efectuate pentru a studia comportamentul MIC al 2707 HDSS. Analiza spectrometriei de dispersie a energiei (EDS) a fost efectuată pentru a găsi elemente chimice pe suprafața corodată. În plus, analiza spectrometriei fotoelectronice cu raze X (XPS) a fost utilizată pentru a determina stabilitatea pasivării peliculei de oxid sub influența unui mediu marin care conține Pseudomonas aeruginosa. Adâncimea gropii a fost măsurată la un microscop confocal cu scanare laser (CLSM).
Tabelul 1 prezintă compoziția chimică a oțelului solid solid (HDSS) 2707. Tabelul 2 arată că 2707 HDSS are proprietăți mecanice excelente, cu o limită de curgere de 650 MPa. Figura 1 prezintă microstructura optică a oțelului solid solid 2707 tratat termic în soluție. În microstructura care conține aproximativ 50% faze de austenită și 50% faze de ferită se pot observa benzi alungite de austenită și ferită, fără faze secundare.
Figura 2a prezintă datele privind potențialul de circuit deschis (Eocp) în funcție de timpul de expunere pentru 2707 HDSS în mediu abiotic 2216E și bulion P. aeruginosa timp de 14 zile la 37 °C. Aceasta arată că cea mai mare și semnificativă modificare a Eocp are loc în primele 24 de ore. Valorile Eocp în ambele cazuri au atins un vârf de -145 mV (vs. SCE) în jurul orei 16, apoi au scăzut brusc, ajungând la -477 mV (vs. SCE) și -236 mV (vs. SCE) pentru proba abiotică și respectiv P. Cupoane de Pseudomonas aeruginosa, respectiv. După 24 de ore, valoarea Eocp a 2707 HDSS pentru P. aeruginosa a fost relativ stabilă la -228 mV (vs. SCE), în timp ce valoarea corespunzătoare pentru probele nebiologice a fost de aproximativ -442 mV (vs. SCE). Eocp în prezența P. aeruginosa a fost destul de scăzută.
Testarea electrochimică a 2707 specimene HDSS în mediu abiotic și bulion Pseudomonas aeruginosa la 37 °C:
(a) Eocp în funcție de timpul de expunere, (b) curbe de polarizare în ziua 14, (c) Rp în funcție de timpul de expunere și (d) icorr în funcție de timpul de expunere.
Tabelul 3 prezintă valorile parametrilor de coroziune electrochimică a 2707 probe HDSS expuse la mediu abiotic și mediu inoculat cu Pseudomonas aeruginosa timp de 14 zile. Tangentele curbelor anodice și catodice au fost extrapolate pentru a ajunge la intersecțiile care dau densitatea curentului de coroziune (icorr), potențialul de coroziune (Ecorr) și pantele Tafel (βα și βc) conform metodelor standard30,31.
După cum se arată în Figura 2b, deplasarea ascendentă a curbei P. aeruginosa a dus la o creștere a Ecorr în comparație cu curba abiotică. Valoarea icorr, care este proporțională cu rata de coroziune, a crescut la 0,328 μA cm-2 în proba de Pseudomonas aeruginosa, de patru ori mai mare decât cea a probei nebiologice (0,087 μA cm-2).
LPR este o metodă electrochimică nedistructivă clasică pentru analiza rapidă a coroziunii. A fost utilizată și pentru a studia MIC32. Figura 2c prezintă rezistența la polarizare (Rp) în funcție de timpul de expunere. O valoare Rp mai mare înseamnă o coroziune mai mică. În primele 24 de ore, Rp-ul probei 2707 HDSS a atins o valoare maximă de 1955 kΩ cm2 pentru probele abiotice și 1429 kΩ cm2 pentru probele de Pseudomonas aeruginosa. Figura 2c arată, de asemenea, că valoarea Rp a scăzut rapid după o zi și apoi a rămas relativ neschimbată în următoarele 13 zile. Valoarea Rp a probei de Pseudomonas aeruginosa este de aproximativ 40 kΩ cm2, ceea ce este mult mai mică decât valoarea de 450 kΩ cm2 a probei nebiologice.
Valoarea icorr este proporțională cu rata uniformă de coroziune. Valoarea sa poate fi calculată din următoarea ecuație Stern-Geary,
Conform lui Zou și colab. 33, o valoare tipică a pantei Tafel B în această lucrare a fost presupusă a fi de 26 mV/dec. Figura 2d arată că icorr-ul probei 2707 nebiologice a rămas relativ stabil, în timp ce proba P. aeruginosa a fluctuat foarte mult după primele 24 de ore. Valorile icorr ale probelor P. aeruginosa au fost cu un ordin de mărime mai mari decât cele ale probelor de control nebiologice. Această tendință este în concordanță cu rezultatele rezistenței la polarizare.
EIS este o altă tehnică nedistructivă utilizată pentru caracterizarea reacțiilor electrochimice la interfețele corodate. Spectrele de impedanță și valorile calculate ale capacității specimenelor expuse la medii abiotice și soluție de Pseudomonas aeruginosa, rezistența Rb a peliculei/biofilmului pasiv format pe suprafața specimenului, rezistența la transferul de sarcină Rct, capacitatea electrică dublă în strat (EDL) Cdl și parametrii elementului de fază constantă (CPE) QCPE. Acești parametri au fost analizați în continuare prin ajustarea datelor utilizând un model de circuit echivalent (EEC).
Figura 3 prezintă graficele Nyquist tipice (a și b) și graficele Bode (a' și b') pentru 2707 probe HDSS în mediu abiotic și bulion P. aeruginosa pentru diferiți timpi de incubație. Diametrul inelului Nyquist scade în prezența Pseudomonas aeruginosa. Graficul Bode (Fig. 3b') arată o creștere a magnitudinii impedanței totale. Informații despre constanta de timp de relaxare pot fi furnizate de maximele de fază. Figura 4 prezintă structurile fizice bazate pe monostrat (a) și bistrat (b) și EEC-urile corespunzătoare. CPE este introdus în modelul EEC. Admitanța și impedanța sa sunt exprimate după cum urmează:
Două modele fizice și circuite echivalente corespunzătoare pentru ajustarea spectrului de impedanță al specimenului 2707 HDSS:
unde Y0 este magnitudinea CPE, j este numărul imaginar sau (-1)1/2, ω este frecvența unghiulară, iar n este indicele de putere CPE mai mic decât unitatea35. Inversul rezistenței la transfer de sarcină (adică 1/Rct) corespunde ratei de coroziune. Un Rct mai mic înseamnă o rată de coroziune mai rapidă27. După 14 zile de incubare, Rct-ul probelor de Pseudomonas aeruginosa a atins 32 kΩ cm2, mult mai mic decât 489 kΩ cm2 al probelor nebiologice (Tabelul 4).
Imaginile CLSM și imaginile SEM din Figura 5 arată clar că acoperirea cu biofilm pe suprafața specimenului 2707 HDSS după 7 zile este densă. Cu toate acestea, după 14 zile, acoperirea cu biofilm a fost rară și au apărut unele celule moarte. Tabelul 5 prezintă grosimea biofilmului pe specimenele 2707 HDSS după expunerea la P. aeruginosa timp de 7 și 14 zile. Grosimea maximă a biofilmului s-a modificat de la 23,4 μm după 7 zile la 18,9 μm după 14 zile. Grosimea medie a biofilmului a confirmat, de asemenea, această tendință. A scăzut de la 22,2 ± 0,7 μm după 7 zile la 17,8 ± 1,0 μm după 14 zile.
(a) imagine 3-D CLSM după 7 zile, (b) imagine 3-D CLSM după 14 zile, (c) imagine SEM după 7 zile și (d) imagine SEM după 14 zile.
EDS a relevat elemente chimice în biofilme și produse de coroziune pe probele expuse la P. aeruginosa timp de 14 zile. Figura 6 arată că conținutul de C, N, O și P din biofilme și produse de coroziune este mult mai mare decât cel din metalele goale, deoarece aceste elemente sunt asociate cu biofilmele și metaboliții acestora. Microbii au nevoie doar de urme de crom și fier. Nivelurile ridicate de Cr și Fe din biofilm și produse de coroziune de pe suprafața probelor indică faptul că matricea metalică a pierdut elemente din cauza coroziunii.
După 14 zile, s-au observat coroziuni cu și fără P. aeruginosa în mediul 2216E. Înainte de incubare, suprafața probei era netedă și fără defecte (Fig. 7a). După incubare și îndepărtarea biofilmului și a produselor de coroziune, cele mai adânci coroziuni de pe suprafața probelor au fost examinate sub CLSM, așa cum se arată în Figura 7b și c. Nu s-au găsit coroziuni evidente pe suprafața probelor de control non-biologice (adâncimea maximă a coroziunii 0,02 μm). Adâncimea maximă a coroziunii cauzată de Pseudomonas aeruginosa a fost de 0,52 μm după 7 zile și de 0,69 μm după 14 zile, pe baza adâncimii maxime medii a coroziunii a 3 probe (au fost selectate 10 valori ale adâncimii maxime a coroziunii pentru fiecare probă), ajungând la 0,42 ± 0,12 μm și respectiv 0,52 ± 0,15 μm (Tabelul 5). Aceste valori ale adâncimii coroziunii sunt mici, dar importante.
(a) Înainte de expunere, (b) 14 zile în mediu abiotic și (c) 14 zile în bulion de Pseudomonas aeruginosa.
Figura 8 prezintă spectrele XPS ale diferitelor suprafețe ale probelor, iar compozițiile chimice analizate pentru fiecare suprafață sunt rezumate în Tabelul 6. În Tabelul 6, procentele atomice de Fe și Cr în prezența P. aeruginosa (probele A și B) au fost mult mai mici decât cele ale probelor de control non-biologice (probele C și D). Pentru proba P. aeruginosa, curba spectrală la nivel de miez Cr2p a fost ajustată la patru componente de vârf cu valori ale energiei de legare (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 și 586,8 eV, care pot fi atribuite Cr, Cr2O3, CrO3 și respectiv Cr(OH)3 (Fig. 9a și b). Pentru probele non-biologice, spectrul la nivel de miez Cr2p conține două vârfuri principale pentru Cr (573,80 eV pentru BE) și Cr2O3 (575,90 eV pentru BE) în Fig. 9c și d, respectiv. Cea mai izbitoare diferență între probele abiotice și cele de P. aeruginosa a fost prezența Cr6+ și o fracție relativă mai mare de Cr(OH)3 (BE de 586,8 eV) sub biofilm.
Spectrele XPS largi ale suprafeței specimenului 2707 HDSS în cele două medii sunt de 7 zile, respectiv 14 zile.
(a) 7 zile de expunere la P. aeruginosa, (b) 14 zile de expunere la P. aeruginosa, (c) 7 zile în mediu abiotic și (d) 14 zile în mediu abiotic.
HDSS prezintă niveluri ridicate de rezistență la coroziune în majoritatea mediilor. Kim și colab. [2] au raportat că UNS S32707 HDSS a fost definit ca un DSS înalt aliat, cu un PREN mai mare de 45. Valoarea PREN a specimenului 2707 HDSS din această lucrare a fost de 49. Acest lucru se datorează conținutului ridicat de crom și nivelurilor ridicate de molibden și Ni, care sunt benefice în medii acide și cu conținut ridicat de clorură. În plus, o compoziție bine echilibrată și o microstructură fără defecte sunt utile pentru stabilitatea structurală și rezistența la coroziune. Cu toate acestea, în ciuda rezistenței sale chimice excelente, datele experimentale din această lucrare sugerează că 2707 HDSS nu este complet imun la concentrația minimă inhibitorie (MIC) a biofilmelor de P. aeruginosa.
Rezultatele electrochimice au arătat că rata de coroziune a 2707 HDSS în bulionul de P. aeruginosa a crescut semnificativ după 14 zile în comparație cu mediul nebiologic. În Figura 2a, s-a observat o reducere a Eocp atât în ​​mediul abiotic, cât și în bulionul de P. aeruginosa în primele 24 de ore. Ulterior, biofilmul a acoperit complet suprafața specimenului, iar Eocp devine relativ stabil36. Cu toate acestea, nivelul de Eocp biologic a fost mult mai mare decât cel al Eocp nebiologic. Există motive să credem că această diferență se datorează formării biofilmului de P. aeruginosa. În Fig. 2d, în prezența P. aeruginosa, valoarea icorr a 2707 HDSS a atins 0,627 μA cm-2, ceea ce a fost cu un ordin de mărime mai mare decât cea a controlului abiotic (0,063 μA cm-2), ceea ce a fost în concordanță cu valoarea Rct măsurată prin EIS. În primele zile, valorile impedanței în bulionul de P. aeruginosa a crescut datorită atașării celulelor de P. aeruginosa și formării de biofilme. Cu toate acestea, atunci când biofilmul acoperă complet suprafața specimenului, impedanța scade. Stratul protector este atacat primul datorită formării de biofilme și metaboliți ai biofilmului. Prin urmare, rezistența la coroziune a scăzut în timp, iar atașarea de P. aeruginosa a cauzat coroziune localizată. Tendințele în mediile abiotice au fost diferite. Rezistența la coroziune a controlului nebiologic a fost mult mai mare decât valoarea corespunzătoare a probelor expuse la bulionul de P. aeruginosa. În plus, pentru probele abiotice, valoarea Rct a 2707 HDSS a atins 489 kΩ cm2 în ziua 14, ceea ce a fost de 15 ori mai mare decât valoarea Rct (32 kΩ cm2) în prezența de P. aeruginosa. Prin urmare, 2707 HDSS are o rezistență excelentă la coroziune într-un mediu steril, dar nu este rezistent la atacul MIC al biofilmelor de P. aeruginosa.
Aceste rezultate pot fi observate și din curbele de polarizare din Fig. 2b. Ramificarea anodică a fost atribuită formării biofilmului de Pseudomonas aeruginosa și reacțiilor de oxidare a metalelor. În același timp, reacția catodică este reducerea oxigenului. Prezența P. aeruginosa a crescut considerabil densitatea curentului de coroziune, cu aproximativ un ordin de mărime mai mare decât controlul abiotic. Acest lucru indică faptul că biofilmul de P. aeruginosa crește coroziunea localizată a 2707 HDSS. Yuan și colab.29 au descoperit că densitatea curentului de coroziune a aliajului 70/30 Cu-Ni a crescut sub acțiunea biofilmului de P. aeruginosa. Acest lucru se poate datora biocatalizei reducerii oxigenului de către biofilmele de Pseudomonas aeruginosa. Această observație poate explica, de asemenea, valoarea minimă inhibitorie (MIC) a 2707 HDSS în această lucrare. Biofilmele aerobe pot avea, de asemenea, mai puțin oxigen sub ele. Prin urmare, eșecul de a repasiva suprafața metalică cu oxigen poate fi un factor care contribuie la MIC în această lucrare.
Dickinson și colab. 38 au sugerat că ratele reacțiilor chimice și electrochimice pot fi afectate direct de activitatea metabolică a bacteriilor sesile de pe suprafața specimenului și de natura produselor de coroziune. După cum se arată în Figura 5 și Tabelul 5, atât numărul de celule, cât și grosimea biofilmului au scăzut după 14 zile. Acest lucru poate fi explicat în mod rezonabil prin faptul că, după 14 zile, majoritatea celulelor sesile de pe suprafața 2707 HDSS au murit din cauza epuizării nutrienților din mediul 2216E sau a eliberării de ioni metalici toxici din matricea 2707 HDSS. Aceasta este o limitare a experimentelor în loturi.
În această lucrare, biofilmul de P. aeruginosa a promovat epuizarea locală a Cr și Fe sub biofilmul de pe suprafața 2707 HDSS (Fig. 6). În Tabelul 6, reducerea Fe și Cr în proba D comparativ cu proba C, indicând faptul că Fe și Cr dizolvate cauzate de biofilmul de P. aeruginosa au persistat dincolo de primele 7 zile. Mediul 2216E este utilizat pentru a simula mediile marine. Acesta conține 17700 ppm Cl-, ceea ce este comparabil cu cel găsit în apa de mare naturală. Prezența a 17700 ppm Cl- a fost principalul motiv pentru reducerea Cr în probele abiotice de 7 și 14 zile analizate prin XPS. Comparativ cu probele de P. aeruginosa, dizolvarea Cr în probele abiotice a fost mult mai mică datorită rezistenței puternice la Cl− a 2707 HDSS în mediile abiotice. Figura 9 arată prezența Cr6+ în filmul de pasivare. Acesta poate fi implicat în îndepărtarea Cr din suprafețele de oțel de către biofilmele de P. aeruginosa, așa cum au sugerat Chen și Clayton.
Din cauza creșterii bacteriene, valorile pH-ului mediului înainte și după cultivare au fost de 7,4 și respectiv 8,2. Prin urmare, sub biofilmul de P. aeruginosa, este puțin probabil ca coroziunea acidului organic să fie un factor care contribuie la această lucrare, din cauza pH-ului relativ ridicat din mediul vrac. PH-ul mediului de control nebiologic nu s-a modificat semnificativ (de la un inițial 7,4 la un final 7,5) în timpul perioadei de testare de 14 zile. Creșterea pH-ului în mediul de inoculare după incubare s-a datorat activității metabolice a P. aeruginosa și s-a constatat că are același efect asupra pH-ului în absența benzilor de testare.
După cum se arată în Figura 7, adâncimea maximă a gropii cauzată de biofilmul de P. aeruginosa a fost de 0,69 μm, mult mai mare decât cea a mediului abiotic (0,02 μm). Acest lucru este în concordanță cu datele electrochimice descrise mai sus. Adâncimea gropii de 0,69 μm este de peste zece ori mai mică decât valoarea de 9,5 μm raportată pentru 2205 DSS în aceleași condiții. Aceste date demonstrează că 2707 HDSS prezintă o rezistență la microscopia inhibitorie (MIC) mai bună în comparație cu 2205 DSS. Acest lucru nu ar trebui să fie o surpriză, deoarece 2707 HDSS are un conținut mai mare de crom, oferind o pasivare mai lungă, datorită structurii de fază echilibrate, fără precipitate secundare dăunătoare, ceea ce îngreunează depasivarea de către P. aeruginosa și eclipsa punctelor de pornire.
În concluzie, s-au constatat coroziuni MIC pe suprafața oțelului inoxidabil HDSS 2707 în bulionul de P. aeruginosa, comparativ cu coroziuni neglijabile în mediile abiotice. Această lucrare arată că HDSS 2707 are o rezistență mai bună la MIC decât DSS 2205, dar nu este complet imun la MIC din cauza biofilmului de P. aeruginosa. Aceste descoperiri ajută la selectarea oțelurilor inoxidabile adecvate și la estimarea duratei de viață pentru mediul marin.
Cuponul pentru 2707 HDSS este furnizat de Școala de Metalurgie a Universității Northeastern (NEU) din Shenyang, China. Compoziția elementară a 2707 HDSS este prezentată în Tabelul 1, care a fost analizată de Departamentul de Analiză și Testare a Materialelor NEU. Toate probele au fost tratate în soluție la 1180 °C timp de 1 oră. Înainte de testarea la coroziune, 2707 HDSS în formă de monedă, cu o suprafață expusă superioară de 1 cm2, a fost lustruit la o granulație de 2000 cu hârtie de carbură de siliciu și lustruit în continuare cu o suspensie de pulbere de Al2O3 de 0,05 μm. Părțile laterale și partea inferioară sunt protejate de vopsea inertă. După uscare, probele au fost clătite cu apă deionizată sterilă și sterilizate cu etanol 75% (v/v) timp de 0,5 ore. Apoi au fost uscate la aer sub lumină ultravioletă (UV) timp de 0,5 ore înainte de utilizare.
Tulpina marină Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 a fost achiziționată de la Centrul de Colectare a Culturilor Marine Xiamen (MCCC), China. Pseudomonas aeruginosa a fost crescută aerob la 37°C în flacoane de 250 ml și celule electrochimice din sticlă de 500 ml folosind mediul lichid Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). Mediu (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 NH3, 0,016 NH3, 0,016 NaH2PO4, 5,0 peptonă, 1,0 extract de drojdie și 0,1 citrat feric. Se autoclavează la 121°C timp de 20 de minute înainte de inoculare. Se numără celulele sesile și planctonice folosind un hemocitometru sub un microscop optic la o mărire de 400X. Concentrația celulară inițială de Pseudomonas aeruginosa planctonic, imediat după inoculare, a fost de aproximativ 10⁶ celule/ml.
Testele electrochimice au fost efectuate într-o celulă clasică de sticlă cu trei electrozi, cu un volum mediu de 500 ml. O foaie de platină și un electrod saturat de calomel (SCE) au fost conectate la reactor prin capilare Luggin umplute cu punți de sare, servind ca electrozi contra și respectiv de referință. Pentru a realiza electrozii de lucru, un fir de cupru acoperit cu cauciuc a fost atașat la fiecare probă și acoperit cu epoxid, lăsând aproximativ 1 cm2 de suprafață expusă pe o singură față pentru electrodul de lucru. În timpul măsurătorilor electrochimice, probele au fost plasate în mediu 2216E și menținute la o temperatură de incubare constantă (37 °C) într-o baie de apă. Datele OCP, LPR, EIS și polarizarea dinamică potențială au fost măsurate folosind un potențiostat Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., SUA). Testele LPR au fost înregistrate la o rată de scanare de 0,125 mV s-1 pe intervalul de -5 și 5 mV cu Eocp și o frecvență de eșantionare de 1 Hz. EIS a fost efectuat cu o undă sinusoidală în intervalul de frecvență 0,01 până la 10.000 Hz utilizând o tensiune aplicată de 5 mV la starea staționară Eocp. Înainte de baleierea potențialului, electrozii au fost în modul circuit deschis până când s-a atins o valoare stabilă a potențialului de coroziune liberă. Curbele de polarizare au fost apoi rulate de la -0,2 la 1,5 V față de Eocp la o rată de scanare de 0,166 mV/s. Fiecare test a fost repetat de 3 ori cu și fără P. aeruginosa.
Probele pentru analiza metalografică au fost lustruite mecanic cu hârtie SiC umedă cu granulație 2000 și apoi lustruite suplimentar cu o suspensie de pulbere de Al2O3 de 0,05 μm pentru observare optică. Analiza metalografică a fost efectuată folosind un microscop optic. Probele au fost gravate cu soluție de hidroxid de potasiu 10% în greutate, format în 43.
După incubare, probele au fost spălate de 3 ori cu soluție salină tamponată cu fosfat (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) și apoi fixate cu glutaraldehidă 2,5% (v/v) timp de 10 ore pentru a fixa biofilmele. Ulterior, au fost deshidratate cu o serie gradată (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% și 100% v/v) de etanol înainte de uscarea la aer. În final, suprafața probei este pulverizată cu o peliculă de aur pentru a asigura conductivitatea pentru observarea SEM. Imaginile SEM au fost focalizate pe petele cu cele mai sesile celule de P. aeruginosa de pe suprafața fiecărei probe. S-a efectuat analiza EDS pentru a găsi elemente chimice. S-a utilizat un microscop confocal cu scanare laser Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Germania) pentru a măsura adâncimea gropilor. Pentru a observa gropile de coroziune de sub biofilm, piesa de testare a fost mai întâi curățată conform Regulamentului Național Chinez. Standardul (CNS) GB/T4334.4-2000 pentru îndepărtarea produselor de coroziune și a biofilmului de pe suprafața piesei de testare.
Analiza prin spectroscopie fotoelectronică cu raze X (XPS, sistem de analiză a suprafeței ESCALAB250, Thermo VG, SUA) a fost efectuată utilizând o sursă monocromatică de raze X (linie Kα de aluminiu la o energie de 1500 eV și o putere de 150 W) pe un interval larg de energie de legare de la 0 la 1350 eV în condiții standard. Spectrele de înaltă rezoluție au fost înregistrate utilizând o energie de trecere de 50 eV și un pas de 0,2 eV.
Probele incubate au fost îndepărtate și clătite ușor cu PBS (pH 7,4 ± 0,2) timp de 15 s45. Pentru a observa viabilitatea bacteriană a biofilmelor de pe probe, acestea au fost colorate folosind kitul LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, SUA). Kitul conține doi coloranți fluorescenți, un colorant verde fluorescent SYTO-9 și un colorant roșu fluorescent iodură de propidiu (PI). În CLSM, punctele cu verde și roșu fluorescent reprezintă celulele vii și, respectiv, celulele moarte. Pentru colorare, un amestec de 1 ml conținând 3 μl de soluție SYTO-9 și 3 μl de PI a fost incubat timp de 20 de minute la temperatura camerei (23 °C) la întuneric. Ulterior, probele colorate au fost observate la două lungimi de undă (488 nm pentru celulele vii și 559 nm pentru celulele moarte) folosind un aparat Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonia). Grosimea biofilmului a fost măsurată în modul de scanare 3-D.
Cum se citează acest articol: Li, H. și colab. Coroziunea microbiană a oțelului inoxidabil super duplex 2707 de către Pseudomonas aeruginosa marină biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. și Zucchi, F. Fisurarea prin coroziune sub tensiune a oțelului inoxidabil duplex LDX 2101 în soluție de clorură în prezența tiosulfatului.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS și Park, YS. Efectul tratamentului termic în soluție și al azotului în gazul de protecție asupra rezistenței la coroziune prin pitting a sudurilor din oțel inoxidabil super duplex.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. și Lewandowski, Z. Un studiu chimic comparativ al coroziunii prin pitting induse microbian și electrochimic în oțelul inoxidabil 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG și Xiao, K. Comportamentul electrochimic al oțelului inoxidabil duplex 2205 în soluții alcaline cu pH diferit în prezența clorurii. Electrochim. Journal. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS și Ray, RI. Efectul biofilmelor marine asupra coroziunii: o analiză concisă. Electrochim. Journal. 54, 2-7 (2008).