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 reda site-ul fără stiluri și JavaScript.
Coroziunea microbiană (MIC) este o problemă serioasă în multe industrii, deoarece poate duce la pierderi economice uriașe. Oțelul inoxidabil super duplex 2707 (2707 HDSS) este utilizat în medii marine datorită rezistenței sale chimice excelente. Cu toate acestea, rezistența sa la MIC nu a fost demonstrată experimental. Acest studiu a examinat comportamentul MIC 2707 HDSS cauzat de bacteria aerobă marină Pseudomonas aeruginosa. Analiza electrochimică a arătat că, în prezența biofilmului de Pseudomonas aeruginosa în mediul 2216E, are loc o modificare pozitivă a potențialului de coroziune și o creștere a densității curentului de coroziune. Analiza spectroscopiei fotoelectronice cu raze X (XPS) a arătat o scădere a conținutului de Cr pe suprafața probei de sub biofilm. Analiza vizuală 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 concentrația minimă inhibitorie (MIC) a biofilmelor de P. aeruginosa.
Oțelurile inoxidabile duplex (DSS) sunt utilizate pe scară largă în diverse industrii datorită combinației perfecte dintre proprietățile mecanice excelente și rezistența la coroziune1,2. Cu toate acestea, coroziunea localizată continuă să apară și afectează integritatea acestui oțel3,4. DSS nu este rezistent la coroziunea microbiană (MIC)5,6. În ciuda gamei largi de aplicații pentru 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 și oțelurile inoxidabile super duplex (SDSS) au unele limitări în ceea ce privește rezistența la coroziune. Prin urmare, în unele cazuri, 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 oțelului dublu-aglomerat (DSS) depinde de raportul dintre fazele alfa și gamma și este sărăcită în regiunile Cr, Mo și W 8, 9, 10 adiacente celei de-a doua faze. HDSS conține un conținut ridicat de Cr, Mo și N11, prin urmare are o rezistență excelentă la coroziune și o valoare ridicată (45-50) a numărului de rezistență echivalentă la coroziune (PREN) determinată prin % greutate Cr + 3,3 (% greutate Mo + 0,5 % greutate G) + 16% greutate N12. Rezistența sa excelentă la coroziune depinde de o compoziție echilibrată care conține aproximativ 50% faze feritice (α) și 50% faze austenitice (γ). HDSS are proprietăți mecanice mai bune și o rezistență mai mare la coroziunea clorurilor. Rezistența îmbunătățită la coroziune extinde utilizarea HDSS în medii cu cloruri mai agresive, cum ar fi mediile marine.
Coroziunea MIC (bacterii reducătoare de sulfat) reprezintă o problemă majoră în multe industrii, cum ar fi industria petrolului și gazelor și a apei14. 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 consumă metalele pentru a obține energia de care au nevoie 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 intermediarii de electroni accelerează transferul de electroni între celulele Desulfovibrio sessificans și oțelul inoxidabil 304, rezultând un atac MIC mai sever. Anning și colab. 19 și Wenzlaff și colab. 20 au arătat că biofilmele bacteriilor reducătoare de sulfat (SRB) corozive pot absorbi direct electronii din substraturile metalice, rezultând coroziuni severe prin coroziune.
Se știe că DSS este susceptibil la concentrația minimă inhibitorie (CMI) în mediile care conțin SRB, bacterii reducătoare de fier (IRB) etc.21. Aceste bacterii provoacă coroziuni localizate pe suprafața DSS sub biofilme22,23. Spre deosebire de DSS, concentrația minimă inhibitorie (CMI) pentru HDSS24 nu este bine cunoscută.
Pseudomonas aeruginosa este o bacterie Gram-negativă, mobilă, în formă de tijă, răspândită pe scară largă în natură25. Pseudomonas aeruginosa este, de asemenea, un grup microbian major în mediul marin, provocând concentrații ridicate de concentrații minime inhibitorii (CMI). Pseudomonas este implicată activ în procesul 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 tinde să crească rata de coroziune a oțelului moale și a aliajelor în mediile acvatice.
Obiectivul principal al acestei lucrări a fost investigarea proprietăților stratului de oxid solid-alte-de-acrișoare (SDA) MIC 2707 cauzate de bacteria aerobă marină Pseudomonas aeruginosa utilizând metode electrochimice, metode de analiză a suprafeței 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 SDA MIC 2707. Analiza spectrometrică de dispersie a energiei (EDS) a fost efectuată pentru a detecta elementele chimice pe o suprafață corodată. În plus, spectroscopia fotoelectronică 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 gropilor 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. În figura 1 este prezentată 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, sunt vizibile benzi alungite de faze de austenită și ferită fără faze secundare.
În fig. 2a este prezentat 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. Se arată că cea mai mare și mai semnificativă modificare a Eocp are loc în primele 24 de ore. Valorile Eocp în ambele cazuri au atins un vârf de -145 mV (comparativ cu SCE) în jurul orei 16, apoi au scăzut brusc, ajungând la -477 mV (comparativ cu SCE) și -236 mV (comparativ cu SCE) pentru proba abiotică și respectiv cupoanele P. Pseudomonas aeruginosa. După 24 de ore, valoarea Eocp 2707 HDSS pentru P. aeruginosa a fost relativ stabilă la -228 mV (comparativ cu SCE), în timp ce valoarea corespunzătoare pentru probele nebiologice a fost de aproximativ -442 mV (comparativ cu SCE). Eocp în prezența P. aeruginosa a fost destul de scăzut.
Studiu electrochimic a 2707 probe HDSS în mediu abiotic și bulion Pseudomonas aeruginosa la 37 °C:
(a) Eocp în funcție de timpul de expunere, (b) curbele 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 parametrii de coroziune electrochimică a 2707 probe HDSS expuse la medii inoculate abiotice și cu Pseudomonas aeruginosa pe o perioadă de 14 zile. Tangentele curbelor anodic și catodic au fost extrapolate pentru a obține intersecții care dau densitatea curentului de coroziune (icorr), potențialul de coroziune (Ecorr) și panta Tafel (βα și βc) conform metodelor standard30,31.
După cum se arată în fig. 2b, o deplasare 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, ceea ce este de patru ori mai mare decât în ​​proba nebiologică (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. În figura 2c este prezentată 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 2707 HDSS a atins un vârf 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 unei probe de Pseudomonas aeruginosa este de aproximativ 40 kΩ cm2, ceea ce este mult mai mică decât valoarea de 450 kΩ cm2 a unei probe nebiologice.
Valoarea lui icorr este proporțională cu rata uniformă de coroziune. Valoarea sa poate fi calculată din următoarea ecuație Stern-Giri:
Conform lui Zoe și colab. 33, valoarea tipică a pantei Tafel B în această lucrare a fost considerată a fi 26 mV/dec. Figura 2d arată că icorr-ul probei nebiologice 2707 a rămas relativ stabil, în timp ce proba de P. aeruginosa a fluctuat mult după primele 24 de ore. Valorile icorr ale probelor de 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 metodă nedistructivă utilizată pentru caracterizarea reacțiilor electrochimice pe suprafețe corodate. Spectrele de impedanță și valorile calculate ale capacității probelor expuse la un mediu abiotic și la o soluție de Pseudomonas aeruginosa, rezistența filmului pasiv/biofilmului Rb format pe suprafața probei, rezistența la transferul de sarcină Rct, capacitatea electrică dublă în strat Cdl (EDL) și parametrii constanti ai elementului de fază QCPE (CPE). Acești parametri au fost analizați în continuare prin ajustarea datelor utilizând un model de circuit echivalent (EEC).
În fig. 3 sunt prezentate graficele Nyquist tipice (a și b) și graficele Bode (a' și b') pentru 2707 probe HDSS în medii abiotice și bulion P. aeruginosa pentru diferiți timpi de incubație. Diametrul inelului Nyquist scade în prezența Pseudomonas aeruginosa. Graficul Bode (Fig. 3b') arată creșterea impedanței totale. Informații despre constanta de timp de relaxare pot fi obținute din maximele de fază. În fig. 4 sunt prezentate structurile fizice bazate pe un monostrat (a) și un 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 eșantionului 2707 HDSS:
unde Y0 este valoarea KPI, j este numărul imaginar sau (-1)1/2, ω este frecvența unghiulară, n este indicele de putere KPI mai mic decât unu35. Inversia rezistenței la transferul de sarcină (adică 1/Rct) corespunde ratei de coroziune. Cu cât Rct este mai mic, cu atât rata de coroziune este mai mare27. După 14 zile de incubare, Rct-ul probelor de Pseudomonas aeruginosa a atins 32 kΩ cm2, ceea ce este mult mai puțin decât 489 kΩ cm2 al probelor nebiologice (Tabelul 4).
Imaginile CLSM și imaginile SEM din Figura 5 arată clar că stratul de biofilm de pe suprafața probei HDSS 2707 după 7 zile este dens. Cu toate acestea, după 14 zile, acoperirea cu biofilm a fost slabă și au apărut unele celule moarte. Tabelul 5 prezintă grosimea biofilmului pe probele HDSS 2707 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 CLSM 3-D la 7 zile, (b) imagine CLSM 3-D la 14 zile, (c) imagine SEM la 7 zile și (d) imagine SEM la 14 zile.
EMF-urile au relevat elemente chimice în biofilme și produse de coroziune pe probele expuse la P. aeruginosa timp de 14 zile. În figura 6 se arată că, în biofilme și produse de coroziune, conținutul de C, N, O și P este semnificativ mai mare decât în ​​metalele pure, 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 în biofilm și produsele de coroziune de pe suprafața probelor indică faptul că matricea metalică a pierdut elemente din cauza coroziunii.
După 14 zile, în mediul 2216E s-au observat gropițe cu și fără P. aeruginosa. Înainte de incubare, suprafața probelor era netedă și fără defecte (Fig. 7a). După incubare și îndepărtarea biofilmului și a produselor de coroziune, cele mai adânci gropițe de pe suprafața probelor au fost examinate folosind CLSM, așa cum se arată în Fig. 7b și c. Nu s-au găsit gropițe evidente pe suprafața controalelor non-biologice (adâncimea maximă a gropițelor 0,02 µm). Adâncimea maximă a gropițelor cauzată de P. aeruginosa a fost de 0,52 µm la 7 zile și 0,69 µm la 14 zile, pe baza adâncimii maxime medii a gropițelor din 3 probe (au fost selectate 10 adâncimi maxime ale gropițelor pentru fiecare probă). S-a obținut o valoare de 0,42 ± 0,12 µm și, respectiv, 0,52 ± 0,15 µm (Tabelul 5). Aceste valori ale adâncimii gropițelor sunt mici, dar importante.
(a) înainte de expunere, (b) 14 zile într-un mediu abiotic și (c) 14 zile în bulion cu Pseudomonas aeruginosa.
În fig. Tabelul 8 sunt prezentate spectrele XPS ale diferitelor suprafețe ale probelor, iar compoziția chimică analizată pentru fiecare suprafață este rezumată 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 controalelor non-biologice (probele C și D). Pentru o probă de P. aeruginosa, curba spectrală la nivelul nucleului Cr2p a fost ajustată la patru componente de vârf cu energii 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 nebiologice, spectrul nivelului principal de Cr2p conține două vârfuri principale pentru Cr (573,80 eV pentru BE) și Cr2O3 (575,90 eV pentru BE) în Fig. 9c și respectiv d. Cea mai izbitoare diferență între probele abiotice și probele de P. aeruginosa a fost prezența Cr6+ și o proporție relativă mai mare de Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) sub biofilm.
Spectrele XPS largi ale suprafeței probei 2707 HDSS în două medii sunt de 7 și respectiv 14 zile.
(a) 7 zile de expunere la P. aeruginosa, (b) 14 zile de expunere la P. aeruginosa, (c) 7 zile într-un mediu abiotic și (d) 14 zile într-un mediu abiotic.
HDSS prezintă un nivel ridicat de rezistență la coroziune în majoritatea mediilor. Kim și colab.2 au raportat că HDSS UNS S32707 a fost identificat ca un DSS înalt aliat, cu un PREN mai mare de 45. Valoarea PREN a eșantionului 2707 HDSS în această lucrare a fost de 49. Acest lucru se datorează conținutului ridicat de crom și conținutului ridicat de molibden și nichel, care sunt utile în medii acide și în medii cu conținut ridicat de clorură. În plus, o compoziție bine echilibrată și o microstructură fără defecte sunt benefice 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 MIC-urile biofilmului de P. aeruginosa.
Rezultatele electrochimice au arătat că rata de coroziune a HDSS 2707 în bulionul de P. aeruginosa a crescut semnificativ după 14 zile în comparație cu mediul non-biologic. În Figura 2a, s-a observat o scădere a Eocp atât în ​​mediul abiotic, cât și în bulionul de P. aeruginosa în primele 24 de ore. După aceea, biofilmul acoperă complet suprafața probei, iar Eocp devine relativ stabil36. Cu toate acestea, nivelul biologic de Eocp a fost mult mai mare decât nivelul non-biologic de Eocp. Există motive să credem că această diferență este asociată cu formarea biofilmelor de P. aeruginosa. În fig. 2d, în prezența P. aeruginosa, valoarea icorr 2707 HDSS a atins 0,627 μA cm-2, ceea ce este 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 au crescut datorită atașării celulelor de P. aeruginosa și formării biofilmelor. Cu toate acestea, atunci când biofilmul acoperă complet suprafața probei, impedanța scade. Stratul protector este atacat în principal datorită formării biofilmelor și metaboliților biofilmului. În consecință, rezistența la coroziune a scăzut în timp, iar atașarea 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 accesiunile abiotice, valoarea Rct 2707 HDSS a atins 489 kΩ cm2 în ziua 14, ceea ce este de 15 ori mai mare decât valoarea Rct (32 kΩ cm2) în prezența P. aeruginosa. Astfel, 2707 HDSS are o rezistență excelentă la coroziune într-un mediu steril, dar nu este rezistent la microîncărcările minime (MIC) din biofilmele de P. aeruginosa.
Aceste rezultate pot fi observate și din curbele de polarizare din Fig. 2b. Ramificarea anodică a fost asociată cu formarea biofilmului de Pseudomonas aeruginosa și cu reacțiile de oxidare a metalelor. În acest caz, reacția catodică este reducerea oxigenului. Prezența P. aeruginosa a crescut semnificativ densitatea curentului de coroziune, cu aproximativ un ordin de mărime mai mare decât în ​​controlul abiotic. Acest lucru indică faptul că biofilmul de P. aeruginosa amplifică coroziunea localizată a HDSS 2707. Yuan și colab.29 au descoperit că densitatea curentului de coroziune a aliajului Cu-Ni 70/30 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, MIC-ul 2707 HDSS în această lucrare. De asemenea, poate exista mai puțin oxigen sub biofilmele aerobe. Prin urmare, refuzul 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 rata reacțiilor chimice și electrochimice poate fi afectată direct de activitatea metabolică a bacteriilor sesile de pe suprafața probei și de natura produselor de coroziune. După cum se arată în Figura 5 și Tabelul 5, numărul de celule 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, un biofilm de P. aeruginosa a contribuit la epuizarea locală a Cr și Fe de sub biofilmul de pe suprafața materialului 2707 HDSS (Fig. 6). Tabelul 6 prezintă 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 în primele 7 zile. Mediul 2216E este utilizat pentru a simula mediul marin. Acesta conține 17700 ppm Cl-, ceea ce este comparabil cu conținutul său din apa de mare naturală. Prezența a 17700 ppm Cl- a fost principalul motiv pentru scăderea 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 a 2707 HDSS la clor în condiții abiotice. În figura 9 se arată prezența Cr6+ în filmul de pasivare. Ar putea fi implicat în îndepărtarea cromului de pe 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. Astfel, sub biofilmul de P. aeruginosa, este puțin probabil ca coroziunea acidului organic să contribuie la acest lucru, din cauza pH-ului relativ ridicat din mediul de cultură. PH-ul mediului de control nebiologic nu s-a modificat semnificativ (de la valoarea inițială de 7,4 la valoarea finală de 7,5) în timpul perioadei de testare de 14 zile. Creșterea pH-ului în mediul de însămânțare după incubare s-a datorat activității metabolice a P. aeruginosa și s-a constatat că are același efect asupra pH-ului și în absența benzilor de testare.
După cum se arată în Figura 7, adâncimea maximă a gropilor cauzate 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 gropilor 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 arată că 2707 HDSS prezintă o rezistență mai bună la microconcentrațiile minime (MIC) decât 2205 DSS. Acest lucru nu ar trebui să fie o surpriză, deoarece 2707 HDSS are niveluri mai ridicate de Cr, care asigură o pasivare mai lungă, o depasivare mai dificilă a P. aeruginosa și, datorită structurii sale de fază echilibrată, fără precipitații secundare dăunătoare, provoacă coroziuni.
În concluzie, s-au găsit gropițe MIC pe suprafața oțelului inoxidabil 2707 HDSS în bulionul de P. aeruginosa, comparativ cu gropițe nesemnificative în mediul abiotic. Această lucrare arată că 2707 HDSS are o rezistență mai bună la MIC decât 2205 DSS, dar nu este complet imun la MIC din cauza biofilmului de P. aeruginosa. Aceste rezultate ajută la selectarea oțelurilor inoxidabile adecvate și la creșterea duratei de viață pentru mediul marin.
Cupon pentru 2707 HDSS 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 din cadrul NEU. Toate probele au fost tratate pentru soluție solidă la 1180°C timp de 1 oră. Înainte de testarea la coroziune, un 2707 HDSS în formă de monedă, cu o suprafață deschisă superioară de 1 cm2, a fost lustruit la granulație 2000 cu șmirghel din carbură de siliciu și apoi lustruit cu o suspensie de pulbere de Al2O3 de 0,05 µm. Părțile laterale și partea inferioară sunt protejate cu vopsea inertă. După uscare, probele au fost spălate 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 de Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 a fost achiziționată de la Centrul de Colectare a Culturilor Marine din Xiamen (MCCC), China. Pseudomonas aeruginosa a fost cultivată în condiții aerobe 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). Mediul conține (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 peptonă, 1,0 extract de drojdie și 0,1 citrat de fier. Se autoclavează la 121°C timp de 20 de minute înainte de inoculare. Se numără celulele sesile și planctonice cu un hemocitometru la un microscop optic la o mărire de 400x. Concentrația 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. Foaia de platină și electrodul de calomel saturat (SAE) au fost conectate la reactor prin capilare Luggin umplute cu punți de sare, care au servit ca electrozi contra și respectiv de referință. Pentru fabricarea electrozilor de lucru, sârmă de cupru cauciucată a fost atașată la fiecare probă și acoperită cu rășină epoxidică, lăsând aproximativ 1 cm2 de suprafață neprotejată pentru electrodul de lucru pe o parte. În timpul măsurătorilor electrochimice, probele au fost plasate în mediul 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 în intervalul -5 până la 5 mV cu Eocp și o rată de eșantionare de 1 Hz. EIS a fost efectuată cu o undă sinusoidală pe un interval de frecvență de la 0,01 la 10.000 Hz, utilizând o tensiune aplicată de 5 mV la starea staționară Eocp. Înainte de baleierea potențialului, electrozii au fost în modul inactiv până când s-a atins o valoare stabilă a potențialului de coroziune liberă. Curbele de polarizare au fost apoi măsurate de la -0,2 la 1,5 V în funcție 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 granulația 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 o soluție de hidroxid de potasiu 43 de 10% greutate.
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. Acestea au fost apoi deshidratate cu etanol discontinuu (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% și 100% în volum) înainte de uscarea la aer. În final, o peliculă de aur este depusă pe suprafața probei pentru a asigura conductivitatea pentru observarea SEM. Imaginile SEM au fost focalizate pe punctele cu cele mai sesile celule de P. aeruginosa de pe suprafața fiecărei probe. S-a efectuat o analiză EDS pentru a găsi elemente chimice. Un microscop confocal cu scanare laser Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Germania) a fost utilizat pentru a măsura adâncimea gropilor. Pentru a observa gropile de coroziune de sub biofilm, proba de testare a fost mai întâi curățată conform Standardului Național Chinez (CNS) GB/T4334.4-2000 pentru a îndepărta produsele de coroziune și biofilmul de pe suprafața probei 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 de aluminiu Kα cu o energie de 1500 eV și o putere de 150 W) într-o gamă largă de energii de legare 0 în condiții standard de –1350 eV. Spectrele de înaltă rezoluție au fost înregistrate utilizând o energie de transmisie de 50 eV și un pas de 0,2 eV.
Probele incubate au fost prelevate și spălate ușor cu PBS (pH 7,4 ± 0,2) timp de 15 s45. Pentru a observa viabilitatea bacteriană a biofilmelor de pe probe, biofilmele au fost colorate folosind kitul LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, SUA). Kitul conține doi coloranți fluorescenți: colorantul fluorescent verde SYTO-9 și colorantul fluorescent roșu iodură de propidiu (PI). În CLSM, punctele fluorescente verde și roșu reprezintă celulele vii, respectiv celulele moarte. Pentru colorare, 1 ml dintr-un amestec conținând 3 µl de SYTO-9 și 3 µl de soluție PI a fost incubat timp de 20 de minute la temperatura camerei (23°C) la întuneric. Ulterior, probele colorate au fost examinate 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 3D.
Cum se citează acest articol: Li, H. și colab. Coroziunea microbiană a oțelului inoxidabil super duplex 2707 de către biofilmul marin de Pseudomonas aeruginosa. The Science. 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 soluții de clorură în prezența tiosulfatului. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. și Zucchi, F. Fisurarea prin coroziune sub tensiune a oțelului inoxidabil duplex LDX 2101 în soluții de clorură în prezența tiosulfatului. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной неррозионное 1 DX в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. și Zucchi, F. Fisurarea prin coroziune sub tensiune a oțelului inoxidabil duplex LDX 2101 în soluții de clorură în prezența tiosulfatului. 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oțel inoxidabil在福代sulfate分下下南性性生于中图像剧胼图像剧惂 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной неррозионное 1 DX в растворе хлорида в присутствии тиосульфата. 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 Efectele tratamentului termic în soluție și ale azotului în gazul de protecție asupra rezistenței la coroziunea prin pitting a sudurilor din oțel inoxidabil hiperduplex. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS și Park, YS Efectele tratamentului termic în soluție și ale azotului în gazul de protecție asupra rezistenței la coroziunea prin pitting a sudurilor din oțel inoxidabil hiperduplex.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 hiperduplex din oțel inoxidabil. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS și Park, YSKim, 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.Koros. Știința. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. și Lewandowski, Z. Studiu comparativ în chimia coroziunii induse microbian și electrochimic în oțelul inoxidabil 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. și Lewandowski, Z. Studiu comparativ în chimia coroziunii induse microbian și electrochimic în oțelul inoxidabil 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. și Lewandowski, Z. Studiu chimic comparativ al coroziunii microbiologice și electrochimice a oțelului inoxidabil 316L. 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. și Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. și Lewandowski, Z. Studiu chimic comparativ al coroziunii induse microbiologic și electrochimic în oțelul inoxidabil 316L.Koros. Știința. 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. 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.Luo H., Dong KF, Lee HG și Xiao K. Comportamentul electrochimic al oțelului inoxidabil duplex 2205 în soluții alcaline cu pH diferit în prezența clorurii. Luo, H., Dong, CF, Li, XG și Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的町电化化的町化物存在下不同 Luo, H., Dong, CF, Li, XG și Xiao, K. 2205 Comportamentul electrochimic al oțelului inoxidabil în prezența clorurii la diferite pH-uri în soluție alcalină.Luo H., Dong KF, Lee HG și Xiao K. Comportamentul electrochimic al oțelului inoxidabil duplex 2205 în soluții alcaline cu pH diferit în prezența clorurii.Revista Electrochem. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS și Ray, RI Influența biofilmelor marine asupra coroziunii: o trecere în revistă concisă. Little, BJ, Lee, JS și Ray, RI Influența biofilmelor marine asupra coroziunii: o trecere în revistă concisă.Little, BJ, Lee, JS și Ray, RI Efectele biofilmelor marine asupra coroziunii: o scurtă trecere în revistă. 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 și Ray, RILittle, BJ, Lee, JS și Ray, RI Efectele biofilmelor marine asupra coroziunii: o scurtă trecere în revistă.Revista Electrochem. 54, 2-7 (2008).