Ďakujeme za návštevu stránky Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu pre CSS. Pre dosiahnutie čo najlepšieho zážitku odporúčame používať aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v prehliadači Internet Explorer). Medzitým budeme stránku zobrazovať bez štýlov a JavaScriptu, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu.
Mikrobiálna korózia (MIC) je vážnym problémom v mnohých odvetviach, pretože môže spôsobiť obrovské ekonomické straty. Superduplexná nehrdzavejúca oceľ 2707 (2707 HDSS) sa používa v morskom prostredí vďaka svojej vynikajúcej chemickej odolnosti. Jej odolnosť voči MIC však nebola experimentálne preukázaná. V tejto štúdii sa skúmalo správanie MIC ocele 2707 HDSS spôsobené morskou aeróbnou baktériou Pseudomonas aeruginosa. Elektrochemická analýza ukázala, že v prítomnosti biofilmu Pseudomonas aeruginosa v médiu 2216E došlo k pozitívnej zmene korózneho potenciálu a zvýšeniu hustoty korózneho prúdu. Analýza röntgenovou fotoelektrónovou spektroskopiou (XPS) ukázala pokles obsahu Cr na povrchu vzorky pod biofilmom. Zobrazovacia analýza jamiek ukázala, že biofilm P. aeruginosa vytvoril maximálnu hĺbku jamiek 0,69 μm počas 14 dní inkubácie. Aj keď je to malá hodnota, naznačuje to, že 2707 HDSS nie je úplne imúnna voči MIC P. aeruginosa. biofilmy.
Duplexné nehrdzavejúce ocele (DSS) sa široko používajú v rôznych odvetviach pre svoju ideálnu kombináciu vynikajúcich mechanických vlastností a odolnosti proti korózii1,2. Napriek tomu sa stále vyskytuje lokálne jamkovanie, ktoré ovplyvňuje integritu tejto ocele3,4. DSS nie je odolná voči mikrobiálnej korózii (MIC)5,6. Napriek širokej škále aplikácií DSS stále existujú prostredia, kde odolnosť DSS voči korózii nie je dostatočná na dlhodobé používanie. To znamená, že sú potrebné drahšie materiály s vyššou odolnosťou proti korózii. Jeon a kol.7 zistili, že aj superduplexné nehrdzavejúce ocele (SDSS) majú určité obmedzenia, pokiaľ ide o odolnosť proti korózii. Preto sú v niektorých aplikáciách potrebné superduplexné nehrdzavejúce ocele (HDSS) s vyššou odolnosťou proti korózii. To viedlo k vývoju vysoko legovaných HDSS.
Odolnosť DSS proti korózii závisí od pomeru alfa a gama fáz a oblastí 8, 9, 10 ochudobnených o Cr, Mo a W, ktoré susedia s druhou fázou. HDSS obsahuje vysoký obsah Cr, Mo a N11, takže má vynikajúcu odolnosť proti korózii a vysokú hodnotu (45-50) ekvivalentného čísla odolnosti proti bodkovej korózii (PREN), určeného ako hmotnostné % Cr + 3,3 (hmotn. % Mo + 0,5 hm. % W) + 16 hm. % N12. Jeho vynikajúca odolnosť proti korózii sa opiera o vyvážené zloženie obsahujúce približne 50 % feritových (α) a 50 % austenitových (γ) fáz. HDSS má lepšie mechanické vlastnosti a vyššiu odolnosť ako konvenčný DSS13. Vlastnosti proti korózii chloridov. Zlepšená odolnosť proti korózii rozširuje použitie HDSS v korozívnejších prostrediach s chloridmi, ako je napríklad morské prostredie.
MIC sú hlavným problémom v mnohých odvetviach, ako je ropa, plyn a vodárenstvo14. MIC predstavuje 20 % všetkých škôd spôsobených koróziou15. MIC je bioelektrochemická korózia, ktorú možno pozorovať v mnohých prostrediach. Biofilmy, ktoré sa tvoria na kovových povrchoch, menia elektrochemické podmienky, čím ovplyvňujú proces korózie. Všeobecne sa verí, že koróziu MIC spôsobujú biofilmy. Elektrogénne mikroorganizmy korodujú kovy, aby získali energiu na prežitie17. Nedávne štúdie MIC ukázali, že EET (extracelulárny prenos elektrónov) je faktorom limitujúcim rýchlosť MIC indukovanej elektrogénnymi mikroorganizmami. Zhang a kol.18 preukázali, že elektrónové mediátory urýchľujú prenos elektrónov medzi bunkami Desulfovibrio sessificans a nehrdzavejúcou oceľou 304, čo vedie k závažnejšiemu napadnutiu MIC. Enning a kol.19 a Venzlaff a kol.20 ukázali, že korozívne biofilmy sulfát redukujúcich baktérií (SRB) môžu priamo absorbovať elektróny z kovových substrátov, čo vedie k silnej jamkovej korózii.
Je známe, že DSS je citlivý na MIC v prostrediach obsahujúcich SRB, baktérie redukujúce železo (IRB) atď.21. Tieto baktérie spôsobujú lokalizované jamky na povrchoch DSS pod biofilmami22,23. Na rozdiel od DSS je MIC HDSS24 málo známa.
Pseudomonas aeruginosa je gramnegatívna pohyblivá tyčinkovitá baktéria, ktorá je v prírode široko rozšírená25. Pseudomonas aeruginosa je tiež významnou mikrobiálnou skupinou v morskom prostredí, ktorá spôsobuje MIC ocele. Pseudomonas sa úzko podieľa na koróznych procesoch a je považovaná za priekopníckeho kolonizátora počas tvorby biofilmu. Mahat a kol.28 a Yuan a kol.29 preukázali, že Pseudomonas aeruginosa má tendenciu zvyšovať rýchlosť korózie mäkkej ocele a zliatin vo vodnom prostredí.
Hlavným cieľom tejto práce bolo skúmať vlastnosti MIC (inhibičnej inhibičnej hodnoty) materiálu 2707 HDSS spôsobeného morskou aeróbnou baktériou Pseudomonas aeruginosa pomocou elektrochemických metód, techník povrchovej analýzy a analýzy produktov korózie. Na štúdium správania sa MIC materiálu 2707 HDSS boli vykonané elektrochemické štúdie vrátane potenciálu otvoreného obvodu (OCP), lineárneho polarizačného odporu (LPR), elektrochemickej impedančnej spektroskopie (EIS) a potenciálovej dynamickej polarizácie. Na nájdenie chemických prvkov na skorodovanom povrchu bola vykonaná analýza energeticky disperzným spektrometrom (EDS). Okrem toho bola použitá analýza röntgenovou fotoelektrónovou spektroskopiou (XPS) na stanovenie stability pasivácie oxidového filmu pod vplyvom morského prostredia obsahujúceho Pseudomonas aeruginosa. Hĺbka jamky bola meraná pod konfokálnym laserovým skenovacím mikroskopom (CLSM).
Tabuľka 1 uvádza chemické zloženie 2707 HDSS. Tabuľka 2 ukazuje, že 2707 HDSS má vynikajúce mechanické vlastnosti s medzou klzu 650 MPa. Obrázok 1 zobrazuje optickú mikroštruktúru rozpúšťaním tepelne spracovaného 2707 HDSS. V mikroštruktúre obsahujúcej približne 50 % austenitu a 50 % feritových fáz je možné vidieť predĺžené pásy austenitových a feritových fáz bez sekundárnych fáz.
Obrázok 2a zobrazuje údaje o potenciáli otvoreného obvodu (Eocp) v závislosti od času expozície pre 2707 HDSS v abiotickom médiu 2216E a bujóne P. aeruginosa počas 14 dní pri teplote 37 °C. Ukazuje, že k najväčšej a významnej zmene Eocp dochádza v priebehu prvých 24 hodín. Hodnoty Eocp v oboch prípadoch dosiahli vrchol -145 mV (oproti SCE) okolo 16 hodín a potom prudko klesli, pričom dosiahli -477 mV (oproti SCE) a -236 mV (oproti SCE) pre abiotickú vzorku a P. Kupóny Pseudomonas aeruginosa. Po 24 hodinách bola hodnota Eocp 2707 HDSS pre P. aeruginosa relatívne stabilná pri -228 mV (oproti SCE), zatiaľ čo zodpovedajúca hodnota pre nebiologické vzorky bola približne -442 mV (oproti SCE). Eocp v prítomnosti P. aeruginosa bola pomerne nízka.
Elektrochemické testovanie 2707 vzoriek HDSS v abiotickom médiu a bujóne Pseudomonas aeruginosa pri 37 °C:
(a) Eocp ako funkcia expozičného času, (b) polarizačné krivky na 14. deň, (c) Rp ako funkcia expozičného času a (d) icorr ako funkcia expozičného času.
Tabuľka 3 uvádza hodnoty parametrov elektrochemickej korózie 2707 vzoriek HDSS vystavených abiotickému médiu a médiu inokulovanému Pseudomonas aeruginosa počas 14 dní. Tangency anodických a katódových kriviek boli extrapolované, aby sa dospelo k priesečníkom, čím sa získala hustota korózneho prúdu (icorr), korózny potenciál (Ecorr) a Tafelove sklony (βα a βc) podľa štandardných metód30,31.
Ako je znázornené na obrázku 2b, posun krivky P. aeruginosa smerom nahor viedol k zvýšeniu Ecorr v porovnaní s abiotickou krivkou. Hodnota icorr, ktorá je úmerná rýchlosti korózie, sa vo vzorke Pseudomonas aeruginosa zvýšila na 0,328 μA cm-2, čo je štvornásobok hodnoty v porovnaní s nebiologickou vzorkou (0,087 μA cm-2).
LPR je klasická nedeštruktívna elektrochemická metóda pre rýchlu analýzu korózie. Bola tiež použitá na štúdium MIC32. Obrázok 2c zobrazuje polarizačný odpor (Rp) ako funkciu času expozície. Vyššia hodnota Rp znamená menšiu koróziu. V priebehu prvých 24 hodín dosiahla hodnota Rp 2707 HDSS maximálnu hodnotu 1955 kΩ cm2 pre abiotické vzorky a 1429 kΩ cm2 pre vzorky Pseudomonas aeruginosa. Obrázok 2c tiež ukazuje, že hodnota Rp sa po jednom dni rýchlo znížila a potom zostala relatívne nezmenená počas nasledujúcich 13 dní. Hodnota Rp vzorky Pseudomonas aeruginosa je približne 40 kΩ cm2, čo je oveľa menej ako hodnota 450 kΩ cm2 nebiologickej vzorky.
Hodnota icorr je úmerná rovnomernej rýchlosti korózie. Jej hodnotu možno vypočítať z nasledujúcej Stern-Gearyho rovnice,
Podľa Zou a kol.33 sa v tejto práci predpokladala typická hodnota Tafelovej krivky B na úrovni 26 mV/dec. Obrázok 2d ukazuje, že icorr nebiologickej vzorky 2707 zostal relatívne stabilný, zatiaľ čo vzorka P. aeruginosa po prvých 24 hodinách výrazne kolísala. Hodnoty icorr vzoriek P. aeruginosa boli rádovo vyššie ako nebiologické kontroly. Tento trend je v súlade s výsledkami polarizačného odporu.
EIS je ďalšia nedeštruktívna technika používaná na charakterizáciu elektrochemických reakcií na korodovaných rozhraniach. Impedančné spektrá a vypočítané hodnoty kapacity vzoriek vystavených abiotickému médiu a roztoku Pseudomonas aeruginosa, odpor Rb pasívneho filmu/biofilmu vytvoreného na povrchu vzorky, odpor prenosu náboja Rct, kapacita elektrickej dvojvrstvy (EDL) Cdl a parametre prvku konštantnej fázy QCPE (CPE). Tieto parametre boli ďalej analyzované fitovaním údajov pomocou modelu ekvivalentného obvodu (EEC).
Obrázok 3 zobrazuje typické Nyquistove grafy (a a b) a Bodeho grafy (a' a b') 2707 vzoriek HDSS v abiotickom médiu a bujóne P. aeruginosa pre rôzne inkubačné časy. Priemer Nyquistovho kruhu sa znižuje v prítomnosti Pseudomonas aeruginosa. Bodeho graf (obr. 3b') ukazuje nárast veľkosti celkovej impedancie. Informácie o relaxačnej časovej konštante možno poskytnúť fázovými maximami. Obrázok 4 zobrazuje fyzikálne štruktúry založené na monovrstve (a) a dvojvrstve (b) a ich zodpovedajúce EEC. CPE je zavedený do modelu EEC. Jeho admitancia a impedancia sú vyjadrené takto:
Dva fyzikálne modely a zodpovedajúce ekvivalentné obvody na prispôsobenie impedančného spektra vzorky 2707 HDSS:
kde Y0 je veľkosť CPE, j je imaginárne číslo alebo (-1)1/2, ω je uhlová frekvencia a n je index výkonu CPE menší ako jedna35. Inverzia odporu prenosu náboja (t. j. 1/Rct) zodpovedá rýchlosti korózie. Menší Rct znamená rýchlejšiu rýchlosť korózie27. Po 14 dňoch inkubácie dosiahol Rct vzoriek Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, čo je oveľa menej ako 489 kΩ cm2 nebiologických vzoriek (Tabuľka 4).
Snímky CLSM a SEM na obrázku 5 jasne ukazujú, že pokrytie biofilmom na povrchu vzorky 2707 HDSS po 7 dňoch je husté. Po 14 dňoch však bolo pokrytie biofilmom riedke a objavili sa niektoré odumreté bunky. Tabuľka 5 zobrazuje hrúbku biofilmu na vzorkách 2707 HDSS po expozícii P. aeruginosa počas 7 a 14 dní. Maximálna hrúbka biofilmu sa zmenila z 23,4 μm po 7 dňoch na 18,9 μm po 14 dňoch. Priemerná hrúbka biofilmu tiež potvrdila tento trend. Znížila sa z 22,2 ± 0,7 μm po 7 dňoch na 17,8 ± 1,0 μm po 14 dňoch.
(a) 3D CLSM snímka po 7 dňoch, (b) 3D CLSM snímka po 14 dňoch, (c) SEM snímka po 7 dňoch a (d) SEM snímka po 14 dňoch.
EDS odhalila chemické prvky v biofilmoch a produktoch korózie na vzorkách vystavených P. aeruginosa počas 14 dní. Obrázok 6 ukazuje, že obsah C, N, O a P v biofilmoch a produktoch korózie je oveľa vyšší ako v holých kovoch, pretože tieto prvky sú spojené s biofilmami a ich metabolitmi. Mikróby potrebujú iba stopové množstvá chrómu a železa. Vysoké hladiny Cr a Fe v biofilme a produktoch korózie na povrchu vzoriek naznačujú, že kovová matrica stratila prvky v dôsledku korózie.
Po 14 dňoch sa v médiu 2216E pozorovala jamková tvorba s prítomnosťou a bez prítomnosti P. aeruginosa. Pred inkubáciou bol povrch vzorky hladký a bez defektov (obr. 7a). Po inkubácii a odstránení biofilmu a produktov korózie boli najhlbšie jamky na povrchu vzoriek preskúmané pomocou CLSM, ako je znázornené na obrázku 7b a c. Na povrchu nebiologických kontrolných vzoriek sa nenašli žiadne zjavné jamky (maximálna hĺbka jamky 0,02 μm). Maximálna hĺbka jamky spôsobená Pseudomonas aeruginosa bola 0,52 μm po 7 dňoch a 0,69 μm po 14 dňoch, na základe priemernej maximálnej hĺbky jamky 3 vzoriek (pre každú vzorku bolo vybraných 10 maximálnych hodnôt hĺbky jamky) dosiahla 0,42 ± 0,12 μm a 0,52 ± 0,15 μm (tabuľka 5). Tieto hodnoty hĺbky jamky sú malé, ale dôležité.
(a) Pred expozíciou, (b) 14 dní v abiotickom médiu a (c) 14 dní v bujóne Pseudomonas aeruginosa.
Obrázok 8 zobrazuje XPS spektrá rôznych povrchov vzoriek a chemické zloženie analyzované pre každý povrch je zhrnuté v tabuľke 6. V tabuľke 6 boli atómové percentá Fe a Cr v prítomnosti P. aeruginosa (vzorky A a B) oveľa nižšie ako v nebiologických kontrolných vzorkách (vzorky C a D). Pre vzorku P. aeruginosa bola spektrálna krivka jadrovej úrovne Cr 2p fitovaná na štyri píkové zložky s hodnotami väzbovej energie (BE) 574,4, 576,6, 578,3 a 586,8 eV, ktoré možno pripísať Cr, Cr2O3, CrO3 a Cr(OH)3 (obr. 9a a b). Pre nebiologické vzorky obsahuje spektrum jadrovej úrovne Cr 2p dva hlavné píky pre Cr (573,80 eV pre BE) a Cr2O3 (575,90 eV pre BE) na obr. 9c a d. Najvýraznejší rozdiel medzi V abiotických vzorkách a vzorkách P. aeruginosa bola prítomnosť Cr6+ a vyšší relatívny podiel Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) pod biofilmom.
Široké XPS spektrá povrchu vzorky 2707 HDSS v oboch médiách sú 7 dní, respektíve 14 dní.
(a) 7 dní expozície P. aeruginosa, (b) 14 dní expozície P. aeruginosa, (c) 7 dní v abiotickom médiu a (d) 14 dní v abiotickom médiu.
HDSS vykazuje vysokú úroveň odolnosti proti korózii vo väčšine prostredí. Kim a kol.2 uviedli, že UNS S32707 HDSS bol definovaný ako vysoko legovaný DSS s PREN viac ako 45. Hodnota PREN vzorky 2707 HDSS v tejto práci bola 49. Je to spôsobené vysokým obsahom chrómu a vysokým obsahom molybdénu a Ni, ktoré sú prospešné v kyslom prostredí a prostredí s vysokým obsahom chloridov. Okrem toho, vyvážené zloženie a bezchybná mikroštruktúra sú užitočné pre štrukturálnu stabilitu a odolnosť proti korózii. Napriek svojej vynikajúcej chemickej odolnosti však experimentálne údaje v tejto práci naznačujú, že 2707 HDSS nie je úplne imúnny voči MIC biofilmov P. aeruginosa.
Elektrochemické výsledky ukázali, že rýchlosť korózie 2707 HDSS v bujóne P. aeruginosa sa po 14 dňoch významne zvýšila v porovnaní s nebiologickým médiom. Na obrázku 2a sa pozorovalo zníženie Eocp v abiotickom médiu aj v bujóne P. aeruginosa počas prvých 24 hodín. Následne biofilm úplne pokryje povrch vzorky a Eocp sa stáva relatívne stabilným36. Hladina biologického Eocp však bola oveľa vyššia ako hladina nebiologického Eocp. Existuje dôvod domnievať sa, že tento rozdiel je spôsobený tvorbou biofilmu P. aeruginosa. Na obrázku 2d dosiahla v prítomnosti P. aeruginosa hodnota icorr 2707 HDSS 0,627 μA cm-2, čo bolo rádovo viac ako v abiotickej kontrole (0,063 μA cm-2), čo bolo v súlade s hodnotou Rct meranou pomocou EIS. Počas prvých niekoľkých dní sa hodnoty impedancie v P. Vývar P. aeruginosa sa zvýšil v dôsledku prichytenia buniek P. aeruginosa a tvorby biofilmov. Keď však biofilm úplne pokryje povrch vzorky, impedancia sa zníži. Ochranná vrstva je napadnutá ako prvá v dôsledku tvorby biofilmov a metabolitov biofilmu. Preto sa odolnosť voči korózii časom znižovala a prichytenie P. aeruginosa spôsobilo lokalizovanú koróziu. Trendy v abiotických médiách boli odlišné. Odolnosť voči korózii nebiologickej kontroly bola oveľa vyššia ako zodpovedajúca hodnota vzoriek vystavených vývaru P. aeruginosa. Okrem toho, v prípade abiotických vzoriek dosiahla hodnota Rct 2707 HDSS na 14. deň 489 kΩ cm2, čo bolo 15-násobok hodnoty Rct (32 kΩ cm2) v prítomnosti P. aeruginosa. Preto má 2707 HDSS vynikajúcu odolnosť voči korózii v sterilnom prostredí, ale nie je odolný voči MIC útoku biofilmov P. aeruginosa.
Tieto výsledky možno pozorovať aj z polarizačných kriviek na obr. 2b. Anodické vetvenie sa pripisuje tvorbe biofilmu Pseudomonas aeruginosa a reakciám oxidácie kovov. Súčasne katódovou reakciou je redukcia kyslíka. Prítomnosť P. aeruginosa výrazne zvýšila hustotu korózneho prúdu, približne o rád vyššie ako abiotická kontrola. To naznačuje, že biofilm P. aeruginosa zvyšuje lokalizovanú koróziu 2707 HDSS. Yuan a kol.29 zistili, že hustota korózneho prúdu zliatiny 70/30 Cu-Ni sa zvýšila pod vplyvom biofilmu P. aeruginosa. To môže byť spôsobené biokatalýzou redukcie kyslíka biofilmami Pseudomonas aeruginosa. Toto pozorovanie môže tiež vysvetliť MIC 2707 HDSS v tejto práci. Aeróbne biofilmy môžu mať pod sebou aj menej kyslíka. Preto môže byť neschopnosť repasivovať kovový povrch kyslíkom prispievajúcim faktorom k MIC v tejto práci.
Dickinson a kol.38 naznačili, že rýchlosť chemických a elektrochemických reakcií môže byť priamo ovplyvnená metabolickou aktivitou prisediacich baktérií na povrchu vzorky a povahou produktov korózie. Ako je znázornené na obrázku 5 a v tabuľke 5, počet buniek aj hrúbka biofilmu sa po 14 dňoch znížili. To sa dá rozumne vysvetliť tým, že po 14 dňoch väčšina prisediacich buniek na povrchu 2707 HDSS uhynula v dôsledku vyčerpania živín v médiu 2216E alebo uvoľnenia toxických kovových iónov z matrice 2707 HDSS. Toto je obmedzenie dávkových experimentov.
V tejto práci biofilm P. aeruginosa podporoval lokálne vyčerpanie Cr a Fe pod biofilmom na povrchu 2707 HDSS (obr. 6). V tabuľke 6 je znázornené zníženie Fe a Cr vo vzorke D v porovnaní so vzorkou C, čo naznačuje, že rozpustené Fe a Cr spôsobené biofilmom P. aeruginosa pretrvávalo aj po prvých 7 dňoch. Médium 2216E sa používa na simuláciu morského prostredia. Obsahuje 17 700 ppm Cl-, čo je porovnateľné s obsahom v prírodnej morskej vode. Prítomnosť 17 700 ppm Cl- bola hlavným dôvodom zníženia Cr v 7- a 14-dňových abiotických vzorkách analyzovaných pomocou XPS. V porovnaní so vzorkami P. aeruginosa bolo rozpúšťanie Cr v abiotických vzorkách oveľa menšie kvôli silnej odolnosti 2707 HDSS voči Cl- v abiotickom prostredí. Obrázok 9 ukazuje prítomnosť Cr6+ v pasivačnom filme. Môže sa podieľať na odstraňovaní Cr z oceľových povrchov pomocou P. biofilmy aeruginosa, ako navrhli Chen a Clayton.
V dôsledku rastu baktérií boli hodnoty pH média pred kultiváciou a po kultivácii 7,4 a 8,2. Preto je nepravdepodobné, že by korózia organickými kyselinami pod biofilmom P. aeruginosa bola prispievajúcim faktorom k tejto práci kvôli relatívne vysokému pH v objemovom médiu. Hodnota pH nebiologického kontrolného média sa počas 14-dňového testovacieho obdobia významne nezmenila (z počiatočných 7,4 na konečných 7,5). Zvýšenie pH v inokulačnom médiu po inkubácii bolo spôsobené metabolickou aktivitou P. aeruginosa a zistilo sa, že má rovnaký účinok na pH aj bez testovacích prúžkov.
Ako je znázornené na obrázku 7, maximálna hĺbka jamky spôsobená biofilmom P. aeruginosa bola 0,69 μm, čo bolo oveľa viac ako v abiotickom médiu (0,02 μm). To je v súlade s vyššie opísanými elektrochemickými údajmi. Hĺbka jamky 0,69 μm je viac ako desaťkrát menšia ako hodnota 9,5 μm zaznamenaná pre 2205 DSS za rovnakých podmienok. Tieto údaje ukazujú, že 2707 HDSS vykazuje lepšiu odolnosť voči MIC v porovnaní s 2205 DSS. To by nemalo byť prekvapením, pretože 2707 HDSS má vyšší obsah chrómu, čo zabezpečuje dlhšie trvajúcu pasiváciu vďaka vyváženej fázovej štruktúre bez škodlivých sekundárnych precipitátov, čo sťažuje P. aeruginosa depasiváciu a začiatok zatemňovania bodov.
Záverom možno konštatovať, že na povrchu 2707 HDSS v bujóne P. aeruginosa sa zistila jamková tvorba MIC v porovnaní so zanedbateľnou jamkovou tvorbou v abiotickom médiu. Táto práca ukazuje, že 2707 HDSS má lepšiu odolnosť voči MIC ako 2205 DSS, ale nie je úplne imúnny voči MIC kvôli biofilmu P. aeruginosa. Tieto zistenia pomáhajú pri výbere vhodných nehrdzavejúcich ocelí a odhadovanej životnosti pre morské prostredie.
Kupón na 2707 HDSS poskytuje Metalurgická fakulta Severovýchodnej univerzity (NEU) v Šen-jangu v Číne. Elementárne zloženie 2707 HDSS je uvedené v tabuľke 1, ktorú analyzovalo oddelenie materiálovej analýzy a testovania NEU. Všetky vzorky boli ošetrené roztokom pri teplote 1180 °C počas 1 hodiny. Pred koróznymi testami bol 2707 HDSS v tvare mince s hornou odkrytou plochou 1 cm2 leštený na zrnitosť 2000 papierom z karbidu kremíka a ďalej leštený suspenziou prášku Al2O3 s veľkosťou zrna 0,05 μm. Boky a spodok sú chránené inertnou farbou. Po vysušení boli vzorky opláchnuté sterilnou deionizovanou vodou a sterilizované 75 % (v/v) etanolom počas 0,5 hodiny. Pred použitím boli potom sušené na vzduchu pod ultrafialovým (UV) svetlom počas 0,5 hodiny.
Kmeň Pseudomonas aeruginosa Marine MCCC 1A00099 bol zakúpený od Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Čína. Pseudomonas aeruginosa bola pestovaná aeróbne pri teplote 37 °C v 250 ml bankách a 500 ml elektrochemických sklenených kyvetách s použitím tekutého média Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Čína). Médium (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 peptón, 1,0 kvasničný extrakt a 0,1 citrát železitý. Pred inokuláciou autoklávujte pri teplote 121 °C počas 20 minút. Spočítajte prisedlé a planktónové bunky pomocou hemocytometra pod svetelným mikroskopom pri 400-násobnom zväčšení. Počiatočná koncentrácia buniek planktónovej Pseudomonas aeruginosa bezprostredne po inokulácii bola približne 106 buniek/ml.
Elektrochemické testy sa vykonávali v klasickej trojelektródovej sklenenej cele s objemom média 500 ml. Platinový plech a nasýtená kalomelová elektróda (SCE) boli pripojené k reaktoru cez Lugginove kapiláry naplnené soľnými mostíkmi, ktoré slúžili ako protielektróda a referenčná elektróda. Na výrobu pracovných elektród bol ku každej vzorke pripevnený medený drôt s pogumovaným povrchom a pokrytý epoxidom, pričom pre pracovnú elektródu zostal približne 1 cm2 exponovaného jednostranného povrchu. Počas elektrochemických meraní boli vzorky umiestnené do média 2216E a udržiavané pri konštantnej inkubačnej teplote (37 °C) vo vodnom kúpeli. Údaje o OCP, LPR, EIS a potenciálnej dynamickej polarizácii boli merané pomocou potenciostatu Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). Testy LPR boli zaznamenávané pri rýchlosti skenovania 0,125 mV s-1 v rozsahu -5 a 5 mV s Eocp a vzorkovacou frekvenciou 1 Hz. EIS sa vykonávala so sínusovou vlnou vo frekvenčnom rozsahu 0,01 až 10 000 Hz s použitím aplikovaného napätia 5 mV pri ustálenom stave Eocp. Pred meraním potenciálu boli elektródy v režime otvoreného obvodu, kým sa nedosiahla stabilná hodnota voľného korózneho potenciálu. Polarizačné krivky boli potom zostrojené od -0,2 do 1,5 V oproti Eocp pri rýchlosti skenovania 0,166 mV/s. Každý test sa opakoval 3-krát s a bez P. aeruginosa.
Vzorky na metalografickú analýzu boli mechanicky leštené mokrým SiC papierom so zrnitosťou 2000 a potom ďalej leštené suspenziou prášku Al2O3 so zrnitosťou 0,05 μm pre optické pozorovanie. Metalografická analýza bola vykonaná pomocou optického mikroskopu. Vzorky boli leptané 10 hmotn. % roztokom hydroxidu draselného 43.
Po inkubácii boli vzorky trikrát premyté fosfátom pufrovaným fyziologickým roztokom (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) a potom fixované 2,5 % (v/v) glutaraldehydom počas 10 hodín, aby sa fixovali biofilmy. Následne boli dehydratované stupňovitým sériou (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % a 100 % v/v) etanolu pred sušením na vzduchu. Nakoniec bol povrch vzorky naprašovaný zlatým filmom, aby sa zabezpečila vodivosť pre pozorovanie SEM. Snímky SEM boli zaostrené na miesta s najviac prisadnutými bunkami P. aeruginosa na povrchu každej vzorky. Vykonajte EDS analýzu na nájdenie chemických prvkov. Na meranie hĺbky jamiek bol použitý Zeiss konfokálny laserový skenovací mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Nemecko). Aby sa pozorovali korózne jamky pod biofilmom, testovaný kus bol najskôr vyčistený podľa čínskej národnej normy (CNS). GB/T4334.4-2000 na odstránenie produktov korózie a biofilmu na povrchu testovaného kusu.
Analýza pomocou röntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie (XPS, systém povrchovej analýzy ESCALAB250, Thermo VG, USA) sa uskutočnila s použitím monochromatického röntgenového zdroja (hliníková čiara Kα s energiou 1500 eV a výkonom 150 W) v širokom rozsahu väzbovej energie 0 za štandardných podmienok –1350 eV. Spektrá s vysokým rozlíšením sa zaznamenávali s použitím energie prechodu 50 eV a kroku 0,2 eV.
Inkubované vzorky boli vybraté a jemne opláchnuté PBS (pH 7,4 ± 0,2) počas 15 sekúnd a 45 sekúnd. Na pozorovanie bakteriálnej životaschopnosti biofilmov na vzorkách boli biofilmy zafarbené pomocou súpravy LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Súprava obsahuje dve fluorescenčné farbivá, zelené fluorescenčné farbivo SYTO-9 a červené fluorescenčné farbivo propídiumjodid (PI). Pri CLSM bodky s fluorescenčnou zelenou a červenou farbou predstavujú živé a mŕtve bunky. Na farbenie sa 1 ml zmesi obsahujúcej 3 μl roztoku SYTO-9 a 3 μl roztoku PI inkubovala 20 minút pri izbovej teplote (23 °C) v tme. Následne boli zafarbené vzorky pozorované pri dvoch vlnových dĺžkach (488 nm pre živé bunky a 559 nm pre mŕtve bunky) pomocou prístroja Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonsko). Hrúbka biofilmu sa merala v 3D skenovacom režime.
Ako citovať tento článok: Li, H. a kol. Mikrobiálna korózia superduplexnej nehrdzavejúcej ocele 2707 morským biofilmom Pseudomonas aeruginosa. science. Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. a Zucchi, F. Praskanie v dôsledku korózie pod napätím duplexnej nehrdzavejúcej ocele LDX 2101 v roztoku chloridu v prítomnosti tiosíranu. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Vplyv rozpúšťacieho tepelného spracovania a dusíka v ochrannom plyne na odolnosť zvarov superduplexných nehrdzavejúcich ocelí proti bodkovej korózii. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. a Lewandowski, Z. Porovnávacia chemická štúdia mikrobiálnej a elektrochemicky indukovanej bodkovej korózie v nehrdzavejúcej oceli 316L. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG a Xiao, K. Elektrochemické správanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele 2205 v alkalických roztokoch s rôznym pH v prítomnosti chloridu. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS a Ray, RI Vplyv morských biofilmov na koróziu: stručný prehľad. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).