Ďakujeme za návštevu stránky Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu CSS. Pre dosiahnutie čo najlepšieho zážitku odporúčame používať aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v prehliadači Internet Explorer). Medzitým budeme stránku vykresľovať bez štýlov a JavaScriptu, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu.
Mikrobiálna korózia (MIC) je vážnym problémom v mnohých odvetviach, pretože môže viesť k obrovským ekonomickým stratám. Superduplexná nehrdzavejúca oceľ 2707 (2707 HDSS) sa používa v morskom prostredí vďaka svojej vynikajúcej chemickej odolnosti. Jej odolnosť voči MIC však nebola experimentálne preukázaná. Táto štúdia skúmala správanie MIC 2707 HDSS spôsobeného morskou aeróbnou baktériou Pseudomonas aeruginosa. Elektrochemická analýza ukázala, že v prítomnosti biofilmu Pseudomonas aeruginosa v médiu 2216E dochádza k pozitívnej zmene korózneho potenciálu a zvýšeniu hustoty korózneho prúdu. Analýza röntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie (XPS) ukázala pokles obsahu Cr na povrchu vzorky pod biofilmom. Vizuálna analýza jamiek ukázala, že biofilm P. aeruginosa vytvoril maximálnu hĺbku jamiek 0,69 µm počas 14 dní inkubácie. Aj keď je to malé množstvo, naznačuje to, že 2707 HDSS nie je úplne imúnny voči MIC biofilmov P. aeruginosa.
Duplexné nehrdzavejúce ocele (DSS) sa široko používajú v rôznych odvetviach vďaka dokonalej kombinácii vynikajúcich mechanických vlastností a odolnosti proti korózii1,2. Avšak stále dochádza k lokálnej jamkovej tvorbe, ktorá 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 proti 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 prípadoch potrebné superduplexné nehrdzavejúce ocele (HDSS) s vyššou odolnosťou proti korózii. To viedlo k vývoju vysoko legovaných HDSS.
Odolnosť proti korózii DSS závisí od pomeru alfa a gama fáz a je ochudobnená o Cr, Mo a W v oblastiach 8, 9, 10 susediacich s druhou fázou. HDSS obsahuje vysoký obsah Cr, Mo a N11, preto má vynikajúcu odolnosť proti korózii a vysokú hodnotu (45-50) ekvivalentného čísla odolnosti proti jamkovej korózii (PREN) určeného ako hmotn. % Cr + 3,3 (hmotn. % Mo + 0,5 hmotn. % W) + 16 hmotn. % N12. Jeho vynikajúca odolnosť proti korózii závisí od vyváženého zloženia obsahujúceho približne 50 % feritických (α) a 50 % austenitických (γ) fáz. HDSS má lepšie mechanické vlastnosti a vyššiu odolnosť voči chloridovej korózii. Zlepšená odolnosť proti korózii rozširuje použitie HDSS v agresívnejších chloridových prostrediach, ako je napríklad morské prostredie.
MIC sú hlavným problémom v mnohých odvetviach, ako je ropný, plynárenský a vodárenský priemysel14. 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 požierajú kovy, aby získali energiu potrebnú 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 sprostredkovatelia urýchľujú prenos elektrónov medzi bunkami Desulfovibrio sessificans a nehrdzavejúcou oceľou 304, čo vedie k závažnejšiemu napadnutiu MIC. Anning a kol.19 a Wenzlaff a kol.20 ukázali, že biofilmy korozívnych sulfát redukujúcich baktérií (SRB) môžu priamo absorbovať elektróny z kovových substrátov, čo vedie k silnému bodkovaniu.
Je známe, že DSS je citlivý na MIC v médiách obsahujúcich SRB, baktérie redukujúce železo (IRB) atď.21. Tieto baktérie spôsobujú lokalizované jamky na povrchu DSS pod biofilmami22,23. Na rozdiel od DSS, MIC HDSS24 nie je dobre 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 zvýšené koncentrácie MIC. Pseudomonas sa aktívne podieľa na procese korózie 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 2707 HDSS spôsobeného morskou aeróbnou baktériou Pseudomonas aeruginosa pomocou elektrochemických metód, metód povrchovej analýzy a analýzy produktov korózie. Na štúdium správania MIC 2707 HDSS boli vykonané elektrochemické štúdie vrátane potenciálu otvoreného obvodu (OCP), lineárneho polarizačného odporu (LPR), elektrochemickej impedančnej spektroskopie (EIS) a potenciálnej dynamickej polarizácie. Na detekciu chemických prvkov na skorodovanom povrchu bola vykonaná energeticky disperzná spektrometrická analýza (EDS). Okrem toho bola použitá röntgenová fotoelektrónová spektroskopia (XPS) na stanovenie stability pasivácie oxidového filmu pod vplyvom morského prostredia obsahujúceho Pseudomonas aeruginosa. Hĺbka jamiek bola meraná pod konfokálnym laserovým skenovacím mikroskopom (CLSM).
Tabuľka 1 zobrazuje chemické zloženie 2707 HDSS. Tabuľka 2 ukazuje, že 2707 HDSS má vynikajúce mechanické vlastnosti s medzou klzu 650 MPa. Na obr. 1 je znázornená optická mikroštruktúra rozpúšťaním tepelne spracovaného 2707 HDSS. V mikroštruktúre obsahujúcej približne 50 % austenitových a 50 % feritových fáz sú viditeľné predĺžené pásy austenitových a feritových fáz bez sekundárnych fáz.
Na obr. 2a je znázornený potenciál 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 sa, že k najväčšej a najvýznamnejšej zmene Eocp dochádza v priebehu prvých 24 hodín. Hodnoty Eocp v oboch prípadoch dosiahli vrchol pri -145 mV (v porovnaní s SCE) okolo 16 hodín a potom prudko klesli, pričom dosiahli -477 mV (v porovnaní s SCE) a -236 mV (v porovnaní s SCE) pre abiotickú vzorku a -236 mV (v porovnaní s SCE) pre vzorky P. aeruginosa. Po 24 hodinách bola hodnota Eocp 2707 HDSS pre P. aeruginosa relatívne stabilná pri -228 mV (v porovnaní s SCE), zatiaľ čo zodpovedajúca hodnota pre nebiologické vzorky bola približne -442 mV (v porovnaní s SCE). Eocp v prítomnosti P. aeruginosa bol pomerne nízky.
Elektrochemická štúdia 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 zobrazuje parametre elektrochemickej korózie 2707 vzoriek HDSS vystavených abiotickému médiu a médiu naočkovanému Pseudomonas aeruginosa počas 14 dní. Tangency anódových a katódových kriviek boli extrapolované, aby sa získali priesečníky udávajúce hustotu korózneho prúdu (icorr), korózny potenciál (Ecorr) a Tafelov sklon (βα a βc) podľa štandardných metód30,31.
Ako je znázornené na obr. 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 štyrikrát viac ako v nebiologickej vzorke (0,087 µA cm-2).
LPR je klasická nedeštruktívna elektrochemická metóda pre rýchlu analýzu korózie. Používa sa aj na štúdium MIC32. Na obr. 2c je znázornený polarizačný odpor (Rp) ako funkcia času expozície. Vyššia hodnota Rp znamená menšiu koróziu. V priebehu prvých 24 hodín dosiahol Rp 2707 HDSS vrchol 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-Giriho rovnice:
Podľa Zoe a kol.33 bola typická hodnota Tafelovej krivky B v tejto práci stanovená na 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 hodnoty nebiologických kontrol. Tento trend je v súlade s výsledkami polarizačného odporu.
EIS je ďalšia nedeštruktívna metóda používaná na charakterizáciu elektrochemických reakcií na korodovaných povrchoch. Impedančné spektrá a vypočítané hodnoty kapacity vzoriek vystavených abiotickému prostrediu a roztoku Pseudomonas aeruginosa, odpor pasívneho filmu/biofilmu Rb vytvoreného na povrchu vzorky, odpor prenosu náboja Rct, kapacita elektrickej dvojvrstvy Cdl (EDL) a konštantné parametre fázového prvku QCPE (CPE). Tieto parametre boli ďalej analyzované fitovaním údajov pomocou modelu ekvivalentného obvodu (EEC).
Na obr. 3 sú znázornené typické Nyquistove grafy (a a b) a Bodeho grafy (a' a b') pre 2707 vzoriek HDSS v abiotickom médiu a bujóne P. aeruginosa pre rôzne inkubačné časy. Priemer Nyquistovho kruhu sa v prítomnosti Pseudomonas aeruginosa znižuje. Bodeho graf (obr. 3b') ukazuje nárast celkovej impedancie. Informácie o relaxačnej časovej konštante možno získať z fázových maxím. Na obr. 4 sú znázornené fyzikálne štruktúry založené na monovrstve (a) a dvojvrstve (b) a 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 hodnota KPI, j je imaginárne číslo alebo (-1)1/2, ω je uhlová frekvencia, n je index výkonu KPI menší ako jedna35. Inverzia odporu prenosu náboja (t. j. 1/Rct) zodpovedá rýchlosti korózie. Čím menší Rct, tým vyššia je 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 povlak biofilmu na povrchu vzorky HDSS 2707 je po 7 dňoch hustý. Po 14 dňoch však bolo pokrytie biofilmom slabé a objavili sa niektoré odumreté bunky. Tabuľka 5 zobrazuje hrúbku biofilmu na vzorkách HDSS 2707 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.
Elektromagnetické pole odhalilo 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 výrazne vyšší ako v čistých 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 boli v médiu 2216E pozorované jamky s a bez P. aeruginosa. Pred inkubáciou bol povrch vzoriek 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 obr. 7b a c. Na povrchu nebiologických kontrol sa nezistili žiadne zjavné jamky (maximálna hĺbka jamiek 0,02 µm). Maximálna hĺbka jamiek spôsobená P. aeruginosa bola 0,52 µm po 7 dňoch a 0,69 µm po 14 dňoch, na základe priemernej maximálnej hĺbky jamiek z 3 vzoriek (pre každú vzorku bolo vybraných 10 maximálnych hĺbok jamiek). Dosiahnutie 0,42 ± 0,12 µm a 0,52 ± 0,15 µm (tabuľka 5). Tieto hodnoty hĺbky jamiek sú malé, ale dôležité.
(a) pred expozíciou, (b) 14 dní v abiotickom prostredí a (c) 14 dní v bujóne Pseudomonas aeruginosa.
Na obr. Tabuľka 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 na úrovni jadra Cr2p fitovaná na štyri píkové zložky s väzbovými energiami (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 hlavnej úrovne Cr2p dva hlavné píky pre Cr (573,80 eV pre BE) a Cr2O3 (575,90 eV pre BE) na obr. 9c a d. Najvýraznejším rozdielom medzi abiotickými vzorkami a vzorkami 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 dvoch médiách sú 7 a 14 dní.
(a) 7 dní expozície P. aeruginosa, (b) 14 dní expozície P. aeruginosa, (c) 7 dní v abiotickom prostredí a (d) 14 dní v abiotickom prostredí.
HDSS vykazuje vysokú úroveň odolnosti proti korózii vo väčšine prostredí. Kim a kol.2 uviedli, že HDSS UNS S32707 bol identifikovaný ako vysoko legovaný DSS s PREN vyšším ako 45. Hodnota PREN vzorky 2707 HDSS v tejto práci bola 49. Je to spôsobené vysokým obsahom chrómu a vysokým obsahom molybdénu a niklu, ktoré sú užitočné v kyslom prostredí a prostrediach s vysokým obsahom chloridov. Okrem toho, vyvážené zloženie a bezchybná mikroštruktúra sú prospešné 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 biofilmu P. aeruginosa.
Elektrochemické výsledky ukázali, že rýchlosť korózie 2707 HDSS v bujóne P. aeruginosa sa po 14 dňoch významne zvýšila v porovnaní s nebiologickým prostredím. Na obrázku 2a bol pozorovaný pokles Eocp v abiotickom médiu aj v bujóne P. aeruginosa počas prvých 24 hodín. Potom biofilm úplne pokryje povrch vzorky a Eocp sa stáva relatívne stabilným36. Biologická hladina Eocp však bola oveľa vyššia ako nebiologická hladina Eocp. Existujú dôvody domnievať sa, že tento rozdiel súvisí s tvorbou biofilmov P. aeruginosa. Na obrázku 2d v prítomnosti P. aeruginosa dosiahla hodnota icorr 2707 HDSS 0,627 μA cm-2, čo je rádovo viac ako v abiotickej kontrole (0,063 μA cm-2), čo bolo v súlade s hodnotou Rct nameranou pomocou EIS. Počas prvých niekoľkých dní sa hodnoty impedancie v bujóne P. aeruginosa zvýšili v dôsledku prichytenia buniek P. aeruginosa a tvorby biofilmov. Keď však biofilm úplne pokryje povrch vzorky, impedancia sa zníži. Ochranná vrstva je napadnutá predovšetkým v dôsledku tvorby biofilmov a metabolitov biofilmu. V dôsledku toho sa odolnosť proti korózii časom znižovala a prichytenie P. aeruginosa spôsobilo lokalizovanú koróziu. Trendy v abiotických prostrediach boli odlišné. Odolnosť proti korózii nebiologickej kontroly bola oveľa vyššia ako zodpovedajúca hodnota vzoriek vystavených bujónu P. aeruginosa. Okrem toho v prípade abiotických prístupov dosiahla hodnota Rct 2707 HDSS na 14. deň 489 kΩ cm2, čo je 15-krát viac ako hodnota Rct (32 kΩ cm2) v prítomnosti P. aeruginosa. 2707 HDSS má teda vynikajúcu odolnosť voči korózii v sterilnom prostredí, ale nie je odolný voči MIC z biofilmov P. aeruginosa.
Tieto výsledky možno pozorovať aj z polarizačných kriviek na obr. 2b. Anodické vetvenie sa spája s tvorbou biofilmu Pseudomonas aeruginosa a reakciami oxidácie kovov. V tomto prípade je katódovou reakciou redukcia kyslíka. Prítomnosť P. aeruginosa významne zvýšila hustotu korózneho prúdu, približne o rád vyššie ako v abiotickej kontrole. To naznačuje, že biofilm P. aeruginosa zvyšuje lokalizovanú koróziu 2707 HDSS. Yuan a kol.29 zistili, že hustota korózneho prúdu zliatiny Cu-Ni 70/30 sa zvýšila pôsobením biofilmu P. aeruginosa. To môže byť spôsobené biokatalýzou redukcie kyslíka biofilmami Pseudomonas aeruginosa. Toto pozorovanie môže tiež vysvetliť MIC 2707 HDSS v tejto práci. Pod aeróbnymi biofilmami môže byť tiež menej kyslíka. Preto odmietnutie repasivácie kovového povrchu kyslíkom môže byť faktorom prispievajúcim 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 a hrúbka biofilmu sa po 14 dňoch znížili. To sa dá rozumne vysvetliť skutočnosťou, 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 prispel k lokálnemu úbytku Cr a Fe pod biofilmom na povrchu 2707 HDSS (obr. 6). Tabuľka 6 ukazuje zníženie Fe a Cr vo vzorke D v porovnaní so vzorkou C, čo naznačuje, že rozpustené Fe a Cr spôsobené biofilmom P. aeruginosa pretrvávali počas prvých 7 dní. Prostredie 2216E sa používa na simuláciu morského prostredia. Obsahuje 17 700 ppm Cl-, čo je porovnateľné s jeho obsahom v prírodnej morskej vode. Prítomnosť 17 700 ppm Cl- bola hlavným dôvodom poklesu 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 chlóru za abiotických podmienok. Na obr. 9 je znázornená prítomnosť Cr6+ v pasivačnom filme. Môže sa podieľať na odstraňovaní chrómu z oceľových povrchov biofilmami P. aeruginosa, ako naznačujú 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 prispela 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 očkovacom médiu po inkubácii bolo spôsobené metabolickou aktivitou P. aeruginosa a zistilo sa, že má rovnaký vplyv na pH aj bez testovacích prúžkov.
Ako je znázornené na obrázku 7, maximálna hĺbka jamiek spôsobená biofilmom P. aeruginosa bola 0,69 µm, čo je oveľa viac ako v abiotickom médiu (0,02 µm). To je v súlade s vyššie opísanými elektrochemickými údajmi. Hĺbka jamiek 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 ako 2205 DSS. To by nemalo byť prekvapením, pretože 2707 HDSS má vyššie hladiny Cr, ktoré zabezpečujú dlhšiu pasiváciu, ťažšie sa depasivuje P. aeruginosa a vďaka svojej vyváženej fázovej štruktúre bez škodlivého sekundárneho precipitátu spôsobuje jamky.
Záverom možno konštatovať, že na povrchu 2707 HDSS v bujóne P. aeruginosa boli nájdené jamky MIC v porovnaní s nevýznamnými jamkami v abiotickom prostredí. 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 výsledky pomáhajú pri výbere vhodných nehrdzavejúcich ocelí a predpokladanej dĺžky životnosti pre morské prostredie.
Kupón na 2707 HDSS poskytol Metalurgický fakultný odbor Northeastern University (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 na pevný roztok pri teplote 1180 °C počas 1 hodiny. Pred koróznymi testami bol 2707 HDSS v tvare mince s hornou otvorenou plochou 1 cm2 vyleštený na zrnitosť 2000 brúsnym papierom z karbidu kremíka a potom vyleštený práškovou suspenziou Al2O3 s veľkosťou zrna 0,05 µm. Boky a spodok sú chránené inertnou farbou. Po vysušení boli vzorky umyté 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 morskej Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 bol zakúpený od Centra pre zber morských kultúr Xiamen (MCCC) v Číne. Pseudomonas aeruginosa bola pestovaná za aeróbnych podmienok pri teplote 37 °C v 250 ml bankách a 500 ml sklenených elektrochemických článkoch s použitím tekutého média Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Čína). Médium obsahuje (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 peptónu, 1,0 kvasničného extraktu a 0,1 citrátu železa. 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 planktónovej Pseudomonas aeruginosa bezprostredne po inokulácii bola približne 106 buniek/ml.
Elektrochemické testy sa uskutočnili v klasickej trojelektródovej sklenenej cele s objemom média 500 ml. Platinový plech a nasýtená kalomelová elektróda (SAE) 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 pogumovaný medený drôt a pokrytý epoxidovou živicou, pričom na jednej strane zostala približne 1 cm2 nechránenej plochy pre pracovnú elektródu. 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 až 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 zmene potenciálu boli elektródy v kľudovom režime, kým sa nedosiahla stabilná hodnota voľného korózneho potenciálu. Polarizačné krivky sa potom merali od -0,2 do 1,5 V ako funkcia 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 3-krát premyté fosfátom pufrovaným fyziologickým roztokom (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) a potom fixované 2,5 % (obj./obj.) glutaraldehydom počas 10 hodín, aby sa fixovali biofilmy. Následne boli pred sušením na vzduchu dehydratované dávkovým etanolom (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % a 100 % objemových). Nakoniec bol na povrch vzorky nanesený zlatý film, aby sa zabezpečila vodivosť pre pozorovanie SEM. Snímky SEM boli zaostrené na miesta s najsesilnejšími bunkami P. aeruginosa na povrchu každej vzorky. Na nájdenie chemických prvkov bola vykonaná EDS analýza. Na meranie hĺbky jamky bol použitý konfokálny laserový skenovací mikroskop Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Nemecko). Na pozorovanie koróznych jamiek pod biofilmom bola testovaná vzorka najskôr vyčistená podľa čínskej národnej normy (CNS) GB/T4334.4-2000, aby sa z povrchu testovanej vzorky odstránili produkty korózie a biofilm.
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 väzbových energií 0 za štandardných podmienok –1350 eV. Spektrá s vysokým rozlíšením sa zaznamenávali s použitím prenosovej energie 50 eV a kroku 0,2 eV.
Inkubované vzorky boli vybraté a jemne premyté PBS (pH 7,4 ± 0,2) počas 15 sekúnd a 45 sekúnd. Na pozorovanie bakteriálnej životaschopnosti biofilmov na vzorkách boli biofilmy farbené 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). V CLSM predstavujú fluorescenčné zelené a červené bodky živé a mŕtve bunky. Na farbenie sa 1 ml zmesi obsahujúcej 3 µl roztoku SYTO-9 a 3 µl roztoku PI inkuboval 20 minút pri izbovej teplote (23 °C) v tme. Následne boli farbené vzorky skúmané 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. The Science. 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 chloridových roztokoch za prítomnosti tiosíranu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. a Zucchi, F. Praskanie v dôsledku korózie pod napätím duplexnej nehrdzavejúcej ocele LDX 2101 v chloridových roztokoch za prítomnosti tiosíranu. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. стали LDX 2101 v растворах хлоридов v присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. a Zucchi, F. Praskanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele LDX 2101 v dôsledku korózie pod napätím v chloridových roztokoch za prítomnosti tiosíranu. 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nehrdzavejúca oceľ在福代sulfate分下下南性性生于中僂像剣譧澾像剣譧福代sulfate Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. стали LDX 2101 v растворе хлорида v присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. a Zucchi, F. Praskanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele LDX 2101 v chloridovom roztoku za prítomnosti tiosíranu v dôsledku korózie pod napätím.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 hyperduplexných nehrdzavejúcich ocelí proti bodkovej korózii. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Vplyv rozpúšťacieho tepelného spracovania a dusíka v ochrannom plyne na odolnosť zvarov hyperduplexných nehrdzavejúcich ocelí proti bodkovej korózii.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Vplyv rozpúšťacieho tepelného spracovania a dusíka v ochrannom plyne na odolnosť zvarov hyperduplexnej nehrdzavejúcej ocele proti bodkovej korózii. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YSKim, 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.koros. veda. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. a Lewandowski, Z. Porovnávacia štúdia v chémii mikrobiálne a elektrochemicky indukovanej jamkovej korozívnej úpravy nehrdzavejúcej ocele 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. a Lewandowski, Z. Porovnávacia štúdia v chémii mikrobiálne a elektrochemicky indukovanej jamkovej korozívnej úpravy nehrdzavejúcej ocele 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. a Lewandowski, Z. Porovnávacia chemická štúdia mikrobiologickej a elektrochemickej jamkovej korózie nehrdzavejúcej ocele 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的316L Shi, X., Avci, R., Geiser, M. a Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. a Lewandowski, Z. Porovnávacia chemická štúdia mikrobiologickej a elektrochemicky indukovanej jamkovej skoduľovanosti v nehrdzavejúcej oceli 316L.koros. veda. 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. Luo, H., Dong, CF, Li, XG a Xiao, K. Elektrochemické správanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele 2205 v alkalických roztokoch s rôznym pH v prítomnosti chloridu.Luo H., Dong KF, Lee HG a Xiao K. Elektrochemické správanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele 2205 v alkalických roztokoch s rôznym pH v prítomnosti chloridu. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH Luo, H., Dong, CF, Li, XG a Xiao, K. 2205 Elektrochemické správanie nehrdzavejúcej ocele 双相 v prítomnosti chloridu pri rôznom pH v alkalickom roztoku.Luo H., Dong KF, Lee HG a Xiao K. Elektrochemické správanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele 2205 v alkalických roztokoch s rôznym pH v prítomnosti chloridu.Časopis Electrochem. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS a Ray, RI Vplyv morských biofilmov na koróziu: Stručný prehľad. Little, BJ, Lee, JS a Ray, RI Vplyv morských biofilmov na koróziu: Stručný prehľad.Little, BJ, Lee, JS a Ray, RI Účinky morských biofilmov na koróziu: Stručný prehľad. 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 a Ray, RILittle, BJ, Lee, JS a Ray, RI Účinky morských biofilmov na koróziu: Stručný prehľad.Časopis Electrochem. 54, 2-7 (2008).