Hvala, ker ste obiskali Nature.com. Različica brskalnika, ki jo uporabljate, ima omejeno podporo za CSS. Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali izklopite način združljivosti v Internet Explorerju). Medtem bomo za zagotovitev nadaljnje podpore spletno mesto prikazali brez slogov in JavaScripta.
Mikrobna korozija (MIC) je resen problem v mnogih panogah, saj lahko povzroči ogromne gospodarske izgube. Super dupleks nerjaveče jeklo 2707 (2707 HDSS) se zaradi svoje odlične kemične odpornosti uporablja v morskem okolju. Vendar pa njegova odpornost na MIC ni bila eksperimentalno dokazana. V tej študiji je bilo raziskano obnašanje MIC 2707 HDSS, ki ga povzroča morska aerobna bakterija Pseudomonas aeruginosa. Elektrokemijska analiza je pokazala, da je v prisotnosti biofilma Pseudomonas aeruginosa v mediju 2216E prišlo do pozitivne spremembe korozijskega potenciala in povečanja gostote korozijskega toka. Analiza z rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo (XPS) je pokazala zmanjšanje vsebnosti Cr na površini vzorca pod biofilmom. Slikovna analiza jamic je pokazala, da je biofilm P. aeruginosa v 14 dneh inkubacije ustvaril jamico z največjo globino 0,69 μm. Čeprav je to majhno število, kaže, da 2707 HDSS ni popolnoma imun na MIC P. aeruginosa. biofilmi.
Dupleksna nerjavna jekla (DSS) se pogosto uporabljajo v različnih panogah zaradi idealne kombinacije odličnih mehanskih lastnosti in odpornosti proti koroziji1,2. Vendar pa se še vedno pojavlja lokalizirano jamkanje, ki vpliva na celovitost tega jekla3,4. DSS ni odporen proti mikrobni koroziji (MIC)5,6. Kljub širokemu spektru uporabe DSS še vedno obstajajo okolja, kjer korozijska odpornost DSS ni zadostna za dolgotrajno uporabo. To pomeni, da so potrebni dražji materiali z višjo korozijsko odpornostjo. Jeon in sod.7 so ugotovili, da imajo tudi super dupleksna nerjavna jekla (SDSS) nekatere omejitve glede korozijske odpornosti. Zato so v nekaterih aplikacijah potrebna super dupleksna nerjavna jekla (HDSS) z višjo korozijsko odpornostjo. To je privedlo do razvoja visoko legiranih HDSS.
Korozijska odpornost DSS je odvisna od razmerja alfa in gama faz ter območij 8, 9, 10, osiromašenih s Cr, Mo in W, ki mejijo na drugo fazo. HDSS vsebuje visoko vsebnost Cr, Mo in N11, zato ima odlično korozijsko odpornost in visoko vrednost (45-50) ekvivalentnega števila odpornosti proti jamkam (PREN), določenega z mas. % Cr + 3,3 (mas. % Mo + 0,5 mas. % W) + 16 mas. % N12. Njegova odlična korozijska odpornost temelji na uravnoteženi sestavi, ki vsebuje približno 50 % feritne (α) in 50 % avstenitne (γ) faze, HDSS pa ima boljše mehanske lastnosti in večjo odpornost kot običajni DSS13. Lastnosti proti koroziji s kloridi. Izboljšana korozijska odpornost širi uporabo HDSS v bolj korozivnih kloridnih okoljih, kot so morska okolja.
MIC so velik problem v številnih panogah, kot so naftna in plinska industrija ter vodovodne inštalacije14. MIC predstavlja 20 % vse korozijske škode15. MIC je bioelektrokemična korozija, ki jo lahko opazimo v številnih okoljih. Biofilmi, ki nastanejo na kovinskih površinah, spreminjajo elektrokemične pogoje in s tem vplivajo na proces korozije. Splošno prepričanje je, da korozijo MIC povzročajo biofilmi. Elektrogeni mikroorganizmi korodirajo kovine, da pridobijo energijo za preživetje17. Nedavne študije MIC so pokazale, da je EET (zunajcelični prenos elektronov) dejavnik, ki omejuje hitrost MIC, ki ga povzročajo elektrogeni mikroorganizmi. Zhang in sod.18 so pokazali, da elektronski mediatorji pospešijo prenos elektronov med celicami Desulfovibrio sessificans in nerjavnim jeklom 304, kar vodi do hujšega napada MIC. Enning in sod.19 ter Venzlaff in sod.20 so pokazali, da lahko biofilmi korozivnih sulfatno reducirajočih bakterij (SRB) neposredno absorbirajo elektrone iz kovinskih substratov, kar povzroči hudo jamkasto korozijo.
Znano je, da je DSS občutljiv na MIC v okoljih, ki vsebujejo SRB, železo reducirajoče bakterije (IRB) itd.21. Te bakterije povzročajo lokalizirano jamkanje na površinah DSS pod biofilmi22,23. Za razliko od DSS je MIC HDSS24 slabo znana.
Pseudomonas aeruginosa je gramnegativna gibljiva paličasta bakterija, ki je v naravi široko razširjena25. Pseudomonas aeruginosa je tudi pomembna mikrobna skupina v morskem okolju, ki povzroča MIC v jeklu. Pseudomonas je tesno vpleten v korozijske procese in velja za pionirskega kolonizatorja med nastajanjem biofilma. Mahat in sod.28 ter Yuan in sod.29 so pokazali, da ima Pseudomonas aeruginosa tendenco povečati hitrost korozije mehkega jekla in zlitin v vodnem okolju.
Glavni cilj tega dela je bil raziskati lastnosti minimalne inhibicije (MIK) korodiranega nerjavnega jekla 2707 HDSS, ki ga povzroča morska aerobna bakterija Pseudomonas aeruginosa, z uporabo elektrokemijskih metod, tehnik površinske analize in analize produktov korozije. Za preučevanje obnašanja MIC nerjavnega jekla 2707 HDSS so bile izvedene elektrokemijske študije, vključno s potencialom odprtega tokokroga (OCP), linearno polarizacijsko upornostjo (LPR), elektrokemijsko impedančno spektroskopijo (EIS) in potencialno dinamično polarizacijo. Za iskanje kemičnih elementov na korodirani površini je bila izvedena analiza z energijsko disperzijskim spektrometrom (EDS). Poleg tega je bila za določitev stabilnosti pasivizacije oksidnega filma pod vplivom morskega okolja, ki vsebuje Pseudomonas aeruginosa, uporabljena analiza z rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo (XPS). Globina jame je bila izmerjena s konfokalnim laserskim vrstičnim mikroskopom (CLSM).
V tabeli 1 je navedena kemična sestava 2707 HDSS. V tabeli 2 je razvidno, da ima 2707 HDSS odlične mehanske lastnosti z mejo tečenja 650 MPa. Slika 1 prikazuje optično mikrostrukturo 2707 HDSS, obdelanega s toplotno raztopino. V mikrostrukturi, ki vsebuje približno 50 % avstenita in 50 % feritnih faz, so vidni podolgovati pasovi avstenitnih in feritnih faz brez sekundarnih faz.
Slika 2a prikazuje podatke o potencialu odprtega vezja (Eocp) v odvisnosti od časa izpostavljenosti za 2707 HDSS v abiotskem gojišču 2216E in brozgi P. aeruginosa 14 dni pri 37 °C. Kaže, da se največja in pomembna sprememba Eocp pojavi v prvih 24 urah. Vrednosti Eocp so v obeh primerih dosegle vrh pri -145 mV (v primerjavi s SCE) okoli 16 ur, nato pa so močno padle in dosegle -477 mV (v primerjavi s SCE) oziroma -236 mV (v primerjavi s SCE) za abiotski vzorec oziroma P. Kuponi za Pseudomonas aeruginosa. Po 24 urah je bila vrednost Eocp 2707 HDSS za P. aeruginosa relativno stabilna pri -228 mV (v primerjavi s SCE), medtem ko je bila ustrezna vrednost za nebiološke vzorce približno -442 mV (v primerjavi s SCE). Eocp v prisotnosti P. aeruginosa je bil precej nizek.
Elektrokemijsko testiranje 2707 vzorcev HDSS v abiotskem gojišču in bujonu Pseudomonas aeruginosa pri 37 °C:
(a) Eocp kot funkcija časa izpostavljenosti, (b) polarizacijske krivulje na 14. dan, (c) Rp kot funkcija časa izpostavljenosti in (d) icorr kot funkcija časa izpostavljenosti.
V tabeli 3 so navedene vrednosti parametrov elektrokemične korozije 2707 vzorcev HDSS, ki so bili 14 dni izpostavljeni abiotskemu mediju in mediju, inokuliranemu s Pseudomonas aeruginosa. Tangente anodne in katodne krivulje so bile ekstrapolirane, da bi se dobila presečišča, ki so dala gostoto korozijskega toka (icorr), korozijski potencial (Ecorr) in Tafelove naklone (βα in βc) v skladu s standardnimi metodami30,31.
Kot je prikazano na sliki 2b, je premik krivulje P. aeruginosa navzgor povzročil povečanje Ecorr v primerjavi z abiotsko krivuljo. Vrednost icorr, ki je sorazmerna s hitrostjo korozije, se je v vzorcu Pseudomonas aeruginosa povečala na 0,328 μA cm-2, kar je štirikrat več kot v nebiološkem vzorcu (0,087 μA cm-2).
LPR je klasična nedestruktivna elektrokemijska metoda za hitro analizo korozije. Uporabljena je bila tudi za preučevanje MIC32. Slika 2c prikazuje polarizacijsko upornost (Rp) kot funkcijo časa izpostavljenosti. Višja vrednost Rp pomeni manjšo korozijo. V prvih 24 urah je Rp 2707 HDSS dosegel največjo vrednost 1955 kΩ cm2 za abiotske vzorce in 1429 kΩ cm2 za vzorce Pseudomonas aeruginosa. Slika 2c tudi kaže, da se je vrednost Rp po enem dnevu hitro zmanjšala in nato ostala relativno nespremenjena naslednjih 13 dni. Vrednost Rp vzorca Pseudomonas aeruginosa je približno 40 kΩ cm2, kar je precej nižje od vrednosti 450 kΩ cm2 nebiološkega vzorca.
Vrednost icorr je sorazmerna z enakomerno hitrostjo korozije. Njeno vrednost lahko izračunamo po naslednji Stern-Gearyjevi enačbi,
Po Zou et al.33 je bila v tem delu predpostavljena tipična vrednost Tafelovega naklona B 26 mV/dec. Slika 2d kaže, da je icorr nebiološkega vzorca 2707 ostal relativno stabilen, medtem ko je vzorec P. aeruginosa po prvih 24 urah močno nihal. Vrednosti icorr vzorcev P. aeruginosa so bile za velikostni red višje kot pri nebioloških kontrolnih vzorcih. Ta trend je skladen z rezultati polarizacijske upornosti.
EIS je še ena nedestruktivna tehnika, ki se uporablja za karakterizacijo elektrokemijskih reakcij na korodiranih vmesnikih. Impedančni spektri in izračunane vrednosti kapacitivnosti vzorcev, izpostavljenih abiotskim medijem in raztopini Pseudomonas aeruginosa, upornost Rb pasivnega filma/biofilma, ki je nastal na površini vzorca, upornost prenosa naboja Rct, kapacitivnost dvojne električne plasti Cdl (EDL) in parametri konstantnega faznega elementa QCPE (CPE). Ti parametri so bili nadalje analizirani s prilagajanjem podatkov z uporabo modela ekvivalentnega vezja (EEC).
Slika 3 prikazuje tipične Nyquistove diagrame (a in b) in Bodejeve diagrame (a' in b') 2707 vzorcev HDSS v abiotskem mediju in juhi P. aeruginosa za različne čase inkubacije. Premer Nyquistovega obroča se zmanjša v prisotnosti Pseudomonas aeruginosa. Bodejev diagram (slika 3b') kaže povečanje velikosti celotne impedance. Informacije o konstanti relaksacijskega časa lahko zagotovimo s faznimi maksimumi. Slika 4 prikazuje fizikalne strukture na osnovi enosloja (a) in dvosloja (b) ter njihove ustrezne EEC. CPE je uveden v model EEC. Njegova admitanca in impedanca sta izraženi na naslednji način:
Dva fizikalna modela in ustrezna ekvivalentna vezja za prilagajanje impedančnega spektra vzorca 2707 HDSS:
kjer je Y0 magnituda CPE, j je imaginarno število ali (-1)1/2, ω je kotna frekvenca in n je indeks moči CPE, manjši od ena35. Inverzna vrednost upora prenosa naboja (tj. 1/Rct) ustreza hitrosti korozije. Manjši Rct pomeni hitrejšo hitrost korozije27. Po 14 dneh inkubacije je Rct vzorcev Pseudomonas aeruginosa dosegel 32 kΩ cm2, kar je veliko manj kot 489 kΩ cm2 nebioloških vzorcev (tabela 4).
Slike CLSM in SEM na sliki 5 jasno kažejo, da je pokritost z biofilmom na površini vzorca 2707 HDSS po 7 dneh gosta. Vendar pa je bila po 14 dneh pokritost z biofilmom redka in pojavile so se nekatere odmrle celice. Tabela 5 prikazuje debelino biofilma na vzorcih 2707 HDSS po izpostavljenosti P. aeruginosa 7 in 14 dni. Največja debelina biofilma se je spremenila z 23,4 μm po 7 dneh na 18,9 μm po 14 dneh. Povprečna debelina biofilma je prav tako potrdila ta trend. Zmanjšala se je z 22,2 ± 0,7 μm po 7 dneh na 17,8 ± 1,0 μm po 14 dneh.
(a) 3D-slika CLSM po 7 dneh, (b) 3D-slika CLSM po 14 dneh, (c) SEM-slika po 7 dneh in (d) SEM-slika po 14 dneh.
EDS je razkril kemične elemente v biofilmih in korozijskih produktih na vzorcih, ki so bili 14 dni izpostavljeni P. aeruginosa. Slika 6 kaže, da je vsebnost C, N, O in P v biofilmih in korozijskih produktih veliko višja kot v golih kovinah, ker so ti elementi povezani z biofilmi in njihovimi metaboliti. Mikrobi potrebujejo le sledove kroma in železa. Visoke ravni Cr in Fe v biofilmu in korozijskih produktih na površini vzorcev kažejo, da je kovinska matrica zaradi korozije izgubila elemente.
Po 14 dneh so v gojišču 2216E opazili jamice z in brez P. aeruginosa. Pred inkubacijo je bila površina vzorca gladka in brez napak (slika 7a). Po inkubaciji in odstranitvi biofilma in produktov korozije so bile najgloblje jamice na površini vzorcev pregledane pod CLSM, kot je prikazano na sliki 7b in c. Na površini nebioloških kontrolnih vzorcev niso bile najdene očitne jamice (največja globina jamice 0,02 μm). Največja globina jamice, ki jo je povzročila Pseudomonas aeruginosa, je bila po 7 dneh 0,52 μm in po 14 dneh 0,69 μm, kar je na podlagi povprečne največje globine jamice 3 vzorcev (za vsak vzorec je bilo izbranih 10 največjih vrednosti globine jamice) doseglo 0,42 ± 0,12 μm oziroma 0,52 ± 0,15 μm (tabela 5). Te vrednosti globine jamice so majhne, ​​vendar pomembne.
(a) Pred izpostavljenostjo, (b) 14 dni v abiotskem gojišču in (c) 14 dni v bujonu Pseudomonas aeruginosa.
Slika 8 prikazuje XPS spektre različnih površin vzorcev, kemijske sestave, analizirane za vsako površino, pa so povzete v tabeli 6. V tabeli 6 so bili atomski odstotki Fe in Cr v prisotnosti P. aeruginosa (vzorca A in B) precej nižji kot v nebioloških kontrolnih vzorcih (vzorca C in D). Za vzorec P. aeruginosa je bila spektralna krivulja na ravni jedra Cr 2p prilagojena štirim komponentam vrhov z vrednostmi vezavne energije (BE) 574,4, 576,6, 578,3 in 586,8 eV, ki jih je mogoče pripisati Cr, Cr2O3, CrO3 in Cr(OH)3 (slika 9a in b). Za nebiološke vzorce spekter na ravni jedra Cr 2p vsebuje dva glavna vrhova za Cr (573,80 eV za BE) in Cr2O3 (575,90 eV za BE) na sliki 9c in d. Najbolj presenetljiva razlika med Pri abiotskih vzorcih in vzorcih P. aeruginosa je bila pod biofilmom prisotnost Cr6+ in višji relativni delež Cr(OH)3 (BE 586,8 eV).
Široki XPS spektri površine vzorca 2707 HDSS v obeh medijih so 7 oziroma 14 dni.
(a) 7 dni izpostavljenosti P. aeruginosa, (b) 14 dni izpostavljenosti P. aeruginosa, (c) 7 dni v abiotskem mediju in (d) 14 dni v abiotskem mediju.
HDSS kaže visoko stopnjo odpornosti proti koroziji v večini okolij. Kim in sod.2 so poročali, da je bil UNS S32707 HDSS opredeljen kot visoko legiran DSS s PREN več kot 45. Vrednost PREN vzorca 2707 HDSS v tem delu je bila 49. To je posledica visoke vsebnosti kroma ter visokih ravni molibdena in niklja, ki so koristni v kislih in visoko kloridnih okoljih. Poleg tega sta dobro uravnotežena sestava in mikrostruktura brez napak koristni za strukturno stabilnost in odpornost proti koroziji. Vendar pa kljub odlični kemični odpornosti eksperimentalni podatki v tem delu kažejo, da 2707 HDSS ni popolnoma imun na MIC biofilmov P. aeruginosa.
Elektrokemijski rezultati so pokazali, da se je hitrost korozije 2707 HDSS v juhi P. aeruginosa po 14 dneh znatno povečala v primerjavi z nebiološkim medijem. Na sliki 2a je bilo v prvih 24 urah opaženo zmanjšanje Eocp tako v abiotskem mediju kot v juhi P. aeruginosa. Nato je biofilm popolnoma prekril površino vzorca in Eocp je postal relativno stabilen36. Vendar je bila raven biološkega Eocp veliko višja kot pri nebiološkem Eocp. Obstaja razlog za domnevo, da je ta razlika posledica nastanka biofilma P. aeruginosa. Na sliki 2d je v prisotnosti P. aeruginosa vrednost icorr 2707 HDSS dosegla 0,627 μA cm-2, kar je bilo za velikostni red več kot pri abiotski kontroli (0,063 μA cm-2), kar je bilo skladno z vrednostjo Rct, izmerjeno z EIS. V prvih nekaj dneh so bile vrednosti impedance v P. Juha P. aeruginosa se je povečala zaradi pritrditve celic P. aeruginosa in nastanka biofilmov. Ko pa biofilm popolnoma prekrije površino vzorca, se impedanca zmanjša. Zaščitna plast je najprej napadena zaradi nastanka biofilmov in metabolitov biofilma. Zato se je odpornost proti koroziji sčasoma zmanjšala, pritrditev P. aeruginosa pa je povzročila lokalizirano korozijo. Trendi v abiotskih medijih so bili drugačni. Odpornost proti koroziji nebiološke kontrole je bila veliko višja od ustrezne vrednosti vzorcev, izpostavljenih juhi P. aeruginosa. Poleg tega je pri abiotskih vzorcih vrednost Rct za 2707 HDSS 14. dan dosegla 489 kΩ cm2, kar je 15-krat več od vrednosti Rct (32 kΩ cm2) v prisotnosti P. aeruginosa. Zato ima 2707 HDSS odlično odpornost proti koroziji v sterilnem okolju, vendar ni odporen na napad MIC s strani biofilmov P. aeruginosa.
Te rezultate je mogoče opaziti tudi iz polarizacijskih krivulj na sliki 2b. Anodno razvejanje je bilo pripisano nastanku biofilma Pseudomonas aeruginosa in reakcijam oksidacije kovin. Hkrati je katodna reakcija redukcija kisika. Prisotnost P. aeruginosa je močno povečala gostoto korozijskega toka, približno za velikostni red več kot v abiotski kontroli. To kaže, da biofilm P. aeruginosa povečuje lokalizirano korozijo 2707 HDSS. Yuan in sod.29 so ugotovili, da se je gostota korozijskega toka zlitine 70/30 Cu-Ni povečala pod vplivom biofilma P. aeruginosa. To je lahko posledica biokatalize redukcije kisika z biofilmi Pseudomonas aeruginosa. To opažanje lahko pojasni tudi minimalno inhibitorno vrednost (MIC) 2707 HDSS v tem delu. Aerobni biofilmi imajo lahko pod seboj tudi manj kisika. Zato je lahko nezmožnost ponovne pasivizacije kovinske površine s kisikom dejavnik, ki prispeva k MIC v tem delu.
Dickinson in sodelavci38 so predlagali, da na hitrost kemijskih in elektrokemijskih reakcij neposredno vplivata presnovna aktivnost sesilnih bakterij na površini vzorca in narava korozijskih produktov. Kot je prikazano na sliki 5 in v tabeli 5, se je po 14 dneh zmanjšalo tako število celic kot debelina biofilma. To je mogoče razumno pojasniti, da je po 14 dneh večina sesilnih celic na površini 2707 HDSS umrla zaradi izčrpavanja hranil v gojišču 2216E ali sproščanja strupenih kovinskih ionov iz matrice 2707 HDSS. To je omejitev šaržnih poskusov.
V tem delu je biofilm P. aeruginosa spodbujal lokalno izčrpavanje Cr in Fe pod biofilmom na površini 2707 HDSS (slika 6). V tabeli 6 je prikazano zmanjšanje Fe in Cr v vzorcu D v primerjavi z vzorcem C, kar kaže, da sta raztopljena Fe in Cr, ki ju je povzročil biofilm P. aeruginosa, vztrajala dlje kot prvih 7 dni. Za simulacijo morskega okolja se uporablja medij 2216E. Vsebuje 17700 ppm Cl-, kar je primerljivo s tistim v naravni morski vodi. Prisotnost 17700 ppm Cl- je bila glavni razlog za zmanjšanje Cr v 7- in 14-dnevnih abiotskih vzorcih, analiziranih z XPS. V primerjavi z vzorci P. aeruginosa je bilo raztapljanje Cr v abiotskih vzorcih veliko manjše zaradi močne odpornosti 2707 HDSS na Cl- v abiotskih okoljih. Slika 9 prikazuje prisotnost Cr6+ v pasivacijskem filmu. Lahko je vključen v odstranjevanje Cr z jeklenih površin s strani P. biofilmi aeruginosa, kot sta predlagala Chen in Clayton.
Zaradi rasti bakterij sta bili pH vrednosti gojišča pred in po gojenju 7,4 oziroma 8,2. Zato je pod biofilmom P. aeruginosa korozija z organskimi kislinami verjetno ni dejavnik, ki bi prispeval k temu delu zaradi relativno visokega pH v razsutem mediju. pH nebiološkega kontrolnega medija se v 14-dnevnem testnem obdobju ni bistveno spremenil (z začetnih 7,4 na končnih 7,5). Povečanje pH v inokulacijskem mediju po inkubaciji je bilo posledica presnovne aktivnosti P. aeruginosa in je imelo enak učinek na pH tudi brez testnih trakov.
Kot je prikazano na sliki 7, je bila največja globina jamice, ki jo je povzročil biofilm P. aeruginosa, 0,69 μm, kar je veliko več kot v abiotskem mediju (0,02 μm). To je skladno z zgoraj opisanimi elektrokemijskimi podatki. Globina jamice 0,69 μm je več kot desetkrat manjša od vrednosti 9,5 μm, zabeležene za 2205 DSS pod enakimi pogoji. Ti podatki kažejo, da ima 2707 HDSS boljšo odpornost proti MIC v primerjavi z 2205 DSS. To ne bi smelo biti presenetljivo, saj ima 2707 HDSS višjo vsebnost kroma, kar zagotavlja daljšo pasivacijo zaradi uravnotežene fazne strukture brez škodljivih sekundarnih oborin, zaradi česar je za P. aeruginosa težje depasivirati in začeti mrkniti točke.
Skratka, na površini 2707 HDSS v juhi P. aeruginosa so odkrili jamkasto korozijo zaradi MIC v primerjavi z zanemarljivim jamkasto korozijo v abiotskih medijih. To delo kaže, da ima 2707 HDSS boljšo odpornost proti MIC kot 2205 DSS, vendar zaradi biofilma P. aeruginosa ni popolnoma imun na MIC. Te ugotovitve pomagajo pri izbiri primernih nerjavnih jekel in ocenjeni življenjski dobi za morsko okolje.
Kupon za 2707 HDSS je zagotovila Metalurška fakulteta Severovzhodne univerze (NEU) v Shenyangu na Kitajskem. Elementarna sestava 2707 HDSS je prikazana v tabeli 1, ki jo je analiziral oddelek za analizo in testiranje materialov NEU. Vsi vzorci so bili obdelani z raztopino pri 1180 °C 1 uro. Pred korozijskim testiranjem je bil 2707 HDSS v obliki kovanca z zgornjo izpostavljeno površino 1 cm2 poliran do granulacije 2000 s silicijevim karbidnim papirjem in dodatno poliran s suspenzijo prahu Al2O3 z granulacijo 0,05 μm. Stranice in dno so zaščiteni z inertno barvo. Po sušenju so bili vzorci sprani s sterilno deionizirano vodo in sterilizirani s 75 % (v/v) etanolom 0,5 ure. Nato so bili pred uporabo sušeni na zraku pod ultravijolično (UV) svetlobo 0,5 ure.
Sev morske bakterije Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 je bil kupljen pri Centru za zbiranje morskih kultur Xiamen (MCCC) na Kitajskem. Bakterijo Pseudomonas aeruginosa smo aerobno gojili pri 37 °C v 250 ml bučkah in 500 ml elektrokemijskih steklenih celicah z uporabo tekočega medija Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kitajska). Medij (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 pepton, 1,0 kvasni ekstrakt in 0,1 železovega citrata. Pred inokulacijo avtoklavirajte pri 121 °C 20 minut. Preštejte sesilne in planktonske celice s hemocitometrom pod svetlobnim mikroskopom pri 400-kratni povečavi. Začetna koncentracija celic planktonske Pseudomonas aeruginosa takoj po inokulaciji je bila približno 106 celic/ml.
Elektrokemični testi so bili izvedeni v klasični stekleni celici s tremi elektrodami in prostornino medija 500 ml. Platinasta plošča in nasičena kalomelova elektroda (SCE) sta bili prek Lugginovih kapilar, napolnjenih s solnimi mostovi, priključeni na reaktor, ki sta služili kot protielektroda oziroma referenčna elektroda. Za izdelavo delovnih elektrod je bila na vsak vzorec pritrjena z gumo prevlečena bakrena žica in prekrita z epoksidno smolo, pri čemer je bila za delovno elektrodo izpostavljena približno 1 cm2 enostranske površine. Med elektrokemičnimi meritvami so bili vzorci postavljeni v medij 2216E in vzdrževani pri konstantni inkubacijski temperaturi (37 °C) v vodni kopeli. Podatki o OCP, LPR, EIS in potencialni dinamični polarizaciji so bili izmerjeni z uporabo potenciostata Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ZDA). Testi LPR so bili posneti s hitrostjo skeniranja 0,125 mV s-1 v območju od -5 do 5 mV z Eocp in frekvenco vzorčenja 1 Hz. EIS je bila izvedena s sinusnim valom v frekvenčnem območju od 0,01 do 10.000 Hz z uporabo napetosti 5 mV pri ustaljenem stanju Eocp. Pred prehodom na potencial so bile elektrode v načinu odprtega tokokroga, dokler ni bila dosežena stabilna vrednost potenciala prostega korozijskega potenciala. Nato so bile polarizacijske krivulje narisane od -0,2 do 1,5 V glede na Eocp s hitrostjo skeniranja 0,166 mV/s. Vsak test je bil ponovljen 3-krat z in brez P. aeruginosa.
Vzorci za metalografsko analizo so bili mehansko polirani z mokrim SiC papirjem granulacije 2000 in nato dodatno polirani s suspenzijo prahu Al2O3 granulacije 0,05 μm za optično opazovanje. Metalografska analiza je bila izvedena z optičnim mikroskopom. Vzorci so bili jedkani z 10 mas. % raztopino kalijevega hidroksida 43.
Po inkubaciji so vzorce trikrat sprali s fosfatno pufrirano raztopino soli (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) in nato 10 ur fiksirali z 2,5 % (v/v) glutaraldehidom, da so se fiksirali biofilmi. Nato so jih pred sušenjem na zraku dehidrirali z naraščajočim številom (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % in 100 % v/v) etanola. Na koncu je bila površina vzorca nabrizgana z zlatim filmom, da se zagotovi prevodnost za opazovanje s SEM. Slike SEM so bile fokusirane na mesta z najbolj sedečimi celicami P. aeruginosa na površini vsakega vzorca. Izvedli so EDS analizo za iskanje kemijskih elementov. Za merjenje globine jamice je bil uporabljen Zeissov konfokalni laserski vrstični mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Nemčija). Za opazovanje korozijskih jamic pod biofilmom je bil preskusni vzorec najprej očiščen v skladu s kitajskim nacionalnim standardom (CNS). GB/T4334.4-2000 za odstranitev korozijskih produktov in biofilma na površini preskušanca.
Analiza z rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo (XPS, sistem za analizo površin ESCALAB250, Thermo VG, ZDA) je bila izvedena z uporabo monokromatskega rentgenskega vira (aluminijasta linija Kα pri energiji 1500 eV in moči 150 W) v širokem območju vezavne energije od 0 do 1350 eV pri standardnih pogojih. Spektri visoke ločljivosti so bili posneti z uporabo prehodne energije 50 eV in koraka 0,2 eV.
Inkubirane vzorce smo odstranili in nežno spirali s PBS (pH 7,4 ± 0,2) 15 sekund in 45 sekund. Za opazovanje bakterijske viabilnosti biofilmov na vzorcih smo biofilme obarvali z uporabo kompleta LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, ZDA). Komplet vsebuje dve fluorescentni barvili, zeleno fluorescentno barvilo SYTO-9 in rdeče fluorescentno barvilo propidijev jodid (PI). Pri CLSM pike s fluorescentno zeleno in rdečo barvo predstavljajo žive oziroma mrtve celice. Za barvanje smo 1 ml mešanice, ki je vsebovala 3 μl raztopine SYTO-9 in 3 μl raztopine PI, inkubirali 20 minut pri sobni temperaturi (23 °C) v temi. Nato smo obarvane vzorce opazovali pri dveh valovnih dolžinah (488 nm za žive celice in 559 nm za mrtve celice) z uporabo naprave Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonska). Debelino biofilma smo merili v načinu 3D-skeniranja.
Kako citirati ta članek: Li, H. et al. Mikrobna korozija nerjavečega jekla 2707 super dupleks z morskim biofilmom Pseudomonas aeruginosa. science. Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. in Zucchi, F. Korozijsko razpokanje dupleksnega nerjavnega jekla LDX 2101 v raztopini klorida v prisotnosti tiosulfata. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS in Park, YS Vpliv toplotne obdelave z raztopino in dušika v zaščitnem plinu na odpornost zvarov super dupleksnega nerjavnega jekla proti koroziji z jamkami. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. in Lewandowski, Z. Primerjalna kemijska študija mikrobne in elektrokemično povzročene jamkaste korozije v nerjavnem jeklu 316L. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG in Xiao, K. Elektrokemijsko obnašanje nerjavečega jekla tipa 2205 dupleks v alkalnih raztopinah z različnim pH v prisotnosti klorida. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS in Ray, RI Vpliv morskih biofilmov na korozijo: jedrnat pregled. Electrochim.Journal.54, 2–7 (2008).