Tack för att du besöker Nature.com. Webbläsarversionen du använder har begränsat stöd för CSS. För bästa möjliga upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller stänger av kompatibilitetsläge i Internet Explorer). Under tiden, för att säkerställa fortsatt stöd, kommer vi att visa webbplatsen utan stilar och JavaScript.
Mikrobiell korrosion (MIC) är ett allvarligt problem i många industrier eftersom det kan orsaka enorma ekonomiska förluster. 2707 superduplex rostfritt stål (2707 HDSS) har använts i marina miljöer på grund av dess utmärkta kemiska resistens. Dess resistens mot MIC har dock inte visats experimentellt. I denna studie undersöktes MIC-beteendet hos 2707 HDSS orsakat av den marina aeroba bakterien Pseudomonas aeruginosa. Elektrokemisk analys visade att i närvaro av Pseudomonas aeruginosa-biofilm i 2216E-medium skedde en positiv förändring i korrosionspotentialen och en ökning av korrosionsströmtätheten. Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS)-analys visade en minskning av Cr-innehållet på ytan av provet under biofilmen. Avbildningsanalys av groparna visade att P. aeruginosa-biofilmen producerade ett maximalt gropdjup på 0,69 μm under 14 dagars inkubation. Även om detta är litet, indikerar det att 2707 HDSS inte är helt immun mot MIC hos P. aeruginosa biofilmer.
Duplexa rostfria stål (DSS) används ofta inom olika industrier för sin ideala kombination av utmärkta mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet1,2. Emellertid förekommer fortfarande lokal gropfrätning och det påverkar stålets integritet3,4. DSS är inte resistent mot mikrobiell korrosion (MIC)5,6. Trots det breda användningsområdet för DSS finns det fortfarande miljöer där korrosionsbeständigheten hos DSS inte är tillräcklig för långvarig användning. Detta innebär att dyrare material med högre korrosionsbeständighet krävs. Jeon et al7 fann att även superduplexa rostfria stål (SDSS) har vissa begränsningar när det gäller korrosionsbeständighet. Därför krävs superduplexa rostfria stål (HDSS) med högre korrosionsbeständighet i vissa tillämpningar. Detta ledde till utvecklingen av höglegerade HDSS.
Korrosionsbeständigheten hos DSS beror på förhållandet mellan alfa- och gammafaser och de Cr-, Mo- och W-utarmade områdena 8, 9, 10 intill den andra fasen. HDSS innehåller höga halter av Cr, Mo och N11, så det har utmärkt korrosionsbeständighet och ett högt värde (45-50) Pitting Resistance Equivalent Number (PREN), bestämt av viktprocent Cr + 3,3 (viktprocent Mo + 0,5 viktprocent W) + 16 viktprocent N12. Dess utmärkta korrosionsbeständighet är beroende av en balanserad sammansättning innehållande cirka 50 % ferrit (α) och 50 % austenit (γ) faser. HDSS har bättre mekaniska egenskaper och högre motståndskraft än konventionellt DSS13. Kloridkorrosionsegenskaper. Den förbättrade korrosionsbeständigheten utökar användningen av HDSS i mer korrosiva kloridmiljöer, såsom marina miljöer.
MIC är ett stort problem i många industrier, såsom olja och gas samt vattenbolag14. MIC står för 20 % av alla korrosionsskador15. MIC är bioelektrokemisk korrosion som kan observeras i många miljöer. Biofilmer som bildas på metallytor förändrar de elektrokemiska förhållandena och påverkar därmed korrosionsprocessen. Det är en allmän uppfattning att MIC-korrosion orsakas av biofilmer. Elektrogena mikroorganismer korroderar metaller för att få energi för att överleva17. Nyligen genomförda MIC-studier har visat att EET (extracellulär elektronöverföring) är den hastighetsbegränsande faktorn i MIC inducerad av elektrogena mikroorganismer. Zhang et al.18 visade att elektronmediatorer accelererar elektronöverföring mellan Desulfovibrio sessificans-celler och 304 rostfritt stål, vilket leder till allvarligare MIC-attacker. Enning et al.19 och Venzlaff et al.20 visade att korrosiva sulfatreducerande bakterier (SRB) biofilmer direkt kan absorbera elektroner från metallsubstrat, vilket resulterar i allvarlig gropkorrosion.
DSS är känt för att vara känsligt för MIC i miljöer som innehåller SRB, järnreducerande bakterier (IRB), etc. 21. Dessa bakterier orsakar lokal gropfrätning på DSS-ytor under biofilmer 22,23. Till skillnad från DSS är MIC för HDSS 24 dåligt känt.
Pseudomonas aeruginosa är en gramnegativ rörlig stavformad bakterie som är vitt spridd i naturen25. Pseudomonas aeruginosa är också en viktig mikrobiell grupp i den marina miljön, vilket orsakar MIC i stål. Pseudomonas är nära involverad i korrosionsprocesser och är erkänd som en pionjärkolonisator under biofilmbildning. Mahat et al.28 och Yuan et al.29 visade att Pseudomonas aeruginosa har en tendens att öka korrosionshastigheten hos kolstål och legeringar i vattenmiljöer.
Huvudsyftet med detta arbete var att undersöka MIC-egenskaperna hos 2707 HDSS orsakat av den marina aeroba bakterien Pseudomonas aeruginosa med hjälp av elektrokemiska metoder, ytanalytiska tekniker och korrosionsproduktanalys. Elektrokemiska studier inklusive öppen kretspotential (OCP), linjär polarisationsresistans (LPR), elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) och potentiell dynamisk polarisering utfördes för att studera MIC-beteendet hos 2707 HDSS. Energidispersiv spektrometeranalys (EDS) utfördes för att hitta kemiska element på den korroderade ytan. Dessutom användes röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) för att bestämma stabiliteten hos oxidfilmpassivering under påverkan av en marin miljö som innehåller Pseudomonas aeruginosa. Gropdjupet mättes under ett konfokallaserskanningsmikroskop (CLSM).
Tabell 1 listar den kemiska sammansättningen av 2707 HDSS. Tabell 2 visar att 2707 HDSS har utmärkta mekaniska egenskaper med en sträckgräns på 650 MPa. Figur 1 visar den optiska mikrostrukturen hos lösningsbehandlad 2707 HDSS. Avlånga band av austenit- och ferritfaser utan sekundära faser kan ses i mikrostrukturen innehållande cirka 50 % austenit- och 50 % ferritfaser.
Figur 2a visar data för öppen kretspotential (Eocp) kontra exponeringstid för 2707 HDSS i abiotiskt 2216E-medium och P. aeruginosa-buljong i 14 dagar vid 37 °C. Den visar att den största och signifikanta förändringen i Eocp sker inom de första 24 timmarna. Eocp-värdena nådde i båda fallen en topp på -145 mV (vs. SCE) runt 16 timmar och sjönk sedan kraftigt och nådde -477 mV (vs. SCE) respektive -236 mV (vs. SCE) för det abiotiska provet och P. aeruginosa. Pseudomonas aeruginosa-kuponger. Efter 24 timmar var Eocp-värdet för 2707 HDSS för P. aeruginosa relativt stabilt vid -228 mV (jämfört med SCE), medan motsvarande värde för icke-biologiska prover var cirka -442 mV (jämfört med SCE). Eocp i närvaro av P. aeruginosa var ganska lågt.
Elektrokemisk testning av 2707 HDSS-prover i abiotiskt medium och Pseudomonas aeruginosa-buljong vid 37 °C:
(a) Eocp som funktion av exponeringstid, (b) polarisationskurvor vid dag 14, (c) Rp som funktion av exponeringstid och (d) icorr som funktion av exponeringstid.
Tabell 3 listar de elektrokemiska korrosionsparametervärdena för 2707 HDSS-prover exponerade för abiotiskt medium och Pseudomonas aeruginosa-inokulerat medium i 14 dagar. Tangenterna till de anodiska och katodiska kurvorna extrapolerades för att komma fram till skärningspunkterna, vilket gav korrosionsströmtäthet (icorr), korrosionspotential (Ecorr) och Tafel-lutningar (βα och βc) enligt standardmetoder30,31.
Som visas i figur 2b resulterade den uppåtgående förskjutningen av P. aeruginosa-kurvan i en ökning av Ecorr jämfört med den abiotiska kurvan. Icorr-värdet, som är proportionellt mot korrosionshastigheten, ökade till 0,328 μA cm⁻² i Pseudomonas aeruginosa-provet, fyra gånger högre än för det icke-biologiska provet (0,087 μA cm⁻²).
LPR är en klassisk icke-förstörande elektrokemisk metod för snabb korrosionsanalys. Den användes också för att studera MIC32. Figur 2c visar polarisationsresistansen (Rp) som en funktion av exponeringstid. Ett högre Rp-värde innebär mindre korrosion. Inom de första 24 timmarna nådde Rp för 2707 HDSS ett maximalt värde på 1955 kΩ cm2 för abiotiska prover och 1429 kΩ cm2 för Pseudomonas aeruginosa-prover. Figur 2c visar också att Rp-värdet minskade snabbt efter en dag och sedan förblev relativt oförändrat under de kommande 13 dagarna. Rp-värdet för Pseudomonas aeruginosa-provet är cirka 40 kΩ cm2, vilket är mycket lägre än 450 kΩ cm2-värdet för det icke-biologiska provet.
Icorr-värdet är proportionellt mot den enhetliga korrosionshastigheten. Dess värde kan beräknas från följande Stern-Geary-ekvation,
Enligt Zou et al. 33 antogs ett typiskt värde för Tafel-lutningen B i detta arbete vara 26 mV/dec. Figur 2d visar att icorr-värdena för det icke-biologiska 2707-provet förblev relativt stabila, medan P. aeruginosa-provet fluktuerade kraftigt efter de första 24 timmarna. Icorr-värdena för P. aeruginosa-proverna var en storleksordning högre än för de icke-biologiska kontrollerna. Denna trend överensstämmer med resultaten för polarisationsresistans.
EIS är en annan icke-förstörande teknik som används för att karakterisera elektrokemiska reaktioner vid korroderade gränssnitt. Impedansspektra och beräknade kapacitansvärden för prover exponerade för abiotiska medier och Pseudomonas aeruginosa-lösning, Rb-resistans hos passiv film/biofilm bildad på provytan, Rct-laddningsöverföringsresistans, Cdl elektrisk dubbelskiktskapacitans (EDL) och QCPE konstantfaselement (CPE) parametrar. Dessa parametrar analyserades vidare genom att anpassa data med hjälp av en ekvivalent kretsmodell (EEC).
Figur 3 visar typiska Nyquist-diagram (a och b) och Bode-diagram (a' och b') av 2707 HDSS-prover i abiotiskt medium och P. aeruginosa-buljong för olika inkubationstider. Nyquist-ringens diameter minskar i närvaro av Pseudomonas aeruginosa. Bode-diagrammet (Fig. 3b') visar en ökning av den totala impedansens storlek. Information om relaxationstidskonstanten kan ges av fasmaxima. Figur 4 visar de fysiska strukturerna baserade på monolager (a) och dubbellager (b) och deras motsvarande EEC. CPE introduceras i EEC-modellen. Dess admittans och impedans uttrycks enligt följande:
Två fysikaliska modeller och motsvarande ekvivalenta kretsar för att anpassa impedansspektrumet för 2707 HDSS-provet:
där Y0 är magnituden på CPE, j är det imaginära talet eller (-1)1/2, ω är vinkelfrekvensen och n är CPE:s effektindex mindre än ett35. Inversen av laddningsöverföringsmotståndet (dvs. 1/Rct) motsvarar korrosionshastigheten. Mindre Rct betyder snabbare korrosionshastighet27. Efter 14 dagars inkubation nådde Rct för Pseudomonas aeruginosa-proverna 32 kΩ cm2, mycket mindre än 489 kΩ cm2 för de icke-biologiska proverna (tabell 4).
CLSM-bilderna och SEM-bilderna i figur 5 visar tydligt att biofilmtäckningen på ytan av 2707 HDSS-provet efter 7 dagar är tät. Efter 14 dagar var dock biofilmtäckningen gles och några döda celler uppträdde. Tabell 5 visar biofilmtjockleken på 2707 HDSS-prover efter exponering för P. aeruginosa i 7 och 14 dagar. Den maximala biofilmtjockleken ändrades från 23,4 μm efter 7 dagar till 18,9 μm efter 14 dagar. Den genomsnittliga biofilmtjockleken bekräftade också denna trend. Den minskade från 22,2 ± 0,7 μm efter 7 dagar till 17,8 ± 1,0 μm efter 14 dagar.
(a) 3D CLSM-bild efter 7 dagar, (b) 3D CLSM-bild efter 14 dagar, (c) SEM-bild efter 7 dagar och (d) SEM-bild efter 14 dagar.
EDS avslöjade kemiska element i biofilmer och korrosionsprodukter på prover exponerade för P. aeruginosa i 14 dagar. Figur 6 visar att innehållet av C, N, O och P i biofilmer och korrosionsprodukter är mycket högre än i rena metaller, eftersom dessa element är associerade med biofilmer och deras metaboliter. Mikrober behöver bara spårmängder av krom och järn. Höga nivåer av Cr och Fe i biofilmen och korrosionsprodukterna på ytan av proverna indikerar att metallmatrisen har förlorat element på grund av korrosion.
Efter 14 dagar observerades gropbildning med och utan P. aeruginosa i 2216E-medium. Före inkubation var provytan slät och defektfri (Fig. 7a). Efter inkubation och avlägsnande av biofilm och korrosionsprodukter undersöktes de djupaste groparna på provytan under CLSM, såsom visas i figur 7b och c. Inga uppenbara gropar hittades på ytan av de icke-biologiska kontrollproverna (maximalt gropdjup 0,02 μm). Det maximala gropdjupet orsakat av Pseudomonas aeruginosa var 0,52 μm efter 7 dagar och 0,69 μm efter 14 dagar, baserat på det genomsnittliga maximala gropdjupet för 3 prover (10 maximala gropdjupsvärden valdes för varje prov) som nådde 0,42 ± 0,12 μm respektive 0,52 ± 0,15 μm (tabell 5). Dessa gropdjupsvärden är små men viktiga.
(a) Före exponering, (b) 14 dagar i abiotiskt medium och (c) 14 dagar i Pseudomonas aeruginosa-buljong.
Figur 8 visar XPS-spektra för olika provytor, och de kemiska sammansättningarna som analyserats för varje yta sammanfattas i tabell 6. I tabell 6 var atomprocentsatserna av Fe och Cr i närvaro av P. aeruginosa (prov A och B) mycket lägre än för de icke-biologiska kontrollproverna (prov C och D). För P. aeruginosa-provet anpassades Cr2p-kärnnivåspektralkurvan till fyra toppkomponenter med bindningsenergivärden (BE) på 574,4, 576,6, 578,3 och 586,8 eV, vilket kan tillskrivas Cr, Cr2O3, CrO3 respektive Cr(OH)3 (fig. 9a och b). För icke-biologiska prover innehåller Cr2p-kärnnivåspektrumet två huvudtoppar för Cr (573,80 eV för BE) och Cr2O3 (575,90 eV för BE) i fig. 9c respektive d. Den mest slående skillnaden mellan de abiotiska och P. aeruginosa-proverna var närvaron av Cr6+ och en högre relativ andel Cr(OH)3 (BE på 586,8 eV) under biofilmen.
De breda XPS-spektra för ytan av 2707 HDSS-provet i de två medierna är 7 dagar respektive 14 dagar.
(a) 7 dagars exponering för P. aeruginosa, (b) 14 dagars exponering för P. aeruginosa, (c) 7 dagar i abiotiskt medium och (d) 14 dagar i abiotiskt medium.
HDSS uppvisar hög korrosionsbeständighet i de flesta miljöer. Kim et al. 2 rapporterade att UNS S32707 HDSS definierades som ett höglegerat DSS med ett PREN på mer än 45. PREN-värdet för 2707 HDSS-provet i detta arbete var 49. Detta beror på dess höga kromhalt och höga molybden- och Ni-nivåer, vilka är fördelaktiga i sura miljöer och miljöer med hög kloridhalt. Dessutom är en välbalanserad sammansättning och en defektfri mikrostruktur användbara för strukturell stabilitet och korrosionsbeständighet. Trots dess utmärkta kemiska resistens tyder dock de experimentella data i detta arbete på att 2707 HDSS inte är helt immun mot MIC hos P. aeruginosa-biofilmer.
Elektrokemiska resultat visade att korrosionshastigheten för 2707 HDSS i P. aeruginosa-buljong ökade signifikant efter 14 dagar jämfört med icke-biologiskt medium. I figur 2a observerades en minskning av Eocp i både abiotiskt medium och P. aeruginosa-buljong under de första 24 timmarna. Därefter har biofilmen täckt provytan helt och Eocp blir relativt stabil36. Nivån av biologisk Eocp var dock mycket högre än den för icke-biologisk Eocp. Det finns anledning att tro att denna skillnad beror på bildandet av P. aeruginosa-biofilm. I figur 2d, i närvaro av P. aeruginosa, nådde icorr-värdet för 2707 HDSS 0,627 μA cm-2, vilket var en storleksordning högre än det för den abiotiska kontrollen (0,063 μA cm-2), vilket överensstämde med Rct-värdet mätt med EIS. Under de första dagarna minskade impedansvärdena i P. aeruginosa. aeruginosa-buljongen ökade på grund av vidhäftning av P. aeruginosa-celler och bildandet av biofilmer. Men när biofilmen helt täcker provytan minskar impedansen. Det skyddande lagret attackeras först på grund av bildandet av biofilmer och biofilmsmetaboliter. Därför minskade korrosionsbeständigheten med tiden, och vidhäftningen av P. aeruginosa orsakade lokal korrosion. Trenderna i abiotiska medier var annorlunda. Korrosionsbeständigheten hos den icke-biologiska kontrollen var mycket högre än motsvarande värde för proverna som exponerades för P. aeruginosa-buljong. Dessutom nådde Rct-värdet för 2707 HDSS för abiotiska prover 489 kΩ cm2 på dag 14, vilket var 15 gånger Rct-värdet (32 kΩ cm2) i närvaro av P. aeruginosa. Därför har 2707 HDSS utmärkt korrosionsbeständighet i en steril miljö, men är inte resistent mot MIC-attacker från P. aeruginosa-biofilmer.
Dessa resultat kan också observeras från polarisationskurvorna i figur 2b. Den anodiska förgreningen tillskrevs bildning av Pseudomonas aeruginosa-biofilm och metalloxidationsreaktioner. Samtidigt är den katodiska reaktionen reduktionen av syre. Närvaron av P. aeruginosa ökade korrosionsströmtätheten kraftigt, ungefär en storleksordning högre än den abiotiska kontrollen. Detta indikerar att P. aeruginosa-biofilm ökar lokal korrosion av 2707 HDSS. Yuan et al29 fann att korrosionsströmtätheten för 70/30 Cu-Ni-legering ökade under belastning med P. aeruginosa-biofilm. Detta kan bero på biokatalysen av syrereduktion med Pseudomonas aeruginosa-biofilmer. Denna observation kan också förklara MIC för 2707 HDSS i detta arbete. Aeroba biofilmer kan också ha mindre syre under sig. Därför kan misslyckandet med att återpassivera metallytan med syre vara en bidragande faktor till MIC i detta arbete.
Dickinson et al. 38 föreslog att hastigheten för kemiska och elektrokemiska reaktioner kan påverkas direkt av den metaboliska aktiviteten hos fastsittande bakterier på provytan och korrosionsprodukternas natur. Som visas i figur 5 och tabell 5 minskade både cellantalet och biofilmens tjocklek efter 14 dagar. Detta kan rimligen förklaras med att efter 14 dagar dog de flesta av de fastsittande cellerna på ytan av 2707 HDSS på grund av näringsbrist i 2216E-mediet eller frisättning av giftiga metalljoner från 2707 HDSS-matrisen. Detta är en begränsning med batchförsök.
I detta arbete främjade P. aeruginosa-biofilmen den lokala utarmningen av Cr och Fe under biofilmen på 2707 HDSS-ytan (Fig. 6). I tabell 6 visas minskningen av Fe och Cr i prov D jämfört med prov C, vilket indikerar att upplöst Fe och Cr orsakat av P. aeruginosa-biofilmen kvarstod bortom de första 7 dagarna. 2216E-mediet används för att simulera marina miljöer. Det innehåller 17700 ppm Cl-, vilket är jämförbart med det som finns i naturligt havsvatten. Närvaron av 17700 ppm Cl- var den främsta orsaken till minskningen av Cr i de 7- och 14-dagars abiotiska prover som analyserades med XPS. Jämfört med P. aeruginosa-prover var upplösningen av Cr i abiotiska prover mycket mindre på grund av den starka Cl−-resistensen hos 2707 HDSS i abiotiska miljöer. Figur 9 visar närvaron av Cr6+ i passiveringsfilmen. Det kan vara involverat i avlägsnandet av Cr från stålytor av P. aeruginosa biofilmer, vilket föreslagits av Chen och Clayton.
På grund av bakterietillväxt var mediets pH-värden före och efter odling 7,4 respektive 8,2. Därför är det osannolikt att korrosion av organisk syra är en bidragande faktor till detta arbete under P. aeruginosa-biofilmen, på grund av det relativt höga pH-värdet i bulkmediet. pH-värdet i det icke-biologiska kontrollmediet förändrades inte signifikant (från initialt 7,4 till slutligt 7,5) under den 14 dagar långa testperioden. Ökningen av pH i inokuleringsmediet efter inkubation berodde på den metaboliska aktiviteten hos P. aeruginosa och visade sig ha samma effekt på pH i frånvaro av testremsor.
Som visas i figur 7 var det maximala gropdjupet orsakat av P. aeruginosa biofilm 0,69 μm, vilket var mycket större än det abiotiska mediets (0,02 μm). Detta överensstämmer med de elektrokemiska data som beskrivs ovan. Gropdjupet på 0,69 μm är mer än tio gånger mindre än det 9,5 μm-värde som rapporterats för 2205 DSS under samma förhållanden. Dessa data visar att 2707 HDSS uppvisar bättre MIC-resistens jämfört med 2205 DSS. Detta borde inte komma som någon överraskning, eftersom 2707 HDSS har en högre kromhalt, vilket ger en längre passivering på grund av den balanserade fasstrukturen utan skadliga sekundära utfällningar, vilket gör det svårare för P. aeruginosa att depassivera och starta punktförmörkelse.
Sammanfattningsvis observerades MIC-gropfrätning på ytan av 2707 HDSS i P. aeruginosa-buljong jämfört med försumbar gropfrätning i abiotiska medier. Detta arbete visar att 2707 HDSS har bättre MIC-resistens än 2205 DSS, men det är inte helt immunt mot MIC på grund av P. aeruginosa-biofilm. Dessa fynd hjälper till vid valet av lämpliga rostfria stål och uppskattad livslängd för den marina miljön.
Kupongen för 2707 HDSS tillhandahålls av School of Metallurgy vid Northeastern University (NEU) i Shenyang, Kina. Elementarsammansättningen av 2707 HDSS visas i tabell 1, vilken analyserades av NEU:s materialanalys- och testavdelning. Alla prover lösningsbehandlades vid 1180 °C i 1 timme. Före korrosionstestning polerades myntformade 2707 HDSS med en övre exponerad yta på 1 cm2 till 2000 grit med kiselkarbidpapper och polerades ytterligare med en 0,05 μm Al2O3-pulversuspension. Sidorna och botten skyddas av inert färg. Efter torkning sköljdes proverna med sterilt avjoniserat vatten och steriliserades med 75 % (v/v) etanol i 0,5 timmar. De lufttorkades sedan under ultraviolett (UV) ljus i 0,5 timmar före användning.
Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099-stammen köptes från Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Kina. Pseudomonas aeruginosa odlades aerobt vid 37°C i 250 ml kolvar och 500 ml elektrokemiska glasceller med användning av Marine 2216E flytande medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina). Medium (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, 0016 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4. , 5,0 pepton, 1,0 jästextrakt och 0,1 järncitrat. Autoklavera vid 121 °C i 20 minuter före inokulering. Räkna fastsittande och planktoniska celler med hjälp av en hemocytometer under ett ljusmikroskop vid 400X förstoring. Den initiala cellkoncentrationen av planktonisk Pseudomonas aeruginosa omedelbart efter inokulering var cirka 106 celler/ml.
Elektrokemiska tester utfördes i en klassisk glascell med tre elektroder och en medelvolym på 500 ml. Ett platinaark och en mättad kalomelelektrod (SCE) anslöts till reaktorn via Luggin-kapillärer fyllda med saltbryggor, som fungerade som mot- respektive referenselektroder. För att tillverka arbetselektroderna fästes en gummibelagd koppartråd på varje prov och täcktes med epoxi, vilket lämnade cirka 1 cm2 exponerad ensidig yta för arbetselektroden. Under elektrokemiska mätningar placerades proverna i 2216E-medium och hölls vid en konstant inkubationstemperatur (37 °C) i ett vattenbad. OCP, LPR, EIS och potentiella dynamiska polarisationsdata mättes med en Autolab-potentiostat (Referens 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). LPR-tester registrerades med en skanningshastighet på 0,125 mV s-1 över intervallet -5 och 5 mV med Eocp och en samplingsfrekvens på 1 Hz. EIS utfördes med en sinusvåg i frekvensområdet 0,01. till 10 000 Hz med en applicerad spänning på 5 mV vid stationärt Eocp. Före potentialsvepet var elektroderna i öppen krets tills ett stabilt värde för fri korrosionspotential uppnåddes. Polarisationskurvor kördes sedan från -0,2 till 1,5 V vs. Eocp med en skanningshastighet på 0,166 mV/s. Varje test upprepades 3 gånger med och utan P. aeruginosa.
Prover för metallografisk analys polerades mekaniskt med vått SiC-papper med kornstorlek 2000 och polerades sedan ytterligare med 0,05 μm Al2O3-pulversuspension för optisk observation. Metallografisk analys utfördes med ett optiskt mikroskop. Proverna etsades med 10 viktprocentig kaliumhydroxidlösning 43.
Efter inkubation tvättades proverna 3 gånger med fosfatbuffrad saltlösning (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) och fixerades sedan med 2,5 % (v/v) glutaraldehyd i 10 timmar för att fixera biofilmer. De dehydrerades därefter med en graderad serie (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % och 100 % v/v) etanol innan lufttorkning. Slutligen sputtrades provytan med en guldfilm för att ge konduktivitet för SEM-observation. SEM-bilderna fokuserades på fläckarna med de mest fastsittande P. aeruginosa-cellerna på ytan av varje prov. Utför EDS-analys för att hitta kemiska element. Ett Zeiss Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Tyskland) användes för att mäta gropdjupet. För att observera korrosionsgroparna under biofilmen rengjordes testbiten först enligt den kinesiska nationella standarden. (CNS) GB/T4334.4-2000 för att avlägsna korrosionsprodukter och biofilm på teststyckets yta.
Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS, ESCALAB250 ytanalyssystem, Thermo VG, USA) utfördes med en monokromatisk röntgenkälla (aluminium Kα-linje vid 1500 eV energi och 150 W effekt) över ett brett bindningsenergiområde 0 under standardförhållanden –1350 eV. Högupplösta spektra registrerades med 50 eV passenergi och 0,2 eV stegstorlek.
De inkuberade proverna togs bort och sköljdes försiktigt med PBS (pH 7,4 ± 0,2) i 15 sekunder och 45 sekunder. För att observera biofilmernas bakteriella viabilitet på proverna färgades biofilmerna med LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Kitet innehåller två fluorescerande färgämnen, ett grönt fluorescerande SYTO-9-färgämne och ett rött fluorescerande propidiumjodid (PI)-färgämne. Under CLSM representerar prickar med fluorescerande grönt respektive rött levande respektive döda celler. För färgning inkuberades en 1 ml blandning innehållande 3 μl SYTO-9- och 3 μl PI-lösning i 20 minuter vid rumstemperatur (23 °C) i mörker. Därefter observerades de färgade proverna vid två våglängder (488 nm för levande celler och 559 nm för döda celler) med hjälp av en Nikon CLSM-maskin (C2 Plus, Nikon, Japan). Biofilmtjockleken mättes i 3D-skanningsläge.
Hur man citerar den här artikeln: Li, H. et al. Mikrobiell korrosion av 2707 superduplex rostfritt stål av marin Pseudomonas aeruginosa biofilm. science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spänningskorrosion av LDX 2101 duplex rostfritt stål i kloridlösning i närvaro av tiosulfat. coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effekt av lösningsvärmebehandling och kväve i skyddsgas på punktkorrosionsbeständighet hos superduplexa rostfria stålsvetsar. coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. En jämförande kemisk studie av mikrobiell och elektrokemiskt inducerad punktkorrosion i 316L rostfritt stål. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Elektrokemiskt beteende hos 2205 duplex rostfritt stål i alkaliska lösningar med olika pH i närvaro av klorid. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Effekten av marina biofilmer på korrosion: en kortfattad översikt. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).