Tack för att du besöker Nature.com. Webbläsarversionen du använder har begränsat CSS-stöd. För bästa möjliga upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller inaktiverar kompatibilitetsläge i Internet Explorer). Under tiden, för att säkerställa fortsatt stöd, kommer vi att rendera webbplatsen utan stilar och JavaScript.
Mikrobiell korrosion (MIC) är ett allvarligt problem i många industrier, eftersom det kan leda till stora ekonomiska förluster. Superduplex rostfritt stål 2707 (2707 HDSS) används i marina miljöer på grund av dess utmärkta kemiska resistens. Dess resistens mot MIC har dock inte experimentellt visats. Denna studie undersökte beteendet hos MIC 2707 HDSS orsakat av den marina aeroba bakterien Pseudomonas aeruginosa. Elektrokemisk analys visade att i närvaro av Pseudomonas aeruginosa-biofilm i 2216E-mediet sker en positiv förändring i korrosionspotentialen och en ökning av korrosionsströmtätheten. Analys av röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) visade en minskning av Cr-halten på provytan under biofilmen. Visuell analys 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 tack vare den perfekta kombinationen av utmärkta mekaniska egenskaper och korrosionsbeständighet1,2. Emellertid förekommer fortfarande lokal gropfrätning och 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 i vissa fall superduplexa rostfria stål (HDSS) med högre korrosionsbeständighet. Detta ledde till utvecklingen av höglegerade HDSS.
Korrosionsbeständighet DSS beror på förhållandet mellan alfa- och gammafaser och är utarmad i Cr-, Mo- och W-regionerna 8, 9, 10 intill den andra fasen. HDSS innehåller en hög halt av Cr, Mo och N11, därför har den utmärkt korrosionsbeständighet och ett högt värde (45-50) av det ekvivalenta gropfrätningsmotståndet (PREN) bestämt av vikt% Cr + 3,3 (vikt% Mo + 0,5 vikt% V) + 16 vikt% N12. Dess utmärkta korrosionsbeständighet beror på en balanserad sammansättning innehållande cirka 50 % ferritiska (α) och 50 % austenitiska (γ) faser. HDSS har bättre mekaniska egenskaper och högre motståndskraft mot kloridkorrosion. Förbättrad korrosionsbeständighet förlänger användningen av HDSS i mer aggressiva kloridmiljöer såsom marina miljöer.
MIC är ett stort problem i många industrier, såsom olje-, gas- och vattenindustrin14. MIC står för 20 % av alla korrosionsskador15. MIC är en 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 äter bort metaller för att få den energi de behöver 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 elektronmellanhänder accelererar överföringen av elektroner mellan Desulfovibrio sessificans-celler och 304 rostfritt stål, vilket resulterar i allvarligare MIC-attacker. Anning et al.19 och Wenzlaff et al.20 har visat att biofilmer av korrosiva sulfatreducerande bakterier (SRB) direkt kan absorbera elektroner från metallsubstrat, vilket resulterar i allvarlig gropfrätning.
DSS är känt för att vara känsligt för MIC i medier som innehåller SRB, järnreducerande bakterier (IRB) etc. 21. Dessa bakterier orsakar lokal gropbildning på ytan av DSS under biofilmer 22,23. Till skillnad från DSS är HDSS 24 MIC inte välkänt.
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 förhöjda MIC-koncentrationer. Pseudomonas är aktivt involverad i korrosionsprocessen och är erkänd som en pionjärkolonisator under biofilmbildning. Mahat et al.28 och Yuan et al.29 visade att Pseudomonas aeruginosa tenderar att öka korrosionshastigheten för kolstål och legeringar i vattenmiljöer.
Huvudsyftet med detta arbete var att undersöka egenskaperna hos MIC 2707 HDSS orsakat av den marina aeroba bakterien Pseudomonas aeruginosa med hjälp av elektrokemiska metoder, ytanalysmetoder och korrosionsproduktanalys. Elektrokemiska studier, inklusive öppen kretspotential (OCP), linjär polarisationsresistans (LPR), elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) och potentiell dynamisk polarisering, utfördes för att studera beteendet hos MIC 2707 HDSS. Energidispersiv spektrometrisk analys (EDS) utfördes för att detektera kemiska element på en korroderad yta. Dessutom användes röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) för att bestämma stabiliteten hos oxidfilmspassivering under påverkan av en marin miljö som innehåller Pseudomonas aeruginosa. Groparnas djup mättes under ett konfokalt laserskanningsmikroskop (CLSM).
Tabell 1 visar 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. I mikrostrukturen som innehåller cirka 50 % austenit- och 50 % ferritfaser är avlånga band av austenit- och ferritfaser utan sekundära faser synliga.
Fig. 2a visar öppen kretspotential (Eocp) kontra exponeringstid för 2707 HDSS i 2216E abiotiskt medium och P. aeruginosa-buljong i 14 dagar vid 37°C. Det visar att den största och mest signifikanta förändringen i Eocp sker inom de första 24 timmarna. Eocp-värdena nådde i båda fallen en topp på -145 mV (jämfört med SCE) runt 16 timmar och sjönk sedan kraftigt och nådde -477 mV (jämfört med SCE) respektive -236 mV (jämfört med SCE) för det abiotiska provet. (P. aeruginosa respektive P. Pseudomonas aeruginosa-kuponger). Efter 24 timmar var Eocp 2707 HDSS-värdet 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 låg.
Elektrokemisk studie 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 visar de elektrokemiska korrosionsparametrarna för 2707 HDSS-prover exponerade för abiotiska och Pseudomonas aeruginosa-inokulerade medier under en period av 14 dagar. Tangenterna till anod- och katodkurvorna extrapolerades för att erhålla skärningspunkter som gav korrosionsströmtäthet (icorr), korrosionspotential (Ecorr) och Tafel-lutning (βα och βc) enligt standardmetoder30,31.
Som visas i figur 2b resulterade en uppåtgående förskjutning 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, vilket är fyra gånger större än i det icke-biologiska provet (0,087 µA cm⁻²).
LPR är en klassisk icke-förstörande elektrokemisk metod för snabb korrosionsanalys. Den har också använts för att studera MIC32. Figur 2c visar polarisationsresistansen (Rp) som en funktion av exponeringstiden. Ett högre Rp-värde innebär mindre korrosion. Inom de första 24 timmarna nådde Rp 2707 HDSS sin topp 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 ett Pseudomonas aeruginosa-prov är cirka 40 kΩ cm2, vilket är mycket lägre än 450 kΩ cm2-värdet för ett icke-biologiskt prov.
Värdet på icorr är proportionellt mot den enhetliga korrosionshastigheten. Dess värde kan beräknas med följande Stern-Giri-ekvation:
Enligt Zoe et al. 33 sattes det typiska värdet för Tafel-lutningen B i detta arbete till 26 mV/dec. Figur 2d visar att icorr-värdena för det icke-biologiska provet 2707 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 icke-biologiska kontroller. Denna trend överensstämmer med resultaten av polarisationsresistans.
EIS är en annan icke-destruktiv metod som används för att karakterisera elektrokemiska reaktioner på korroderade ytor. Impedansspektra och beräknade kapacitansvärden för prover exponerade för abiotisk miljö och Pseudomonas aeruginosa-lösning, passiv film/biofilmresistans Rb som bildats på provytan, laddningsöverföringsresistans Rct, elektrisk dubbelskiktskapacitans Cdl (EDL) och konstanta QCPE-faselementparametrar (CPE). 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') för 2707 HDSS-prover i abiotiska medier och P. aeruginosa-buljong för olika inkubationstider. Nyquist-ringens diameter minskar i närvaro av Pseudomonas aeruginosa. Bode-diagrammet (figur 3b') visar ökningen av den totala impedansen. Information om relaxationstidskonstanten kan erhållas från fasmaxima. Figur 4 visar de fysikaliska strukturerna baserade på ett monolager (a) och ett dubbellager (b) och 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 prov 2707 HDSS:
där Y0 är KPI-värdet, j är det imaginära talet eller (-1)1/2, ω är vinkelfrekvensen, n är KPI-effektindex mindre än ett35. Inversionen av laddningsöverföringsmotståndet (dvs. 1/Rct) motsvarar korrosionshastigheten. Ju mindre Rct, desto högre korrosionshastighet27. Efter 14 dagars inkubation nådde Rct för Pseudomonas aeruginosa-prover 32 kΩ cm2, vilket är mycket mindre än 489 kΩ cm2 för icke-biologiska prover (tabell 4).
CLSM-bilderna och SEM-bilderna i figur 5 visar tydligt att biofilmbeläggningen på ytan av HDSS-prov 2707 är tät efter 7 dagar. Efter 14 dagar var dock biofilmtäckningen dålig och några döda celler uppstod. 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 vid 7 dagar, (b) 3D CLSM-bild vid 14 dagar, (c) SEM-bild vid 7 dagar och (d) SEM-bild vid 14 dagar.
EMF 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 betydligt högre än i rena metaller, eftersom dessa element är associerade med biofilmer och deras metaboliter. Mikrober behöver endast spårmängder av krom och järn. Höga halter av Cr och Fe i biofilmen och korrosionsprodukterna på provytan indikerar att metallmatrisen har förlorat element på grund av korrosion.
Efter 14 dagar observerades gropar med och utan P. aeruginosa i medium 2216E. Före inkubation var provernas yta jämn och defektfri (Fig. 7a). Efter inkubation och avlägsnande av biofilm och korrosionsprodukter undersöktes de djupaste groparna på provernas yta med CLSM, såsom visas i Fig. 7b och c. Ingen uppenbar gropbildning hittades på ytan av icke-biologiska kontroller (maximalt gropdjup 0,02 µm). Det maximala gropdjupet orsakat av P. aeruginosa var 0,52 µm vid 7 dagar och 0,69 µm vid 14 dagar, baserat på det genomsnittliga maximala gropdjupet från 3 prover (10 maximala gropdjup valdes för varje prov). Uppnåendet av 0,42 ± 0,12 µm respektive 0,52 ± 0,15 µm (Tabell 5). Dessa håldjupsvärden är små men viktiga.
(a) före exponering, (b) 14 dagar i en abiotisk miljö, och (c) 14 dagar i Pseudomonas aeruginosa-buljong.
I figur 8 visas XPS-spektra för olika provytor, och den kemiska sammansättningen 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 icke-biologiska kontroller (prov C och D). För ett P. aeruginosa-prov anpassades spektralkurvan vid Cr2p-kärnans nivå till fyra toppkomponenter med bindningsenergier (BE) på 574,4, 576,6, 578,3 och 586,8 eV, vilket kan hänföras till Cr, Cr2O3, CrO3 respektive Cr(OH)3 (figur 9a och b). För icke-biologiska prover innehåller spektrumet för den huvudsakliga Cr2p-nivån två huvudtoppar för Cr (573,80 eV för BE) och Cr2O3 (575,90 eV för BE) i figurerna. 9c respektive d. Den mest slående skillnaden mellan abiotiska prover och P. aeruginosa-prover var närvaron av Cr6+ och en högre relativ andel Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) under biofilmen.
De breda XPS-spektra för ytan av prov 2707 HDSS i två medier är 7 respektive 14 dagar.
(a) 7 dagars exponering för P. aeruginosa, (b) 14 dagars exponering för P. aeruginosa, (c) 7 dagar i en abiotisk miljö, och (d) 14 dagar i en abiotisk miljö.
HDSS uppvisar hög korrosionsbeständighet i de flesta miljöer. Kim et al.2 rapporterade att HDSS UNS S32707 identifierades som ett höglegerat DSS med ett PREN större än 45. PREN-värdet för prov 2707 HDSS i detta arbete var 49. Detta beror på det höga krominnehållet och det höga innehållet av molybden och nickel, vilka är användbara i sura miljöer och miljöer med hög kloridhalt. Dessutom är en välbalanserad sammansättning och en defektfri mikrostruktur fördelaktiga 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 P. aeruginosa biofilm MIC.
Elektrokemiska resultat visade att korrosionshastigheten för 2707 HDSS i P. aeruginosa-buljong ökade signifikant efter 14 dagar jämfört med den icke-biologiska miljön. I figur 2a observerades en minskning av Eocp både i det abiotiska mediet och i P. aeruginosa-buljongen under de första 24 timmarna. Därefter täcker biofilmen helt provytan och Eocp blir relativt stabil36. Den biologiska Eocp-nivån var dock mycket högre än den icke-biologiska Eocp-nivån. Det finns skäl att tro att denna skillnad är förknippad med bildandet av P. aeruginosa-biofilmer. I figur 2d, i närvaro av P. aeruginosa, nådde icorr 2707 HDSS-värdet 0,627 μA cm-2, vilket är en storleksordning högre än för den abiotiska kontrollen (0,063 μA cm-2), vilket överensstämde med Rct-värdet mätt med EIS. Under de första dagarna ökade impedansvärdena i P. aeruginosa-buljongen på grund av vidhäftning av P. aeruginosa-celler och bildandet av biofilmer. Men när biofilmen helt täcker provytan minskar impedansen. Det skyddande lagret attackeras främst på grund av bildandet av biofilmer och biofilmsmetaboliter. Följaktligen minskade korrosionsbeständigheten med tiden och vidhäftningen av P. aeruginosa orsakade lokal korrosion. Trenderna i abiotiska miljöer 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 2707 HDSS-värdet 489 kΩ cm2 på dag 14 för abiotiska accessioner, vilket är 15 gånger högre än Rct-värdet (32 kΩ cm2) i närvaro av P. aeruginosa. Således har 2707 HDSS utmärkt korrosionsbeständighet i en steril miljö, men är inte resistent mot MIC från P. aeruginosa-biofilmer.
Dessa resultat kan också observeras från polarisationskurvorna i figur 2b. Anodisk förgrening har associerats med Pseudomonas aeruginosa biofilmbildning och metalloxidationsreaktioner. I detta fall är den katodiska reaktionen reduktion av syre. Närvaron av P. aeruginosa ökade korrosionsströmtätheten avsevärt, ungefär en storleksordning högre än i den abiotiska kontrollen. Detta indikerar att P. aeruginosa biofilmen förstärker lokal korrosion av 2707 HDSS. Yuan et al.29 fann att korrosionsströmtätheten för Cu-Ni 70/30-legeringen ökade under inverkan av P. aeruginosa biofilm. Detta kan bero på biokatalysen av syrereduktion av Pseudomonas aeruginosa biofilmer. Denna observation kan också förklara MIC 2707 HDSS i detta arbete. Det kan också finnas mindre syre under aeroba biofilmer. Därför kan vägran att återpassivera metallytan med syre vara en faktor som bidrar 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 antalet celler och biofilmens tjocklek efter 14 dagar. Detta kan rimligen förklaras av det faktum 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 bidrog en P. aeruginosa-biofilm till lokal utarmning av Cr och Fe under biofilmen på ytan av 2707 HDSS (Fig. 6). Tabell 6 visar minskningen av Fe och Cr i prov D jämfört med prov C, vilket indikerar att det upplösta Fe och Cr som orsakades av P. aeruginosa-biofilmen kvarstod under de första 7 dagarna. 2216E-miljön används för att simulera den marina miljön. Den innehåller 17700 ppm Cl-, vilket är jämförbart med dess innehåll i naturligt havsvatten. Närvaron av 17700 ppm Cl- var den främsta orsaken till minskningen av Cr i 7- och 14-dagars abiotiska prover analyserade med XPS. Jämfört med P. aeruginosa-prover var upplösningen av Cr i abiotiska prover mycket mindre på grund av den starka resistensen hos 2707 HDSS mot klor under abiotiska förhållanden. Fig. 9 visar närvaron av Cr6+ i passiveringsfilmen. Det kan vara involverat i avlägsnandet av krom från stålytor genom 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. Således, under P. aeruginosa-biofilmen, är det osannolikt att korrosion från organisk syra bidrar till detta arbete på grund av det relativt höga pH-värdet i bulkmediet. pH-värdet i det icke-biologiska kontrollmediet förändrades inte signifikant (från initiala 7,4 till slutliga 7,5) under den 14 dagar långa testperioden. Ökningen av pH i såmediet 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 är 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 värdet på 9,5 µm som rapporterats för 2205 DSS under samma förhållanden. Dessa data visar att 2707 HDSS uppvisar bättre resistens mot MIC än 2205 DSS. Detta borde inte komma som någon överraskning eftersom 2707 HDSS har högre Cr-nivåer vilket ger längre passivering, svårare att depassivera P. aeruginosa, och på grund av dess balanserade fasstruktur utan skadlig sekundär utfällning orsakar gropfrätning.
Sammanfattningsvis hittades MIC-gropar på ytan av 2707 HDSS i P. aeruginosa-buljong jämfört med obetydliga gropar i den abiotiska miljön. Detta arbete visar att 2707 HDSS har bättre resistens mot MIC än 2205 DSS, men det är inte helt immunt mot MIC på grund av P. aeruginosa-biofilm. Dessa resultat hjälper till vid valet av lämpliga rostfria stål och vid förväntad livslängd för den marina miljön.
Kupong för 2707 HDSS tillhandahållen av Northeastern University (NEU) School of Metallurgy i Shenyang, Kina. Elementarsammansättningen av 2707 HDSS visas i tabell 1, vilken analyserades av NEU:s materialanalys- och testavdelning. Alla prover behandlades för fast lösning vid 1180 °C i 1 timme. Före korrosionstestning polerades en myntformad 2707 HDSS med en övre öppna yta på 1 cm2 till 2000 grit med kiselkarbidsandpapper och polerades sedan med en 0,05 µm Al2O3-pulveruppslamning. Sidorna och botten skyddades med inert färg. Efter torkning tvättades 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-stammen MCCC 1A00099 köptes från Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Kina. Pseudomonas aeruginosa odlades under aeroba förhållanden 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). Mediumet innehåller (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 pepton, 1,0 jästextrakt och 0,1 järncitrat. Autoklavera vid 121 °C i 20 minuter före inokulering. Räkna fastsittande och planktoniska celler med en hemocytometer under ett ljusmikroskop vid 400x förstoring. Den initiala koncentrationen 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. Platinaskiktet och den mättade kalomelelektroden (SAE) anslöts till reaktorn via Luggin-kapillärer fyllda med saltbryggor, vilka fungerade som mot- respektive referenselektroder. För tillverkning av arbetselektroder fästes gummerad koppartråd på varje prov och täcktes med epoxiharts, vilket lämnade cirka 1 cm2 oskyddad yta för arbetselektroden på ena sidan. Under elektrokemiska mätningar placerades proverna i 2216E-mediet och hölls vid en konstant inkubationstemperatur (37 °C) i ett vattenbad. OCP, LPR, EIS och potentiell dynamisk polarisationsdata mättes med en Autolab-potentiostat (Referens 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). LPR-tester registrerades med en skanningshastighet på 0,125 mV s-1 i intervallet -5 till 5 mV med Eocp och en samplingsfrekvens på 1 Hz. EIS utfördes med en sinusvåg över ett frekvensområde på 0,01 till 10 000 Hz med en applicerad spänning på 5 mV vid stationärt Eocp. Före potentialsvepet var elektroderna i viloläge tills ett stabilt värde på den fria korrosionspotentialen uppnåddes. Polarisationskurvorna mättes sedan från -0,2 till 1,5 V som en funktion av Eocp vid 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 2000 grit SiC-papper och polerades sedan ytterligare med en 0,05 µm Al2O3-pulversuspension för optisk observation. Metallografisk analys utfördes med ett optiskt mikroskop. Proverna etsades med en 10 viktprocentig lösning av kaliumhydroxid 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 sedan med batchad etanol (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % och 100 volymprocent) innan lufttorkning. Slutligen deponerades en guldfilm på provets yta för att ge konduktivitet för SEM-observation. SEM-bilder fokuserades på fläckar med de mest fastsittande P. aeruginosa-cellerna på ytan av varje prov. Utför en EDS-analys för att hitta kemiska element. Ett Zeiss konfokallaserskanningsmikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Tyskland) användes för att mäta gropdjupet. För att observera korrosionsgropar under biofilmen rengjordes testprovet först enligt den kinesiska nationella standarden (CNS) GB/T4334.4-2000 för att avlägsna korrosionsprodukter och biofilm från testprovets yta.
Röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS, ESCALAB250 ytanalyssystem, Thermo VG, USA) utfördes med en monokromatisk röntgenkälla (aluminium Kα-linje med en energi på 1500 eV och en effekt på 150 W) inom ett brett spektrum av bindningsenergier under standardförhållanden på –1350 eV. Högupplösta spektra registrerades med en transmissionsenergi på 50 eV och ett steg på 0,2 eV.
De inkuberade proverna togs ut och tvättades försiktigt med PBS (pH 7,4 ± 0,2) i 15 s och 45. För att observera bakteriell viabilitet hos biofilmer på proverna färgades biofilmerna med LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Kitet innehåller två fluorescerande färgämnen: SYTO-9 grönt fluorescerande färgämne och propidiumjodid (PI) rött fluorescerande färgämne. I CLSM representerar fluorescerande gröna och röda prickar levande respektive döda celler. För färgning inkuberades 1 ml av en blandning innehållande 3 µl SYTO-9 och 3 µl PI-lösning i 20 minuter vid rumstemperatur (23 °C) i mörker. Därefter undersöktes de färgade proverna vid två våglängder (488 nm för levande celler och 559 nm för döda celler) med hjälp av en Nikon CLSM-apparat (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 Pseudomonas aeruginosa marin biofilm. the science. 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 kloridlösningar i närvaro av tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spänningskorrosion av LDX 2101 duplex rostfritt stål i kloridlösningar i närvaro av tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spänningskorrosion i duplex rostfritt stål LDX 2101 i kloridlösningar i närvaro av tiosulfat. 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stainless steel在福代sulfate分下下南性性生于中倾僅倧性生于中倾僅倉。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spänningskorrosion i duplex rostfritt stål LDX 2101 i kloridlösning i närvaro av tiosulfat.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effekter av lösningsvärmebehandling och kväve i skyddsgas på motståndskraften mot punktkorrosion hos hyperduplexa rostfria stålsvetsar. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effekter av lösningsvärmebehandling och kväve i skyddsgas på motståndskraften mot punktkorrosion hos hyperduplexa rostfria stålsvetsar.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS och Park, YS Effekt av lösningsvärmebehandling och kväve i skyddsgas på punktkorrosionsbeständigheten hos hyperduplexsvetsar i rostfritt stål. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS och Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS och Park, YS Effekt av lösningsvärmebehandling och kväve i skyddsgas på punktkorrosionsbeständigheten hos superduplexa rostfria stålsvetsar.Koros. Vetenskapen. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Jämförande kemistudie av mikrobiellt och elektrokemiskt inducerad punktering i rostfritt stål 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Jämförande kemistudie av mikrobiellt och elektrokemiskt inducerad punktering i rostfritt stål 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. och Lewandowski, Z. Jämförande kemisk studie av mikrobiologisk och elektrokemisk gropfrätning i rostfritt stål 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 微生物和电化学诱导的316L 不锈钢点蚀的化学比较研究　 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. och Lewandowski, Z. Jämförande kemisk studie av mikrobiologisk och elektrokemiskt inducerad gropfrätning i 316L rostfritt stål.Koros. Vetenskapen. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Det elektrokemiska beteendet hos 2205 duplex rostfritt stål i alkaliska lösningar med olika pH i närvaro av klorid. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Det elektrokemiska beteendet hos 2205 duplex rostfritt stål i alkaliska lösningar med olika pH i närvaro av klorid.Luo H., Dong KF, Lee HG och Xiao K. Elektrokemiskt beteende hos duplex rostfritt stål 2205 i alkaliska lösningar med olika pH i närvaro av klorid. Luo, H., Dong, CF, Li, XG och Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的倦茺 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Elektrokemiskt beteende hos rostfritt stål i närvaro av klorid vid olika pH-värden i alkalisk lösning.Luo H., Dong KF, Lee HG och Xiao K. Elektrokemiskt beteende hos duplex rostfritt stål 2205 i alkaliska lösningar med olika pH i närvaro av klorid.Elektrokemi. Tidskrift. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI. Inverkan av marina biofilmer på korrosion: En kortfattad översikt. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI. Inverkan av marina biofilmer på korrosion: En kortfattad översikt.Little, BJ, Lee, JS och Ray, RI Effekter av marina biofilmer på korrosion: En kort översikt. 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 och Ray, Rhode IslandLittle, BJ, Lee, JS och Ray, RI Effekter av marina biofilmer på korrosion: En kort översikt.Elektrokemi. Tidskrift. 54, 2-7 (2008).