Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія браузера, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращого досвіду рекомендуємо використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми відображатимемо сайт без стилів та JavaScript.
Мікробна корозія (МІК) є серйозною проблемою в багатьох галузях промисловості, оскільки вона може призвести до величезних економічних збитків. Супердуплексна нержавіюча сталь 2707 (2707 HDSS) використовується в морському середовищі завдяки своїй чудовій хімічній стійкості. Однак її стійкість до МІК не була експериментально продемонстрована. У цьому дослідженні вивчали поведінку МІК 2707 HDSS, спричиненої морською аеробною бактерією Pseudomonas aeruginosa. Електрохімічний аналіз показав, що в присутності біоплівки Pseudomonas aeruginosa в середовищі 2216E відбувається позитивна зміна потенціалу корозії та збільшення щільності струму корозії. Аналіз рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС) показав зменшення вмісту Cr на поверхні зразка під біоплівкою. Візуальний аналіз ямок показав, що біоплівка P. aeruginosa утворила максимальну глибину ямок 0,69 мкм протягом 14 днів інкубації. Хоча це й невелике значення, це вказує на те, що 2707 HDSS не є повністю імунітетом до МІК біоплівок P. aeruginosa.
Дуплексні нержавіючі сталі (DSS) широко використовуються в різних галузях промисловості завдяки ідеальному поєднанню чудових механічних властивостей та корозійної стійкості1,2. Однак, локальне утворення точок корозивної корозивної структури все ще відбувається та впливає на цілісність цієї сталі3,4. DSS нестійка до мікробної корозії (MIC)5,6. Незважаючи на широкий спектр застосування DSS, все ще існують середовища, де корозійна стійкість DSS недостатня для тривалого використання. Це означає, що потрібні дорожчі матеріали з вищою корозійною стійкістю. Jeon та ін.7 виявили, що навіть супердуплексні нержавіючі сталі (SDSS) мають деякі обмеження щодо корозійної стійкості. Тому в деяких випадках потрібні супердуплексні нержавіючі сталі (HDSS) з вищою корозійною стійкістю. Це призвело до розробки високолегованих HDSS.
Корозійна стійкість DSS залежить від співвідношення альфа- та гамма-фаз і збіднена на Cr, Mo та W областями 8, 9, 10, що прилягають до другої фази. HDSS містить високий вміст Cr, Mo та N11, тому має чудову корозійну стійкість та високе значення (45-50) еквівалентного числа стійкості до точкової корозивної корозивності (PREN), що визначається як мас.% Cr + 3,3 (мас.% Mo + 0,5 мас.% W) + 16 мас.% N12. Його чудова корозійна стійкість залежить від збалансованого складу, що містить приблизно 50% феритної (α) та 50% аустенітної (γ) фаз. HDSS має кращі механічні властивості та вищу стійкість до хлоридної корозії. Покращена корозійна стійкість розширює можливості використання HDSS у більш агресивних хлоридних середовищах, таких як морське середовище.
Мікрохімічні корозія (МІК) є серйозною проблемою в багатьох галузях промисловості, таких як нафтогазова та водна промисловість14. МІК становить 20% усіх пошкоджень від корозії15. МІК – це біоелектрохімічна корозія, яку можна спостерігати в багатьох середовищах. Біоплівки, що утворюються на металевих поверхнях, змінюють електрохімічні умови, тим самим впливаючи на процес корозії. Широко поширена думка, що корозія МІК викликана біоплівками. Електрогенні мікроорганізми роз'їдають метали, щоб отримати енергію, необхідну для виживання17. Нещодавні дослідження МІК показали, що позаклітинний перенос електронів (ЕЕТ) є фактором, що обмежує швидкість МІК, індукованої електрогенними мікроорганізмами. Zhang та ін.18 продемонстрували, що електронні посередники прискорюють перенос електронів між клітинами Desulfovibrio sessificans та нержавіючою сталлю 304, що призводить до більш серйозної атаки МІК. Anning та ін.19 та Wenzlaff та ін.20 показали, що біоплівки корозійних сульфатредукуючих бактерій (SRB) можуть безпосередньо поглинати електрони з металевих підкладок, що призводить до сильної точкової корозія.
Відомо, що DSS чутливий до МІК у середовищах, що містять SRB, залізовідновлювальні бактерії (IRB) тощо.21 Ці бактерії викликають локалізоване утворення точок на поверхні DSS під біоплівками22,23. На відміну від DSS, МІК HDSS24 недостатньо відома.
Pseudomonas aeruginosa — грамнегативна, рухома, паличкоподібна бактерія, широко поширена в природі25. Pseudomonas aeruginosa також є основною мікробною групою в морському середовищі, спричиняючи підвищені концентрації МІК. Pseudomonas бере активну участь у процесі корозії та визнана піонером-колонізатором під час формування біоплівки. Mahat et al.28 та Yuan et al.29 продемонстрували, що Pseudomonas aeruginosa має тенденцію збільшувати швидкість корозії маловуглецевої сталі та сплавів у водному середовищі.
Основною метою цієї роботи було дослідження властивостей HDSS MIC 2707, спричиненого морською аеробною бактерією Pseudomonas aeruginosa, за допомогою електрохімічних методів, методів аналізу поверхні та аналізу продуктів корозії. Для вивчення поведінки HDSS MIC 2707 були проведені електрохімічні дослідження, включаючи потенціал розімкнутого кола (OCP), лінійний поляризаційний опір (LPR), електрохімічну імпедансну спектроскопію (EIS) та потенціал динамічної поляризації. Для виявлення хімічних елементів на кородованій поверхні був проведений енергодисперсійний спектрометричний аналіз (EDS). Крім того, для визначення стабільності пасивації оксидної плівки під впливом морського середовища, що містить Pseudomonas aeruginosa, була використана рентгенівська фотоелектронна спектроскопія (XPS). Глибину ямок вимірювали за допомогою конфокального лазерного скануючого мікроскопа (CLSM).
У таблиці 1 наведено хімічний склад сталі 2707 HDSS. У таблиці 2 показано, що сталь 2707 HDSS має чудові механічні властивості з межею текучості 650 МПа. На рис. 1 показано оптичну мікроструктуру сталі 2707 HDSS, обробленої методом твердого розчину. У мікроструктурі, що містить близько 50% аустеніту та 50% фериту, видно витягнуті смуги аустенітної та феритної фаз без вторинних фаз.
На рис. 2a показано залежність потенціалу відкритого кола (Eocp) від часу експозиції для 2707 HDSS в абіотичному середовищі 2216E та бульйоні P. aeruginosa протягом 14 днів при 37°C. Показано, що найбільша та найзначніша зміна Eocp відбувається протягом перших 24 годин. Значення Eocp в обох випадках досягли піку на рівні -145 мВ (порівняно з SCE) приблизно через 16 годин, а потім різко впали, досягнувши -477 мВ (порівняно з SCE) та -236 мВ (порівняно з SCE) для абіотичного зразка (відповідно для зразків Pseudomonas aeruginosa та купонів P. Через 24 години значення Eocp 2707 HDSS для P. aeruginosa було відносно стабільним на рівні -228 мВ (порівняно з SCE), тоді як відповідне значення для небіологічних зразків становило приблизно -442 мВ (порівняно з SCE). Eocp у присутності P. aeruginosa був досить низьким.
Електрохімічне дослідження 2707 зразків HDSS в абіотичному середовищі та бульйоні Pseudomonas aeruginosa при 37 °C:
(a) Eocp як функція часу експозиції, (b) криві поляризації на 14-й день, (c) Rp як функція часу експозиції та (d) icorr як функція часу експозиції.
У таблиці 3 наведено параметри електрохімічної корозії 2707 зразків HDSS, що піддавалися впливу абіотичного середовища та середовища, інокульованого Pseudomonas aeruginosa, протягом 14 днів. Тангенси анодної та катодної кривих були екстрапольовані для отримання перетинів, що дає густину струму корозії (icorr), потенціал корозії (Ecorr) та нахил кривої Тафеля (βα та βc) згідно зі стандартними методами30,31.
Як показано на рис. 2b, зміщення кривої P. aeruginosa вгору призвело до збільшення Ecorr порівняно з абіотичною кривою. Значення icorr, яке пропорційне швидкості корозії, збільшилося до 0,328 мкА см-2 у зразку Pseudomonas aeruginosa, що в чотири рази більше, ніж у небіологічному зразку (0,087 мкА см-2).
LPR – це класичний неруйнівний електрохімічний метод для швидкого аналізу корозії. Він також використовувався для вивчення MIC32. На рис. 2c показано поляризаційний опір (Rp) як функцію часу експозиції. Вище значення Rp означає меншу корозію. Протягом перших 24 годин Rp 2707 HDSS досяг піку 1955 кОм см2 для абіотичних зразків та 1429 кОм см2 для зразків Pseudomonas aeruginosa. На рисунку 2c також показано, що значення Rp швидко зменшилося через один день, а потім залишалося відносно незмінним протягом наступних 13 днів. Значення Rp зразка Pseudomonas aeruginosa становить близько 40 кОм см2, що значно нижче за значення 450 кОм см2 небіологічного зразка.
Значення icorr пропорційне рівномірній швидкості корозії. Його значення можна розрахувати за наступним рівнянням Штерна-Гірі:
Згідно з Зої та ін.33, типове значення нахилу кривої Тафеля B у цій роботі було прийнято рівним 26 мВ/дек. На рисунку 2d показано, що icorr небіологічного зразка 2707 залишався відносно стабільним, тоді як зразок P. aeruginosa сильно коливався після перших 24 годин. Значення icorr зразків P. aeruginosa були на порядок вищими, ніж у небіологічних контролів. Ця тенденція узгоджується з результатами поляризаційного опору.
EIS – це ще один неруйнівний метод, який використовується для характеристики електрохімічних реакцій на кородованих поверхнях. Спектри імпедансу та розраховані значення ємності зразків, що зазнали впливу абіотичного середовища та розчину Pseudomonas aeruginosa, опір пасивної плівки/біоплівки Rb, що утворюється на поверхні зразка, опір переносу заряду Rct, ємність подвійного електричного шару Cdl (EDL) та постійні параметри фазового елемента QCPE (CPE). Ці параметри були додатково проаналізовані шляхом апроксимації даних за допомогою моделі еквівалентної схеми (EEC).
На рис. 3 показано типові графіки Найквіста (a та b) та графіки Боде (a' та b') для 2707 зразків HDSS в абіотичному середовищі та бульйоні P. aeruginosa для різних часів інкубації. Діаметр кільця Найквіста зменшується в присутності Pseudomonas aeruginosa. Графік Боде (рис. 3b') показує збільшення загального імпедансу. Інформацію про константу часу релаксації можна отримати з фазових максимумів. На рис. 4 показано фізичні структури на основі моношару (a) та бішару (b) та відповідних електронів з фазовою резонансною структурою (EEC). У модель EEC введено CPE. Його адмітанс та імпеданс виражаються наступним чином:
Дві фізичні моделі та відповідні еквівалентні схеми для апроксимації спектру імпедансу зразка 2707 HDSS:
де Y0 – значення KPI, j – уявне число або (-1)1/2, ω – кутова частота, n – індекс потужності KPI менший за одиницю35. Інверсія опору переносу заряду (тобто 1/Rct) відповідає швидкості корозії. Чим менший Rct, тим вища швидкість корозії27. Після 14 днів інкубації Rct зразків Pseudomonas aeruginosa досяг 32 кОм см2, що значно менше, ніж 489 кОм см2 небіологічних зразків (Таблиця 4).
Зображення CLSM та SEM на рисунку 5 чітко показують, що біоплівкове покриття на поверхні зразка HDSS 2707 через 7 днів є щільним. Однак через 14 днів покриття біоплівкою було слабким, і з'явилися деякі мертві клітини. У таблиці 5 показано товщину біоплівки на зразках HDSS 2707 після впливу P. aeruginosa протягом 7 та 14 днів. Максимальна товщина біоплівки змінилася з 23,4 мкм через 7 днів до 18,9 мкм через 14 днів. Середня товщина біоплівки також підтвердила цю тенденцію. Вона зменшилася з 22,2 ± 0,7 мкм через 7 днів до 17,8 ± 1,0 мкм через 14 днів.
(a) 3D CLSM-зображення через 7 днів, (b) 3D CLSM-зображення через 14 днів, (c) SEM-зображення через 7 днів та (d) SEM-зображення через 14 днів.
ЕМП виявило хімічні елементи в біоплівках та продуктах корозії на зразках, що зазнали впливу P. aeruginosa протягом 14 днів. На рис. 6 показано, що вміст C, N, O та P у біоплівках та продуктах корозії значно вищий, ніж у чистих металах, оскільки ці елементи пов'язані з біоплівками та їх метаболітами. Мікробам потрібні лише слідові кількості хрому та заліза. Високий рівень Cr та Fe у біоплівці та продуктах корозії на поверхні зразків свідчить про те, що металева матриця втратила елементи через корозію.
Через 14 днів у середовищі 2216E спостерігали ямки з P. aeruginosa та без неї. До інкубації поверхня зразків була гладкою та без дефектів (рис. 7a). Після інкубації та видалення біоплівки та продуктів корозії найглибші ямки на поверхні зразків досліджували за допомогою CLSM, як показано на рис. 7b та c. На поверхні небіологічних контролів не виявлено очевидних ямок (максимальна глибина ямок 0,02 мкм). Максимальна глибина ямок, спричинена P. aeruginosa, становила 0,52 мкм через 7 днів та 0,69 мкм через 14 днів, виходячи із середньої максимальної глибини ямок з 3 зразків (для кожного зразка було обрано 10 максимальних глибин ямок). Досягнення 0,42 ± 0,12 мкм та 0,52 ± 0,15 мкм відповідно (табл. 5). Ці значення глибини ямок невеликі, але важливі.
(a) до експозиції, (b) 14 днів в абіотичному середовищі та (c) 14 днів у бульйоні Pseudomonas aeruginosa.
На рис. 8 показано спектри рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС) різних поверхонь зразків, а хімічний склад, проаналізований для кожної поверхні, зведено в таблиці 6. У таблиці 6 атомні відсотки Fe та Cr у присутності P. aeruginosa (зразки A та B) були значно нижчими, ніж у небіологічних контролях (зразки C та D). Для зразка P. aeruginosa спектральна крива на рівні ядра Cr2p була апроксимована чотирма піковими компонентами з енергіями зв'язку (BE) 574,4, 576,6, 578,3 та 586,8 еВ, які можна віднести до Cr, Cr2O3, CrO3 та Cr(OH)3 відповідно (рис. 9a та b). Для небіологічних зразків спектр основного рівня Cr2p містить два основні піки для Cr (573,80 еВ для BE) та Cr2O3 (575,90 еВ для BE) на рис. 9c та d відповідно. Найбільш вражаючою відмінністю між абіотичними зразками та зразками P. aeruginosa була наявність Cr6+ та вища відносна частка Cr(OH)3 (BE 586,8 еВ) під біоплівкою.
Широкі спектри рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС) поверхні зразка 2707 HDSS у двох середовищах становлять 7 та 14 днів відповідно.
(a) 7 днів впливу P. aeruginosa, (b) 14 днів впливу P. aeruginosa, (c) 7 днів в абіотичному середовищі та (d) 14 днів в абіотичному середовищі.
HDSS демонструє високий рівень корозійної стійкості в більшості середовищ. Кім та ін.2 повідомили, що HDSS UNS S32707 був ідентифікований як високолегований DSS з PREN понад 45. Значення PREN зразка 2707 HDSS у цій роботі становило 49. Це пов'язано з високим вмістом хрому та високим вмістом молібдену та нікелю, які корисні в кислих середовищах та середовищах з високим вмістом хлоридів. Крім того, збалансований склад та бездефектна мікроструктура є корисними для структурної стабільності та корозійної стійкості. Однак, незважаючи на його чудову хімічну стійкість, експериментальні дані в цій роботі свідчать про те, що 2707 HDSS не є повністю стійким до мікроінтенсивних інгібіторів корозії (МІК) біоплівки P. aeruginosa.
Електрохімічні результати показали, що швидкість корозії 2707 HDSS у бульйоні P. aeruginosa значно зросла через 14 днів порівняно з небіологічним середовищем. На рисунку 2a спостерігалося зниження Eocp як в абіотичному середовищі, так і в бульйоні P. aeruginosa протягом перших 24 годин. Після цього біоплівка повністю покриває поверхню зразка, і Eocp стає відносно стабільним36. Однак біологічний рівень Eocp був значно вищим, ніж небіологічний рівень Eocp. Є підстави вважати, що ця різниця пов'язана з утворенням біоплівок P. aeruginosa. На рис. 2d у присутності P. aeruginosa значення icorr 2707 HDSS досягло 0,627 мкА см-2, що на порядок вище, ніж у абіотичному контролі (0,063 мкА см-2), що відповідало значенню Rct, виміряному за допомогою EIS. Протягом перших кількох днів значення імпедансу в бульйоні P. aeruginosa збільшувалися через прикріплення клітин P. aeruginosa та утворення біоплівок. Однак, коли біоплівка повністю покриває поверхню зразка, імпеданс зменшується. Захисний шар атакується головним чином через утворення біоплівок та їх метаболітів. Як наслідок, стійкість до корозії з часом знижувалася, а прикріплення P. aeruginosa спричиняло локалізовану корозію. Тенденції в абіотичних середовищах були іншими. Стійкість до корозії небіологічного контролю була значно вищою, ніж відповідне значення зразків, що піддавалися впливу бульйону P. aeruginosa. Крім того, для абіотичних зразків значення Rct 2707 HDSS досягло 489 кОм см2 на 14-й день, що в 15 разів вище за значення Rct (32 кОм см2) у присутності P. aeruginosa. Таким чином, 2707 HDSS має чудову корозійну стійкість у стерильному середовищі, але не є стійким до МІК з біоплівок P. aeruginosa.
Ці результати також можна спостерігати на кривих поляризації на рис. 2b. Анодне розгалуження пов'язують з утворенням біоплівки Pseudomonas aeruginosa та реакціями окислення металу. У цьому випадку катодною реакцією є відновлення кисню. Присутність P. aeruginosa значно збільшила щільність струму корозії, приблизно на порядок вище, ніж в абіотичному контролі. Це вказує на те, що біоплівка P. aeruginosa посилює локалізовану корозію 2707 HDSS. Юань та ін.29 виявили, що щільність струму корозії сплаву Cu-Ni 70/30 збільшується під дією біоплівки P. aeruginosa. Це може бути пов'язано з біокаталізом відновлення кисню біоплівками Pseudomonas aeruginosa. Це спостереження також може пояснити мінімальну інгібуючу концентрацію (МІК) 2707 HDSS у цій роботі. Під аеробними біоплівками також може бути менше кисню. Отже, відмова від повторної пасивації поверхні металу киснем може бути фактором, що сприяє МІК у цій роботі.
Дікінсон та ін.38 припустили, що швидкість хімічних та електрохімічних реакцій може безпосередньо залежати від метаболічної активності сидячих бактерій на поверхні зразка та природи продуктів корозії. Як показано на рисунку 5 та в таблиці 5, кількість клітин та товщина біоплівки зменшилися через 14 днів. Це можна обґрунтовано пояснити тим фактом, що через 14 днів більшість сидячих клітин на поверхні 2707 HDSS загинули через виснаження поживних речовин у середовищі 2216E або вивільнення токсичних іонів металів з матриці 2707 HDSS. Це є обмеженням пакетних експериментів.
У цій роботі біоплівка P. aeruginosa сприяла локальному виснаженню Cr та Fe під біоплівкою на поверхні 2707 HDSS (рис. 6). У таблиці 6 показано зниження вмісту Fe та Cr у зразку D порівняно зі зразком C, що вказує на те, що розчинені Fe та Cr, спричинені біоплівкою P. aeruginosa, зберігалися протягом перших 7 днів. Середовище 2216E використовується для моделювання морського середовища. Воно містить 17700 ppm Cl-, що можна порівняти з його вмістом у природній морській воді. Присутність 17700 ppm Cl- була основною причиною зниження вмісту Cr у 7- та 14-денних абіотичних зразках, проаналізованих за допомогою рентгенівської фотоелектронної спектроскопії (РФЕС). Порівняно зі зразками P. aeruginosa, розчинення Cr в абіотичних зразках було значно меншим через сильну стійкість 2707 HDSS до хлору в абіотичних умовах. На рис. 9 показано присутність Cr6+ у пасивуючій плівці. Він може бути задіяний у видаленні хрому зі сталевих поверхонь біоплівками P. aeruginosa, як припускають Чен та Клейтон.
Через ріст бактерій значення pH середовища до та після культивування становили 7,4 та 8,2 відповідно. Таким чином, під біоплівкою P. aeruginosa корозія органічними кислотами навряд чи сприятиме цій роботі через відносно високий pH у середовищі з основною масою. pH небіологічного контрольного середовища суттєво не змінився (від початкових 7,4 до кінцевих 7,5) протягом 14-денного періоду тестування. Збільшення pH у посівному середовищі після інкубації було зумовлене метаболічною активністю P. aeruginosa і, як було виявлено, мало такий самий вплив на pH за відсутності тестових смужок.
Як показано на рисунку 7, максимальна глибина ямок, спричинена біоплівкою P. aeruginosa, становила 0,69 мкм, що значно більше, ніж в абіотичному середовищі (0,02 мкм). Це узгоджується з електрохімічними даними, описаними вище. Глибина ямок 0,69 мкм більш ніж у десять разів менша за значення 9,5 мкм, зазначене для 2205 DSS за тих самих умов. Ці дані показують, що 2707 HDSS демонструє кращу стійкість до мікробних інгібіторів (МІК), ніж 2205 DSS. Це не повинно дивувати, оскільки 2707 HDSS має вищі рівні Cr, що забезпечує довшу пасивацію, важче депасивує P. aeruginosa, і завдяки своїй збалансованій фазовій структурі без шкідливого вторинного осаду викликає ямки.
На завершення, на поверхні 2707 HDSS у бульйоні P. aeruginosa було виявлено мікобактеріальні ямки порівняно з незначними ямками в абіотичному середовищі. Ця робота показує, що 2707 HDSS має кращу стійкість до MIC, ніж 2205 DSS, але він не є повністю імунним до MIC через біоплівку P. aeruginosa. Ці результати допомагають у виборі відповідних нержавіючих сталей та визначення тривалості терміну служби для морського середовища.
Купон на сталь 2707 HDSS надано Металургійною школою Північно-Східного університету (NEU) у Шеньяні, Китай. Елементний склад 2707 HDSS наведено в Таблиці 1, аналіз проводився Відділом аналізу та випробувань матеріалів NEU. Всі зразки були оброблені до твердого розчину при 1180°C протягом 1 години. Перед корозійними випробуваннями сталь 2707 HDSS у формі монети з площею верхньої відкритої поверхні 1 см2 полірували до зернистості 2000 за допомогою наждачного паперу з карбіду кремнію, а потім полірували порошковою суспензією Al2O3 з розміром шару 0,05 мкм. Бокові сторони та дно захищені інертною фарбою. Після сушіння зразки промивали стерильною деіонізованою водою та стерилізували 75% (об./об.) етанолом протягом 0,5 години. Потім їх сушили на повітрі під ультрафіолетовим (УФ) світлом протягом 0,5 години перед використанням.
Штам морської Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 був придбаний у Центрі колекції морських культур Сямень (MCCC), Китай. Pseudomonas aeruginosa вирощували в аеробних умовах при 37°C у колбах об'ємом 250 мл та скляних електрохімічних комірках об'ємом 500 мл з використанням рідкого середовища Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Циндао, Китай). Середовище містить (г/л): 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 пептон, 1,0 дріжджовий екстракт та 0,1 цитрату заліза. Автоклавуйте при температурі 121°C протягом 20 хвилин перед інокуляцією. Підрахуйте сидячі та планктонні клітини за допомогою гемоцитометра під світловим мікроскопом при 400-кратному збільшенні. Початкова концентрація планктонної Pseudomonas aeruginosa одразу після інокуляції становила приблизно 106 клітин/мл.
Електрохімічні випробування проводили в класичній скляній комірці з трьома електродами та об'ємом середовища 500 мл. Платиновий лист та насичений каломельний електрод (SAE) були з'єднані з реактором через капіляри Луггіна, заповнені сольовими містками, які служили відповідно протиелектродами та електродами порівняння. Для виготовлення робочих електродів до кожного зразка прикріплювали гумований мідний дріт та покривали епоксидною смолою, залишаючи з одного боку близько 1 см2 незахищеної ділянки для робочого електрода. Під час електрохімічних вимірювань зразки поміщали в середовище 2216E та витримували при постійній температурі інкубації (37°C) у водяній бані. Дані OCP, LPR, EIS та потенціальної динамічної поляризації вимірювали за допомогою потенціостата Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., США). Випробування LPR реєстрували зі швидкістю сканування 0,125 мВ/с у діапазоні від -5 до 5 мВ з Eocp та частотою дискретизації 1 Гц. ЕІС проводили за допомогою синусоїди в діапазоні частот від 0,01 до 10 000 Гц, використовуючи прикладену напругу 5 мВ при стаціонарному стані Eocp. Перед розгорткою потенціалу електроди перебували в режимі очікування, доки не було досягнуто стабільного значення вільного потенціалу корозії. Потім вимірювали криві поляризації від -0,2 до 1,5 В як функцію Eocp зі швидкістю сканування 0,166 мВ/с. Кожен тест повторювали 3 рази з P. aeruginosa та без нього.
Зразки для металографічного аналізу механічно полірували вологим папером SiC зернистістю 2000, а потім додатково полірували суспензією порошку Al2O3 з розміром шару 0,05 мкм для оптичного спостереження. Металографічний аналіз проводили за допомогою оптичного мікроскопа. Зразки травили 10 мас.% розчином гідроксиду калію 43.
Після інкубації зразки промивали 3 рази фосфатно-сольовим буфером (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), а потім фіксували 2,5% (об./об.) глутаральдегідом протягом 10 годин для утворення біоплівок. Потім їх зневоднювали дозованим етанолом (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% та 100% за об'ємом) перед сушінням на повітрі. Нарешті, на поверхню зразка наносили золоту плівку для забезпечення провідності для спостереження за допомогою скануючої електронної мікроскопії (СЕМ). Зображення СЕМ фокусували на плямах з найбільш сидячими клітинами P. aeruginosa на поверхні кожного зразка. Проводили EDS-аналіз для виявлення хімічних елементів. Для вимірювання глибини ямок використовували конфокальний лазерний скануючий мікроскоп Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Німеччина). Щоб спостерігати корозійні ямки під біоплівкою, досліджуваний зразок спочатку очистили відповідно до Китайського національного стандарту (CNS) GB/T4334.4-2000 для видалення продуктів корозії та біоплівки з поверхні досліджуваного зразка.
Рентгенівську фотоелектронну спектроскопію (XPS, система аналізу поверхні ESCALAB250, Thermo VG, США) проводили з використанням монохроматичного джерела рентгенівського випромінювання (лінія алюмінію Kα з енергією 1500 еВ та потужністю 150 Вт) у широкому діапазоні енергій зв'язку 0 за стандартних умов –1350 еВ. Спектри високої роздільної здатності реєстрували з використанням енергії пропускання 50 еВ та кроку 0,2 еВ.
Інкубовані зразки видаляли та обережно промивали PBS (pH 7,4 ± 0,2) протягом 15 секунд і 45 секунд. Щоб спостерігати за життєздатністю бактерій у біоплівках на зразках, біоплівки забарвлювали за допомогою набору LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Юджин, Орегон, США). Набір містить два флуоресцентні барвники: зелений флуоресцентний барвник SYTO-9 та червоний флуоресцентний барвник пропідію йодид (PI). У CLSM флуоресцентні зелені та червоні точки представляють живі та мертві клітини відповідно. Для забарвлення 1 мл суміші, що містить 3 мкл SYTO-9 та 3 мкл розчину PI, інкубували протягом 20 хвилин при кімнатній температурі (23°C) у темряві. Після цього забарвлені зразки досліджували на двох довжинах хвиль (488 нм для живих клітин та 559 нм для мертвих клітин) за допомогою апарату Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Японія). Товщину біоплівки вимірювали в режимі 3D-сканування.
Як цитувати цю статтю: Li, H. et al. Мікробна корозія супердуплексної нержавіючої сталі 2707 морською біоплівкою Pseudomonas aeruginosa. the science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Занотто, Ф., Грассі, В., Бальбо, А., Монтічеллі, К. та Зуккі, Ф. Корозійне розтріскування під напругою дуплексної нержавіючої сталі LDX 2101 у розчинах хлоридів у присутності тіосульфату. Занотто, Ф., Грассі, В., Бальбо, А., Монтічеллі, К. та Зуккі, Ф. Корозійне розтріскування під напругою дуплексної нержавіючої сталі LDX 2101 у розчинах хлоридів у присутності тіосульфату. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозійне розтріскування під напругою дуплексної нержавіючої сталі LDX 2101 у розчинах хлоридів у присутності тіосульфату. Занотто, Ф., Грассі, В., Бальбо, А., Монтічеллі, К. та Зуккі, Ф. Корозійне розтріскування під напругою дуплексної нержавіючої сталі LDX 2101 у розчинах хлоридів у присутності тіосульфату. 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нержавіюча сталь在福代сульфат分下下南性性生于中图像剧情开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Корозійне розтріскування під напругою дуплексної нержавіючої сталі LDX 2101 у розчині хлориду в присутності тіосульфату. Занотто, Ф., Грассі, В., Бальбо, А., Монтічеллі, К. та Зуккі, Ф. Корозійне розтріскування під напругою дуплексної нержавіючої сталі LDX 2101 у розчині хлориду в присутності тіосульфату.coros science 80, 205–212 (2014).
Кім, С.Т., Джанг, С.Х., Лі, І.С. та Парк, Ю.С. Вплив термічної обробки на розчин та азоту в захисному газі на стійкість до точкової корозії зварних швів гіпердуплексної нержавіючої сталі. Кім, С.Т., Джанг, С.Х., Лі, І.С. та Парк, Ю.С. Вплив термічної обробки на розчин та азоту в захисному газі на стійкість до точкової корозії зварних швів гіпердуплексної нержавіючої сталі.Кім, С.Т., Джанг, С.Х., Лі, І.С. та Парк, Ю.С. Вплив термічної обробки на розчин та азоту в захисному газі на стійкість зварних швів гіпердуплексної нержавіючої сталі до точкової корозії. Кім, С.Т., Джанг, С.Х., Лі, І.С. та Парк, Ю.С固溶热处理和保护气体中的氮气对超双相不锈钢焊缝抗点蚀性能的影响。 Кім, СТ, Чан, СХ, Лі, ІС та Парк, ЮСКім, С.Т., Джанг, С.Х., Лі, І.С. та Парк, Ю.С. Вплив термічної обробки на розчин та азоту в захисному газі на стійкість зварних швів супердуплексної нержавіючої сталі до точкової корозії.koros. наука. 53, 1939–1947 (2011).
Ши, Х., Авчі, Р., Гейзер, М. та Левандовський, З. Порівняльне дослідження хімії мікробно- та електрохімічно індукованого пітингу нержавіючої сталі 316L. Ши, Х., Авчі, Р., Гейзер, М. та Левандовський, З. Порівняльне дослідження хімії мікробно- та електрохімічно індукованого пітингу нержавіючої сталі 316L.Ши, Х., Авчі, Р., Гейзер, М. та Левандовський, З. Порівняльне хімічне дослідження мікробіологічного та електрохімічного точкового утворення нержавіючої сталі 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。 Ши, Х., Авчі, Р., Гейзер, М. та Левандовський, З.Ши, Х., Авчі, Р., Гейзер, М. та Левандовський, З. Порівняльне хімічне дослідження мікробіологічного та електрохімічно індукованого пітингу в нержавіючій сталі 316L.koros. наука. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG та Xiao, K. Електрохімічна поведінка дуплексної нержавіючої сталі 2205 у лужних розчинах з різним pH у присутності хлориду. Luo, H., Dong, CF, Li, XG та Xiao, K. Електрохімічна поведінка дуплексної нержавіючої сталі 2205 у лужних розчинах з різним pH у присутності хлориду.Luo H., Dong KF, Lee HG та Xiao K. Електрохімічна поведінка дуплексної нержавіючої сталі 2205 у лужних розчинах з різним pH у присутності хлориду. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的电化学行为。 Luo, H., Dong, CF, Li, XG та Xiao, K. 2205 Електрохімічна поведінка нержавіючої сталі 双相 у присутності хлориду при різних значеннях pH у лужному розчині.Luo H., Dong KF, Lee HG та Xiao K. Електрохімічна поведінка дуплексної нержавіючої сталі 2205 у лужних розчинах з різним pH у присутності хлориду.Журнал «Електрохімія». 64, 211–220 (2012).
Літтл, Б. Дж., Лі, Дж. С. та Рей, Р. І. Вплив морських біоплівок на корозію: короткий огляд. Літтл, Б. Дж., Лі, Дж. С. та Рей, Р. І. Вплив морських біоплівок на корозію: короткий огляд.Літтл, Б. Дж., Лі, Дж. С. та Рей, Р. І. Вплив морських біоплівок на корозію: короткий огляд. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述。 Літтл, Б. Дж., Лі, Дж. С. та Рей, Род-АйлендЛіттл, Б. Дж., Лі, Дж. С. та Рей, Р. І. Вплив морських біоплівок на корозію: короткий огляд.Журнал «Електрохімія». 54, 2-7 (2008).