Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS hạn chế. Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt đã cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web mà không có kiểu dáng và JavaScript.
Ăn mòn vi khuẩn (MIC) là một vấn đề nghiêm trọng trong nhiều ngành công nghiệp vì nó có thể dẫn đến tổn thất kinh tế rất lớn. Thép không gỉ siêu song 2707 (2707 HDSS) được sử dụng trong môi trường biển do khả năng chống hóa chất tuyệt vời của nó. Tuy nhiên, khả năng chống MIC của nó vẫn chưa được chứng minh bằng thực nghiệm. Nghiên cứu này đã kiểm tra hành vi của MIC 2707 HDSS do vi khuẩn hiếu khí biển Pseudomonas aeruginosa gây ra. Phân tích điện hóa cho thấy khi có màng sinh học Pseudomonas aeruginosa trong môi trường 2216E, sẽ xảy ra sự thay đổi tích cực về điện thế ăn mòn và mật độ dòng điện ăn mòn tăng lên. Phân tích quang phổ điện tử tia X (XPS) cho thấy hàm lượng Cr trên bề mặt mẫu dưới màng sinh học giảm. Phân tích trực quan các hố cho thấy màng sinh học P. aeruginosa tạo ra độ sâu hố tối đa là 0,69 µm trong 14 ngày ủ. Mặc dù con số này nhỏ nhưng nó cho thấy 2707 HDSS không hoàn toàn miễn nhiễm với MIC của màng sinh học P. aeruginosa.
Thép không gỉ song pha (DSS) được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau do sự kết hợp hoàn hảo giữa các đặc tính cơ học tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn1,2. Tuy nhiên, hiện tượng rỗ cục bộ vẫn xảy ra và ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của loại thép này3,4. DSS không có khả năng chống ăn mòn vi khuẩn (MIC)5,6. Mặc dù DSS có nhiều ứng dụng, vẫn có những môi trường mà khả năng chống ăn mòn của DSS không đủ để sử dụng lâu dài. Điều này có nghĩa là cần có vật liệu đắt tiền hơn với khả năng chống ăn mòn cao hơn. Jeon và cộng sự7 phát hiện ra rằng ngay cả thép không gỉ siêu song pha (SDSS) cũng có một số hạn chế về khả năng chống ăn mòn. Do đó, trong một số trường hợp, cần có thép không gỉ siêu song pha (HDSS) có khả năng chống ăn mòn cao hơn. Điều này dẫn đến sự phát triển của HDSS hợp kim cao.
Khả năng chống ăn mòn DSS phụ thuộc vào tỷ lệ pha alpha và gamma và bị suy giảm ở các vùng Cr, Mo và W 8, 9, 10 liền kề với pha thứ hai. HDSS chứa hàm lượng Cr, Mo và N11 cao, do đó nó có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và giá trị cao (45-50) của số điện trở rỗ tương đương (PREN) được xác định theo wt.% Cr + 3,3 (wt.% Mo + 0,5 wt. .% W) + 16% wt. N12. Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của nó phụ thuộc vào thành phần cân bằng chứa khoảng 50% pha ferritic (α) và 50% pha austenitic (γ). HDSS có các tính chất cơ học tốt hơn và khả năng chống ăn mòn clorua cao hơn. Khả năng chống ăn mòn được cải thiện mở rộng việc sử dụng HDSS trong các môi trường clorua hung hăng hơn như môi trường biển.
MIC là một vấn đề lớn trong nhiều ngành công nghiệp như ngành dầu khí và nước14. MIC chiếm 20% tổng số thiệt hại do ăn mòn15. MIC là ăn mòn điện hóa sinh học có thể được quan sát thấy trong nhiều môi trường. Các màng sinh học hình thành trên bề mặt kim loại làm thay đổi các điều kiện điện hóa, do đó ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn. Người ta tin rộng rãi rằng ăn mòn MIC là do màng sinh học gây ra. Các vi sinh vật sinh điện ăn mòn kim loại để có được năng lượng chúng cần để tồn tại17. Các nghiên cứu MIC gần đây đã chỉ ra rằng EET (truyền điện tử ngoại bào) là yếu tố hạn chế tốc độ trong MIC do các vi sinh vật sinh điện gây ra. Zhang và cộng sự 18 đã chứng minh rằng các chất trung gian điện tử đẩy nhanh quá trình truyền điện tử giữa các tế bào Desulfovibrio sessificans và thép không gỉ 304, dẫn đến sự tấn công MIC nghiêm trọng hơn. Anning và cộng sự 19 và Wenzlaff và cộng sự 20 đã chỉ ra rằng các màng sinh học của vi khuẩn khử sunfat ăn mòn (SRB) có thể hấp thụ trực tiếp các điện tử từ các chất nền kim loại, dẫn đến rỗ nghiêm trọng.
DSS được biết là dễ bị MIC trong môi trường chứa SRB, vi khuẩn khử sắt (IRB), v.v. 21. Những vi khuẩn này gây ra hiện tượng rỗ cục bộ trên bề mặt DSS dưới màng sinh học22,23. Không giống như DSS, MIC của HDSS24 vẫn chưa được biết rõ.
Pseudomonas aeruginosa là một loại vi khuẩn hình que, di động, Gram âm, phân bố rộng rãi trong tự nhiên25. Pseudomonas aeruginosa cũng là một nhóm vi khuẩn chính trong môi trường biển, gây ra nồng độ MIC cao. Pseudomonas tham gia tích cực vào quá trình ăn mòn và được công nhận là một loài tiên phong trong quá trình hình thành màng sinh học. Mahat et al. 28 và Yuan et al. 29 đã chứng minh rằng Pseudomonas aeruginosa có xu hướng làm tăng tốc độ ăn mòn của thép mềm và hợp kim trong môi trường nước.
Mục tiêu chính của công trình này là nghiên cứu các tính chất của MIC 2707 HDSS do vi khuẩn hiếu khí biển Pseudomonas aeruginosa gây ra bằng các phương pháp điện hóa, phương pháp phân tích bề mặt và phân tích sản phẩm ăn mòn. Các nghiên cứu điện hóa, bao gồm điện thế mạch hở (OCP), điện trở phân cực tuyến tính (LPR), phổ trở kháng điện hóa (EIS) và phân cực động thế, đã được thực hiện để nghiên cứu hành vi của MIC 2707 HDSS. Phân tích phổ tán xạ năng lượng (EDS) đã được thực hiện để phát hiện các nguyên tố hóa học trên bề mặt bị ăn mòn. Ngoài ra, quang phổ điện tử quang điện tia X (XPS) đã được sử dụng để xác định độ ổn định của quá trình thụ động hóa màng oxit dưới ảnh hưởng của môi trường biển có chứa Pseudomonas aeruginosa. Độ sâu của các hố được đo dưới kính hiển vi quét laser cộng hưởng (CLSM).
Bảng 1 cho thấy thành phần hóa học của 2707 HDSS. Bảng 2 cho thấy 2707 HDSS có các tính chất cơ học tuyệt vời với giới hạn chảy là 650 MPa. Trên hình 1 cho thấy cấu trúc vi mô quang học của 2707 HDSS đã qua xử lý nhiệt dung dịch. Trong cấu trúc vi mô chứa khoảng 50% pha austenit và 50% pha ferit, có thể nhìn thấy các dải pha austenit và ferit kéo dài mà không có pha thứ cấp.
Trên hình 2a cho thấy điện thế mạch hở (Eocp) so với thời gian tiếp xúc đối với 2707 HDSS trong môi trường phi sinh học 2216E và môi trường nuôi cấy P. aeruginosa trong 14 ngày ở 37°C. Nó cho thấy sự thay đổi lớn nhất và đáng kể nhất trong Eocp xảy ra trong vòng 24 giờ đầu tiên. Các giá trị Eocp trong cả hai trường hợp đều đạt đỉnh ở mức -145 mV (so với SCE) vào khoảng 16 giờ và sau đó giảm mạnh, đạt -477 mV (so với SCE) và -236 mV (so với SCE) đối với mẫu phi sinh học. và phiếu Pseudomonas aeruginosa, tương ứng). Sau 24 giờ, giá trị Eocp 2707 HDSS đối với P. aeruginosa tương đối ổn định ở mức -228 mV (so với SCE), trong khi giá trị tương ứng đối với các mẫu không phải sinh học là khoảng -442 mV (so với SCE). Eocp khi có mặt P. aeruginosa khá thấp.
Nghiên cứu điện hóa 2707 mẫu HDSS trong môi trường vô sinh và môi trường nuôi cấy Pseudomonas aeruginosa ở 37 °C:
(a) Eocp theo thời gian phơi sáng, (b) đường cong phân cực vào ngày thứ 14, (c) Rp theo thời gian phơi sáng và (d) icorr theo thời gian phơi sáng.
Bảng 3 cho thấy các thông số ăn mòn điện hóa của 2707 mẫu HDSS tiếp xúc với môi trường nuôi cấy phi sinh học và Pseudomonas aeruginosa trong thời gian 14 ngày. Các tiếp tuyến của đường cong anot và catot được ngoại suy để thu được các giao điểm cho mật độ dòng ăn mòn (icorr), thế ăn mòn (Ecorr) và độ dốc Tafel (βα và βc) theo các phương pháp tiêu chuẩn30,31.
Như thể hiện trong hình 2b, sự dịch chuyển lên trên của đường cong P. aeruginosa dẫn đến sự gia tăng Ecorr so với đường cong phi sinh học. Giá trị icorr, tỷ lệ thuận với tốc độ ăn mòn, tăng lên 0,328 µA cm-2 trong mẫu Pseudomonas aeruginosa, cao gấp bốn lần so với mẫu không sinh học (0,087 µA cm-2).
LPR là phương pháp điện hóa không phá hủy cổ điển để phân tích ăn mòn nhanh. Phương pháp này cũng đã được sử dụng để nghiên cứu MIC32. Trên hình 2c cho thấy điện trở phân cực (Rp) theo thời gian tiếp xúc. Giá trị Rp cao hơn có nghĩa là ăn mòn ít hơn. Trong vòng 24 giờ đầu tiên, Rp 2707 HDSS đạt đỉnh ở mức 1955 kΩ cm2 đối với mẫu vật phi sinh học và 1429 kΩ cm2 đối với mẫu vật Pseudomonas aeruginosa. Hình 2c cũng cho thấy giá trị Rp giảm nhanh sau một ngày và sau đó vẫn tương đối không đổi trong 13 ngày tiếp theo. Giá trị Rp của mẫu Pseudomonas aeruginosa là khoảng 40 kΩ cm2, thấp hơn nhiều so với giá trị 450 kΩ cm2 của mẫu vật không sinh học.
Giá trị icorr tỷ lệ thuận với tốc độ ăn mòn đồng đều. Giá trị của nó có thể được tính toán từ phương trình Stern-Giri sau:
Theo Zoe et al. 33, giá trị điển hình của độ dốc Tafel B trong công trình này được lấy là 26 mV/dec. Hình 2d cho thấy icorr của mẫu không sinh học 2707 vẫn tương đối ổn định, trong khi mẫu P. aeruginosa dao động rất nhiều sau 24 giờ đầu tiên. Giá trị icorr của mẫu P. aeruginosa cao hơn một bậc độ lớn so với giá trị của các đối chứng không sinh học. Xu hướng này phù hợp với kết quả về điện trở phân cực.
EIS là một phương pháp không phá hủy khác được sử dụng để mô tả các phản ứng điện hóa trên bề mặt bị ăn mòn. Phổ trở kháng và giá trị điện dung được tính toán của các mẫu tiếp xúc với môi trường phi sinh học và dung dịch Pseudomonas aeruginosa, điện trở màng thụ động/màng sinh học Rb hình thành trên bề mặt mẫu, điện trở truyền điện tích Rct, điện dung lớp kép điện Cdl (EDL) và các tham số phần tử pha QCPE không đổi (CPE). Các tham số này được phân tích thêm bằng cách khớp dữ liệu bằng mô hình mạch tương đương (EEC).
Trên hình 3 cho thấy các biểu đồ Nyquist điển hình (a và b) và các biểu đồ Bode (a' và b') cho 2707 mẫu HDSS trong môi trường phi sinh học và môi trường nuôi cấy P. aeruginosa trong các thời gian ủ khác nhau. Đường kính của vòng Nyquist giảm khi có sự hiện diện của Pseudomonas aeruginosa. Biểu đồ Bode (Hình 3b') cho thấy sự gia tăng trở kháng tổng. Thông tin về hằng số thời gian giãn nở có thể thu được từ các cực đại pha. Trên hình 4 cho thấy các cấu trúc vật lý dựa trên lớp đơn (a) và lớp kép (b) và các EEC tương ứng. CPE được đưa vào mô hình EEC. Độ dẫn và trở kháng của nó được biểu thị như sau:
Hai mô hình vật lý và mạch tương đương tương ứng để phù hợp với phổ trở kháng của mẫu 2707 HDSS:
trong đó Y0 là giá trị KPI, j là số ảo hoặc (-1)1/2, ω là tần số góc, n là chỉ số công suất KPI nhỏ hơn một35. Đảo ngược điện trở truyền điện tích (tức là 1/Rct) tương ứng với tốc độ ăn mòn. Rct càng nhỏ thì tốc độ ăn mòn càng cao27. Sau 14 ngày ủ, Rct của các mẫu Pseudomonas aeruginosa đạt 32 kΩ cm2, thấp hơn nhiều so với 489 kΩ cm2 của các mẫu không phải sinh học (Bảng 4).
Hình ảnh CLSM và hình ảnh SEM trong Hình 5 cho thấy rõ lớp phủ màng sinh học trên bề mặt mẫu HDSS 2707 sau 7 ngày là dày đặc. Tuy nhiên, sau 14 ngày, độ phủ của màng sinh học kém và xuất hiện một số tế bào chết. Bảng 5 cho thấy độ dày của màng sinh học trên các mẫu HDSS 2707 sau khi tiếp xúc với P. aeruginosa trong 7 và 14 ngày. Độ dày màng sinh học tối đa thay đổi từ 23,4 µm sau 7 ngày thành 18,9 µm sau 14 ngày. Độ dày màng sinh học trung bình cũng xác nhận xu hướng này. Nó giảm từ 22,2 ± 0,7 μm sau 7 ngày thành 17,8 ± 1,0 μm sau 14 ngày.
(a) Hình ảnh CLSM 3-D ở ngày thứ 7, (b) Hình ảnh CLSM 3-D ở ngày thứ 14, (c) Hình ảnh SEM ở ngày thứ 7 và (d) Hình ảnh SEM ở ngày thứ 14.
EMF cho thấy các nguyên tố hóa học trong màng sinh học và sản phẩm ăn mòn trên các mẫu tiếp xúc với P. aeruginosa trong 14 ngày. Trên hình. Hình 6 cho thấy hàm lượng C, N, O và P trong màng sinh học và sản phẩm ăn mòn cao hơn đáng kể so với hàm lượng trong kim loại nguyên chất, vì các nguyên tố này liên kết với màng sinh học và các chất chuyển hóa của chúng. Vi khuẩn chỉ cần một lượng nhỏ crom và sắt. Nồng độ Cr và Fe cao trong màng sinh học và sản phẩm ăn mòn trên bề mặt các mẫu cho thấy ma trận kim loại đã mất các nguyên tố do ăn mòn.
Sau 14 ngày, quan sát thấy các vết rỗ có và không có P. aeruginosa trong môi trường 2216E. Trước khi ủ, bề mặt mẫu nhẵn và không có khuyết tật (Hình 7a). Sau khi ủ và loại bỏ màng sinh học và sản phẩm ăn mòn, kiểm tra các vết rỗ sâu nhất trên bề mặt mẫu bằng CLSM, như thể hiện trong Hình 7b và c. Không thấy vết rỗ rõ ràng trên bề mặt của các đối chứng không phải sinh học (độ sâu rỗ tối đa 0,02 µm). Độ sâu rỗ tối đa do P. aeruginosa gây ra là 0,52 µm sau 7 ngày và 0,69 µm sau 14 ngày, dựa trên độ sâu rỗ tối đa trung bình từ 3 mẫu (chọn 10 độ sâu rỗ tối đa cho mỗi mẫu). Đạt được lần lượt là 0,42 ± 0,12 µm và 0,52 ± 0,15 µm (Bảng 5). Các giá trị độ sâu lỗ này nhỏ nhưng quan trọng.
(a) trước khi tiếp xúc, (b) 14 ngày trong môi trường vô sinh và (c) 14 ngày trong môi trường nuôi cấy Pseudomonas aeruginosa.
Trên hình. Bảng 8 cho thấy phổ XPS của nhiều bề mặt mẫu khác nhau và thành phần hóa học được phân tích cho từng bề mặt được tóm tắt trong Bảng 6. Trong Bảng 6, phần trăm nguyên tử của Fe và Cr khi có mặt P. aeruginosa (mẫu A và B) thấp hơn nhiều so với phần trăm của các đối chứng không phải sinh học. (mẫu C và D). Đối với mẫu P. aeruginosa, đường cong phổ ở mức nhân Cr 2p được khớp với bốn thành phần đỉnh có năng lượng liên kết (BE) lần lượt là 574,4, 576,6, 578,3 và 586,8 eV, có thể được quy cho Cr, Cr2O3, CrO3. và Cr(OH)3 (Hình 9a và b). Đối với các mẫu không phải sinh học, phổ của mức Cr 2p chính chứa hai đỉnh chính cho Cr (573,80 eV cho BE) và Cr2O3 (575,90 eV cho BE) trong Hình. 9c và d tương ứng. Sự khác biệt nổi bật nhất giữa các mẫu phi sinh học và các mẫu P. aeruginosa là sự hiện diện của Cr6+ và tỷ lệ tương đối cao hơn của Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) dưới màng sinh học.
Phổ XPS rộng của bề mặt mẫu 2707 HDSS trong hai môi trường lần lượt là 7 và 14 ngày.
(a) 7 ngày tiếp xúc với P. aeruginosa, (b) 14 ngày tiếp xúc với P. aeruginosa, (c) 7 ngày trong môi trường vô sinh, và (d) 14 ngày trong môi trường vô sinh.
HDSS thể hiện khả năng chống ăn mòn ở mức cao trong hầu hết các môi trường. Kim et al.2 báo cáo rằng HDSS UNS S32707 được xác định là DSS hợp kim cao với PREN lớn hơn 45. Giá trị PREN của mẫu HDSS 2707 trong công trình này là 49. Điều này là do hàm lượng crom cao và hàm lượng molypden và niken cao, hữu ích trong môi trường có tính axit và môi trường có hàm lượng clorua cao. Ngoài ra, thành phần cân bằng tốt và cấu trúc vi mô không có khuyết tật có lợi cho độ ổn định của cấu trúc và khả năng chống ăn mòn. Tuy nhiên, mặc dù có khả năng chống hóa chất tuyệt vời, dữ liệu thực nghiệm trong công trình này cho thấy rằng HDSS 2707 không hoàn toàn miễn nhiễm với MIC của màng sinh học P. aeruginosa.
Kết quả điện hóa cho thấy tốc độ ăn mòn của 2707 HDSS trong môi trường nuôi cấy P. aeruginosa tăng đáng kể sau 14 ngày so với môi trường không sinh học. Trong Hình 2a, Eocp giảm được quan sát thấy trong cả môi trường phi sinh học và môi trường nuôi cấy P. aeruginosa trong 24 giờ đầu tiên. Sau đó, màng sinh học bao phủ hoàn toàn bề mặt mẫu và Eocp trở nên tương đối ổn định36. Tuy nhiên, mức Eocp sinh học cao hơn nhiều so với mức Eocp phi sinh học. Có lý do để tin rằng sự khác biệt này có liên quan đến sự hình thành màng sinh học P. aeruginosa. Trên hình 2d khi có P. aeruginosa, giá trị icorr 2707 HDSS đạt 0,627 μA cm-2, cao hơn một bậc độ lớn so với giá trị của đối chứng phi sinh học (0,063 μA cm-2), phù hợp với giá trị Rct đo được bằng EIS. Trong vài ngày đầu, các giá trị trở kháng trong môi trường nuôi cấy P. aeruginosa tăng lên do sự bám dính của tế bào P. aeruginosa và sự hình thành của màng sinh học. Tuy nhiên, khi màng sinh học bao phủ hoàn toàn bề mặt mẫu, trở kháng giảm xuống. Lớp bảo vệ bị tấn công chủ yếu do sự hình thành của màng sinh học và các chất chuyển hóa của màng sinh học. Do đó, khả năng chống ăn mòn giảm dần theo thời gian và sự bám dính của P. aeruginosa gây ra sự ăn mòn cục bộ. Các xu hướng trong môi trường phi sinh học là khác nhau. Khả năng chống ăn mòn của đối chứng phi sinh học cao hơn nhiều so với giá trị tương ứng của các mẫu tiếp xúc với môi trường nuôi cấy P. aeruginosa. Ngoài ra, đối với các mẫu vật phi sinh học, giá trị Rct 2707 HDSS đạt 489 kΩ cm2 vào ngày 14, cao hơn 15 lần so với giá trị Rct (32 kΩ cm2) khi có P. aeruginosa. Do đó, 2707 HDSS có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong môi trường vô trùng, nhưng không chống lại được MIC từ màng sinh học P. aeruginosa.
Những kết quả này cũng có thể được quan sát từ các đường cong phân cực trong Hình 2b. Sự phân nhánh anot có liên quan đến sự hình thành màng sinh học Pseudomonas aeruginosa và các phản ứng oxy hóa kim loại. Trong trường hợp này, phản ứng catốt là sự khử oxy. Sự hiện diện của P. aeruginosa làm tăng đáng kể mật độ dòng ăn mòn, cao hơn khoảng một bậc độ lớn so với đối chứng phi sinh học. Điều này chỉ ra rằng màng sinh học P. aeruginosa làm tăng cường sự ăn mòn tại chỗ của 2707 HDSS. Yuan và cộng sự29 phát hiện ra rằng mật độ dòng ăn mòn của hợp kim Cu-Ni 70/30 tăng lên dưới tác động của màng sinh học P. aeruginosa. Điều này có thể là do quá trình xúc tác sinh học của quá trình khử oxy bởi màng sinh học Pseudomonas aeruginosa. Quan sát này cũng có thể giải thích MIC 2707 HDSS trong công trình này. Cũng có thể có ít oxy hơn dưới màng sinh học hiếu khí. Do đó, việc từ chối thụ động lại bề mặt kim loại bằng oxy có thể là một yếu tố góp phần vào MIC trong công trình này.
Dickinson và cộng sự 38 cho rằng tốc độ phản ứng hóa học và điện hóa có thể bị ảnh hưởng trực tiếp bởi hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn cố định trên bề mặt mẫu và bản chất của sản phẩm ăn mòn. Như thể hiện trong Hình 5 và Bảng 5, số lượng tế bào và độ dày của màng sinh học giảm sau 14 ngày. Điều này có thể được giải thích hợp lý bởi thực tế là sau 14 ngày, hầu hết các tế bào cố định trên bề mặt của 2707 HDSS chết do cạn kiệt chất dinh dưỡng trong môi trường 2216E hoặc giải phóng các ion kim loại độc hại từ ma trận 2707 HDSS. Đây là một hạn chế của các thí nghiệm theo mẻ.
Trong công trình này, màng sinh học P. aeruginosa góp phần làm suy giảm cục bộ Cr và Fe dưới màng sinh học trên bề mặt của 2707 HDSS (Hình 6). Bảng 6 cho thấy sự giảm Fe và Cr trong mẫu D so với mẫu C, cho thấy Fe và Cr hòa tan do màng sinh học P. aeruginosa gây ra vẫn tồn tại trong 7 ngày đầu tiên. Môi trường 2216E được sử dụng để mô phỏng môi trường biển. Môi trường này chứa 17700 ppm Cl-, tương đương với hàm lượng của nó trong nước biển tự nhiên. Sự hiện diện của 17700 ppm Cl- là lý do chính khiến Cr giảm trong các mẫu phi sinh học 7 và 14 ngày được phân tích bằng XPS. So với các mẫu P. aeruginosa, sự hòa tan Cr trong các mẫu phi sinh học ít hơn nhiều do khả năng chống lại clo mạnh của 2707 HDSS trong điều kiện phi sinh học. Trên hình 9 cho thấy sự hiện diện của Cr6+ trong màng thụ động. Nó có thể liên quan đến việc loại bỏ crom khỏi bề mặt thép bằng màng sinh học P. aeruginosa, như Chen và Clayton đã đề xuất.
Do sự phát triển của vi khuẩn, giá trị pH của môi trường trước và sau khi nuôi cấy lần lượt là 7,4 và 8,2. Do đó, bên dưới màng sinh học P. aeruginosa, sự ăn mòn axit hữu cơ không có khả năng góp phần vào công việc này do độ pH tương đối cao trong môi trường khối. Độ pH của môi trường kiểm soát không sinh học không thay đổi đáng kể (từ 7,4 ban đầu đến 7,5 cuối cùng) trong thời gian thử nghiệm 14 ngày. Sự gia tăng độ pH trong môi trường hạt giống sau khi ủ là do hoạt động trao đổi chất của P. aeruginosa và được phát hiện có tác động tương tự đến độ pH khi không có dải thử.
Như thể hiện trong Hình 7, độ sâu hố tối đa do màng sinh học P. aeruginosa gây ra là 0,69 µm, lớn hơn nhiều so với môi trường phi sinh học (0,02 µm). Điều này phù hợp với dữ liệu điện hóa được mô tả ở trên. Độ sâu hố là 0,69 µm nhỏ hơn mười lần so với giá trị 9,5 µm được báo cáo cho 2205 DSS trong cùng điều kiện. Những dữ liệu này cho thấy 2707 HDSS thể hiện khả năng chống lại MIC tốt hơn 2205 DSS. Điều này không có gì đáng ngạc nhiên vì 2707 HDSS có hàm lượng Cr cao hơn, cung cấp quá trình thụ động hóa lâu hơn, khó khử thụ động hóa P. aeruginosa hơn và do cấu trúc pha cân bằng của nó không có kết tủa thứ cấp có hại nên gây ra hiện tượng rỗ.
Tóm lại, các hố MIC được tìm thấy trên bề mặt của 2707 HDSS trong môi trường nuôi cấy P. aeruginosa so với các hố không đáng kể trong môi trường phi sinh học. Nghiên cứu này cho thấy 2707 HDSS có khả năng chống chịu MIC tốt hơn 2205 DSS, nhưng không hoàn toàn miễn nhiễm với MIC do màng sinh học P. aeruginosa. Những kết quả này hỗ trợ cho việc lựa chọn thép không gỉ phù hợp và tuổi thọ cho môi trường biển.
Phiếu giảm giá cho 2707 HDSS do Khoa Luyện kim, Đại học Đông Bắc (NEU) tại Thẩm Dương, Trung Quốc cung cấp. Thành phần nguyên tố của 2707 HDSS được thể hiện trong Bảng 1, được phân tích bởi Phòng Phân tích và Thử nghiệm Vật liệu của NEU. Tất cả các mẫu được xử lý ở dạng dung dịch rắn ở 1180°C trong 1 giờ. Trước khi thử nghiệm ăn mòn, một 2707 HDSS hình đồng xu có diện tích bề mặt hở trên cùng là 1 cm2 đã được đánh bóng đến độ nhám 2000 bằng giấy nhám silicon carbide và sau đó được đánh bóng bằng hỗn hợp bột Al2O3 0,05 µm. Các mặt bên và đáy được bảo vệ bằng sơn trơ. Sau khi sấy khô, các mẫu được rửa bằng nước khử ion vô trùng và khử trùng bằng etanol 75% (v/v) trong 0,5 giờ. Sau đó, chúng được sấy khô trong không khí dưới ánh sáng cực tím (UV) trong 0,5 giờ trước khi sử dụng.
Chủng Pseudomonas aeruginosa biển MCCC 1A00099 được mua từ Trung tâm sưu tập nuôi cấy biển Hạ Môn (MCCC), Trung Quốc. Pseudomonas aeruginosa được nuôi trong điều kiện hiếu khí ở 37° C. trong bình 250 ml và bình điện hóa thủy tinh 500 ml sử dụng môi trường lỏng Marine 2216E (Công ty TNHH Công nghệ sinh học Thanh Đảo Hope, Thanh Đảo, Trung Quốc). Môi trường chứa (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 chiết xuất nấm men và 0,1 sắt citrate. Hấp tiệt trùng ở 121°C trong 20 phút trước khi cấy. Đếm các tế bào cố định và phù du bằng máy đếm tế bào dưới kính hiển vi quang học ở độ phóng đại 400 lần. Nồng độ ban đầu của Pseudomonas aeruginosa phù du ngay sau khi cấy là khoảng 106 tế bào/ml.
Các thử nghiệm điện hóa được thực hiện trong một cell thủy tinh ba điện cực cổ điển có thể tích trung bình là 500 ml. Tấm platin và điện cực calomel bão hòa (SAE) được kết nối với lò phản ứng thông qua các mao quản Luggin chứa đầy cầu muối, đóng vai trò là điện cực đối diện và điện cực tham chiếu. Để sản xuất điện cực làm việc, dây đồng cao su được gắn vào từng mẫu và phủ nhựa epoxy, để lại khoảng 1 cm2 diện tích không được bảo vệ cho điện cực làm việc ở một bên. Trong quá trình đo điện hóa, các mẫu được đặt trong môi trường 2216E và giữ ở nhiệt độ ủ không đổi (37°C) trong bồn nước. Dữ liệu phân cực động OCP, LPR, EIS và điện thế được đo bằng máy đo điện thế Autolab (Tham chiếu 600TM, Gamry Instruments, Inc., Hoa Kỳ). Các thử nghiệm LPR được ghi lại ở tốc độ quét 0,125 mV s-1 trong phạm vi từ -5 đến 5 mV với Eocp và tốc độ lấy mẫu là 1 Hz. EIS được thực hiện với sóng sin trên dải tần số từ 0,01 đến 10.000 Hz bằng cách sử dụng điện áp được áp dụng là 5 mV ở trạng thái ổn định Eocp. Trước khi quét điện thế, các điện cực ở chế độ nhàn rỗi cho đến khi đạt được giá trị ổn định của điện thế ăn mòn tự do. Sau đó, các đường cong phân cực được đo từ -0,2 đến 1,5 V theo hàm số Eocp ở tốc độ quét là 0,166 mV/giây. Mỗi thử nghiệm được lặp lại 3 lần có và không có P. aeruginosa.
Các mẫu để phân tích kim loại học được đánh bóng cơ học bằng giấy SiC ướt 2000 grit và sau đó được đánh bóng thêm bằng bột huyền phù Al2O3 0,05 µm để quan sát quang học. Phân tích kim loại học được thực hiện bằng kính hiển vi quang học. Các mẫu được khắc bằng dung dịch kali hydroxit 43 10 wt%.
Sau khi ủ, các mẫu được rửa 3 lần bằng dung dịch đệm phosphat (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) và sau đó cố định bằng glutaraldehyde 2,5% (v/v) trong 10 giờ để cố định màng sinh học. Sau đó, mẫu được khử nước bằng etanol theo mẻ (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% và 100% theo thể tích) trước khi sấy khô trong không khí. Cuối cùng, một lớp màng vàng được lắng đọng trên bề mặt mẫu để cung cấp độ dẫn điện cho quan sát SEM. Hình ảnh SEM được tập trung vào các điểm có nhiều tế bào P. aeruginosa cố định nhất trên bề mặt của mỗi mẫu. Thực hiện phân tích EDS để tìm các nguyên tố hóa học. Kính hiển vi quét laser cộng hưởng Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Đức) được sử dụng để đo độ sâu của hố. Để quan sát các hố ăn mòn dưới lớp màng sinh học, mẫu thử trước tiên được làm sạch theo Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc (CNS) GB/T4334.4-2000 để loại bỏ sản phẩm ăn mòn và màng sinh học khỏi bề mặt mẫu thử.
Phân tích quang phổ điện tử tia X (XPS, hệ thống phân tích bề mặt ESCALAB250, Thermo VG, Hoa Kỳ) được thực hiện bằng cách sử dụng nguồn tia X đơn sắc (đường nhôm Kα có năng lượng 1500 eV và công suất 150 W) trong phạm vi năng lượng liên kết rộng 0 trong điều kiện tiêu chuẩn –1350 eV. Phổ độ phân giải cao được ghi lại bằng cách sử dụng năng lượng truyền 50 eV và bước 0,2 eV.
Các mẫu đã ủ được lấy ra và rửa nhẹ bằng PBS (pH 7,4 ± 0,2) trong 15 giây 45 giây. Để quan sát khả năng sống của vi khuẩn trong màng sinh học trên các mẫu, màng sinh học được nhuộm bằng Bộ xét nghiệm khả năng sống của vi khuẩn BacLight SỐNG/CHẾT (Invitrogen, Eugene, OR, Hoa Kỳ). Bộ xét nghiệm này chứa hai loại thuốc nhuộm huỳnh quang: thuốc nhuộm huỳnh quang xanh SYTO-9 và thuốc nhuộm huỳnh quang đỏ propidium iodide (PI). Trong CLSM, các chấm huỳnh quang xanh và đỏ tương ứng biểu thị tế bào sống và chết. Để nhuộm, 1 ml hỗn hợp chứa 3 µl SYTO-9 và 3 µl dung dịch PI được ủ trong 20 phút ở nhiệt độ phòng (23°C) trong bóng tối. Sau đó, các mẫu đã nhuộm được kiểm tra ở hai bước sóng (488 nm đối với tế bào sống và 559 nm đối với tế bào chết) bằng thiết bị Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Nhật Bản). Độ dày của màng sinh học được đo ở chế độ quét 3D.
Cách trích dẫn bài viết này: Li, H. et al. Ăn mòn vi khuẩn của thép không gỉ siêu song công 2707 do màng sinh học biển Pseudomonas aeruginosa. Khoa học. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Nứt do ăn mòn ứng suất của thép không gỉ hai pha LDX 2101 trong dung dịch clorua khi có thiosunfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Nứt do ăn mòn ứng suất của thép không gỉ hai pha LDX 2101 trong dung dịch clorua khi có thiosunfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворах хлоридов в câu trả lời. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Nứt do ăn mòn ứng suất của thép không gỉ hai pha LDX 2101 trong dung dịch clorua khi có mặt thiosunfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 Bạn có thể làm được điều đó. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 Chất liệu thép không gỉ có chứa sunfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворе хлорида в присутствии truyền hình vệ tinh. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Nứt do ăn mòn ứng suất của thép không gỉ hai pha LDX 2101 trong dung dịch clorua khi có mặt thiosunfat.coros khoa học 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Ảnh hưởng của xử lý nhiệt dung dịch và nitơ trong khí bảo vệ đến khả năng chống ăn mòn rỗ của mối hàn thép không gỉ siêu song. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Ảnh hưởng của xử lý nhiệt dung dịch và nitơ trong khí bảo vệ đến khả năng chống ăn mòn rỗ của mối hàn thép không gỉ siêu song.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS và Park, YS Ảnh hưởng của xử lý nhiệt dung dịch và nitơ trong khí bảo vệ đến khả năng chống ăn mòn rỗ của mối hàn thép không gỉ siêu song công. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS và Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS và Park, YS Ảnh hưởng của xử lý nhiệt dung dịch và nitơ trong khí bảo vệ đến khả năng chống ăn mòn rỗ của mối hàn thép không gỉ siêu song.koros. khoa học. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Nghiên cứu so sánh về mặt hóa học của hiện tượng rỗ do vi khuẩn và điện hóa gây ra trên thép không gỉ 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Nghiên cứu so sánh về mặt hóa học của hiện tượng rỗ do vi khuẩn và điện hóa gây ra trên thép không gỉ 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. và Lewandowski, Z. Nghiên cứu hóa học so sánh về hiện tượng rỗ vi sinh và điện hóa của thép không gỉ 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. và Lewandowski, Z. Nghiên cứu hóa học so sánh về hiện tượng rỗ do vi sinh vật và điện hóa gây ra trên thép không gỉ 316L.koros. khoa học. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Hành vi điện hóa của thép không gỉ song công 2205 trong dung dịch kiềm có độ pH khác nhau khi có mặt clorua. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Hành vi điện hóa của thép không gỉ song công 2205 trong dung dịch kiềm có độ pH khác nhau khi có mặt clorua.Luo H., Dong KF, Lee HG và Xiao K. Hành vi điện hóa của thép không gỉ song công 2205 trong dung dịch kiềm có độ pH khác nhau khi có mặt clorua. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Độ pH 碱性溶液中的电化学行为。 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Hành vi điện hóa của thép không gỉ khi có mặt clorua ở pH khác nhau trong dung dịch kiềm.Luo H., Dong KF, Lee HG và Xiao K. Hành vi điện hóa của thép không gỉ song công 2205 trong dung dịch kiềm có độ pH khác nhau khi có mặt clorua.Tạp chí Electrochem. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Ảnh hưởng của màng sinh học biển đến sự ăn mòn: Một đánh giá ngắn gọn. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Ảnh hưởng của màng sinh học biển đến sự ăn mòn: Một đánh giá ngắn gọn.Little, BJ, Lee, JS và Ray, RI Tác động của màng sinh học biển lên sự ăn mòn: Một đánh giá ngắn gọn. 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 và Ray, RILittle, BJ, Lee, JS và Ray, RI Tác động của màng sinh học biển lên sự ăn mòn: Một đánh giá ngắn gọn.Tạp chí Electrochem. 54, 2-7 (2008).