Vpliv morskega biofilma Pseudomonas aeruginosa na mikrobno korozijo nerjavečega jekla 2707 Super Duplex

Hvala, ker ste obiskali Nature.com.Uporabljate različico brskalnika z omejeno podporo za CSS.Za najboljšo izkušnjo priporočamo, da uporabite posodobljen brskalnik (ali onemogočite način združljivosti v Internet Explorerju).Poleg tega, da zagotovimo stalno podporo, spletno mesto prikažemo brez slogov in JavaScripta.
Prikaže vrtiljak treh diapozitivov hkrati.Uporabite gumba Prejšnji in Naslednji, da se premikate po treh diapozitivih hkrati, ali pa uporabite gumbe drsnika na koncu, da se premikate skozi tri diapozitive hkrati.
Mikrobna korozija (MIC) je velik problem v številnih panogah, saj lahko povzroči velike gospodarske izgube.Super duplex nerjaveče jeklo 2707 (2707 HDSS) se uporablja v morskih okoljih zaradi svoje odlične kemične odpornosti.Vendar njegova odpornost na MIC ni bila eksperimentalno dokazana.Ta študija je preučevala obnašanje MIC 2707 HDSS, ki ga povzroča morska aerobna bakterija Pseudomonas aeruginosa.Elektrokemična analiza je pokazala, da se je v prisotnosti biofilma Pseudomonas aeruginosa v mediju 2216E korozijski potencial pozitivno spremenil in povečala gostota korozijskega toka.Rezultati analize rentgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) so pokazali zmanjšanje vsebnosti Cr na površini vzorca pod biofilmom.Analiza slik jamic je pokazala, da biofilmi Pseudomonas aeruginosa proizvedejo največjo globino jamic 0,69 µm po 14 dneh gojenja.Čeprav je to malo, nakazuje, da 2707 HDSS niso popolnoma imuni na učinke biofilmov P. aeruginosa na MIC.
Duplex nerjaveče jeklo (DSS) se pogosto uporablja v različnih panogah zaradi popolne kombinacije odličnih mehanskih lastnosti in odpornosti proti koroziji1,2.Še vedno pa lahko pride do lokaliziranih luknjičastih lukenj, ki lahko vplivajo na celovitost tega jekla 3, 4.DSS ni zaščiten pred mikrobno korozijo (MIC)5,6.Čeprav je področje uporabe DSS zelo široko, še vedno obstajajo okolja, kjer odpornost DSS proti koroziji ni zadostna za dolgotrajno uporabo.To pomeni, da so potrebni dražji materiali z večjo odpornostjo proti koroziji.Jeon in drugi7 so ugotovili, da ima celo super dupleksno nerjavno jeklo (SDSS) nekatere omejitve glede odpornosti proti koroziji.Zato obstaja potreba po super dupleks nerjavnih jeklih (HDSS) z višjo odpornostjo proti koroziji v nekaterih aplikacijah.To je privedlo do razvoja visoko legiranega HDSS.
Odpornost DSS proti koroziji je določena z razmerjem med α-fazo in γ-fazo ter območji, osiromašenimi s Cr, Mo in W, ki mejijo na sekundarne faze 8,9,10.HDSS vsebuje visoko vsebnost Cr, Mo in N11, kar mu daje odlično odpornost proti koroziji in visoko vrednost (45-50) ekvivalentne vrednosti odpornosti proti luknjam (PREN), ki je opredeljena z masnim % Cr + 3,3 (masni % Mo + 0,5 mas. % W) + 16 mas. %.N12.Njegova odlična odpornost proti koroziji je odvisna od uravnotežene sestave, ki vsebuje približno 50 % feritne (α) in 50 % avstenitne (γ) faze.HDSS ima izboljšane mehanske lastnosti in večjo odpornost na klor v primerjavi z običajnim DSS13.Značilnosti kemične korozije.Izboljšana odpornost proti koroziji razširi uporabo HDSS v bolj agresivnih kloridnih okoljih, kot je morsko okolje.
MIC je pomemben problem v številnih panogah, vključno z oskrbo z nafto in plinom ter vodo14.MIC predstavlja 20 % vseh korozijskih poškodb15.MIC je bioelektrokemična korozija, ki jo lahko opazimo v številnih okoljih16.Tvorba biofilmov na kovinskih površinah spremeni elektrokemične razmere in tako vpliva na proces korozije.Splošno sprejeto je, da korozijo MIC povzročajo biofilmi14.Elektrogeni mikroorganizmi odžirajo kovine, da bi pridobili energijo za preživetje17.Nedavne študije MIC so pokazale, da je EET (zunajcelični prenos elektronov) omejevalni dejavnik za MIC, ki ga povzročajo elektrogeni mikroorganizmi.Zhang et al.18 je dokazal, da elektronski mediatorji pospešijo prenos elektronov med celicami Desulfovibrio vulgaris sessile in nerjavečim jeklom 304, kar povzroči hujši napad MIC.Anning et al.19 in Wenzlaff et al.20 so pokazali, da lahko biofilmi korozivnih bakterij, ki reducirajo sulfate (SRB), absorbirajo elektrone neposredno iz kovinskih substratov, kar povzroči hude luknjičaste luknje.
Znano je, da je DSS dovzeten za MIC v medijih, ki vsebujejo SRB, bakterije, ki zmanjšujejo železo (IRB) itd. 21 .Te bakterije povzročajo lokalizirane luknjice na površini DSS pod biofilmom 22, 23.Za razliko od DSS je o MIC HDSS24 malo znanega.
Pseudomonas aeruginosa je po Gramu negativna, gibljiva, paličasta bakterija, ki je zelo razširjena v naravi25.Pseudomonas aeruginosa je tudi glavna mikrobiota, odgovorna za MIC jekla v morskem okolju26.Vrste Pseudomonas so neposredno vključene v korozijske procese in so priznane kot prvi kolonizatorji med tvorbo biofilma27.Mahat et al.28 in Yuan et al.29 je pokazalo, da Pseudomonas aeruginosa poveča stopnjo korozije mehkega jekla in zlitin v vodnem okolju.
Glavni cilj tega dela je preučiti MIC lastnosti 2707 HDSS, ki jih povzroča morska aerobna bakterija Pseudomonas aeruginosa z uporabo elektrokemičnih metod, metod površinske analize in analize produktov korozije.Za preučevanje obnašanja MIC 2707 HDSS so bile izvedene elektrokemijske študije, vključno s potencialom odprtega kroga (OCP), linearno polarizacijsko upornostjo (LPR), elektrokemijsko impedančno spektroskopijo (EIS) in dinamično potencialno polarizacijo.Analiza z energijsko disperzijsko spektroskopijo (EDS) se izvaja za odkrivanje kemičnih elementov na korodiranih površinah.Poleg tega smo z rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo (XPS) določili stabilnost pasivacije oksidnega filma pod vplivom morskega okolja, ki vsebuje Pseudomonas aeruginosa.Globina jamic je bila izmerjena pod konfokalnim laserskim vrstičnim mikroskopom (CLSM).
Tabela 1 prikazuje kemično sestavo 2707 HDSS.Tabela 2 prikazuje, da ima 2707 HDSS odlične mehanske lastnosti z mejo tečenja 650 MPa.Na sl.Slika 1 prikazuje optično mikrostrukturo toplotno obdelane raztopine 2707 HDSS.V mikrostrukturi, ki vsebuje približno 50 % avstenitne in 50 % feritne faze, lahko vidimo podolgovate trakove avstenitne in feritne faze brez sekundarnih faz.
Na sl.Slika 2a prikazuje potencial odprtega kroga (Eocp) glede na čas izpostavljenosti za 2707 HDSS v abiotskem mediju 2216E in bujonu Pseudomonas aeruginosa 14 dni pri 37 °C.Ugotovljeno je bilo, da so se najbolj izrazite spremembe Eocp pojavile v prvih 24 urah.Vrednosti Eocp so v obeh primerih dosegle vrh pri približno -145 mV (v primerjavi s SCE) po približno 16 urah in nato močno padle na -477 mV (v primerjavi s SCE) in -236 mV (v primerjavi s SCE) za nebiološke vzorce in P za relativne SCE) listi patine oz.Po 24 urah je vrednost Eocp Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS ostala relativno stabilna pri -228 mV (v primerjavi s SCE), medtem ko je bila ustrezna vrednost za nebiološki vzorec približno -442 mV (v primerjavi s SCE).Eocp v prisotnosti Pseudomonas aeruginosa je bil precej nizek.
Elektrokemijsko testiranje 2707 vzorcev HDSS v abiotskem mediju in brozgi Pseudomonas aeruginosa pri 37 °C:
(a) Sprememba Eocp s časom izpostavljenosti, (b) polarizacijska krivulja na 14. dan, (c) sprememba Rp s časom izpostavljenosti, (d) sprememba corr s časom izpostavljenosti.
Tabela 3 prikazuje parametre elektrokemične korozije 2707 vzorcev HDSS, izpostavljenih abiotičnim medijem in medijem, inokuliranim s P. aeruginosa, v obdobju 14 dni.Tangencialna ekstrapolacija anodnih in katodnih krivulj na presečišče je omogočila določitev gostote korozijskega toka (icorr), korozijskega potenciala (Ecorr) in Tafelovega naklona (βα in βc) v skladu s standardnimi metodami30,31.
Kot je prikazano na sliki 2b, je premik krivulje P. aeruginosa navzgor povzročil povečanje Ecorr v primerjavi z abiotsko krivuljo.Vrednost icorr vzorca, ki vsebuje Pseudomonas aeruginosa, se je sorazmerno s hitrostjo korozije povečala na 0,328 µA cm-2, kar je štirikrat več kot pri nebiološkem vzorcu (0,087 µA cm-2).
LPR je klasična elektrokemijska metoda za nedestruktivno ekspresno analizo korozije.Uporabili so ga tudi za preučevanje MIC32.Na sl.2c prikazuje spremembo polarizacijskega upora (Rp) glede na čas osvetlitve.Višja vrednost Rp pomeni manjšo korozijo.V prvih 24 urah je Rp 2707 HDSS dosegel vrh pri 1955 kΩ cm2 za nebiološke vzorce in 1429 kΩ cm2 za vzorce Pseudomonas aeruginosa.Slika 2c prav tako prikazuje, da se je vrednost Rp po enem dnevu hitro zmanjšala in nato v naslednjih 13 dneh ostala relativno nespremenjena.Vrednost Rp za preskusni vzorec Pseudomonas aeruginosa je približno 40 kΩ cm2, kar je precej nižje od vrednosti 450 kΩ cm2 za nebiološki preskusni vzorec.
Vrednost icorr je sorazmerna z enotno hitrostjo korozije.Njegovo vrednost je mogoče izračunati iz naslednje Stern-Girijeve enačbe:
Po mnenju Zoe et al.33 Tafelov nagib B je bil v tem delu vzet kot tipična vrednost 26 mV/dec.Na sl.2d kaže, da je icorr abiotskega seva 2707 ostal relativno stabilen, medtem ko je icorr pasu Pseudomonas aeruginosa močno nihal z velikim skokom po prvih 24 urah.Vrednost icorr testnega vzorca Pseudomonas aeruginosa je bila za red velikosti višja od vrednosti nebiološke kontrole.Ta trend je skladen z rezultati polarizacijskega upora.
EIS je še ena nedestruktivna metoda, ki se uporablja za karakterizacijo elektrokemičnih reakcij na korozijskem vmesniku34.Spektri impedance in izračuni kapacitivnosti trakov, izpostavljenih abiotskim medijem in raztopinam Pseudomonas aeruginosa, Rb je upornost pasivnega/biofilma, oblikovanega na površini traku, Rct je upornost prenosa naboja, Cdl je dvojna električna plast.) in parametri elementa s konstantno fazo QCPE (CPE).Ti parametri so bili nadalje analizirani s primerjavo podatkov z modelom enakovrednega električnega vezja (EEC).
Na sl.Slika 3 prikazuje tipične Nyquistove ploskve (a in b) in Bodejeve ploskve (a' in b') 2707 vzorcev HDSS v abiotskem mediju in bujonu Pseudomonas aeruginosa v različnih časih inkubacije.V prisotnosti Pseudomonas aeruginosa se premer Nyquistove zanke zmanjša.Bodejev graf (slika 3b') prikazuje povečanje celotne impedance.Podatke o relaksacijski časovni konstanti je mogoče pridobiti iz faznih maksimumov.Na sl.4 prikazuje fizične strukture in ustrezne EGS na podlagi enoslojnega (a) in dvoslojnega (b).CPE je uveden v model EGS.Njegov sprejem in impedanca sta izražena kot sledi:
Dva fizična modela in ustrezna enakovredna vezja za prileganje impedančnega spektra kupona HDSS 2707:
Kjer je Y0 velikost CPE, j namišljeno število ali (−1)1/2, ω je kotna frekvenca in n faktor moči CPE, manjši od ena35.Inverzija upora prenosa naboja (tj. 1/Rct) ustreza stopnji korozije.Nižja vrednost Rct pomeni višjo stopnjo korozije27.Po 14 dneh inkubacije je Rct testnega vzorca Pseudomonas aeruginosa dosegel 32 kΩ cm2, kar je veliko manj od 489 kΩ cm2 nebiološkega testnega vzorca (Tabela 4).
Slike CLSM in slike SEM na sl.5 jasno kažejo, da je bila pokritost z biofilmom na površini vzorca HDSS 2707 po 7 dneh zelo gosta.Vendar pa je po 14 dneh obloga biofilma postala redka in pojavilo se je nekaj odmrlih celic.Tabela 5 prikazuje debelino biofilma 2707 vzorcev HDSS po 7 in 14 dneh izpostavljenosti Pseudomonas aeruginosa.Največja debelina biofilma se je spremenila iz 23,4 µm po 7 dneh na 18,9 µm po 14 dneh.Ta trend je potrdila tudi povprečna debelina biofilma.Zmanjšal se je z 22,2 ± 0,7 μm po 7 dneh na 17,8 ± 1,0 μm po 14 dneh.
(a) 3-D CLSM slika po 7 dneh, (b) 3-D CLSM slika po 14 dneh, (c) SEM slika po 7 dneh in (d) SEM slika po 14 dneh.
EMF je razkril kemične elemente v biofilmu in produkte korozije na vzorcih, ki so bili 14 dni izpostavljeni Pseudomonas aeruginosa.Na sl.Slika 6 prikazuje, da je vsebnost C, N, O, P v biofilmu in produktih korozije veliko višja kot v čisti kovini, saj so ti elementi povezani z biofilmom in njegovimi metaboliti.Mikroorganizmi potrebujejo le sledove Cr in Fe.Visoka vsebnost Cr in Fe v biofilmu ter produkti korozije na površini vzorca kažejo na izgubo elementov v kovinskem matriksu kot posledico korozije.
Po 14 dneh so v gojišču 2216E opazili jamice z in brez P. aeruginosa.Pred inkubacijo je bila površina vzorcev gladka in brez napak (slika 7a).Po inkubaciji in odstranitvi biofilma in produktov korozije so bile najgloblje jamice na površini vzorca pregledane z uporabo CLSM, kot je prikazano na slikah 7b in c.Na površini nebiološke kontrole (največja globina jamice 0,02 µm) ni bilo očitnih luknjičastih lukenj.Največja globina jamice, ki jo povzroča Pseudomonas aeruginosa, je bila 0,52 µm po 7 dneh in 0,69 µm po 14 dneh na podlagi povprečne največje globine jamice iz 3 vzorcev (za vsak vzorec je bilo izbranih 10 največjih globin jamice) in je dosegla 0,42 ± 0,12 µm. .in 0,52 ± 0,15 µm (tabela 5).Te vrednosti globine jamice so majhne, ​​a pomembne.
(a) pred izpostavljenostjo;(b) 14 dni v abiotskem okolju;(c) 14 dni v brozgi P. aeruginosa.
Na sl.Tabela 8 prikazuje spektre XPS različnih površin vzorcev, kemija, analizirana za vsako površino, pa je povzeta v tabeli 6. V tabeli 6 sta bila atomska deleža Fe in Cr precej nižja v prisotnosti P. aeruginosa (vzorca A in B ) kot v nebioloških kontrolnih trakovih.(vzorca C in D).Za vzorec Pseudomonas aeruginosa je bila spektralna krivulja nivoja jedra Cr 2p prilagojena štirim komponentam vrhov z veznimi energijami (BE) 574,4, 576,6, 578,3 in 586,8 eV, ki so bile dodeljene Cr, Cr2O3, CrO3 in Cr(OH) 3 oziroma (sl. 9a in b).Za nebiološke vzorce so spektri jedrne ravni Cr 2p na sl.9c in d vsebujeta dva glavna vrha Cr (BE 573,80 eV) oziroma Cr2O3 (BE 575,90 eV).Najbolj presenetljiva razlika med abiotskim kuponom in kuponom P. aeruginosa je bila prisotnost Cr6+ in relativno visok delež Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) pod biofilmom.
XPS spektri široke površine 2707 vzorcev HDSS v dveh medijih za 7 oziroma 14 dni.
(a) 7-dnevna izpostavljenost P. aeruginosa, (b) 14-dnevna izpostavljenost P. aeruginosa, (c) 7-dnevna abiotska izpostavljenost, (d) 14-dnevna abiotska izpostavljenost.
HDSS kaže visoko stopnjo odpornosti proti koroziji v večini okolij.Kim et al.2 so poročali, da je bil HDSS UNS S32707 identificiran kot visoko dopiran DSS s PREN večjim od 45. Vrednost PREN vzorca HDSS 2707 v tem delu je bila 49. To je posledica visoke vsebnosti Cr in visokih ravni Mo in Ni, ki so uporabni v kislih okoljih in okoljih z visoko vsebnostjo kloridov.Poleg tega dobro uravnotežena sestava in mikrostruktura brez napak zagotavljata strukturno stabilnost in odpornost proti koroziji.Kljub odlični kemični odpornosti eksperimentalni podatki v tem delu kažejo, da 2707 HDSS ni popolnoma imun na MIC biofilma Pseudomonas aeruginosa.
Elektrokemični rezultati so pokazali, da se je stopnja korozije 2707 HDSS v bujonu Pseudomonas aeruginosa znatno povečala po 14 dneh v primerjavi z nebiološkim okoljem.Na sliki 2a so v prvih 24 urah opazili zmanjšanje Eocp tako v abiotskem mediju kot v bujonu P. aeruginosa.Po tem biofilm preneha pokrivati ​​površino vzorca in Eocp postane relativno stabilen.Vendar pa je bila biotična raven Eocp veliko višja od abiotske ravni Eocp.Obstajajo razlogi za domnevo, da je ta razlika povezana s tvorbo biofilmov P. aeruginosa.Na sl.2g je vrednost icorr 2707 HDSS dosegla 0,627 µA cm-2 v prisotnosti Pseudomonas aeruginosa, kar je za red velikosti višje od vrednosti pri nebiološki kontroli (0,063 µA cm-2), kar je skladno z Rct vrednost, izmerjena z EIS.V prvih nekaj dneh so se vrednosti impedance v brozgi P. aeruginosa povečale zaradi pritrditve celic P. aeruginosa in tvorbe biofilma.Vendar pa se impedanca zmanjša, ko biofilm popolnoma prekrije površino vzorca.Zaščitna plast je napadena predvsem zaradi tvorbe biofilma in metabolitov biofilma.Zato se odpornost proti koroziji sčasoma zmanjša, usedline Pseudomonas aeruginosa pa povzročajo lokalno korozijo.Trendi v abiotskih okoljih so različni.Odpornost proti koroziji nebiološke kontrole je bila veliko višja od ustrezne vrednosti vzorcev, izpostavljenih brozgi Pseudomonas aeruginosa.Poleg tega je za abiotske vzorce vrednost Rct 2707 HDSS 14. dan dosegla 489 kΩ cm2, kar je 15-krat več kot v prisotnosti Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Tako ima 2707 HDSS odlično odpornost proti koroziji v sterilnem okolju, vendar ni zaščiten pred napadom MIC z biofilmom Pseudomonas aeruginosa.
Te rezultate lahko opazimo tudi iz polarizacijskih krivulj na sl.2b.Anodno razvejanje je povezano s tvorbo biofilma Pseudomonas aeruginosa in reakcijami oksidacije kovin.Hkrati je katodna reakcija redukcija kisika.Prisotnost P. aeruginosa je pomembno povečala gostoto korozijskega toka, ki je bil približno za red velikosti večji kot v abiotski kontroli.To je pokazalo, da je biofilm Pseudomonas aeruginosa okrepil lokalizirano korozijo 2707 HDSS.Yuan et al.29 so ugotovili, da je biofilm Pseudomonas aeruginosa povečal gostoto korozijskega toka zlitine Cu-Ni 70/30.To je lahko posledica biokatalize zmanjšanja kisika z biofilmom Pseudomonas aeruginosa.Ta ugotovitev lahko pojasni tudi MIC 2707 HDSS v tem delu.Aerobni biofilmi lahko tudi zmanjšajo vsebnost kisika pod njimi.Tako je lahko zavrnitev repasivacije kovinske površine s kisikom dejavnik, ki prispeva k MIC v tem delu.
Dickinson et al.38 je predlagal, da je hitrost kemičnih in elektrokemičnih reakcij neposredno odvisna od presnovne aktivnosti bakterij, pritrjenih na površino vzorca, in od narave produktov korozije.Kot je prikazano na sliki 5 in tabeli 5, sta se število celic in debelina biofilma zmanjšala po 14 dneh.To je mogoče razumno razložiti z dejstvom, da je po 14 dneh večina zasidranih celic na površini 2707 HDSS umrla zaradi pomanjkanja hranil v mediju 2216E ali sproščanja ionov strupenih kovin iz matrike 2707 HDSS.To je omejitev serijskih poskusov.
V tem delu je biofilm Pseudomonas aeruginosa spodbujal lokalno izčrpavanje Cr in Fe pod biofilmom na površini 2707 HDSS (slika 6).V tabeli 6 sta se Fe in Cr zmanjšala v vzorcu D v primerjavi z vzorcem C, kar kaže, da se je raztapljanje Fe in Cr, ki ga povzroča biofilm P. aeruginosa, ohranilo po prvih 7 dneh.Okolje 2216E se uporablja za simulacijo morskega okolja.Vsebuje 17700 ppm Cl-, kar je primerljivo z njegovo vsebnostjo v naravni morski vodi.Prisotnost 17700 ppm Cl- je bila glavni razlog za znižanje Cr v 7-dnevnih in 14-dnevnih nebioloških vzorcih, analiziranih z XPS.V primerjavi s testnim vzorcem Pseudomonas aeruginosa je raztapljanje Cr v abiotskem testnem vzorcu veliko manjše zaradi močne odpornosti 2707 HDSS na klor v abiotskem okolju.Na sl.9 prikazuje prisotnost Cr6+ v pasivnem filmu.To je lahko povezano z odstranjevanjem Cr z jeklenih površin z biofilmi P. aeruginosa, kot sta predlagala Chen in Clayton39.
Zaradi rasti bakterij so bile vrednosti pH medija pred in po inkubaciji 7,4 oziroma 8,2.Tako je malo verjetno, da bi korozija organskih kislin prispevala k temu delu pod biofilmi P. aeruginosa zaradi relativno visokega pH v razsutem mediju.pH nebiološkega kontrolnega medija se med 14-dnevnim preskusnim obdobjem ni bistveno spremenil (od začetnih 7,4 do končnih 7,5).Povišanje pH v inokulacijskem mediju po inkubaciji je bilo povezano s presnovno aktivnostjo Pseudomonas aeruginosa in enak učinek na pH je bil ugotovljen v odsotnosti testnega lističa.
Kot je prikazano na sl.Kot je prikazano na sliki 7, je bila največja globina jame, ki jo je povzročil biofilm Pseudomonas aeruginosa, 0,69 µm, kar je bistveno več kot v abiotskem mediju (0,02 µm).To se ujema z zgornjimi elektrokemijskimi podatki.Pod enakimi pogoji je globina jamice 0,69 µm več kot desetkrat manjša od vrednosti 9,5 µm, določene za 2205 DSS40.Ti podatki kažejo, da je 2707 HDSS boljšo odpornost na MIC kot 2205 DSS.To ni presenetljivo, saj ima 2707 HDSS višjo raven Cr, ki omogoča daljšo pasivacijo, oteži depasivacijo Pseudomonas aeruginosa in začne postopek brez škodljivega sekundarnega obarjanja Pitting41.
Skratka, luknjičasta MIC je bila ugotovljena na 2707 površinah HDSS v bujonu Pseudomonas aeruginosa, medtem ko je bila luknjičasta luknjica v abiotskih medijih zanemarljiva.To delo kaže, da ima 2707 HDSS boljšo odpornost na MIC kot 2205 DSS, vendar ni popolnoma imun na MIC zaradi biofilma Pseudomonas aeruginosa.Ti rezultati pomagajo pri izbiri primernega nerjavnega jekla in pričakovane življenjske dobe za morsko okolje.
2707 vzorcev HDSS je zagotovila Fakulteta za metalurgijo Severovzhodne univerze (NEU), Shenyang, Kitajska.Elementna sestava 2707 HDSS je prikazana v tabeli 1, ki jo je analiziral Oddelek za analizo in testiranje materialov Northeastern University.Vse vzorce smo obdelali za trdno raztopino pri 1180 °C 1 uro.Pred preskusom korozije je bilo jeklo za kovance 2707 HDSS z izpostavljeno površino 1 cm2 polirano do granulacije 2000 z brusnim papirjem iz silicijevega karbida in nato dodatno polirano z 0,05 µm Al2O3 praškasto suspenzijo.Stranice in dno so zaščitene z inertno barvo.Po sušenju smo vzorce sprali s sterilno deionizirano vodo in sterilizirali s 75% (v/v) etanolom 0,5 ure.Nato so jih pred uporabo 0,5 ure sušili na zraku pod ultravijolično (UV) svetlobo.
Morski sev Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 je bil kupljen pri Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Kitajska.Tekoči medij Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kitajska) je bil uporabljen za gojenje Pseudomonas aeruginosa v 250 ml bučkah in 500 ml elektrokemičnih steklenih celicah pod aerobnimi pogoji pri 37 °C.Medij vsebuje (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, 0,008 , 0,008 Na4F0H20PO.1,0 kvasnega ekstrakta in 0,1 železovega citrata.Avtoklavirajte pri 121 °C 20 minut pred inokulacijo.Sesilne in planktonske celice smo prešteli pod svetlobnim mikroskopom z uporabo hemocitometra pri 400-kratni povečavi.Začetna koncentracija planktonskih celic P. aeruginosa takoj po inokulaciji je bila približno 106 celic/ml.
Elektrokemijske preiskave smo izvajali v klasični trielektrodni stekleni celici srednje prostornine 500 ml.Platinasta plošča in nasičena kalomelna elektroda (SCE) sta bili povezani z reaktorjem preko Lugginove kapilare, napolnjene s solnim mostom, in sta služili kot nasprotna oziroma referenčna elektroda.Za izdelavo delovne elektrode je bila na vsak vzorec pritrjena z gumo prevlečena bakrena žica in prevlečena z epoksidom, tako da je na eni strani za delovno elektrodo ostalo približno 1 cm2 površine.Med elektrokemičnimi meritvami smo vzorce dali v medij 2216E in vzdrževali pri konstantni inkubacijski temperaturi (37°C) v vodni kopeli.OCP, LPR, EIS in podatki o potencialni dinamični polarizaciji so bili izmerjeni s potenciostatom Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ZDA).Preskusi LPR so bili posneti pri hitrosti skeniranja 0,125 mV s-1 v območju -5 in 5 mV in Eocp s hitrostjo vzorčenja 1 Hz.EIS je bil izveden v stanju dinamičnega ravnovesja Eocp z uporabo uporabljene napetosti 5 mV s sinusoidom v frekvenčnem območju od 0,01 do 10.000 Hz.Pred pometanjem potenciala so bile elektrode v načinu odprtega tokokroga, dokler ni bil dosežen stabilen potencial proste korozije 42.z.Vsak test smo ponovili trikrat z in brez Pseudomonas aeruginosa.
Vzorci za metalografsko analizo so bili mehansko polirani z mokrim SiC papirjem granulacije 2000 in nato polirani z 0,05 µm praškasto suspenzijo Al2O3 za optično opazovanje.Metalografsko analizo smo izvedli z optičnim mikroskopom.Vzorec je bil jedkan z 10 mas.% raztopino kalijevega hidroksida43.
Po inkubaciji 3-krat sperite s fosfatnim pufrom (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) in nato fiksirajte z 2,5 % (v/v) glutaraldehidom za 10 ur, da fiksirate biofilm.Naknadna dehidracija z etanolom v stopenjskih serijah (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % in 100 % prostornine) pred sušenjem na zraku.Na koncu je bil na površino vzorca napršen zlati film, da se zagotovi prevodnost za opazovanje SEM44.Slike SEM so osredotočene na lokacijo z najbolj uveljavljenimi celicami P. aeruginosa na površini vsakega vzorca.Analiza EMF je bila izvedena za odkrivanje kemičnih elementov.Za merjenje globine jame je bil uporabljen konfokalni laserski skenirni mikroskop Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Nemčija).Za opazovanje korozijskih jam pod biofilmom je bil preskusni vzorec najprej očiščen v skladu s kitajskim nacionalnim standardom (CNS) GB/T4334.4-2000, da se s površine preskusnega vzorca odstranijo produkti korozije in biofilm.
Rentgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, ZDA) analiza z uporabo monokromatskega izvora rentgenskih žarkov (Al Kα linija z energijo 1500 eV in močjo 150 W) v širokem razponu veznih energij. 0 pod standardnimi pogoji –1350 eV.Posnemite spektre visoke ločljivosti z uporabo energije prehoda 50 eV in velikostjo koraka 0,2 eV.
Odstranite inkubirani vzorec in ga nežno spirajte s PBS (pH 7,4 ± 0,2) 15 s45.Za opazovanje bakterijske sposobnosti preživetja biofilma na vzorcu je bil biofilm obarvan s kompletom LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, ZDA).Komplet vsebuje dve fluorescentni barvili: zeleno fluorescentno barvilo SYTO-9 in rdeče fluorescentno barvilo propidium jodid (PI).V CLSM fluorescenčne zelene in rdeče pike predstavljajo žive in mrtve celice.Za barvanje inkubirajte 1 ml mešanice, ki vsebuje 3 µl SYTO-9 in 3 µl raztopine PI, pri sobni temperaturi (23 °C) v temi 20 minut.Nato smo obarvane vzorce opazovali pri dveh valovnih dolžinah (488 nm za žive celice in 559 nm za mrtve celice) z uporabo aparata Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonska).Izmerite debelino biofilma v načinu 3-D skeniranja.
Kako citirati ta članek: Li, H. et al.Vpliv morskega biofilma Pseudomonas aeruginosa na mikrobno korozijo nerjavečega jekla 2707 super duplex.znanost.Hiša 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Stresno korozijsko razpokanje dupleksnega nerjavnega jekla LDX 2101 v kloridnih raztopinah v prisotnosti tiosulfata.korozija.znanost.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS in Park, YS Vpliv toplotne obdelave raztopine in dušika v zaščitnem plinu na odpornost proti jamičasti koroziji super dupleksnih zvarov iz nerjavečega jekla.korozija.znanost.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. in Lewandowski, Z. Kemijska primerjalna študija mikrobnih in elektrokemičnih lukenj v nerjavnem jeklu 316L.korozija.znanost.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG in Xiao K. Elektrokemijsko obnašanje dupleksnega nerjavečega jekla 2205 v alkalnih raztopinah pri različnih pH vrednostih v prisotnosti klorida.elektrokemija.Dnevnik.64, 211–220 (2012).