Takk for at du besøker Nature.com.Du bruker en nettleserversjon med begrenset CSS-støtte.For den beste opplevelsen anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller deaktiverer kompatibilitetsmodus i Internet Explorer).I tillegg, for å sikre kontinuerlig støtte, viser vi nettstedet uten stiler og JavaScript.
Viser en karusell med tre lysbilder samtidig.Bruk Forrige og Neste-knappene for å gå gjennom tre lysbilder om gangen, eller bruk skyveknappene på slutten for å gå gjennom tre lysbilder om gangen.
Mikrobiell korrosjon (MIC) er et stort problem i mange bransjer fordi det kan føre til store økonomiske tap.Super dupleks rustfritt stål 2707 (2707 HDSS) brukes i marine miljøer på grunn av sin utmerkede kjemiske motstand.Imidlertid har dens motstand mot MIC ikke blitt eksperimentelt demonstrert.Denne studien undersøkte oppførselen til MIC 2707 HDSS forårsaket av den marine aerobe bakterien Pseudomonas aeruginosa.Elektrokjemisk analyse viste at i nærvær av Pseudomonas aeruginosa-biofilmen i 2216E-mediet, endret korrosjonspotensialet seg positivt, og korrosjonsstrømtettheten økte.Resultatene av røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS)-analyse viste en reduksjon i Cr-innholdet på prøveoverflaten under biofilmen.Analyse av gropbildene viste at Pseudomonas aeruginosa biofilmer produserte en maksimal gropdybde på 0,69 µm etter 14 dagers dyrking.Selv om dette er lite, tyder det på at 2707 HDSS ikke er fullstendig immun mot effekten av P. aeruginosa biofilmer på MIC.
Dupleks rustfritt stål (DSS) er mye brukt i ulike bransjer på grunn av den perfekte kombinasjonen av utmerkede mekaniske egenskaper og korrosjonsbestandighet1,2.Imidlertid kan lokalisert gropdannelse fortsatt forekomme, noe som kan påvirke integriteten til dette stålet 3, 4.DSS er ikke beskyttet mot mikrobiell korrosjon (MIC)5,6.Selv om bruksområdet for DSS er veldig bredt, er det fortsatt miljøer hvor korrosjonsmotstanden til DSS ikke er tilstrekkelig for langvarig bruk.Dette betyr at det kreves dyrere materialer med høyere korrosjonsbestandighet.Jeon et al.7 fant at selv superdupleks rustfritt stål (SDSS) har noen begrensninger når det gjelder korrosjonsbestandighet.Derfor er det behov for super dupleks rustfritt stål (HDSS) med høyere korrosjonsmotstand i visse bruksområder.Dette førte til utviklingen av høylegert HDSS.
Korrosjonsmotstanden til DSS bestemmes av forholdet mellom α-fase og γ-fase og arealer utarmet i Cr, Mo og W ved siden av sekundærfasene8,9,10.HDSS inneholder et høyt innhold av Cr, Mo og N11, som gir den utmerket korrosjonsmotstand og en høy verdi (45-50) ekvivalent gropmotstandsverdi (PREN), som er definert av vekt% Cr + 3,3 (vekt% Mo) + 0, 5 vekt% W) + 16 vekt%.N12.Dens utmerkede korrosjonsmotstand avhenger av en balansert sammensetning som inneholder omtrent 50 % ferritiske (α) og 50 % austenittiske (γ) faser.HDSS har forbedrede mekaniske egenskaper og høyere klormotstand sammenlignet med konvensjonell DSS13.Kjennetegn på kjemisk korrosjon.Forbedret korrosjonsbestandighet utvider bruken av HDSS i mer aggressive kloridmiljøer som marine miljøer.
MIC er et betydelig problem i mange bransjer, inkludert olje og gass og vannforsyning14.MIC står for 20 % av alle korrosjonsskader15.MIC er en bioelektrokjemisk korrosjon som kan observeres i mange miljøer16.Dannelsen av biofilmer på metalloverflater endrer de elektrokjemiske forholdene og påvirker dermed korrosjonsprosessen.Det er generelt akseptert at MIC-korrosjon er forårsaket av biofilmer14.Elektrogene mikroorganismer spiser bort metaller for å få energi for å overleve17.Nyere MIC-studier har vist at EET (ekstracellulær elektronoverføring) er den begrensende faktoren for MIC indusert av elektrogene mikroorganismer.Zhang et al.18 demonstrerte at elektronmediatorer akselererer elektronoverføring mellom Desulfovibrio vulgaris fastsittende celler og 304 rustfritt stål, noe som resulterer i mer alvorlig MIC-angrep.Anning et al.19 og Wenzlaff et al.20 har vist at biofilmer av etsende sulfatreduserende bakterier (SRB) kan absorbere elektroner direkte fra metallsubstrater, noe som resulterer i alvorlige gropdannelser.
DSS er kjent for å være mottakelig for MIC i medier som inneholder SRB, jernreduserende bakterier (IRB), etc. 21 .Disse bakteriene forårsaker lokalisert gropdannelse på overflaten av DSS under biofilmen22,23.I motsetning til DSS, er lite kjent om MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa er en gramnegativ, bevegelig, stavformet bakterie som er vidt utbredt i naturen25.Pseudomonas aeruginosa er også den viktigste mikrobiotaen som er ansvarlig for MIC av stål i det marine miljøet26.Pseudomonas-arter er direkte involvert i korrosjonsprosesser og er anerkjent som de første kolonisatorene under biofilmdannelse27.Mahat et al.28 og Yuan et al.29 viste at Pseudomonas aeruginosa har en tendens til å øke korrosjonshastigheten til bløtt stål og legeringer i vannmiljøer.
Hovedmålet med dette arbeidet er å studere MIC-egenskapene til 2707 HDSS forårsaket av den marine aerobe bakterien Pseudomonas aeruginosa ved bruk av elektrokjemiske metoder, overflateanalysemetoder og korrosjonsproduktanalyse.Elektrokjemiske studier inkludert åpen kretspotensial (OCP), lineær polarisasjonsmotstand (LPR), elektrokjemisk impedansspektroskopi (EIS) og dynamisk potensialpolarisering ble utført for å studere oppførselen til MIC 2707 HDSS.Energidispersiv spektroskopi (EDS) analyse utføres for å oppdage kjemiske elementer på korroderte overflater.I tillegg ble stabiliteten til passivering av oksidfilm under påvirkning av et marint miljø som inneholder Pseudomonas aeruginosa bestemt ved røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS).Dybden av gropene ble målt under et konfokalt laserskanningsmikroskop (CLSM).
Tabell 1 viser den kjemiske sammensetningen av 2707 HDSS.Tabell 2 viser at 2707 HDSS har utmerkede mekaniske egenskaper med en flytegrense på 650 MPa.På fig.1 viser den optiske mikrostrukturen til oppløsningsvarmebehandlet 2707 HDSS.Langstrakte bånd av austenittiske og ferritiske faser uten sekundærfaser kan sees i en mikrostruktur som inneholder omtrent 50% austenittiske og 50% ferritiske faser.
På fig.2a viser åpen kretspotensial (Eocp) versus eksponeringstid for 2707 HDSS i 2216E abiotisk medium og Pseudomonas aeruginosa-buljong i 14 dager ved 37°C.Det ble funnet at de mest uttalte endringene i Eocp skjedde i løpet av de første 24 timene.Eocp-verdier i begge tilfeller toppet seg ved ca -145 mV (versus SCE) etter ca. 16 timer og falt deretter kraftig til -477 mV (versus SCE) og -236 mV (versus SCE) for ikke-biologiske prøver og P for relative prøver SCE) henholdsvis patinablader.Etter 24 timer forble Eocp-verdien til Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS relativt stabil ved -228 mV (sammenlignet med SCE), mens den tilsvarende verdien for den ikke-biologiske prøven var omtrent -442 mV (sammenlignet med SCE).Eocp i nærvær av Pseudomonas aeruginosa var ganske lavt.
Elektrokjemisk testing av 2707 HDSS-prøver i abiotiske medier og Pseudomonas aeruginosa-buljong ved 37 °C:
(a) Endring i Eocp med eksponeringstid, (b) polarisasjonskurve på dag 14, (c) endring i Rp med eksponeringstid, (d) endring i korr med eksponeringstid.
Tabell 3 viser de elektrokjemiske korrosjonsparametrene til 2707 HDSS-prøver eksponert for abiotiske og P. aeruginosa-inokulerte medier over en periode på 14 dager.Tangentiell ekstrapolering av de anodiske og katodiske kurvene til skjæringspunktet tillot bestemmelse av korrosjonsstrømtetthet (icorr), korrosjonspotensial (Ecorr) og Tafel-helling (βα og βc) i henhold til standardmetoder30,31.
Som vist i figur 2b, resulterte den oppadgående forskyvningen av P. aeruginosa-kurven i en økning i Ecorr sammenlignet med den abiotiske kurven.Icorr-verdien til prøven som inneholder Pseudomonas aeruginosa, proporsjonal med korrosjonshastigheten, økte til 0,328 µA cm-2, som er fire ganger større enn den for den ikke-biologiske prøven (0,087 µA cm-2).
LPR er en klassisk elektrokjemisk metode for ikke-destruktiv ekspressanalyse av korrosjon.Den har også blitt brukt til å studere MIC32.På fig.2c viser endringen i polarisasjonsmotstanden (Rp) avhengig av eksponeringstiden.En høyere Rp-verdi betyr mindre korrosjon.I løpet av de første 24 timene nådde Rp 2707 HDSS en topp på 1955 kΩ cm2 for ikke-biologiske prøver og 1429 kΩ cm2 for Pseudomonas aeruginosa-prøver.Figur 2c viser også at Rp-verdien sank raskt etter én dag og holdt seg relativt uendret i løpet av de neste 13 dagene.Rp-verdien for Pseudomonas aeruginosa-testprøven er omtrent 40 kΩ cm2, som er mye lavere enn 450 kΩ cm2-verdien for den ikke-biologiske testprøven.
Verdien av icorr er proporsjonal med den jevne korrosjonshastigheten.Verdien kan beregnes fra følgende Stern-Giri-ligning:
I følge Zoe et al.33 Tafel-skråningen B ble tatt som en typisk verdi på 26 mV/dec i dette arbeidet.På fig.2d viser at ikorren til den abiotiske stammen 2707 forble relativt stabil, mens ikorren til Pseudomonas aeruginosa-båndet svingte kraftig med et stort hopp etter de første 24 timene.Icorr-verdien til Pseudomonas aeruginosa-testprøven var en størrelsesorden høyere enn for den ikke-biologiske kontrollen.Denne trenden er i samsvar med resultatene av polarisasjonsmotstand.
EIS er en annen ikke-destruktiv metode som brukes til å karakterisere elektrokjemiske reaksjoner ved et korrosjonsgrensesnitt34.Impedansspektra og kapasitansberegninger av strimler utsatt for abiotiske medier og løsninger av Pseudomonas aeruginosa, Rb er motstanden til den passive/biofilmen som dannes på overflaten av strimmelen, Rct er ladningsoverføringsmotstanden, Cdl er det elektriske dobbeltlaget.) og QCPE konstantfaseelement (CPE) parametere.Disse parameterne ble videre analysert ved å sammenligne dataene med en ekvivalent elektrisk krets (EEC) modell.
På fig.3 viser typiske Nyquist-plott (a og b) og Bode-plott (a' og b') av 2707 HDSS-prøver i abiotiske medier og Pseudomonas aeruginosa-buljong ved forskjellige inkubasjonstider.I nærvær av Pseudomonas aeruginosa reduseres diameteren til Nyquist-løkken.Bode-plottet (fig. 3b') viser økningen i total impedans.Informasjon om relaksasjonstidskonstanten kan fås fra fasemaksima.På fig.4 viser de fysiske strukturene og tilsvarende EEC basert på et enkeltlag (a) og tolags (b).CPE er introdusert i EEC-modellen.Dens adgang og impedans er uttrykt som følger:
To fysiske modeller og tilsvarende ekvivalente kretser for montering av 2707 HDSS kupongimpedansspekteret:
Der Y0 er størrelsen på CPE, j er det imaginære tallet eller (−1)1/2, ω er vinkelfrekvensen, og n er CPE-effektfaktoren mindre enn 135.Inversjonen av ladningsoverføringsmotstanden (dvs. 1/Rct) tilsvarer korrosjonshastigheten.En lavere Rct-verdi betyr en høyere korrosjonshastighet27.Etter 14 dagers inkubasjon nådde Rct av testprøven av Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, som er mye mindre enn 489 kΩ cm2 til den ikke-biologiske testprøven (tabell 4).
CLSM-bilder og SEM-bilder i fig.5 viser tydelig at biofilmdekningen på overflaten av HDSS-prøve 2707 var veldig tett etter 7 dager.Etter 14 dager ble imidlertid biofilmbelegget sparsomt og noen døde celler dukket opp.Tabell 5 viser biofilmtykkelsen til 2707 HDSS-prøver etter 7 og 14 dagers eksponering for Pseudomonas aeruginosa.Den maksimale biofilmtykkelsen endret seg fra 23,4 µm etter 7 dager til 18,9 µm etter 14 dager.Den gjennomsnittlige biofilmtykkelsen bekreftet også denne trenden.Den sank fra 22,2 ± 0,7 μm etter 7 dager til 17,8 ± 1,0 μm etter 14 dager.
(a) 3D CLSM-bilde etter 7 dager, (b) 3D CLSM-bilde etter 14 dager, (c) SEM-bilde etter 7 dager og (d) SEM-bilde etter 14 dager.
EMF avslørte kjemiske elementer i biofilm og korrosjonsprodukter på prøver eksponert for Pseudomonas aeruginosa i 14 dager.På fig.Figur 6 viser at innholdet av C, N, O, P i biofilmen og korrosjonsproduktene er mye høyere enn i rent metall, siden disse elementene er assosiert med biofilmen og dens metabolitter.Mikroorganismer krever bare spormengder av Cr og Fe.Det høye innholdet av Cr og Fe i biofilmen og korrosjonsproduktene på overflaten av prøven indikerer tap av elementer i metallmatrisen som følge av korrosjon.
Etter 14 dager ble det observert groper med og uten P. aeruginosa i medium 2216E.Før inkubering var overflaten av prøvene glatt og uten defekter (fig. 7a).Etter inkubering og fjerning av biofilm og korrosjonsprodukter ble de dypeste gropene på overflaten av prøven undersøkt ved bruk av CLSM, som vist i fig. 7b og c.Det ble ikke funnet noen åpenbare gropdannelser på overflaten av den ikke-biologiske kontrollen (maksimal gropdybde 0,02 µm).Den maksimale gropdybden forårsaket av Pseudomonas aeruginosa var 0,52 µm etter 7 dager og 0,69 µm etter 14 dager, basert på gjennomsnittlig maksimal gropdybde fra 3 prøver (10 maksimale gropdybder ble valgt for hver prøve) og nådde 0,42 ± 0,12 µm .og henholdsvis 0,52 ± 0,15 um (tabell 5).Disse fordypningsdybdeverdiene er små, men viktige.
(a) før eksponering;(b) 14 dager i et abiotisk miljø;(c) 14 dager i P. aeruginosa-buljong.
På fig.Tabell 8 viser XPS-spektrene til forskjellige prøveoverflater, og kjemien som er analysert for hver overflate er oppsummert i tabell 6. I tabell 6 var atomprosenten av Fe og Cr mye lavere i nærvær av P. aeruginosa (prøver A og B) ) enn i de ikke-biologiske kontrollstrimlene.(prøver C og D).For en prøve av Pseudomonas aeruginosa ble Cr 2p-kjernenivåspektralkurven tilpasset fire toppkomponenter med bindingsenergier (BE) på 574,4, 576,6, 578,3 og 586,8 eV, som ble tilordnet Cr, Cr2O3, CrO3 og Cr(OH) 3, henholdsvis (fig. 9a og b).For ikke-biologiske prøver er spektrene til kjernenivået Cr 2p i fig.9c og d inneholder de to hovedtoppene av henholdsvis Cr (BE 573,80 eV) og Cr2O3 (BE 575,90 eV).Den mest slående forskjellen mellom den abiotiske kupongen og P. aeruginosa-kupongen var tilstedeværelsen av Cr6+ og en relativt høy fraksjon av Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) under biofilmen.
Bredt overflate-XPS-spektra av 2707 HDSS-prøver i to medier i henholdsvis 7 og 14 dager.
(a) 7 dagers P. aeruginosa eksponering, (b) 14 dagers P. aeruginosa eksponering, (c) 7 dagers abiotisk eksponering, (d) 14 dagers abiotisk eksponering.
HDSS viser et høyt nivå av korrosjonsbestandighet i de fleste miljøer.Kim et al.2 rapporterte at HDSS UNS S32707 ble identifisert som en sterkt dopet DSS med PREN større enn 45. PREN-verdien til HDSS-prøve 2707 i dette arbeidet var 49. Dette skyldes det høye Cr-innholdet og høye nivåer av Mo og Ni, som er nyttige i sure miljøer og miljøer med høyt innhold av klorider.I tillegg gir den velbalanserte sammensetningen og defektfrie mikrostrukturen strukturell stabilitet og korrosjonsbestandighet.Til tross for utmerket kjemisk motstand, viser de eksperimentelle dataene i dette arbeidet at 2707 HDSS ikke er fullstendig immun mot Pseudomonas aeruginosa biofilm MICs.
Elektrokjemiske resultater viste at korrosjonshastigheten til 2707 HDSS i Pseudomonas aeruginosa-buljong økte betydelig etter 14 dager sammenlignet med det ikke-biologiske miljøet.I figur 2a ble en reduksjon i Eocp observert både i det abiotiske mediet og i P. aeruginosa-buljong i løpet av de første 24 timene.Etter det er biofilmen ferdig med å dekke overflaten av prøven og Eocp blir relativt stabil.Imidlertid var det biotiske Eocp-nivået mye høyere enn det abiotiske Eocp-nivået.Det er grunn til å tro at denne forskjellen er assosiert med dannelsen av P. aeruginosa biofilmer.På fig.2g, nådde icorr-verdien til 2707 HDSS 0,627 µA cm-2 i nærvær av Pseudomonas aeruginosa, som er en størrelsesorden høyere enn den for den ikke-biologiske kontrollen (0,063 µA cm-2), som er i samsvar med Rct. verdi målt ved EIS.I løpet av de første dagene økte impedansverdiene i P. aeruginosa-buljongen på grunn av festing av P. aeruginosa-celler og biofilmdannelse.Imidlertid avtar impedansen når biofilmen dekker prøveoverflaten fullstendig.Det beskyttende laget angripes først og fremst på grunn av dannelsen av biofilm og biofilmmetabolitter.Derfor avtar korrosjonsbestandigheten over tid, og avleiringer av Pseudomonas aeruginosa forårsaker lokal korrosjon.Trendene i abiotiske miljøer er forskjellige.Korrosjonsmotstanden til den ikke-biologiske kontrollen var mye høyere enn den tilsvarende verdien av prøvene eksponert for Pseudomonas aeruginosa-buljong.I tillegg, for abiotiske prøver, nådde Rct 2707 HDSS-verdien 489 kΩ cm2 på dag 14, som er 15 ganger høyere enn i nærvær av Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Dermed har 2707 HDSS utmerket korrosjonsbestandighet i et sterilt miljø, men er ikke beskyttet mot MIC-angrep av Pseudomonas aeruginosa biofilm.
Disse resultatene kan også observeres fra polarisasjonskurvene i fig.2b.Anodisk forgrening er assosiert med Pseudomonas aeruginosa biofilmdannelse og metalloksidasjonsreaksjoner.Samtidig er den katodiske reaksjonen reduksjon av oksygen.Tilstedeværelsen av P. aeruginosa økte korrosjonsstrømtettheten betydelig, som var omtrent en størrelsesorden høyere enn i den abiotiske kontrollen.Dette indikerte at Pseudomonas aeruginosa-biofilmen forbedret den lokaliserte korrosjonen av 2707 HDSS.Yuan et al.29 fant at korrosjonsstrømtettheten til en 70/30 Cu-Ni-legering ble økt av Pseudomonas aeruginosa biofilm.Dette kan skyldes biokatalyse av oksygenreduksjon av Pseudomonas aeruginosa biofilm.Denne observasjonen kan også forklare MIC 2707 HDSS i dette arbeidet.Aerobe biofilmer kan også redusere oksygeninnholdet under dem.Dermed kan avslaget på å repassivere metalloverflaten med oksygen være en faktor som bidrar til MIC i dette arbeidet.
Dickinson et al.38 antydet at hastigheten på kjemiske og elektrokjemiske reaksjoner direkte avhenger av den metabolske aktiviteten til bakterier festet til prøveoverflaten og av korrosjonsproduktenes natur.Som vist i figur 5 og tabell 5, sank antall celler og biofilmtykkelse etter 14 dager.Dette kan med rimelighet forklares med det faktum at etter 14 dager døde de fleste av de forankrede cellene på 2707 HDSS-overflaten på grunn av næringsutarming i 2216E-mediet eller frigjøring av giftige metallioner fra 2707 HDSS-matrisen.Dette er en begrensning av batch-eksperimenter.
I dette arbeidet fremmet en Pseudomonas aeruginosa biofilm lokal uttømming av Cr og Fe under biofilmen på overflaten av 2707 HDSS (fig. 6).I tabell 6 ble Fe og Cr redusert i prøve D sammenlignet med prøve C, noe som indikerer at Fe og Cr-oppløsning forårsaket av P. aeruginosa-biofilmen ble opprettholdt etter de første 7 dagene.2216E-miljøet brukes til å simulere det marine miljøet.Den inneholder 17700 ppm Cl-, som er sammenlignbar med innholdet i naturlig sjøvann.Tilstedeværelsen av 17700 ppm Cl- var hovedårsaken til nedgangen i Cr i 7-dagers og 14-dagers ikke-biologiske prøver analysert med XPS.Sammenlignet med testprøven av Pseudomonas aeruginosa, er oppløsningen av Cr i den abiotiske testprøven mye mindre på grunn av den sterke motstanden til 2707 HDSS mot klor i det abiotiske miljøet.På fig.9 viser tilstedeværelsen av Cr6+ i den passiverende filmen.Dette kan ha sammenheng med fjerning av Cr fra ståloverflater med P. aeruginosa biofilmer, som foreslått av Chen og Clayton39.
På grunn av bakterievekst var pH-verdiene til mediet før og etter inkubering henholdsvis 7,4 og 8,2.Korrosjon av organiske syrer er derfor lite sannsynlig å bidra til dette arbeidet under P. aeruginosa biofilmer på grunn av den relativt høye pH i bulkmediet.pH i det ikke-biologiske kontrollmediet endret seg ikke signifikant (fra initial 7,4 til siste 7,5) i løpet av den 14 dager lange testperioden.Økningen i pH i inokulummediet etter inkubering var assosiert med den metabolske aktiviteten til Pseudomonas aeruginosa, og samme effekt på pH ble funnet i fravær av teststrimmelen.
Som vist i fig.7 var den maksimale gropdybden forårsaket av Pseudomonas aeruginosa-biofilmen 0,69 µm, som er betydelig større enn i det abiotiske mediet (0,02 µm).Dette stemmer overens med ovennevnte elektrokjemiske data.Under de samme forholdene er gropdybden på 0,69 µm mer enn ti ganger mindre enn verdien på 9,5 µm spesifisert for 2205 DSS40.Disse dataene viser at 2707 HDSS viser bedre motstand mot MIC enn 2205 DSS.Dette er ikke overraskende siden 2707 HDSS har et høyere Cr-nivå, som tillater lengre passivering, gjør Pseudomonas aeruginosa vanskeligere å depassivere, og starter prosessen uten skadelig sekundær nedbør Pitting41.
Som konklusjon ble det funnet MIC-gropdannelse på 2707 HDSS-overflater i Pseudomonas aeruginosa-buljong, mens pitting var ubetydelig i abiotiske medier.Dette arbeidet viser at 2707 HDSS har bedre motstand mot MIC enn 2205 DSS, men den er ikke helt immun mot MIC på grunn av Pseudomonas aeruginosa biofilm.Disse resultatene hjelper til med valg av passende rustfritt stål og forventet levetid for det marine miljøet.
De 2707 HDSS-prøvene ble levert av School of Metallurgy, Northeastern University (NEU), Shenyang, Kina.Elementsammensetningen til 2707 HDSS er vist i tabell 1, som ble analysert av Materials Analysis and Testing Department ved Northeastern University.Alle prøver ble behandlet for fast løsning ved 1180°C i 1 time.Før korrosjonstesting ble 2707 HDSS myntstål med et eksponert overflateareal på 1 cm2 polert til 2000 grit med silisiumkarbidslipepapir og deretter polert ytterligere med en 0,05 µm Al2O3 pulveroppslemming.Sidene og bunnen er beskyttet med inert maling.Etter tørking ble prøvene vasket med sterilt avionisert vann og sterilisert med 75% (v/v) etanol i 0,5 time.De ble deretter lufttørket under ultrafiolett (UV) lys i 0,5 time før bruk.
Marin stamme Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 ble kjøpt fra Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Kina.Marine 2216E flytende medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina) ble brukt til å dyrke Pseudomonas aeruginosa i 250 ml kolber og 500 ml elektrokjemiske glassceller under aerobe forhold ved 37°C.Medium inneholder (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2S04, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2C03, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr02, 0,08 SrBr02, 03002, 03002, 03002, 0,08 SrBr02, 0,004, 0,08 SrBr02. 08, 0,008 Na4F0H20PO.1,0 gjærekstrakt og 0,1 jernsitrat.Autoklaver ved 121 °C i 20 minutter før inokulering.Sessile og planktoniske celler ble talt under et lysmikroskop ved bruk av et hemocytometer ved 400x forstørrelse.Startkonsentrasjonen av planktoniske P. aeruginosa-celler umiddelbart etter inokulering var omtrent 106 celler/ml.
Elektrokjemiske tester ble utført i en klassisk tre-elektrode glasscelle med et middels volum på 500 ml.Et platinaark og en mettet kalomelelektrode (SCE) ble koblet til reaktoren gjennom en Luggin-kapillær fylt med en saltbro og fungerte som henholdsvis mot- og referanseelektroder.For å lage arbeidselektroden ble gummibelagt kobbertråd festet til hver prøve og belagt med epoksy, og etterlot omtrent 1 cm2 overflateareal på den ene siden for arbeidselektroden.Under elektrokjemiske målinger ble prøvene plassert i 2216E-mediet og holdt ved en konstant inkubasjonstemperatur (37°C) i et vannbad.OCP, LPR, EIS og potensielle dynamiske polarisasjonsdata ble målt ved hjelp av en Autolab potensiostat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).LPR-tester ble registrert med en skannehastighet på 0,125 mV s-1 i -5 og 5 mV-området og Eocp med en samplingshastighet på 1 Hz.EIS ble utført ved steady state Eocp ved bruk av en påført spenning på 5 mV med en sinusoid over et frekvensområde på 0,01 til 10 000 Hz.Før potensialsveipet var elektrodene i åpen kretsmodus inntil et stabilt fritt korrosjonspotensial på 42 ble nådd.Med.Hver test ble gjentatt tre ganger med og uten Pseudomonas aeruginosa.
Prøver for metallografisk analyse ble mekanisk polert med 2000 korn vått SiC-papir og deretter polert med en 0,05 µm Al2O3-pulveroppslemming for optisk observasjon.Metallografisk analyse ble utført ved bruk av et optisk mikroskop.Prøven ble etset med 10 vekt% kaliumhydroksidløsning43.
Etter inkubering, vask 3 ganger med fosfatbufret saltvann (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) og fikser deretter med 2,5 % (v/v) glutaraldehyd i 10 timer for å fikse biofilmen.Etterfølgende dehydrering med etanol i en trinnvis serie (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% og 100% etter volum) før lufttørking.Til slutt ble en gullfilm sputteret på overflaten av prøven for å gi ledningsevne for SEM44-observasjon.SEM-bildene er fokusert på stedet med de mest etablerte P. aeruginosa-cellene på overflaten av hver prøve.EMF-analyse ble utført for å påvise kjemiske elementer.For å måle dybden av gropen ble et Zeiss konfokalt laserskanningsmikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Tyskland) brukt.For å observere korrosjonsgroper under biofilmen, ble testprøven først rengjort i henhold til den kinesiske nasjonale standarden (CNS) GB/T4334.4-2000 for å fjerne korrosjonsprodukter og biofilm fra overflaten av testprøven.
Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) analyse ved bruk av en monokromatisk røntgenkilde (Al Kα-linje med en energi på 1500 eV og en effekt på 150 W) i et bredt spekter av bindingsenergier 0 under standardbetingelsene på –1350 eV.Ta opp spektra med høy oppløsning ved bruk av 50 eV-passenergi og 0,2 eV trinnstørrelse.
Fjern den inkuberte prøven og vask den forsiktig med PBS (pH 7,4 ± 0,2) i 15 s45.For å observere den bakterielle levedyktigheten til biofilmen på prøven, ble biofilmen farget med LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Settet inneholder to fluorescerende fargestoffer: SYTO-9 grønt fluorescerende fargestoff og propidiumjodid (PI) rødt fluorescerende fargestoff.I CLSM representerer fluorescerende grønne og røde prikker henholdsvis levende og døde celler.For farging, inkuber 1 ml av en blanding som inneholder 3 µl SYTO-9 og 3 µl PI-løsning ved romtemperatur (23 °C) i mørke i 20 minutter.Etter det ble de fargede prøvene observert ved to bølgelengder (488 nm for levende celler og 559 nm for døde celler) ved bruk av et Nikon CLSM-apparat (C2 Plus, Nikon, Japan).Mål biofilmtykkelsen i 3D-skannemodus.
Hvordan sitere denne artikkelen: Li, H. et al.Effekt av Pseudomonas aeruginosa marin biofilm på mikrobiell korrosjon av 2707 super dupleks rustfritt stål.vitenskap.Hus 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spenningskorrosjonssprekker av LDX 2101 dupleks rustfritt stål i kloridløsninger i nærvær av tiosulfat.korrosjon.vitenskapen.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YS Effekten av løsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgass på gropkorrosjonsmotstanden til superdupleks sveiser i rustfritt stål.korrosjon.vitenskapen.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. og Lewandowski, Z. En kjemisk sammenlignende studie av mikrobiell og elektrokjemisk grop i 316L rustfritt stål.korrosjon.vitenskapen.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG og Xiao K. Elektrokjemisk oppførsel av 2205 dupleks rustfritt stål i alkaliske løsninger ved forskjellige pH-verdier i nærvær av klorid.elektrokjemi.Tidsskrift.64, 211–220 (2012).
Innleggstid: Jan-09-2023