Hvala vam što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju pretraživača sa ograničenom podrškom za CSS.Za najbolje iskustvo, preporučujemo da koristite ažurirani pretraživač (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, prikazujemo stranicu bez stilova i JavaScripta.
Prikazuje vrtuljak od tri slajda odjednom.Koristite dugmad Prethodno i Sljedeće da se krećete kroz tri slajda odjednom ili koristite dugmad klizača na kraju da se krećete kroz tri slajda odjednom.
Mikrobna korozija (MIC) je veliki problem u mnogim industrijama jer može dovesti do velikih ekonomskih gubitaka.Super duplex nerđajući čelik 2707 (2707 HDSS) koristi se u morskim okruženjima zbog svoje odlične hemijske otpornosti.Međutim, njegova otpornost na MIC nije eksperimentalno dokazana.Ova studija je ispitivala ponašanje MIC 2707 HDSS uzrokovanog morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa.Elektrohemijska analiza je pokazala da se u prisustvu biofilma Pseudomonas aeruginosa u mediju 2216E, potencijal korozije pozitivno mijenja, a gustoća struje korozije povećava.Rezultati rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) pokazali su smanjenje sadržaja Cr na površini uzorka ispod biofilma.Analiza slika jame je pokazala da biofilm Pseudomonas aeruginosa proizvodi maksimalnu dubinu jame od 0,69 µm nakon 14 dana kulture.Iako je ovo malo, sugerira da 2707 HDSS nije potpuno imun na efekte biofilma P. aeruginosa na MIC.
Dupleks nerđajući čelik (DSS) ima široku primenu u raznim industrijama zbog savršene kombinacije odličnih mehaničkih svojstava i otpornosti na koroziju1,2.Međutim, i dalje može doći do lokaliziranog udubljenja, što može utjecati na integritet ovog čelika 3, 4 .DSS nije zaštićen od mikrobne korozije (MIC)5,6.Iako je opseg primjene DSS-a vrlo širok, još uvijek postoje okruženja u kojima otpornost na koroziju DSS-a nije dovoljna za dugotrajnu upotrebu.To znači da su potrebni skuplji materijali sa većom otpornošću na koroziju.Jeon et al.7 su otkrili da čak i super dupleks nerđajući čelik (SDSS) ima neka ograničenja u pogledu otpornosti na koroziju.Stoga postoji potreba za super duplex nehrđajućim čelicima (HDSS) s većom otpornošću na koroziju u određenim primjenama.To je dovelo do razvoja visoko legiranog HDSS-a.
Otpornost DSS na koroziju određena je odnosom α-faze prema γ-fazi i površinama osiromašenim Cr, Mo i W u blizini sekundarnih faza8,9,10.HDSS sadrži visok sadržaj Cr, Mo i N11, što mu daje odličnu otpornost na koroziju i visoku vrijednost (45-50) ekvivalentnu vrijednost otpornosti na pitting (PREN), koja je definirana mas.% Cr + 3.3 (tež.% Mo + 0,5 tež. % W) + 16 tež. %.N12.Njegova odlična otpornost na koroziju zavisi od uravnoteženog sastava koji sadrži približno 50% feritnih (α) i 50% austenitnih (γ) faza.HDSS ima poboljšana mehanička svojstva i veću otpornost na hlor u poređenju sa konvencionalnim DSS13.Karakteristike hemijske korozije.Poboljšana otpornost na koroziju proširuje upotrebu HDSS-a u agresivnijim hloridnim okruženjima kao što je morsko okruženje.
MIC je značajan problem u mnogim industrijama, uključujući opskrbu naftom i plinom i vodom14.MIC čini 20% svih oštećenja od korozije15.MIC je bioelektrohemijska korozija koja se može uočiti u mnogim sredinama16.Formiranje biofilma na metalnim površinama mijenja elektrohemijske uslove i na taj način utiče na proces korozije.Općenito je prihvaćeno da je MIC korozija uzrokovana biofilmom14.Elektrogeni mikroorganizmi jedu metale kako bi dobili energiju za preživljavanje17.Nedavne MIC studije su pokazale da je EET (ekstracelularni prijenos elektrona) ograničavajući faktor za MIC izazvan elektrogenim mikroorganizmima.Zhang i sar.18 su pokazali da elektronski posrednici ubrzavaju prijenos elektrona između sesilnih ćelija Desulfovibrio vulgaris i nehrđajućeg čelika 304, što rezultira ozbiljnijim MIC napadom.Anning et al.19 i Wenzlaff et al.20 su pokazali da biofilmi korozivnih sulfat-reducirajućih bakterija (SRBs) mogu apsorbirati elektrone direktno iz metalnih supstrata, što dovodi do ozbiljnog pittinga.
Poznato je da je DSS osjetljiv na MIC u medijima koji sadrže SRB, bakterije koje redukuju željezo (IRB) itd. 21 .Ove bakterije uzrokuju lokaliziranu rupicu na površini DSS-a ispod biofilma22,23.Za razliku od DSS-a, malo se zna o MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa je gram-negativna, pokretna, štapićasta bakterija koja je široko rasprostranjena u prirodi25.Pseudomonas aeruginosa je također glavna mikrobiota odgovorna za MIC čelika u morskom okolišu26.Vrste Pseudomonas su direktno uključene u procese korozije i prepoznate su kao prvi kolonizatori tokom formiranja biofilma27.Mahat et al.28 i Yuan et al.29 pokazalo je da Pseudomonas aeruginosa ima tendenciju povećanja stope korozije mekog čelika i legura u vodenom okruženju.
Glavni cilj ovog rada je proučavanje MIC svojstava 2707 HDSS uzrokovane morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa primjenom elektrohemijskih metoda, metoda površinske analize i analize produkata korozije.Elektrohemijske studije uključujući potencijal otvorenog kola (OCP), otpor linearne polarizacije (LPR), spektroskopiju elektrohemijske impedanse (EIS) i polarizaciju dinamičkog potencijala su sprovedene da bi se proučavalo ponašanje MIC 2707 HDSS.Analiza energetske disperzivne spektroskopije (EDS) se izvodi za detekciju hemijskih elemenata na korodiranim površinama.Osim toga, rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS) određena je stabilnost pasivizacije oksidnog filma pod utjecajem morske sredine koja sadrži Pseudomonas aeruginosa.Dubina udubljenja je mjerena pod konfokalnim laserskim skenirajućim mikroskopom (CLSM).
Tabela 1 prikazuje hemijski sastav 2707 HDSS.Tabela 2 pokazuje da 2707 HDSS ima izvrsna mehanička svojstva sa granom tečenja od 650 MPa.Na sl.1 prikazuje optičku mikrostrukturu rastvorom termički obrađenog 2707 HDSS.Izdužene trake austenitnih i feritnih faza bez sekundarnih faza mogu se vidjeti u mikrostrukturi koja sadrži približno 50% austenitnih i 50% feritnih faza.
Na sl.2a prikazuje potencijal otvorenog kruga (Eocp) u odnosu na vrijeme izlaganja za 2707 HDSS u 2216E abiotskom mediju i bujonu Pseudomonas aeruginosa tokom 14 dana na 37°C.Utvrđeno je da su se najizraženije promjene u Eocp dogodile tokom prva 24 sata.Vrijednosti Eocp su u oba slučaja dostigle vrhunac na oko -145 mV (u odnosu na SCE) oko 16 sati, a zatim su naglo pale na -477 mV (u odnosu na SCE) i -236 mV (u odnosu na SCE) za nebiološke uzorke i P za relativne SCE) listovi patine.Nakon 24 sata, Eocp vrijednost Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS ostala je relativno stabilna na -228 mV (u poređenju sa SCE), dok je odgovarajuća vrijednost za nebiološki uzorak bila približno -442 mV (u poređenju sa SCE).Eocp u prisustvu Pseudomonas aeruginosa bio je prilično nizak.
Elektrohemijsko ispitivanje 2707 HDSS uzoraka u abiotskom mediju i bujonu Pseudomonas aeruginosa na 37°C:
(a) Promena Eocp sa vremenom ekspozicije, (b) kriva polarizacije 14. dana, (c) promena Rp sa vremenom ekspozicije, (d) promena u skladu sa vremenom ekspozicije.
U tabeli 3 prikazani su parametri elektrohemijske korozije 2707 HDSS uzoraka izloženih abiotskom i P. aeruginosa inokulisanom mediju u periodu od 14 dana.Tangencijalna ekstrapolacija anodne i katodne krivulje na točku presjeka omogućila je određivanje gustoće struje korozije (icorr), potencijala korozije (Ecorr) i Tafel nagiba (βα i βc) prema standardnim metodama30,31.
Kao što je prikazano na slici 2b, pomak krive P. aeruginosa naviše je rezultirao povećanjem Ecorr u odnosu na abiotičku krivu.Vrijednost icorr uzorka koji sadrži Pseudomonas aeruginosa, proporcionalna brzini korozije, porasla je na 0,328 µA cm-2, što je četiri puta veće od one u nebiološkom uzorku (0,087 µA cm-2).
LPR je klasična elektrohemijska metoda za nedestruktivnu ekspresnu analizu korozije.Također je korišten za proučavanje MIC32.Na sl.2c prikazuje promjenu polarizacionog otpora (Rp) u zavisnosti od vremena ekspozicije.Viša vrijednost Rp znači manje korozije.U prva 24 sata, Rp 2707 HDSS dostigao je maksimum od 1955 kΩ cm2 za nebiološke uzorke i 1429 kΩ cm2 za uzorke Pseudomonas aeruginosa.Slika 2c također pokazuje da se vrijednost Rp brzo smanjila nakon jednog dana, a zatim ostala relativno nepromijenjena u narednih 13 dana.Vrijednost Rp za uzorak za ispitivanje Pseudomonas aeruginosa je oko 40 kΩ cm2, što je mnogo niže od vrijednosti od 450 kΩ cm2 za nebiološki uzorak.
Vrijednost icorr je proporcionalna ravnomjernoj brzini korozije.Njegova vrijednost se može izračunati iz sljedeće Stern-Girijeve jednadžbe:
Prema Zoe et al.33 Tafelov nagib B uzet je kao tipična vrijednost od 26 mV/dec u ovom radu.Na sl.2d pokazuje da je icorr abiotičkog soja 2707 ostao relativno stabilan, dok je icorr trake Pseudomonas aeruginosa snažno fluktuirao sa velikim skokom nakon prva 24 sata.Vrijednost icorr testnog uzorka Pseudomonas aeruginosa bila je za red veličine viša od one nebiološke kontrole.Ovaj trend je u skladu sa rezultatima polarizacionog otpora.
EIS je još jedna nedestruktivna metoda koja se koristi za karakterizaciju elektrohemijskih reakcija na međukorozijskoj površini34.Spektri impedancije i proračuni kapacitivnosti traka izloženih abiotskim medijima i otopinama Pseudomonas aeruginosa, Rb je otpor pasivnog/biofilma formiranog na površini trake, Rct je otpor prijenosa naboja, Cdl je dvostruki električni sloj.) i parametri QCPE elementa konstantne faze (CPE).Ovi parametri su dalje analizirani poređenjem podataka sa modelom ekvivalentnog električnog kola (EEC).
Na sl.3 prikazuje tipične Nyquistove dijagrame (a i b) i Bodeove (a' i b') 2707 HDSS uzoraka u abiotskom mediju i bujonu Pseudomonas aeruginosa u različitim vremenima inkubacije.U prisustvu Pseudomonas aeruginosa, promjer Nyquistove petlje se smanjuje.Bodeov dijagram (slika 3b') pokazuje povećanje ukupne impedanse.Informacije o vremenskoj konstanti relaksacije mogu se dobiti iz faznih maksimuma.Na sl.4 prikazane su fizičke strukture i odgovarajući EEC zasnovan na jednoslojnom (a) i dvoslojnom (b).CPE je uveden u EEC model.Njegova admitansa i impedansa se izražavaju na sljedeći način:
Dva fizička modela i odgovarajuća ekvivalentna kola za uklapanje spektra impedancije kupona 2707 HDSS:
Gdje je Y0 veličina CPE, j je imaginarni broj ili (−1)1/2, ω je ugaona frekvencija, a n je faktor snage CPE manji od jedan35.Inverzija otpora prijenosa naboja (tj. 1/Rct) odgovara stopi korozije.Niža Rct vrijednost znači veću stopu korozije27.Nakon 14 dana inkubacije, Rct test uzorka Pseudomonas aeruginosa dostigao je 32 kΩ cm2, što je znatno manje od 489 kΩ cm2 nebiološkog uzorka (tabela 4).
CLSM slike i SEM slike na sl.5 jasno pokazuju da je pokrivenost biofilmom na površini HDSS uzorka 2707 bila vrlo gusta nakon 7 dana.Međutim, nakon 14 dana biofilmski premaz je postao rijedak i pojavile su se neke mrtve stanice.Tabela 5 prikazuje debljinu biofilma 2707 HDSS uzoraka nakon 7 i 14 dana izloženosti Pseudomonas aeruginosa.Maksimalna debljina biofilma se promijenila sa 23,4 µm nakon 7 dana na 18,9 µm nakon 14 dana.Prosječna debljina biofilma također je potvrdila ovaj trend.Smanio se sa 22,2 ± 0,7 μm nakon 7 dana na 17,8 ± 1,0 μm nakon 14 dana.
(a) 3-D CLSM slika za 7 dana, (b) 3-D CLSM slika za 14 dana, (c) SEM slika za 7 dana i (d) SEM slika za 14 dana.
EMF je otkrio hemijske elemente u biofilmu i produkte korozije na uzorcima izloženim Pseudomonas aeruginosa tokom 14 dana.Na sl.Slika 6 pokazuje da je sadržaj C, N, O, P u biofilmu i produktima korozije mnogo veći nego u čistom metalu, jer su ovi elementi povezani sa biofilmom i njegovim metabolitima.Mikroorganizmi zahtijevaju samo tragove Cr i Fe.Visok sadržaj Cr i Fe u biofilmu i produktima korozije na površini uzorka ukazuje na gubitak elemenata u metalnoj matrici kao rezultat korozije.
Nakon 14 dana, u mediju 2216E uočene su jame sa i bez P. aeruginosa.Prije inkubacije, površina uzoraka je bila glatka i bez defekata (slika 7a).Nakon inkubacije i uklanjanja biofilma i produkata korozije, najdublje jame na površini uzorka su ispitane pomoću CLSM, kao što je prikazano na sl. 7b i c.Na površini nebiološke kontrole nije pronađena očigledna udubljenja (maksimalna dubina jame 0,02 µm).Maksimalna dubina jame uzrokovana Pseudomonas aeruginosa bila je 0,52 µm nakon 7 dana i 0,69 µm nakon 14 dana, na osnovu prosječne maksimalne dubine jame iz 3 uzorka (10 maksimalnih dubina jame je odabrano za svaki uzorak) i dostigla je 0,42 ± 0,12 µm .i 0,52 ± 0,15 µm, respektivno (tabela 5).Ove vrijednosti dubine udubljenja su male, ali važne.
(a) prije izlaganja;(b) 14 dana u abiotskoj sredini;(c) 14 dana u bujonu P. aeruginosa.
Na sl.Tabela 8 prikazuje XPS spektre različitih površina uzorka, a hemija analizirana za svaku površinu sažeta je u tabeli 6. U tabeli 6, atomski procenti Fe i Cr bili su mnogo niži u prisustvu P. aeruginosa (uzorci A i B ) nego u nebiološkim kontrolnim trakama.(uzorci C i D).Za uzorak Pseudomonas aeruginosa, spektralna kriva nivoa Cr 2p jezgra je prilagođena četiri vršne komponente sa energijama vezivanja (BE) od 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, koje su pripisane Cr, Cr2O3, CrO3 i Cr 3 (sl. 9a i b).Za nebiološke uzorke, spektri nivoa Cr 2p u jezgru na Sl.9c i d sadrže dva glavna pika Cr (BE 573,80 eV) i Cr2O3 (BE 575,90 eV), respektivno.Najupečatljivija razlika između abiotičkog kupona i kupona P. aeruginosa je prisustvo Cr6+ i relativno visoke frakcije Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) ispod biofilma.
Široka površina XPS spektra 2707 HDSS uzoraka u dva medija za 7 i 14 dana, respektivno.
(a) 7-dnevna izloženost P. aeruginosa, (b) 14-dnevna izloženost P. aeruginosa, (c) 7-dnevna izloženost abioticima, (d) 14-dnevna izloženost abioticima.
HDSS pokazuje visok nivo otpornosti na koroziju u većini okruženja.Kim i saradnici 2 izvještavaju da je HDSS UNS S32707 identificiran kao visoko dopirani DSS sa PREN većim od 45. Vrijednost PREN HDSS uzorka 2707 u ovom radu bila je 49. To je zbog visokog sadržaja Cr i visokih nivoa Mo i Ni, koji su korisni u kiselim sredinama i sredinama sa visokim sadržajem hlorida.Osim toga, dobro izbalansirana kompozicija i mikrostruktura bez defekata osiguravaju strukturnu stabilnost i otpornost na koroziju.Uprkos odličnoj hemijskoj otpornosti, eksperimentalni podaci u ovom radu pokazuju da 2707 HDSS nije u potpunosti imun na MIC biofilma Pseudomonas aeruginosa.
Elektrohemijski rezultati su pokazali da se stopa korozije 2707 HDSS u bujonu Pseudomonas aeruginosa značajno povećala nakon 14 dana u poređenju sa nebiološkim okruženjem.Na slici 2a uočeno je smanjenje Eocp i u abiotskom mediju iu bujonu P. aeruginosa tokom prva 24 sata.Nakon toga, biofilm završava pokrivanjem površine uzorka i Eocp postaje relativno stabilan.Međutim, biotički nivo Eocp bio je mnogo veći od abiotičkog nivoa Eocp.Postoje razlozi da se vjeruje da je ova razlika povezana s formiranjem biofilma P. aeruginosa.Na sl.2g, vrijednost icorr 2707 HDSS dostigla je 0,627 µA cm-2 u prisustvu Pseudomonas aeruginosa, što je za red veličine više od one u nebiološkoj kontroli (0,063 µA cm-2), što je u skladu s Rct vrijednost mjerena EIS-om.Tokom prvih nekoliko dana, vrijednosti impedance u bujonu P. aeruginosa su se povećale zbog vezivanja ćelija P. aeruginosa i stvaranja biofilma.Međutim, impedancija se smanjuje kada biofilm u potpunosti pokrije površinu uzorka.Zaštitni sloj je napadnut prvenstveno zbog stvaranja biofilma i metabolita biofilma.Stoga se otpornost na koroziju vremenom smanjuje, a naslage Pseudomonas aeruginosa uzrokuju lokaliziranu koroziju.Trendovi u abiotičkim sredinama su različiti.Otpornost na koroziju nebiološke kontrole bila je mnogo veća od odgovarajuće vrijednosti uzoraka izloženih bujonu Pseudomonas aeruginosa.Osim toga, za abiotičke uzorke, vrijednost Rct 2707 HDSS dostigla je 489 kΩ cm2 14. dana, što je 15 puta više nego u prisustvu Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Dakle, 2707 HDSS ima odličnu otpornost na koroziju u sterilnom okruženju, ali nije zaštićen od MIC napada biofilmom Pseudomonas aeruginosa.
Ovi rezultati se takođe mogu posmatrati iz krivulja polarizacije na Sl.2b.Anodno grananje je povezano sa formiranjem biofilma Pseudomonas aeruginosa i reakcijama oksidacije metala.U isto vrijeme, katodna reakcija je redukcija kisika.Prisustvo P. aeruginosa značajno je povećalo gustinu struje korozije, koja je bila za red veličine veća nego u abiotičkoj kontroli.Ovo ukazuje da je biofilm Pseudomonas aeruginosa pojačao lokaliziranu koroziju 2707 HDSS.Yuan et al.29 su otkrili da je gustina struje korozije legure 70/30 Cu-Ni povećana biofilmom Pseudomonas aeruginosa.Ovo može biti posljedica biokatalize redukcije kisika biofilmom Pseudomonas aeruginosa.Ovo zapažanje takođe može objasniti MIC 2707 HDSS u ovom radu.Aerobni biofilmi također mogu smanjiti sadržaj kisika ispod njih.Stoga, odbijanje repasivacije metalne površine kisikom može biti faktor koji doprinosi MIC-u u ovom radu.
Dickinson et al.38 sugerira da brzina kemijskih i elektrokemijskih reakcija direktno ovisi o metaboličkoj aktivnosti bakterija pričvršćenih na površinu uzorka i o prirodi produkata korozije.Kao što je prikazano na slici 5 i tabeli 5, broj ćelija i debljina biofilma su se smanjili nakon 14 dana.Ovo se razumno može objasniti činjenicom da je nakon 14 dana većina usidrenih ćelija na površini 2707 HDSS umrla zbog iscrpljivanja nutrijenata u mediju 2216E ili oslobađanja toksičnih metalnih jona iz 2707 HDSS matrice.Ovo je ograničenje skupnih eksperimenata.
U ovom radu, biofilm Pseudomonas aeruginosa je potaknuo lokalno iscrpljivanje Cr i Fe ispod biofilma na površini 2707 HDSS (slika 6).U tabeli 6, Fe i Cr smanjeni su u uzorku D u poređenju sa uzorkom C, što ukazuje da se otapanje Fe i Cr uzrokovano biofilmom P. aeruginosa održalo nakon prvih 7 dana.Okruženje 2216E se koristi za simulaciju morskog okruženja.Sadrži 17700 ppm Cl-, što je uporedivo sa sadržajem u prirodnoj morskoj vodi.Prisustvo 17700 ppm Cl- bilo je glavni razlog za smanjenje Cr u 7-dnevnim i 14-dnevnim nebiološkim uzorcima analiziranim XPS-om.U poređenju sa test uzorkom Pseudomonas aeruginosa, otapanje Cr u abiotskom test uzorku je mnogo manje zbog jake otpornosti 2707 HDSS na hlor u abiotskom okruženju.Na sl.9 pokazuje prisustvo Cr6+ u pasivizirajućem filmu.Ovo može biti povezano sa uklanjanjem Cr sa čeličnih površina biofilmima P. aeruginosa, kao što su predložili Chen i Clayton39.
Zbog rasta bakterija, pH vrijednosti podloge prije i nakon inkubacije bile su 7,4 odnosno 8,2.Stoga je malo vjerovatno da će korozija organskih kiselina doprinijeti ovom radu ispod biofilmova P. aeruginosa zbog relativno visokog pH u rasutom mediju.pH nebiološke kontrolne podloge nije se značajno promijenio (od početnih 7,4 do konačnih 7,5) tokom 14-dnevnog testnog perioda.Povećanje pH u medijumu inokuluma nakon inkubacije povezano je sa metaboličkom aktivnošću Pseudomonas aeruginosa, a isti efekat na pH nađen je i u odsustvu test trake.
Kao što je prikazano na sl.7, maksimalna dubina jame uzrokovana biofilmom Pseudomonas aeruginosa bila je 0,69 µm, što je značajno više nego u abiotskom mediju (0,02 µm).Ovo se slaže sa gore navedenim elektrohemijskim podacima.Pod istim uslovima, dubina jame od 0,69 µm je više od deset puta manja od vrednosti od 9,5 µm specificirane za 2205 DSS40.Ovi podaci pokazuju da 2707 HDSS pokazuje bolju otpornost na MIC od 2205 DSS.Ovo nije iznenađujuće jer 2707 HDSS ima viši nivo Cr, što omogućava dužu pasivizaciju, otežava depasivaciju Pseudomonas aeruginosa i pokreće proces bez štetnih sekundarnih padavina Pitting41.
U zaključku, MIC rupa je pronađena na 2707 HDSS površina u bujonu Pseudomonas aeruginosa, dok je rupa u abiotskoj sredini bila zanemariva.Ovaj rad pokazuje da 2707 HDSS ima bolju otpornost na MIC od 2205 DSS, ali nije potpuno imun na MIC zbog biofilma Pseudomonas aeruginosa.Ovi rezultati pomažu u odabiru odgovarajućeg nehrđajućeg čelika i očekivanom životnom vijeku za morsko okruženje.
2707 HDSS uzoraka je obezbijedila Metalurška škola, Northeastern University (NEU), Shenyang, Kina.Elementarni sastav 2707 HDSS prikazan je u tabeli 1, koju je analiziralo Odeljenje za analizu i ispitivanje materijala Univerziteta Northeastern.Svi uzorci su tretirani čvrstim rastvorom na 1180°C tokom 1 sata.Prije testiranja na koroziju, 2707 HDSS čelik za kovanice s izloženom površinom od 1 cm2 je poliran do granulacije 2000 brusnim papirom od silicijum-karbida, a zatim dodatno poliran sa Al2O3 prahom od 0,05 µm.Stranice i dno su zaštićene inertnom bojom.Nakon sušenja, uzorci su isprani sterilnom dejonizovanom vodom i sterilisani sa 75% (v/v) etanolom 0,5 h.Zatim su sušeni na zraku pod ultraljubičastim (UV) svjetlom 0,5 h prije upotrebe.
Morski soj Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 je kupljen od Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Kina.Marine 2216E tečni medij (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina) korišten je za uzgoj Pseudomonas aeruginosa u tikvicama od 250 ml i elektrohemijskim staklenim ćelijama od 500 ml u aerobnim uslovima na 37°C.Medij sadrži (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 SrBO302 . 008, 0,008 Na4F0H20PO.1,0 ekstrakta kvasca i 0,1 gvožđe citrata.Autoklavirajte na 121 °C 20 minuta prije inokulacije.Sesilne i planktonske ćelije su izbrojane pod svjetlosnim mikroskopom pomoću hemocitometra pri 400x uvećanju.Početna koncentracija planktonskih ćelija P. aeruginosa odmah nakon inokulacije bila je približno 106 ćelija/mL.
Elektrohemijska ispitivanja vršena su u klasičnoj troelektrodnoj staklenoj ćeliji srednje zapremine 500 ml.Platinasti lim i zasićena kalomelna elektroda (SCE) su spojene na reaktor kroz Lugginovu kapilaru ispunjenu solnim mostom i služile su kao kontra i referentna elektroda, respektivno.Za izradu radne elektrode, na svaki uzorak je pričvršćena bakrena žica presvučena gumom i premazana epoksidom, ostavljajući oko 1 cm2 površine na jednoj strani za radnu elektrodu.Tokom elektrohemijskih merenja, uzorci su stavljeni u medijum 2216E i držani na konstantnoj temperaturi inkubacije (37°C) u vodenom kupatilu.Podaci o OCP, LPR, EIS i potencijalnoj dinamičkoj polarizaciji mjereni su pomoću potenciostata Autolab (Referenca 600TM, Gamry Instruments, Inc., SAD).LPR testovi su snimljeni pri brzini skeniranja od 0,125 mV s-1 u opsegu -5 i 5 mV i Eocp sa stopom uzorkovanja od 1 Hz.EIS je izveden u stacionarnom stanju Eocp korištenjem primijenjenog napona od 5 mV sa sinusoidom u rasponu frekvencija od 0,01 do 10,000 Hz.Prije pokretanja potencijala, elektrode su bile u otvorenom krugu sve dok se ne postigne stabilan slobodni potencijal korozije od 42.With.Svaki test je ponovljen tri puta sa i bez Pseudomonas aeruginosa.
Uzorci za metalografsku analizu su mehanički polirani vlažnim SiC papirom granulacije 2000, a zatim polirani prahom Al2O3 od 0,05 µm za optičko promatranje.Metalografska analiza je izvršena pomoću optičkog mikroskopa.Uzorak je nagrizan sa 10 tež% rastvora kalijum hidroksida43.
Nakon inkubacije, isprati 3 puta fiziološkim rastvorom sa fosfatnim puferom (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), a zatim fiksirati sa 2,5% (v/v) glutaraldehidom 10 sati da bi se fiksirao biofilm.Naknadna dehidracija etanolom u stepenastom nizu (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% zapremine) prije sušenja na zraku.Konačno, zlatni film je raspršen na površinu uzorka kako bi se osigurala provodljivost za posmatranje SEM44.SEM slike su fokusirane na lokaciju na kojoj se nalaze stanice P. aeruginosa na površini svakog uzorka.Provedena je EMF analiza za detekciju hemijskih elemenata.Za mjerenje dubine jame korišten je Zeiss konfokalni laserski skenirajući mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Njemačka).Da bi se uočile korozijske jame ispod biofilma, testni uzorak je prvo očišćen prema Kineskom nacionalnom standardu (CNS) GB/T4334.4-2000 kako bi se uklonili proizvodi korozije i biofilm sa površine testnog uzorka.
Rentgenska fotoelektronska spektroskopija (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, SAD) analiza pomoću monokromatskog izvora X zraka (Al Kα linija sa energijom od 1500 eV i snagom od 150 W) u širokom rasponu energija vezivanja 0 ispod standardnih uslova od –1350 eV.Snimite spektre visoke rezolucije koristeći energiju prolaza od 50 eV i veličinu koraka od 0,2 eV.
Uklonite inkubirani uzorak i nježno ga isperite PBS (pH 7,4 ± 0,2) tokom 15 s45.Kako bi se promatrala bakterijska održivost biofilma na uzorku, biofilm je obojen korištenjem LIVE/DEAD BacLight BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Komplet sadrži dvije fluorescentne boje: SYTO-9 zelenu fluorescentnu boju i propidijum jodid (PI) crvenu fluorescentnu boju.U CLSM, fluorescentne zelene i crvene tačke predstavljaju žive i mrtve ćelije, respektivno.Za bojenje, inkubirajte 1 ml mješavine koja sadrži 3 µl SYTO-9 i 3 µl otopine PI na sobnoj temperaturi (23°C) u mraku 20 minuta.Nakon toga, obojeni uzorci su posmatrani na dve talasne dužine (488 nm za žive ćelije i 559 nm za mrtve ćelije) korišćenjem Nikon CLSM aparata (C2 Plus, Nikon, Japan).Izmjerite debljinu biofilma u načinu 3-D skeniranja.
Kako citirati ovaj članak: Li, H. et al.Utjecaj morskog biofilma Pseudomonas aeruginosa na mikrobnu koroziju 2707 super duplex nehrđajućeg čelika.nauka.Kuća 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pucanje od korozije LDX 2101 dupleks nerđajućeg čelika u rastvorima hlorida u prisustvu tiosulfata.korozija.nauku.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Utjecaj toplinske obrade otopine i dušika u zaštitnom plinu na otpornost na koroziju na koroziju super dupleksnih zavarenih spojeva od nehrđajućeg čelika.korozija.nauku.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Hemijska komparativna studija mikrobnog i elektrohemijskog pitinga u nerđajućem čeliku 316L.korozija.nauku.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG i Xiao K. Elektrohemijsko ponašanje 2205 duplex nerđajućeg čelika u alkalnim rastvorima pri različitim pH vrednostima u prisustvu hlorida.elektrohemija.Journal.64, 211–220 (2012).
Vrijeme objave: Jan-09-2023