Tak fordi du besøgte Nature.com.Den browserversion, du bruger, har begrænset CSS-understøttelse.For den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller deaktiverer kompatibilitetstilstand i Internet Explorer).I mellemtiden, for at sikre fortsat support, vil vi gengive webstedet uden stilarter og JavaScript.
Mikrobiel korrosion (MIC) er et alvorligt problem i mange industrier, da det kan føre til enorme økonomiske tab.Super duplex rustfrit stål 2707 (2707 HDSS) bruges i marine miljøer på grund af dets fremragende kemikalieresistens.Imidlertid er dets resistens over for MIC ikke blevet eksperimentelt påvist.Denne undersøgelse undersøgte adfærden af ​​MIC 2707 HDSS forårsaget af den marine aerobe bakterie Pseudomonas aeruginosa.Elektrokemisk analyse viste, at der i nærvær af Pseudomonas aeruginosa biofilm i 2216E-mediet forekommer en positiv ændring i korrosionspotentialet og en stigning i korrosionsstrømtætheden.Analyse af røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) viste et fald i Cr-indholdet på overfladen af ​​prøven under biofilmen.Visuel analyse af gruberne viste, at P. aeruginosa-biofilmen producerede en maksimal grubedybde på 0,69 µm i løbet af 14 dages inkubation.Selvom dette er lille, indikerer det, at 2707 HDSS ikke er fuldstændig immun over for MIC af P. aeruginosa biofilm.
Duplex rustfrit stål (DSS) er meget udbredt i forskellige industrier på grund af den perfekte kombination af fremragende mekaniske egenskaber og korrosionsbestandighed1,2.Lokaliseret grubetæring forekommer dog stadig og påvirker integriteten af ​​dette stål3,4.DSS er ikke modstandsdygtig over for mikrobiel korrosion (MIC)5,6.På trods af den brede vifte af applikationer til DSS, er der stadig miljøer, hvor korrosionsbestandigheden af ​​DSS ikke er tilstrækkelig til langvarig brug.Det betyder, at der kræves dyrere materialer med højere korrosionsbestandighed.Jeon et al7 fandt, at selv super duplex rustfrit stål (SDSS) har nogle begrænsninger med hensyn til korrosionsbestandighed.Derfor kræves der i nogle tilfælde super duplex rustfrit stål (HDSS) med højere korrosionsbestandighed.Dette førte til udviklingen af ​​højtlegeret HDSS.
Korrosionsbestandighed DSS afhænger af forholdet mellem alfa- og gammafaser og udtømt i Cr-, Mo- og W-områderne 8, 9, 10 ved siden af ​​den anden fase.HDSS indeholder et højt indhold af Cr, Mo og N11, derfor har det fremragende korrosionsbestandighed og en høj værdi (45-50) af det ækvivalente pitting-modstandstal (PREN) bestemt ved vægt% Cr + 3,3 (vægt% Mo + 0,5 vægt %) + 16 % vægt.N12.Dens fremragende korrosionsbestandighed afhænger af en afbalanceret sammensætning indeholdende ca. 50 % ferritiske (α) og 50 % austenitiske (γ) faser.HDSS har bedre mekaniske egenskaber og højere modstandsdygtighed over for kloridkorrosion.Forbedret korrosionsbestandighed udvider brugen af ​​HDSS i mere aggressive kloridmiljøer såsom marine miljøer.
MIC'er er et stort problem i mange industrier, såsom olie- og gas- og vandindustrien14.MIC tegner sig for 20 % af alle korrosionsskader15.MIC er en bioelektrokemisk korrosion, der kan observeres i mange miljøer.Biofilm, der dannes på metaloverflader, ændrer de elektrokemiske forhold og påvirker derved korrosionsprocessen.Det er en udbredt opfattelse, at MIC-korrosion er forårsaget af biofilm.Elektrogene mikroorganismer æder metaller for at få den energi, de skal bruge for at overleve17.Nylige MIC-undersøgelser har vist, at EET (ekstracellulær elektronoverførsel) er den hastighedsbegrænsende faktor i MIC induceret af elektrogene mikroorganismer.Zhang et al.18 viste, at elektronformidlere accelererer overførslen af ​​elektroner mellem Desulfovibrio sessificans-celler og 304 rustfrit stål, hvilket resulterer i mere alvorligt MIC-angreb.Anning et al.19 og Wenzlaff et al.20 har vist, at biofilm af ætsende sulfat-reducerende bakterier (SRB'er) direkte kan absorbere elektroner fra metalsubstrater, hvilket resulterer i alvorlige pitting.
DSS er kendt for at være modtagelig for MIC i medier, der indeholder SRB'er, jernreducerende bakterier (IRB'er) osv. 21 .Disse bakterier forårsager lokaliseret pitting på overfladen af ​​DSS under biofilm22,23.I modsætning til DSS er HDSS24 MIC ikke kendt.
Pseudomonas aeruginosa er en gramnegativ, bevægelig, stavformet bakterie, der er vidt udbredt i naturen25.Pseudomonas aeruginosa er også en vigtig mikrobiel gruppe i havmiljøet, hvilket forårsager forhøjede MIC-koncentrationer.Pseudomonas er aktivt involveret i korrosionsprocessen og er anerkendt som en pionerkolonisator under biofilmdannelse.Mahat et al.28 og Yuan et al.29 viste, at Pseudomonas aeruginosa har en tendens til at øge korrosionshastigheden af ​​blødt stål og legeringer i vandmiljøer.
Hovedformålet med dette arbejde var at undersøge egenskaberne af MIC 2707 HDSS forårsaget af den marine aerobe bakterie Pseudomonas aeruginosa ved hjælp af elektrokemiske metoder, overfladeanalysemetoder og korrosionsproduktanalyse.Elektrokemiske undersøgelser, herunder åbent kredsløbspotentiale (OCP), lineær polarisationsmodstand (LPR), elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) og potentiel dynamisk polarisering, blev udført for at studere opførselen af ​​MIC 2707 HDSS.Energidispersiv spektrometrisk analyse (EDS) blev udført for at detektere kemiske elementer på en korroderet overflade.Derudover blev røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) brugt til at bestemme stabiliteten af ​​oxidfilmpassivering under påvirkning af et havmiljø indeholdende Pseudomonas aeruginosa.Dybden af ​​gruberne blev målt under et konfokalt laserscanningsmikroskop (CLSM).
Tabel 1 viser den kemiske sammensætning af 2707 HDSS.Tabel 2 viser, at 2707 HDSS har fremragende mekaniske egenskaber med en flydespænding på 650 MPa.På fig.1 viser den optiske mikrostruktur af opløsningsvarmebehandlet 2707 HDSS.I mikrostrukturen, der indeholder omkring 50 % austenit- og 50 % ferritfaser, er aflange bånd af austenit- og ferritfaser uden sekundære faser synlige.
På fig.2a viser åbent kredsløbspotentiale (Eocp) versus eksponeringstid for 2707 HDSS i 2216E abiotisk medium og P. aeruginosa bouillon i 14 dage ved 37°C.Den viser, at den største og mest markante ændring i Eocp sker inden for de første 24 timer.Eocp-værdierne i begge tilfælde toppede ved -145 mV (sammenlignet med SCE) omkring 16 timer og faldt derefter kraftigt og nåede -477 mV (sammenlignet med SCE) og -236 mV (sammenlignet med SCE) for den abiotiske prøve.og P Pseudomonas aeruginosa kuponer).Efter 24 timer var Eocp 2707 HDSS-værdien for P. aeruginosa relativt stabil ved -228 mV (sammenlignet med SCE), mens den tilsvarende værdi for ikke-biologiske prøver var ca. -442 mV (sammenlignet med SCE).Eocp i nærvær af P. aeruginosa var ret lavt.
Elektrokemisk undersøgelse af 2707 HDSS prøver i abiotisk medium og Pseudomonas aeruginosa bouillon ved 37 °C:
(a) Eocp som funktion af eksponeringstid, (b) polarisationskurver på dag 14, (c) Rp som funktion af eksponeringstid og (d) icorr som funktion af eksponeringstid.
Tabel 3 viser de elektrokemiske korrosionsparametre for 2707 HDSS-prøver udsat for abiotiske og Pseudomonas aeruginosa-podede medier over en periode på 14 dage.Tangenterne af anode- og katodekurverne blev ekstrapoleret for at opnå skæringspunkter, der gav korrosionsstrømtæthed (icorr), korrosionspotentiale (Ecorr) og Tafel-hældning (βα og βc) i henhold til standardmetoder30,31.
Som vist i fig.2b resulterede et opadgående skift i P. aeruginosa-kurven i en stigning i Ecorr sammenlignet med den abiotiske kurve.Icorr-værdien, som er proportional med korrosionshastigheden, steg til 0,328 µA cm-2 i Pseudomonas aeruginosa-prøven, hvilket er fire gange større end i den ikke-biologiske prøve (0,087 µA cm-2).
LPR er en klassisk ikke-destruktiv elektrokemisk metode til hurtig korrosionsanalyse.Det er også blevet brugt til at studere MIC32.På fig.2c viser polarisationsmodstanden (Rp) som funktion af eksponeringstiden.En højere Rp-værdi betyder mindre korrosion.Inden for de første 24 timer toppede Rp 2707 HDSS ved 1955 kΩ cm2 for abiotiske prøver og 1429 kΩ cm2 for Pseudomonas aeruginosa-prøver.Figur 2c viser også, at Rp-værdien faldt hurtigt efter én dag og derefter forblev relativt uændret i løbet af de næste 13 dage.Rp-værdien af ​​en Pseudomonas aeruginosa-prøve er omkring 40 kΩ cm2, hvilket er meget lavere end 450 kΩ cm2-værdien for en ikke-biologisk prøve.
Værdien af ​​icorr er proportional med den ensartede korrosionshastighed.Dens værdi kan beregnes ud fra følgende Stern-Giri-ligning:
Ifølge Zoe et al.33, blev den typiske værdi af Tafel-skråningen B i dette arbejde taget til at være 26 mV/dec.Figur 2d viser, at ikorren af ​​den ikke-biologiske prøve 2707 forblev relativt stabil, mens P. aeruginosa-prøven svingede meget efter de første 24 timer.Icorr-værdierne for P. aeruginosa-prøver var en størrelsesorden højere end for ikke-biologiske kontroller.Denne tendens er i overensstemmelse med resultaterne af polarisationsmodstand.
EIS er en anden ikke-destruktiv metode, der bruges til at karakterisere elektrokemiske reaktioner på korroderede overflader.Impedansspektre og beregnede kapacitansværdier af prøver udsat for abiotisk miljø og Pseudomonas aeruginosa opløsning, passiv film/biofilm modstand Rb dannet på prøveoverfladen, ladningsoverførselsmodstand Rct, elektrisk dobbeltlags kapacitans Cdl (EDL) og konstante QCPE faseelementparametre (CPE).Disse parametre blev yderligere analyseret ved at tilpasse dataene ved hjælp af en ækvivalent kredsløbsmodel (EEC).
På fig.3 viser typiske Nyquist-plot (a og b) og Bode-plot (a' og b') for 2707 HDSS-prøver i abiotiske medier og P. aeruginosa-bouillon for forskellige inkubationstider.Diameteren af ​​Nyquist-ringen falder i nærvær af Pseudomonas aeruginosa.Bode-plottet (fig. 3b') viser stigningen i total impedans.Oplysninger om afslapningstidskonstanten kan fås fra fasemaksima.På fig.4 viser de fysiske strukturer baseret på et monolag (a) og et dobbeltlag (b) og de tilsvarende EEC'er.CPE er indført i EEC-modellen.Dens adgang og impedans udtrykkes som følger:
To fysiske modeller og tilsvarende tilsvarende kredsløb til tilpasning af impedansspektret af prøve 2707 HDSS:
hvor Y0 er KPI-værdien, j er det imaginære tal eller (-1)1/2, ω er vinkelfrekvensen, n er KPI-effektindekset mindre end én35.Ladningsoverførselsmodstandsinversionen (dvs. 1/Rct) svarer til korrosionshastigheden.Jo mindre Rct, jo højere korrosionshastighed27.Efter 14 dages inkubation nåede Rct af Pseudomonas aeruginosa prøver 32 kΩ cm2, hvilket er meget mindre end de 489 kΩ cm2 for ikke-biologiske prøver (tabel 4).
CLSM-billederne og SEM-billederne i figur 5 viser tydeligt, at biofilmbelægningen på overfladen af ​​HDSS-prøve 2707 efter 7 dage er tæt.Efter 14 dage var biofilmdækningen dog dårlig, og der opstod nogle døde celler.Tabel 5 viser biofilmtykkelsen på 2707 HDSS-prøver efter eksponering for P. aeruginosa i 7 og 14 dage.Den maksimale biofilmtykkelse ændrede sig fra 23,4 µm efter 7 dage til 18,9 µm efter 14 dage.Den gennemsnitlige biofilmtykkelse bekræftede også denne tendens.Den faldt fra 22,2 ± 0,7 μm efter 7 dage til 17,8 ± 1,0 μm efter 14 dage.
(a) 3-D CLSM-billede efter 7 dage, (b) 3-D CLSM-billede efter 14 dage, (c) SEM-billede efter 7 dage og (d) SEM-billede efter 14 dage.
EMF afslørede kemiske elementer i biofilm og korrosionsprodukter på prøver udsat for P. aeruginosa i 14 dage.På fig.Figur 6 viser, at indholdet af C, N, O og P i biofilm og korrosionsprodukter er væsentligt højere end i rene metaller, da disse grundstoffer er forbundet med biofilm og deres metabolitter.Mikrober behøver kun spormængder af krom og jern.Høje niveauer af Cr og Fe i biofilmen og korrosionsprodukter på overfladen af ​​prøverne indikerer, at metalmatrixen har mistet elementer på grund af korrosion.
Efter 14 dage blev der observeret gruber med og uden P. aeruginosa i medium 2216E.Før inkubation var overfladen af ​​prøverne glat og defektfri (fig. 7a).Efter inkubation og fjernelse af biofilm og korrosionsprodukter blev de dybeste gruber på overfladen af ​​prøverne undersøgt ved hjælp af CLSM, som vist i fig. 7b og c.Der blev ikke fundet nogen tydelige grubetæringer på overfladen af ​​ikke-biologiske kontroller (maksimal grubedybde 0,02 µm).Den maksimale huldybde forårsaget af P. aeruginosa var 0,52 µm efter 7 dage og 0,69 µm efter 14 dage, baseret på den gennemsnitlige maksimale huldybde fra 3 prøver (10 maksimale huldybder blev udvalgt for hver prøve).Opnåelse af henholdsvis 0,42 ± 0,12 µm og 0,52 ± 0,15 µm (tabel 5).Disse huldybdeværdier er små, men vigtige.
(a) før eksponering, (b) 14 dage i et abiotisk miljø og (c) 14 dage i Pseudomonas aeruginosa bouillon.
På fig.Tabel 8 viser XPS-spektrene for forskellige prøveoverflader, og den kemiske sammensætning analyseret for hver overflade er opsummeret i tabel 6. I tabel 6 var atomprocenterne af Fe og Cr i nærvær af P. aeruginosa (prøver A og B) meget lavere end for ikke-biologiske kontroller.(prøver C og D).For en P. aeruginosa-prøve blev spektralkurven på niveauet af Cr 2p-kernen tilpasset til fire topkomponenter med bindingsenergier (BE) på 574,4, 576,6, 578,3 og 586,8 eV, hvilket kan tilskrives Cr, Cr2O3, CrO3 .og Cr(OH)3, henholdsvis (fig. 9a og b).For ikke-biologiske prøver indeholder spektret af hoved-Cr2p-niveauet to hovedtoppe for Cr (573,80 eV for BE) og Cr2O3 (575,90 eV for BE) i fig.9c og d.Den mest slående forskel mellem abiotiske prøver og P. aeruginosa-prøver var tilstedeværelsen af ​​Cr6+ og en højere relativ andel af Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) under biofilmen.
Det brede XPS-spektre af overfladen af ​​prøve 2707 HDSS i to medier er henholdsvis 7 og 14 dage.
(a) 7 dages eksponering for P. aeruginosa, (b) 14 dages eksponering for P. aeruginosa, (c) 7 dage i et abiotisk miljø og (d) 14 dage i et abiotisk miljø.
HDSS udviser et højt niveau af korrosionsbestandighed i de fleste miljøer.Kim et al.2 rapporterede, at HDSS UNS S32707 blev identificeret som en højtlegeret DSS med en PREN større end 45. PREN-værdien af ​​prøve 2707 HDSS i dette arbejde var 49. Dette skyldes det høje chromindhold og det høje indhold af molybdæn og nikkel, som er nyttige i sure miljøer.og miljøer med højt kloridindhold.Derudover er en velafbalanceret sammensætning og fejlfri mikrostruktur gavnlig for strukturel stabilitet og korrosionsbestandighed.På trods af dens fremragende kemiske resistens tyder de eksperimentelle data i dette arbejde på, at 2707 HDSS ikke er fuldstændig immun over for P. aeruginosa biofilm MIC'er.
Elektrokemiske resultater viste, at korrosionshastigheden af ​​2707 HDSS i P. aeruginosa bouillon steg signifikant efter 14 dage sammenlignet med det ikke-biologiske miljø.I figur 2a blev et fald i Eocp observeret både i det abiotiske medium og i P. aeruginosa bouillon i løbet af de første 24 timer.Derefter dækker biofilmen fuldstændigt prøvens overflade, og Eocp bliver relativt stabil36.Det biologiske Eocp-niveau var dog meget højere end det ikke-biologiske Eocp-niveau.Der er grunde til at tro, at denne forskel er forbundet med dannelsen af ​​P. aeruginosa biofilm.På fig.2d i nærvær af P. aeruginosa nåede icorr 2707 HDSS-værdien 0,627 μA cm-2, hvilket er en størrelsesorden højere end den for den abiotiske kontrol (0,063 μA cm-2), hvilket var i overensstemmelse med den målte Rct-værdi af EIS.I løbet af de første par dage steg impedansværdierne i P. aeruginosa-bouillonen på grund af vedhæftningen af ​​P. aeruginosa-celler og dannelsen af ​​biofilm.Men når biofilmen fuldstændigt dækker prøveoverfladen, falder impedansen.Det beskyttende lag angribes primært på grund af dannelsen af ​​biofilm og biofilmmetabolitter.Følgelig faldt korrosionsbestandigheden over tid, og vedhæftningen af ​​P. aeruginosa forårsagede lokal korrosion.Tendenserne i abiotiske miljøer var anderledes.Korrosionsbestandigheden af ​​den ikke-biologiske kontrol var meget højere end den tilsvarende værdi af prøverne udsat for P. aeruginosa bouillon.Derudover nåede Rct 2707 HDSS-værdien for abiotiske accessioner 489 kΩ cm2 på dag 14, hvilket er 15 gange højere end Rct-værdien (32 kΩ cm2) i nærværelse af P. aeruginosa.Således har 2707 HDSS fremragende korrosionsbestandighed i et sterilt miljø, men er ikke resistent over for MIC'er fra P. aeruginosa biofilm.
Disse resultater kan også observeres fra polarisationskurverne i fig.2b.Anodisk forgrening er blevet forbundet med Pseudomonas aeruginosa biofilmdannelse og metaloxidationsreaktioner.I dette tilfælde er den katodiske reaktion reduktionen af ​​oxygen.Tilstedeværelsen af ​​P. aeruginosa øgede korrosionsstrømtætheden signifikant, omkring en størrelsesorden højere end i den abiotiske kontrol.Dette indikerer, at P. aeruginosa-biofilmen øger lokaliseret korrosion af 2707 HDSS.Yuan et al.29 fandt, at korrosionsstrømtætheden af ​​Cu-Ni 70/30 legeringen steg under påvirkningen af ​​P. aeruginosa biofilm.Dette kan skyldes biokatalyse af iltreduktion af Pseudomonas aeruginosa biofilm.Denne observation kan også forklare MIC 2707 HDSS i dette arbejde.Der kan også være mindre ilt under aerobe biofilm.Derfor kan afvisningen af ​​at genpassivere metaloverfladen med oxygen være en faktor, der bidrager til MIC i dette arbejde.
Dickinson et al.38 foreslog, at hastigheden af ​​kemiske og elektrokemiske reaktioner kan påvirkes direkte af den metaboliske aktivitet af fastsiddende bakterier på prøveoverfladen og arten af ​​korrosionsprodukterne.Som vist i figur 5 og tabel 5 faldt antallet af celler og biofilmtykkelse efter 14 dage.Dette kan med rimelighed forklares ved, at efter 14 dage døde de fleste af de fastsiddende celler på overfladen af ​​2707 HDSS på grund af næringsstofdepletering i 2216E-mediet eller frigivelsen af ​​giftige metalioner fra 2707 HDSS-matrixen.Dette er en begrænsning af batch-eksperimenter.
I dette arbejde bidrog en P. aeruginosa biofilm til lokal udtømning af Cr og Fe under biofilmen på overfladen af ​​2707 HDSS (fig. 6).Tabel 6 viser reduktionen i Fe og Cr i prøve D sammenlignet med prøve C, hvilket indikerer, at den opløste Fe og Cr forårsaget af P. aeruginosa-biofilmen holdt sig i de første 7 dage.2216E-miljøet bruges til at simulere havmiljøet.Den indeholder 17700 ppm Cl-, hvilket kan sammenlignes med indholdet i naturligt havvand.Tilstedeværelsen af ​​17700 ppm Cl- var hovedårsagen til faldet i Cr i 7- og 14-dages abiotiske prøver analyseret med XPS.Sammenlignet med P. aeruginosa prøver var opløsningen af ​​Cr i abiotiske prøver meget mindre på grund af den stærke resistens af 2707 HDSS over for klor under abiotiske forhold.På fig.9 viser tilstedeværelsen af ​​Cr6+ i den passiverende film.Det kan være involveret i fjernelse af krom fra ståloverflader af P. aeruginosa biofilm, som foreslået af Chen og Clayton.
På grund af bakterievækst var pH-værdierne for mediet før og efter dyrkning henholdsvis 7,4 og 8,2.Under P. aeruginosa biofilmen er det således usandsynligt, at organisk syrekorrosion bidrager til dette arbejde på grund af den relativt høje pH i bulkmediet.pH-værdien af ​​det ikke-biologiske kontrolmedium ændrede sig ikke signifikant (fra initial 7,4 til sidste 7,5) i løbet af den 14 dage lange testperiode.Forøgelsen af ​​pH i inokuleringsmediet efter inkubation var forbundet med P. aeruginosas metaboliske aktivitet og viste sig at have samme effekt på pH i fravær af teststrimler.
Som vist i figur 7 var den maksimale huldybde forårsaget af P. aeruginosa biofilm 0,69 µm, hvilket er meget større end det abiotiske medium (0,02 µm).Dette er i overensstemmelse med de elektrokemiske data beskrevet ovenfor.Grubedybden på 0,69 µm er mere end ti gange mindre end 9,5 µm-værdien rapporteret for 2205 DSS under de samme forhold.Disse data viser, at 2707 HDSS udviser bedre modstand mod MIC'er end 2205 DSS.Dette burde ikke komme som en overraskelse, da 2707 HDSS har højere Cr-niveauer, som giver længere passivering, sværere at depassivere P. aeruginosa, og på grund af sin afbalancerede fasestruktur uden skadelig sekundær nedbør forårsager pitting.
Som konklusion blev der fundet MIC-gruber på overfladen af ​​2707 HDSS i P. aeruginosa-bouillon sammenlignet med ubetydelige gruber i det abiotiske miljø.Dette arbejde viser, at 2707 HDSS har bedre resistens over for MIC end 2205 DSS, men den er ikke fuldstændig immun over for MIC på grund af P. aeruginosa biofilm.Disse resultater hjælper med at vælge passende rustfrit stål og den forventede levetid for havmiljøet.
Kupon til 2707 HDSS leveret af Northeastern University (NEU) School of Metallurgy i Shenyang, Kina.Grundstofsammensætningen af ​​2707 HDSS er vist i tabel 1, som blev analyseret af NEU Materials Analysis and Testing Department.Alle prøver blev behandlet for fast opløsning ved 1180°C i 1 time.Forud for korrosionstestning blev en møntformet 2707 HDSS med en top åben overflade på 1 cm2 poleret til 2000 grit med siliciumcarbid sandpapir og derefter poleret med en 0,05 µm Al2O3 pulveropslæmning.Sider og bund er beskyttet med inert maling.Efter tørring blev prøverne vasket med sterilt deioniseret vand og steriliseret med 75% (v/v) ethanol i 0,5 time.De blev derefter lufttørret under ultraviolet (UV) lys i 0,5 time før brug.
Marine Pseudomonas aeruginosa stamme MCCC 1A00099 blev købt fra Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Kina.Pseudomonas aeruginosa blev dyrket under aerobe betingelser ved 37°C i 250 ml kolber og 500 ml elektrokemiske glasceller under anvendelse af Marine 2216E flydende medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina).Medium indeholder (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, 0016 6NH26NH3, 3,00 5,16 PEPTEP, PEPPEN, PEPPE, PEPPEN, PEPPEN, PEPPEN, PEWPPEN, PEPPE, PEPPENT, PEPPEN, PEPPEN, PEPPEN, PEPPEN, PEPPENTE gærekstrakt og 0,1 jerncitrat.Autoklaver ved 121°C i 20 minutter før podning.Tæl fastsiddende og planktoniske celler med et hæmocytometer under et lysmikroskop ved 400x forstørrelse.Den initiale koncentration af plankton Pseudomonas aeruginosa umiddelbart efter inokulering var ca. 106 celler/ml.
Elektrokemiske test blev udført i en klassisk tre-elektrode glascelle med et medium volumen på 500 ml.Platinpladen og den mættede kalomelelektrode (SAE) blev forbundet til reaktoren gennem Luggin-kapillærer fyldt med saltbroer, som tjente som henholdsvis mod- og referenceelektroder.Til fremstilling af arbejdselektroder blev gummieret kobbertråd fastgjort til hver prøve og dækket med epoxyharpiks, hvilket efterlod ca. 1 cm2 ubeskyttet område til arbejdselektroden på den ene side.Under elektrokemiske målinger blev prøverne anbragt i 2216E-mediet og holdt ved en konstant inkubationstemperatur (37°C) i et vandbad.OCP, LPR, EIS og potentielle dynamiske polariseringsdata blev målt ved hjælp af en Autolab potentiostat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).LPR-test blev registreret ved en scanningshastighed på 0,125 mV s-1 i området -5 til 5 mV med Eocp og en samplingshastighed på 1 Hz.EIS blev udført med en sinusbølge over et frekvensområde på 0,01 til 10.000 Hz under anvendelse af en påført spænding på 5 mV ved steady state Eocp.Før potentialsweep var elektroderne i inaktiv tilstand, indtil en stabil værdi af det frie korrosionspotentiale var nået.Polarisationskurverne blev derefter målt fra -0,2 til 1,5 V som funktion af Eocp ved en scanningshastighed på 0,166 mV/s.Hver test blev gentaget 3 gange med og uden P. aeruginosa.
Prøver til metallografisk analyse blev mekanisk poleret med vådt 2000 grit SiC-papir og derefter poleret yderligere med en 0,05 µm Al2O3-pulversuspension til optisk observation.Metallografisk analyse blev udført under anvendelse af et optisk mikroskop.Prøverne blev ætset med en 10 vægt% opløsning af kaliumhydroxid 43.
Efter inkubation blev prøverne vasket 3 gange med phosphatbufret saltvand (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) og derefter fikseret med 2,5% (v/v) glutaraldehyd i 10 timer for at fiksere biofilm.Det blev derefter dehydreret med batched ethanol (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% og 100% efter volumen) før lufttørring.Til sidst afsættes en guldfilm på overfladen af ​​prøven for at give ledningsevne til SEM-observation.SEM-billeder blev fokuseret på pletter med de mest siddende P. aeruginosa-celler på overfladen af ​​hver prøve.Udfør en EDS-analyse for at finde kemiske grundstoffer.Et Zeiss konfokalt laserscanningsmikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Tyskland) blev brugt til at måle dybden af ​​hulen.For at observere korrosionshuller under biofilmen blev testprøven først renset i henhold til den kinesiske nationale standard (CNS) GB/T4334.4-2000 for at fjerne korrosionsprodukter og biofilm fra overfladen af ​​testprøven.
Røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS, ESCALAB250 overfladeanalysesystem, Thermo VG, USA) analyse blev udført under anvendelse af en monokromatisk røntgenkilde (Aluminium Kα linje med en energi på 1500 eV og en effekt på 150 W) i en bred vifte af bindingsenergier 0 under standardbetingelser på –1350 eV.Højopløsningsspektre blev optaget under anvendelse af en transmissionsenergi på 50 eV og et trin på 0,2 eV.
De inkuberede prøver blev fjernet og vasket forsigtigt med PBS (pH 7,4 ± 0,2) i 15 s45.For at observere bakteriel levedygtighed af biofilm på prøver blev biofilm farvet ved hjælp af LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Sættet indeholder to fluorescerende farvestoffer: SYTO-9 grønt fluorescerende farvestof og propidiumiodid (PI) rødt fluorescerende farvestof.I CLSM repræsenterer fluorescerende grønne og røde prikker henholdsvis levende og døde celler.Til farvning blev 1 ml af en blanding indeholdende 3 µl SYTO-9 og 3 µl PI-opløsning inkuberet i 20 minutter ved stuetemperatur (23°C) i mørke.Derefter blev de farvede prøver undersøgt ved to bølgelængder (488 nm for levende celler og 559 nm for døde celler) under anvendelse af et Nikon CLSM-apparat (C2 Plus, Nikon, Japan).Biofilmtykkelsen blev målt i 3D-scanningstilstand.
Sådan citeres denne artikel: Li, H. et al.Mikrobiel korrosion af 2707 super duplex rustfrit stål af Pseudomonas aeruginosa marine biofilm.videnskaben.6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spændingskorrosionsrevner af LDX 2101 duplex rustfrit stål i chloridopløsninger i nærværelse af thiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spændingskorrosionsrevner af LDX 2101 duplex rustfrit stål i chloridopløsninger i nærværelse af thiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spændingskorrosionsrevner af duplex rustfrit stål LDX 2101 i chloridopløsninger i nærvær af thiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溺 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相rustfrit stål在福代sulfat分下下南性性生于中倾僅倧性生于中倾僅倉。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spændingskorrosionsrevner af duplex rustfrit stål LDX 2101 i chloridopløsning i nærværelse af thiosulfat.coros science 80, 205-212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effekter af opløsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgas på modstanden mod grubetæring af hyper duplex rustfri stålsvejsninger. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Effekter af opløsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgas på modstanden mod grubetæring af hyper duplex rustfri stålsvejsninger.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YS Effekten af ​​varmebehandling i fast opløsning og nitrogen i beskyttelsesgas på pitting-korrosionsbestandigheden af ​​hyperduplex rustfri stålsvejsninger. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YS Effekten af ​​opløsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgas på pitting-korrosionsbestandigheden af ​​super duplex rustfri stålsvejsninger.koros.videnskaben.53, 1939-1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Sammenlignende undersøgelse i kemi af mikrobielt og elektrokemisk induceret pitting af 316L rustfrit stål. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Sammenlignende undersøgelse i kemi af mikrobielt og elektrokemisk induceret pitting af 316L rustfrit stål.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. og Lewandowski, Z. Komparativ kemisk undersøgelse af mikrobiologisk og elektrokemisk grubetæring af 316L rustfrit stål. 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. og Lewandowski, Z. Komparativ kemisk undersøgelse af mikrobiologisk og elektrokemisk induceret grubetæring i 316L rustfrit stål.koros.videnskaben.45, 2577-2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Den elektrokemiske opførsel af 2205 duplex rustfrit stål i alkaliske opløsninger med forskellig pH i nærvær af chlorid. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Den elektrokemiske opførsel af 2205 duplex rustfrit stål i alkaliske opløsninger med forskellig pH i nærvær af chlorid.Luo H., Dong KF, Lee HG og Xiao K. Elektrokemisk opførsel af duplex rustfrit stål 2205 i alkaliske opløsninger med forskellig pH i nærvær af chlorid. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Elektrokemisk opførsel af 双相rustfrit stål i nærværelse af chlorid ved forskellig pH i alkalisk opløsning.Luo H., Dong KF, Lee HG og Xiao K. Elektrokemisk opførsel af duplex rustfrit stål 2205 i alkaliske opløsninger med forskellig pH i nærvær af chlorid.Electrochem.Magasin.64, 211-220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Indflydelsen af ​​marine biofilm på korrosion: En kortfattet gennemgang. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Indflydelsen af ​​marine biofilm på korrosion: En kortfattet gennemgang.Little, BJ, Lee, JS og Ray, RI Effekten af ​​marine biofilm på korrosion: En kort gennemgang. 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 & Ray, RILittle, BJ, Lee, JS og Ray, RI Effekten af ​​marine biofilm på korrosion: En kort gennemgang.Electrochem.Magasin.54, 2-7 (2008).