Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Näyttää kolmen dian karusellin kerralla.Käytä Edellinen- ja Seuraava-painikkeita siirtyäksesi kolmen dian läpi kerrallaan tai käytä lopussa olevia liukusäädinpainikkeita siirtyäksesi kolmen dian läpi kerrallaan.
Mikrobikorroosio (MIC) on suuri ongelma monilla teollisuudenaloilla, koska se voi johtaa valtaviin taloudellisiin tappioihin.Super duplex ruostumatonta terästä 2707 (2707 HDSS) käytetään meriympäristöissä sen erinomaisen kemiallisen kestävyyden ansiosta.Sen MIC-resistenssiä ei kuitenkaan ole kokeellisesti osoitettu.Tässä tutkimuksessa tutkittiin meren aerobisen Pseudomonas aeruginosan bakteerin aiheuttamaa MIC 2707 HDSS:n käyttäytymistä.Sähkökemiallinen analyysi osoitti, että Pseudomonas aeruginosa -biofilmin läsnä ollessa 2216E-väliaineessa korroosiopotentiaali muuttui positiivisesti ja korroosiovirran tiheys kasvoi.Röntgenfotoelektronispektroskopian (XPS) analyysin tulokset osoittivat Cr-pitoisuuden laskua näytteen pinnalla biofilmin alla.Kuoppakuvien analyysi osoitti, että Pseudomonas aeruginosa -biofilmit tuottivat kuopan maksimisyvyyden 0,69 µm 14 päivän viljelyn jälkeen.Vaikka tämä on pieni määrä, se viittaa siihen, että 2707 HDSS eivät ole täysin immuuneja P. aeruginosan biofilmien vaikutuksille MIC:ään.
Ruostumatonta duplex-terästä (DSS) käytetään laajasti eri teollisuudenaloilla erinomaisen mekaanisten ominaisuuksien ja korroosionkestävyyden täydellisen yhdistelmän ansiosta1,2.Kuitenkin paikallisia pistesyöpymiä voi silti esiintyä, mikä voi vaikuttaa tämän teräksen eheyteen 3, 4 .DSS ei ole suojattu mikrobisilta korroosiolta (MIC)5,6.Vaikka DSS:n käyttöalue on hyvin laaja, on silti ympäristöjä, joissa DSS:n korroosionkestävyys ei riitä pitkäaikaiseen käyttöön.Tämä tarkoittaa, että tarvitaan kalliimpia materiaaleja, joilla on korkeampi korroosionkestävyys.Jeon et al.7 havaitsivat, että jopa superduplex ruostumattomalla teräksellä (SDSS) on joitain rajoituksia korroosionkestävyyden suhteen.Siksi tietyissä sovelluksissa tarvitaan superduplex ruostumattomia teräksiä (HDSS), joilla on korkeampi korroosionkestävyys.Tämä johti vahvasti seostetun HDSS:n kehittämiseen.
DSS:n korroosionkestävyys määräytyy α-faasin ja y-faasin suhteen sekä Cr-, Mo- ja W-alueet sekundäärifaasien vieressä8,9,10.HDSS sisältää runsaasti Cr-, Mo- ja N11-pitoisuuksia, mikä antaa sille erinomaisen korroosionkestävyyden ja korkean (45-50) ekvivalentin pistekorroosionkestoarvon (PREN), joka määritellään paino-% Cr + 3,3 (paino-% Mo) + 0,5 painoprosenttia (paino) + 16 painoprosenttia.N12.Sen erinomainen korroosionkestävyys riippuu tasapainoisesta koostumuksesta, joka sisältää noin 50 % ferriittistä (α) ja 50 % austeniittista (γ) faaseja.HDSS:llä on paremmat mekaaniset ominaisuudet ja parempi kloorinkesto verrattuna perinteiseen DSS13:een.Kemiallisen korroosion ominaisuudet.Parannettu korroosionkestävyys laajentaa HDSS:n käyttöä aggressiivisemmissa kloridiympäristöissä, kuten meriympäristöissä.
MIC on merkittävä ongelma monilla teollisuudenaloilla, mukaan lukien öljy-, kaasu- ja vesihuolto14.MIC:n osuus kaikista korroosiovaurioista on 20 %15.MIC on biosähkökemiallinen korroosio, jota voidaan havaita monissa ympäristöissä16.Biofilmien muodostuminen metallipinnoille muuttaa sähkökemiallisia olosuhteita ja vaikuttaa siten korroosioprosessiin.On yleisesti hyväksyttyä, että biofilmit aiheuttavat MIC-korroosion14.Elektrogeeniset mikro-organismit syövät pois metalleja saadakseen energiaa selviytyäkseen17.Viimeaikaiset MIC-tutkimukset ovat osoittaneet, että EET (solunulkoinen elektronien siirto) on rajoittava tekijä sähkögeenisten mikro-organismien indusoimalle MIC:lle.Zhang et al.18 osoittivat, että elektronivälittäjät kiihdyttävät elektronien siirtoa Desulfovibrio vulgariksen istumattomien solujen ja ruostumattoman teräksen 304 välillä, mikä johtaa vakavampaan MIC-hyökkäykseen.Anning et ai.19 ja Wenzlaff et ai.20 ovat osoittaneet, että syövyttävien sulfaattia vähentävien bakteerien (SRB:t) biofilmit voivat absorboida elektroneja suoraan metallisubstraateilta, mikä johtaa vakaviin pistesyttymiin.
DSS:n tiedetään olevan herkkä MIC:lle väliaineissa, jotka sisältävät SRB:itä, rautaa vähentäviä bakteereja (IRB) jne. 21 .Nämä bakteerit aiheuttavat paikallisia kuoppia DSS:n pinnalle biofilmin alla22,23.Toisin kuin DSS, MIC HDSS24:stä tiedetään vähän.
Pseudomonas aeruginosa on gramnegatiivinen, liikkuva, sauvamainen bakteeri, joka on laajalle levinnyt luonnossa25.Pseudomonas aeruginosa on myös tärkein mikrobiota, joka vastaa teräksen MIC-arvosta meriympäristössä26.Pseudomonas-lajit ovat suoraan mukana korroosioprosesseissa, ja ne tunnustetaan ensimmäisiksi kolonisoijiksi biofilmin muodostumisen aikana27.Mahat et ai.28 ja Yuan et ai.29 osoitti, että Pseudomonas aeruginosa pyrkii lisäämään mietojen terästen ja metalliseosten korroosionopeutta vesiympäristössä.
Tämän työn päätavoitteena on tutkia meren aerobisen bakteerin Pseudomonas aeruginosa aiheuttaman 2707 HDSS:n MIC-ominaisuuksia sähkökemiallisilla menetelmillä, pinta-analyysimenetelmillä ja korroosiotuoteanalyysillä.MIC 2707 HDSS:n käyttäytymisen tutkimiseksi suoritettiin sähkökemiallisia tutkimuksia, mukaan lukien avoimen piirin potentiaali (OCP), lineaarinen polarisaatiovastus (LPR), sähkökemiallinen impedanssispektroskopia (EIS) ja dynaaminen potentiaalipolarisaatio.Energiadispersiospektroskopia (EDS) -analyysi suoritetaan kemiallisten alkuaineiden havaitsemiseksi syöpyneiltä pinnoilta.Lisäksi oksidikalvon passivoitumisen stabiilius Pseudomonas aeruginosaa sisältävän meriympäristön vaikutuksesta määritettiin röntgenfotoelektronispektroskopialla (XPS).Kuoppien syvyys mitattiin konfokaalisella laserpyyhkäisymikroskoopilla (CLSM).
Taulukossa 1 esitetään 2707 HDSS:n kemiallinen koostumus.Taulukko 2 osoittaa, että 2707 HDSS:llä on erinomaiset mekaaniset ominaisuudet ja myötöraja on 650 MPa.KuvassaKuvassa 1 on esitetty liuoksella lämpökäsitellyn 2707 HDSS:n optinen mikrorakenne.Mikrorakenteessa, joka sisältää noin 50 % austeniittisia ja 50 % ferriittisiä faaseja, voidaan nähdä pitkänomaisia austeniittisen ja ferriittisen faasin vyöhykkeitä ilman sekundaarisia faaseja.
KuvassaKuva 2a esittää avoimen piirin potentiaalin (Eocp) altistusajan funktiona 2707 HDSS:lle 2216E abioottisessa alustassa ja Pseudomonas aeruginosa -liemessä 14 päivän ajan 37 °C:ssa.Todettiin, että selkeimmät muutokset Eocp:ssä tapahtuivat ensimmäisen 24 tunnin aikana.Eocp-arvot saavuttivat molemmissa tapauksissa huippunsa noin -145 mV:ssa (versus SCE) noin 16 tunnissa ja putosivat sitten jyrkästi -477 mV:iin (versus SCE) ja -236 mV:iin (versus SCE) ei-biologisten näytteiden osalta ja P suhteellisten näytteiden osalta. SCE) patinalehdet, vastaavasti.24 tunnin kuluttua Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS:n Eocp-arvo pysyi suhteellisen vakaana -228 mV:ssa (SCE:hen verrattuna), kun taas vastaava arvo ei-biologiselle näytteelle oli noin -442 mV (verrattuna SCE:hen).Eocp Pseudomonas aeruginosan läsnä ollessa oli melko alhainen.
2707 HDSS-näytteen sähkökemiallinen testaus abioottisessa väliaineessa ja Pseudomonas aeruginosa -liemessä 37 °C:ssa:
(a) Eocp:n muutos valotusajan mukaan, (b) polarisaatiokäyrä päivänä 14, (c) Rp:n muutos valotusajan mukaan, (d) muutos korr.
Taulukossa 3 esitetään sähkökemialliset korroosioparametrit 2707 HDSS-näytteestä, jotka on altistettu abioottiselle ja P. aeruginosa -siirrostetulle alustalle 14 päivän aikana.Anodisten ja katodisten käyrien tangentiaalinen ekstrapolointi leikkauspisteeseen mahdollisti korroosiovirran tiheyden (icorr), korroosiopotentiaalin (Ecorr) ja Tafel-kaltevuuden (βα ja βc) määrittämisen standardimenetelmien30,31 mukaisesti.
Kuten kuvassa 2b esitetään, P. aeruginosa -käyrän siirtyminen ylöspäin johti Ecorr:n kasvuun abioottiseen käyrään verrattuna.Pseudomonas aeruginosaa sisältävän näytteen korroosionopeuteen verrannollinen icorr-arvo nousi arvoon 0,328 µA cm-2, mikä on neljä kertaa suurempi kuin ei-biologisen näytteen (0,087 µA cm-2).
LPR on klassinen sähkökemiallinen menetelmä korroosion tuhoamattomaan pikaanalyysiin.Sitä on myös käytetty MIC32:n tutkimiseen.KuvassaKuva 2c esittää polarisaatiovastuksen (Rp) muutosta valotusajasta riippuen.Korkeampi Rp-arvo tarkoittaa vähemmän korroosiota.Ensimmäisen 24 tunnin aikana Rp 2707 HDSS saavutti huippunsa arvossa 1955 kΩ cm2 ei-biologisissa näytteissä ja 1429 kΩ cm2 Pseudomonas aeruginosa -näytteissä.Kuva 2c osoittaa myös, että Rp-arvo laski nopeasti yhden päivän jälkeen ja pysyi sitten suhteellisen muuttumattomana seuraavien 13 päivän aikana.Pseudomonas aeruginosa -testinäytteen Rp-arvo on noin 40 kΩ cm2, mikä on paljon pienempi kuin ei-biologisen testinäytteen 450 kΩ cm2-arvo.
Icorr-arvo on verrannollinen tasaiseen korroosionopeuteen.Sen arvo voidaan laskea seuraavasta Stern-Giri yhtälöstä:
Zoe et ai.33 Tafel-kaltevuus B otettiin tässä työssä tyypilliseksi arvoksi 26 mV/dec.KuvassaKuva 2d osoittaa, että abioottisen kannan 2707 icorr pysyi suhteellisen vakaana, kun taas Pseudomonas aeruginosa -nauhan icorr vaihteli voimakkaasti suurella hyppyllä ensimmäisen 24 tunnin jälkeen.Pseudomonas aeruginosa -testinäytteen icorr-arvo oli suuruusluokkaa suurempi kuin ei-biologisen kontrollin.Tämä suuntaus on yhdenmukainen polarisaatiovastuksen tulosten kanssa.
EIS on toinen tuhoamaton menetelmä, jota käytetään luonnehtimaan sähkökemiallisia reaktioita korroosiorajapinnassa34.Abioottisille väliaineille ja Pseudomonas aeruginosan liuoksille altistettujen nauhojen impedanssispektrit ja kapasitanssilaskelmat, Rb on nauhan pinnalle muodostuneen passiivi-/biokalvon resistanssi, Rct on varauksensiirtovastus, Cdl on sähköinen kaksoiskerros.) ja QCPE vakiovaiheelementti (CPE) -parametreja.Näitä parametreja analysoitiin edelleen vertaamalla tietoja vastaavaan sähköpiirimalliin (EEC).
KuvassaKuvassa 3 esitetään tyypilliset Nyquist-kuvaajat (a ja b) ja Bode-kuvaajat (a' ja b') 2707 HDSS-näytteestä abioottisessa väliaineessa ja Pseudomonas aeruginosa -liemessä eri inkubaatioaikoina.Pseudomonas aeruginosan läsnä ollessa Nyquist-silmukan halkaisija pienenee.Boden käyrä (kuvio 3b') näyttää kokonaisimpedanssin kasvun.Tietoa relaksaatioaikavakiosta voidaan saada vaihemaksimista.KuvassaKuvassa 4 esitetään fyysiset rakenteet ja vastaava ETY perustuen yksikerroksiseen (a) ja kaksikerroksiseen (b).CPE on sisällytetty ETY-malliin.Sen sisääntulo ja impedanssi ilmaistaan seuraavasti:
Kaksi fyysistä mallia ja vastaavat vastaavat piirit 2707 HDSS -kuponkiimpedanssispektrin sovittamiseen:
Missä Y0 on CPE:n suuruus, j on imaginaariluku tai (-1)1/2, ω on kulmataajuus ja n on CPE:n tehokerroin pienempi kuin yksi35.Varauksensiirtovastuksen inversio (eli 1/Rct) vastaa korroosion nopeutta.Pienempi Rct-arvo tarkoittaa suurempaa korroosionopeutta27.14 päivän inkuboinnin jälkeen Pseudomonas aeruginosan testinäytteen Rct saavutti arvon 32 kΩ cm2, mikä on paljon vähemmän kuin ei-biologisen testinäytteen 489 kΩ cm2 (taulukko 4).
CLSM-kuvat ja SEM-kuvat kuvassa.Kuvat 5 osoittavat selvästi, että biofilmin peitto HDSS-näytteen 2707 pinnalla oli erittäin tiheä 7 päivän jälkeen.Kuitenkin 14 päivän kuluttua biofilmipinnoitteesta tuli harva ja joitain kuolleita soluja ilmestyi.Taulukossa 5 esitetään 2707 HDSS-näytteen biofilmin paksuus 7 ja 14 päivän Pseudomonas aeruginosa -altistuksen jälkeen.Biokalvon maksimipaksuus muuttui 23,4 um:sta 7 päivän jälkeen 18,9 um:iin 14 päivän jälkeen.Myös keskimääräinen biokalvon paksuus vahvisti tämän suuntauksen.Se laski 22,2 ± 0,7 μm:stä 7 päivän jälkeen 17,8 ± 1,0 μm:iin 14 päivän jälkeen.
(a) 3-D CLSM-kuva 7 päivän kohdalla, (b) 3-D CLSM-kuva 14 päivän kohdalla, (c) SEM-kuva 7 päivän kohdalla ja (d) SEM-kuva 14 päivän kohdalla.
EMF paljasti kemiallisia elementtejä biofilmistä ja korroosiotuotteista näytteistä, jotka altistettiin Pseudomonas aeruginosalle 14 päivän ajan.KuvassaKuva 6 osoittaa, että C-, N-, O-, P-pitoisuus biofilmissä ja korroosiotuotteissa on paljon korkeampi kuin puhtaassa metallissa, koska nämä alkuaineet liittyvät biofilmiin ja sen metaboliitteihin.Mikro-organismit tarvitsevat vain pieniä määriä Cr:a ja Fe:tä.Biofilmin korkea Cr- ja Fe-pitoisuus sekä korroosiotuotteet näytteen pinnalla osoittavat metallimatriisin alkuaineiden häviämistä korroosion seurauksena.
14 päivän kuluttua kasvualustassa 2216E havaittiin kuoppia P. aeruginosan kanssa ja ilman.Ennen inkubaatiota näytteiden pinta oli sileä ja ilman vikoja (kuvio 7a).Inkuboinnin ja biofilmin ja korroosiotuotteiden poistamisen jälkeen näytteen pinnan syvimmät kuopat tutkittiin käyttämällä CLSM:ää, kuten on esitetty kuvioissa 7b ja c.Ei-biologisen kontrollin pinnalla ei havaittu ilmeistä kuoppaa (maksimi kuoppasyvyys 0,02 µm).Pseudomonas aeruginosan aiheuttama kuopan suurin syvyys oli 0,52 µm 7 vuorokauden jälkeen ja 0,69 µm 14 vuorokauden jälkeen perustuen keskimääräiseen maksimikuoppasyvyyteen 3 näytteestä (kuhunkin näytteeseen valittiin 10 maksimikuoppasyvyyttä) ja saavutti 0,42 ± 0,12 µm. .ja 0,52 ± 0,15 um, vastaavasti (taulukko 5).Nämä kuoppasyvyysarvot ovat pieniä, mutta tärkeitä.
a) ennen altistumista;b) 14 päivää abioottisessa ympäristössä;(c) 14 päivää P. aeruginosa -liemessä.
KuvassaTaulukossa 8 esitetään eri näytepintojen XPS-spektrit, ja kunkin pinnan analysoitu kemia on yhteenveto taulukossa 6. Taulukossa 6 Fe:n ja Cr:n atomiprosentit olivat paljon alhaisemmat P. aeruginosan läsnä ollessa (näytteet A ja B ) kuin ei-biologisissa kontrolliliuskoissa.(näytteet C ja D).Pseudomonas aeruginosa -näytteelle Cr 2p -ydintason spektrikäyrä sovitettiin neljään huippukomponenttiin, joiden sitoutumisenergiat (BE) olivat 574,4, 576,6, 578,3 ja 586,8 eV, jotka määritettiin Cr:lle, Cr2O3:lle, CrO3:lle ja Cr(OH) 3 (kuvio 9a ja b).Ei-biologisille näytteille ydintason Cr 2p spektrit kuvioissa 1 ja 2.9c ja d sisältävät kaksi pääpiikkiä Cr (BE 573,80 eV) ja Cr2O3 (BE 575,90 eV), vastaavasti.Silmiinpistävin ero abioottisen kuponin ja P. aeruginosa -kupongin välillä oli Cr6+:n ja suhteellisen suuren Cr(OH)3-osuuden (BE 586,8 eV) läsnäolo biofilmin alla.
2707 HDSS-näytteen leveät pinnan XPS-spektrit kahdessa väliaineessa 7 ja 14 päivän ajan.
(a) 7 päivän altistus P. aeruginosalle, (b) 14 päivän altistuminen P. aeruginosalle, (c) 7 päivän abioottinen altistuminen, (d) 14 päivän altistuminen abioottiselle.
HDSS:llä on korkea korroosionkestävyys useimmissa ympäristöissä.Kim et al.2 raportoivat, että HDSS UNS S32707 tunnistettiin voimakkaasti seostetuksi DSS:ksi, jonka PREN oli yli 45. HDSS-näytteen 2707 PREN-arvo tässä työssä oli 49. Tämä johtuu korkeasta Cr-pitoisuudesta ja korkeista Mo- ja Ni, jotka ovat hyödyllisiä happamissa ympäristöissä ja ympäristöissä, joissa on korkea kloridipitoisuus.Lisäksi tasapainoinen koostumus ja virheetön mikrorakenne takaavat rakenteellisen vakauden ja korroosionkestävyyden.Huolimatta erinomaisesta kemiallisesta kestävyydestä, tämän työn kokeelliset tiedot osoittavat, että 2707 HDSS ei ole täysin immuuni Pseudomonas aeruginosan biofilmin MIC:ille.
Sähkökemialliset tulokset osoittivat, että 2707 HDSS:n korroosionopeus Pseudomonas aeruginosa -liemessä lisääntyi merkittävästi 14 päivän jälkeen verrattuna ei-biologiseen ympäristöön.Kuvassa 2a havaittiin Eocp:n lasku sekä abioottisessa alustassa että P. aeruginosa -liemessä ensimmäisen 24 tunnin aikana.Sen jälkeen biofilmi peittää näytteen pinnan ja Eocp muuttuu suhteellisen vakaaksi.Bioottinen Eocp-taso oli kuitenkin paljon korkeampi kuin abioottinen Eocp-taso.On syytä uskoa, että tämä ero liittyy P. aeruginosan biofilmien muodostumiseen.KuvassaKuvassa 2g 2707 HDSS:n icorr-arvo saavutti arvon 0,627 µA cm-2 Pseudomonas aeruginosan läsnä ollessa, mikä on suuruusluokkaa suurempi kuin ei-biologisen kontrollin (0,063 µA cm-2), mikä on yhdenmukainen Rct:n kanssa. EIS:llä mitattu arvo.Ensimmäisten päivien aikana P. aeruginosa -liemessä impedanssiarvot nousivat johtuen P. aeruginosa -solujen kiinnittymisestä ja biofilmin muodostumisesta.Impedanssi kuitenkin pienenee, kun biofilmi peittää näytteen pinnan kokonaan.Suojakerrokseen hyökätään ensisijaisesti biofilmin ja biofilmin metaboliittien muodostumisen vuoksi.Siksi korroosionkestävyys heikkenee ajan myötä, ja Pseudomonas aeruginosa -kertymät aiheuttavat paikallista korroosiota.Suuntaukset abioottisissa ympäristöissä ovat erilaisia.Ei-biologisen kontrollin korroosionkestävyys oli paljon korkeampi kuin Pseudomonas aeruginosa -liemelle altistettujen näytteiden vastaava arvo.Lisäksi abioottisten näytteiden Rct 2707 HDSS -arvo saavutti 489 kΩ cm2 päivänä 14, mikä on 15 kertaa korkeampi kuin Pseudomonas aeruginosan (32 kΩ cm2) läsnä ollessa.Siten 2707 HDSS:llä on erinomainen korroosionkestävyys steriilissä ympäristössä, mutta se ei ole suojattu Pseudomonas aeruginosa -biofilmin MIC-hyökkäykseltä.
Nämä tulokset voidaan havaita myös kuvioiden 1 ja 2 polarisaatiokäyristä.2b.Anodinen haarautuminen liittyy Pseudomonas aeruginosan biofilmin muodostumiseen ja metallien hapetusreaktioihin.Samaan aikaan katodinen reaktio on hapen pelkistys.P. aeruginosan esiintyminen lisäsi merkittävästi korroosiovirran tiheyttä, joka oli noin suuruusluokkaa suurempi kuin abioottisessa kontrollissa.Tämä osoitti, että Pseudomonas aeruginosa -biofilmi lisäsi 2707 HDSS:n paikallista korroosiota.Yuan et al.29 havaitsivat, että Pseudomonas aeruginosa -biofilmi lisäsi 70/30 Cu-Ni-lejeeringin korroosiovirran tiheyttä.Tämä voi johtua Pseudomonas aeruginosan biofilmin hapen pelkistyksen biokatalysoinnista.Tämä havainto voi myös selittää MIC 2707 HDSS:n tässä työssä.Aerobiset biokalvot voivat myös vähentää happipitoisuutta niiden alla.Siten kieltäytyminen uudelleenpassivoimasta metallipintaa hapella voi olla tekijä, joka vaikuttaa MIC:hen tässä työssä.
Dickinson et ai.38 ehdotti, että kemiallisten ja sähkökemiallisten reaktioiden nopeus riippuu suoraan näytteen pintaan kiinnittyneiden bakteerien metabolisesta aktiivisuudesta ja korroosiotuotteiden luonteesta.Kuten kuviossa 5 ja taulukossa 5 esitetään, solujen lukumäärä ja biokalvon paksuus vähenivät 14 päivän jälkeen.Tämä voidaan kohtuudella selittää sillä tosiasialla, että 14 päivän kuluttua suurin osa 2707 HDSS:n pinnalla olevista ankkuroiduista soluista kuoli johtuen ravinteiden ehtymisestä 2216E-väliaineesta tai myrkyllisten metalli-ionien vapautumisesta 2707 HDSS-matriisista.Tämä on eräkokeiden rajoitus.
Tässä työssä Pseudomonas aeruginosa -biofilmi edisti Cr:n ja Fe:n paikallista ehtymistä biofilmin alla 2707 HDSS:n pinnalla (kuva 6).Taulukossa 6 Fe ja Cr vähenivät näytteessä D verrattuna näytteeseen C, mikä osoittaa, että P. aeruginosan biofilmin aiheuttama Fe ja Cr liukeneminen säilyi ensimmäisen 7 päivän jälkeen.2216E-ympäristöä käytetään meriympäristön simulointiin.Se sisältää 17700 ppm Cl-, mikä on verrattavissa sen pitoisuuteen luonnollisessa merivedessä.17700 ppm Cl-:n läsnäolo oli tärkein syy Cr:n laskuun XPS:llä analysoiduissa 7 ja 14 päivän ei-biologisissa näytteissä.Verrattuna Pseudomonas aeruginosan testinäytteeseen, Cr:n liukeneminen abioottiseen testinäytteeseen on paljon vähäisempi johtuen 2707 HDSS:n vahvasta resistenssistä kloorille abioottisessa ympäristössä.KuvassaKuvio 9 esittää Cr6+:n läsnäolon passivoivassa kalvossa.Tämä saattaa liittyä Cr:n poistoon teräspinnoilta P. aeruginosan biofilmeillä, kuten Chen ja Clayton ehdottivat39.
Bakteerikasvusta johtuen alustan pH-arvot ennen inkubaatiota ja sen jälkeen olivat 7,4 ja 8,2.Siten orgaanisten happojen korroosio ei todennäköisesti vaikuta tähän työhön P. aeruginosan biofilmien alla, koska irtoväliaineen pH on suhteellisen korkea.Ei-biologisen kontrolliväliaineen pH ei muuttunut merkittävästi (alkuarvosta 7,4 lopulliseen 7,5:een) 14 päivän testijakson aikana.pH:n nousu ymppiväliaineessa inkuboinnin jälkeen liittyi Pseudomonas aeruginosan metaboliseen aktiivisuuteen, ja sama vaikutus pH-arvoon havaittiin ilman testiliuskaa.
Kuten kuvassa näkyy.Kuvassa 7 Pseudomonas aeruginosa -biofilmin aiheuttama kuopan suurin syvyys oli 0,69 µm, mikä on merkittävästi suurempi kuin abioottisessa väliaineessa (0,02 µm).Tämä on yhtäpitävä yllä olevien sähkökemiallisten tietojen kanssa.Samoissa olosuhteissa kuopan syvyys 0,69 µm on yli kymmenen kertaa pienempi kuin 2205 DSS40:lle määritetty 9,5 µm:n arvo.Nämä tiedot osoittavat, että 2707 HDSS kestää paremmin MIC:itä kuin 2205 DSS.Tämä ei ole yllättävää, sillä 2707 HDSS:n Cr-taso on korkeampi, mikä mahdollistaa pidemmän passivoinnin, tekee Pseudomonas aeruginosasta vaikeammin depasivoitavan ja käynnistää prosessin ilman haitallista toissijaista saostumista Pitting41.
Yhteenvetona voidaan todeta, että Pseudomonas aeruginosa -liemessä 2707 HDSS-pinnalla havaittiin MIC-pisteitä, kun taas abioottisessa väliaineessa pistesyöpyminen oli vähäistä.Tämä työ osoittaa, että 2707 HDSS:llä on parempi vastustuskyky MIC:lle kuin 2205 DSS:llä, mutta se ei ole täysin immuuni MIC:lle Pseudomonas aeruginosan biofilmin vuoksi.Nämä tulokset auttavat valitsemaan sopivia ruostumattomia teräksiä ja elinikää meriympäristöön.
2707 HDSS-näytettä toimitti School of Metallurgy, Northeastern University (NEU), Shenyang, Kiina.2707 HDSS:n alkuainekoostumus on esitetty taulukossa 1, jonka on analysoinut Northeastern Universityn materiaalianalyysi- ja testausosasto.Kaikkia näytteitä käsiteltiin kiinteän liuoksen saamiseksi 1 180 °C:ssa 1 tunnin ajan.Ennen korroosiotestausta 2707 HDSS -kolikkoteräs, jonka pinta-ala oli 1 cm2, kiillotettiin 2000 karkeudella piikarbidihiomapaperilla ja kiillotettiin sitten 0,05 µm Al2O3-jauhelietteellä.Sivut ja pohja on suojattu inertillä maalilla.Kuivauksen jälkeen näytteet pestiin steriilillä deionisoidulla vedellä ja steriloitiin 75 % (v/v) etanolilla 0,5 tuntia.Sitten niitä ilmakuivattiin ultraviolettivalossa (UV) 0,5 tuntia ennen käyttöä.
Merikanta Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 ostettiin Xiamen Marine Culture Collectionilta (MCCC), Kiina.Marine 2216E nestemäistä alustaa (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kiina) käytettiin Pseudomonas aeruginosan viljelemiseen 250 ml pulloissa ja 500 ml sähkökemiallisissa lasikennoissa aerobisissa olosuhteissa 37 °C:ssa.Elatusaine sisältää (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2S04, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,034 SrCl2, 0,08 SrB030202i , 0,008, 0,008 Na4F0H20PO.1,0 hiivauutetta ja 0,1 rautasitraattia.Autoklaavissa 121 °C:ssa 20 minuuttia ennen inokulaatiota.Istuvat ja planktoniset solut laskettiin valomikroskoopilla käyttäen hemosytometriä 400-kertaisella suurennuksella.Planktonisten P. aeruginosa -solujen alkupitoisuus välittömästi siirrostuksen jälkeen oli noin 106 solua/ml.
Sähkökemialliset testit suoritettiin klassisessa kolmielektrodisessa lasikennossa, jonka keskimääräinen tilavuus oli 500 ml.Platinalevy ja kyllästetty kalomelielektrodi (SCE) yhdistettiin reaktoriin suolasillalla täytetyn Luggin-kapillaarin kautta ja toimivat vasta- ja vertailuelektrodeina, vastaavasti.Työelektrodin luomiseksi kuhunkin näytteeseen kiinnitettiin kumipäällysteinen kuparilanka ja päällystettiin epoksilla, jolloin työelektrodille jäi noin 1 cm2 pinta-alaa toiselle puolelle.Sähkökemiallisten mittausten aikana näytteet asetettiin 2216E-väliaineeseen ja pidettiin vakiossa inkubointilämpötilassa (37 °C) vesihauteessa.OCP-, LPR-, EIS- ja potentiaalisen dynaamisen polarisaatiotiedot mitattiin käyttämällä Autolab-potentiostaattia (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).LPR-testit tallennettiin skannausnopeudella 0,125 mV s-1 alueella -5 ja 5 mV ja Eocp näytteenottotaajuudella 1 Hz.EIS suoritettiin vakaassa tilassa Eocp käyttämällä 5 mV:n jännitettä siniaallon kanssa taajuusalueella 0,01 - 10 000 Hz.Ennen potentiaalipyyhkäisyä elektrodit olivat avoimen piirin tilassa, kunnes saavutettiin vakaa vapaa korroosiopotentiaali 42.Kanssa.Jokainen testi toistettiin kolme kertaa Pseudomonas aeruginosan kanssa ja ilman sitä.
Näytteet metallografista analyysiä varten kiillotettiin mekaanisesti 2000 grit märällä SiC-paperilla ja kiillotettiin sitten 0,05 µm Al2O3-jauhelietteellä optista tarkkailua varten.Metallografinen analyysi suoritettiin optisella mikroskoopilla.Näyte syövytettiin 10 paino-%:isella kaliumhydroksidiliuoksella43.
Inkuboinnin jälkeen pese 3 kertaa fosfaattipuskuroidulla suolaliuoksella (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) ja kiinnitä sitten 2,5 % (v/v) glutaraldehydillä 10 tunnin ajan biofilmin kiinnittämiseksi.Seuraava dehydratointi etanolilla porrastettuna (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% ja 100 tilavuus%) ennen ilmakuivausta.Lopuksi kultakalvo sputteroitiin näytteen pinnalle johtavuuden aikaansaamiseksi SEM44-havaintoja varten.SEM-kuvat on kohdistettu paikkaan, jossa on vakiintuneimmat P. aeruginosa -solut kunkin näytteen pinnalla.EMF-analyysi suoritettiin kemiallisten alkuaineiden havaitsemiseksi.Kuopan syvyyden mittaamiseen käytettiin Zeissin konfokaalista laserpyyhkäisymikroskooppia (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Saksa).Biofilmin alla olevien korroosiokuoppien havaitsemiseksi testinäyte puhdistettiin ensin Kiinan kansallisen standardin (CNS) GB/T4334.4-2000 mukaisesti korroosiotuotteiden ja biofilmin poistamiseksi testinäytteen pinnalta.
Röntgenfotoelektronispektroskopia (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) -analyysi käyttämällä monokromaattista röntgenlähdettä (Al Ka -linja, jonka energia on 1500 eV ja teho 150 W) laajalla sitoutumisenergia-alueella 0 alle standardiolosuhteiden -1350 eV.Tallenna korkearesoluutioisia spektrejä käyttämällä 50 eV päästöenergiaa ja 0,2 eV askelkokoa.
Poista inkuboitu näyte ja pese se varovasti PBS:llä (pH 7,4 ± 0,2) 15 s45 ajan.Biofilmin bakteerien elinkelpoisuuden havaitsemiseksi näytteessä biofilmi värjättiin käyttämällä LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit -pakkausta (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Sarja sisältää kaksi fluoresoivaa väriainetta: SYTO-9 vihreä fluoresoiva väriaine ja propidiumjodidi (PI) punainen fluoresoiva väriaine.CLSM:ssä fluoresoivat vihreät ja punaiset pisteet edustavat eläviä ja kuolleita soluja.Värjäämistä varten inkuboi 1 ml seosta, joka sisältää 3 µl SYTO-9:ää ja 3 µl PI-liuosta huoneenlämpötilassa (23°C) pimeässä 20 minuuttia.Sen jälkeen värjättyjä näytteitä tarkkailtiin kahdella aallonpituudella (488 nm eläville soluille ja 559 nm kuolleille soluille) käyttämällä Nikon CLSM -laitetta (C2 Plus, Nikon, Japani).Mittaa biofilmin paksuus 3D-skannaustilassa.
Kuinka lainata tätä artikkelia: Li, H. et al.Pseudomonas aeruginosan meribiofilmin vaikutus ruostumattoman 2707-superduplex-teräksen mikrobikorroosioon.tiede.Talo 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 duplex ruostumattoman teräksen jännityskorroosiohalkeilu kloridiliuoksissa tiosulfaatin läsnä ollessa.korroosio.Tiede.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ja Park, YS Liuoksen lämpökäsittelyn ja suojakaasun typen vaikutus superduplex-teräshitsausten pistekorroosionkestävyyteen.korroosio.Tiede.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. ja Lewandowski, Z. Kemiallinen vertaileva tutkimus mikrobi- ja sähkökemiallisista pisteistä 316 litran ruostumattomassa teräksessä.korroosio.Tiede.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG ja Xiao K. 2205 duplex ruostumattoman teräksen sähkökemiallinen käyttäytyminen alkalisissa liuoksissa eri pH-arvoissa kloridin läsnä ollessa.sähkökemia.Journal.64, 211–220 (2012).
Postitusaika: 09.01.2023