Učinak morskog biofilma Pseudomonas aeruginosa na mikrobnu koroziju nehrđajućeg čelika 2707 Super Duplex

Hvala što ste posjetili Nature.com.Koristite verziju preglednika s ograničenom CSS podrškom.Za najbolje iskustvo preporučujemo da koristite ažurirani preglednik (ili onemogućite način kompatibilnosti u Internet Exploreru).Osim toga, kako bismo osigurali stalnu podršku, web stranicu prikazujemo bez stilova i JavaScripta.
Prikazuje vrtuljak od tri slajda odjednom.Koristite gumbe Prethodno i Sljedeće za pomicanje kroz tri slajda istovremeno ili koristite gumbe klizača na kraju za kretanje kroz tri slajda odjednom.
Mikrobna korozija (MIC) veliki je problem u mnogim industrijama jer može dovesti do velikih ekonomskih gubitaka.Super duplex nehrđajući čelik 2707 (2707 HDSS) koristi se u pomorskom okruženju zbog svoje izvrsne kemijske otpornosti.Međutim, njegova otpornost na MIC nije eksperimentalno dokazana.Ova studija ispitivala je ponašanje MIC 2707 HDSS uzrokovanog morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa.Elektrokemijska analiza pokazala je da se u prisutnosti biofilma Pseudomonas aeruginosa u mediju 2216E korozijski potencijal pozitivno mijenja, a gustoća korozijske struje povećava.Rezultati analize rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS) pokazali su smanjenje udjela Cr na površini uzorka ispod biofilma.Analiza slika jamica pokazala je da biofilmovi Pseudomonas aeruginosa proizvode maksimalnu dubinu jamica od 0,69 µm nakon 14 dana uzgoja.Iako je to malo, sugerira da 2707 HDSS nisu potpuno imuni na učinke biofilmova P. aeruginosa na MIC.
Duplex nehrđajući čelik (DSS) naširoko se koristi u raznim industrijama zbog savršene kombinacije izvrsnih mehaničkih svojstava i otpornosti na koroziju1,2.Međutim, ipak se može pojaviti lokalizirana rupičasta pojava, koja može utjecati na cjelovitost ovog čelika 3, 4 .DSS nije zaštićen od mikrobne korozije (MIC)5,6.Iako je raspon 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 s većom otpornošću na koroziju.Jeon i dr.7 otkrili su da čak i super dupleks nehrđajući 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 visokolegiranog HDSS-a.
Otpornost DSS-a na koroziju određena je omjerom α-faze prema γ-fazi i područjima osiromašenim Cr, Mo i W uz sekundarne faze8,9,10.HDSS sadrži visok sadržaj Cr, Mo i N11, što mu daje izvrsnu otpornost na koroziju i visoku vrijednost (45-50) ekvivalentne vrijednosti otpornosti na rupičastu pojavu (PREN), koja je definirana s wt.% Cr + 3,3 (wt.% Mo + 0,5 tež. % W) + 16 tež. %.N12.Njegova izvrsna otpornost na koroziju ovisi o uravnoteženom sastavu koji sadrži približno 50% feritne (α) i 50% austenitne (γ) faze.HDSS ima poboljšana mehanička svojstva i veću otpornost na klor u usporedbi s konvencionalnim DSS13.Značajke kemijske korozije.Poboljšana otpornost na koroziju proširuje upotrebu HDSS-a u agresivnijim kloridnim okruženjima kao što je morsko okruženje.
MIC je značajan problem u mnogim industrijama, uključujući naftu i plin te opskrbu vodom14.MIC čini 20% svih oštećenja od korozije15.MIC je bioelektrokemijska korozija koja se može uočiti u mnogim okruženjima16.Stvaranje biofilmova na metalnim površinama mijenja elektrokemijske uvjete i time utječe na proces korozije.Općenito je prihvaćeno da MIC koroziju uzrokuju biofilmovi14.Elektrogeni mikroorganizmi izjedaju metale kako bi dobili energiju za preživljavanje17.Nedavne studije MIC-a pokazale su da je EET (izvanstanični prijenos elektrona) ograničavajući faktor za MIC izazvan elektrogenskim mikroorganizmima.Zhang i sur.18 pokazali su da posrednici elektrona ubrzavaju prijenos elektrona između stanica Desulfovibrio vulgaris sessile i nehrđajućeg čelika 304, što dovodi do ozbiljnijeg MIC napada.Anning i sur.19 i Wenzlaff et al.20 su pokazali da biofilmovi korozivnih bakterija koje reduciraju sulfate (SRB) mogu apsorbirati elektrone izravno s metalnih podloga, što dovodi do jake rupičine.
Poznato je da je DSS osjetljiv na MIC u medijima koji sadrže SRB, bakterije koje smanjuju željezo (IRB), itd. 21 .Ove bakterije uzrokuju lokalizirano udubljenje 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 također je glavna mikrobiota odgovorna za MIC čelika u morskom okolišu26.Vrste Pseudomonas izravno su uključene u procese korozije i prepoznate su kao prvi kolonizatori tijekom stvaranja biofilma27.Mahat i dr.28 i Yuan et al.29 pokazalo je da Pseudomonas aeruginosa ima tendenciju povećanja brzine korozije mekog čelika i legura u vodenom okolišu.
Glavni cilj ovog rada je proučavanje MIC svojstava 2707 HDSS uzrokovanih morskom aerobnom bakterijom Pseudomonas aeruginosa korištenjem elektrokemijskih metoda, metoda analize površine i analize proizvoda korozije.Elektrokemijske studije uključujući potencijal otvorenog kruga (OCP), linearnu polarizacijsku otpornost (LPR), spektroskopiju elektrokemijske impedancije (EIS) i dinamičku polarizaciju potencijala provedene su kako bi se proučilo ponašanje MIC 2707 HDSS.Analiza energetske disperzivne spektroskopije (EDS) provodi se za otkrivanje kemijskih elemenata na korodiranim površinama.Osim toga, rendgenskom fotoelektronskom spektroskopijom (XPS) određena je stabilnost pasivizacije oksidnog filma pod utjecajem morskog okoliša koji sadrži Pseudomonas aeruginosa.Dubina jamica mjerena je pod konfokalnim laserskim skenirajućim mikroskopom (CLSM).
Tablica 1 prikazuje kemijski sastav 2707 HDSS.Tablica 2 pokazuje da 2707 HDSS ima izvrsna mehanička svojstva s granicom razvlačenja od 650 MPa.Na sl.Slika 1 prikazuje optičku mikrostrukturu otopine toplinski obrađene 2707 HDSS.Izdužene trake austenitne i feritne faze bez sekundarnih faza mogu se vidjeti u mikrostrukturi koja sadrži približno 50% austenitne i 50% feritne faze.
Na sl.Slika 2a prikazuje potencijal otvorenog kruga (Eocp) u odnosu na vrijeme izlaganja za 2707 HDSS u 2216E abiotskom mediju i bujonu Pseudomonas aeruginosa tijekom 14 dana na 37°C.Utvrđeno je da su se najizraženije promjene Eocp-a dogodile tijekom prva 24 sata.Vrijednosti Eocp u oba slučaja dosegle su 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, odn.Nakon 24 sata, vrijednost Eocp Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS ostala je relativno stabilna na -228 mV (u usporedbi sa SCE), dok je odgovarajuća vrijednost za nebiološki uzorak bila približno -442 mV (u usporedbi sa SCE).Eocp u prisutnosti Pseudomonas aeruginosa bio je prilično nizak.
Elektrokemijsko ispitivanje 2707 HDSS uzoraka u abiotskom mediju i bujonu Pseudomonas aeruginosa na 37°C:
(a) Promjena u Eocp s vremenom izlaganja, (b) krivulja polarizacije 14. dana, (c) promjena u Rp s vremenom izlaganja, (d) promjena u corr s vremenom izlaganja.
Tablica 3 prikazuje parametre elektrokemijske korozije 2707 HDSS uzoraka izloženih abiotičkom mediju i mediju inokuliranom P. aeruginosa tijekom razdoblja od 14 dana.Tangencijalna ekstrapolacija anodnih i katodnih krivulja do točke 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 prema gore krivulje P. aeruginosa rezultirao je povećanjem Ecorr u usporedbi s abiotičkom krivuljom.Vrijednost icorr uzorka koji sadrži Pseudomonas aeruginosa, proporcionalno brzini korozije, porasla je na 0,328 µA cm-2, što je četiri puta više od nebiološkog uzorka (0,087 µA cm-2).
LPR je klasična elektrokemijska metoda za nedestruktivnu ekspresnu analizu korozije.Također je korišten za proučavanje MIC32.Na sl.Slika 2c prikazuje promjenu polarizacijskog otpora (Rp) ovisno o vremenu ekspozicije.Veća vrijednost Rp znači manju koroziju.Unutar prva 24 sata, Rp 2707 HDSS dosegao je vrhunac 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 je ostala relativno nepromijenjena tijekom sljedećih 13 dana.Vrijednost Rp za uzorak Pseudomonas aeruginosa je oko 40 kΩ cm2, što je mnogo niže od vrijednosti od 450 kΩ cm2 za nebiološki ispitni uzorak.
Vrijednost icorr proporcionalna je ravnomjernoj brzini korozije.Njegova se vrijednost 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.Slika 2d pokazuje da je icorr abiotičkog soja 2707 ostao relativno stabilan, dok je icorr trake Pseudomonas aeruginosa snažno fluktuirao s velikim skokom nakon prva 24 sata.Icorr vrijednost testnog uzorka Pseudomonas aeruginosa bila je red veličine veća od one nebiološke kontrole.Ovaj trend je u skladu s rezultatima polarizacijskog otpora.
EIS je još jedna nedestruktivna metoda koja se koristi za karakterizaciju elektrokemijskih reakcija na sučelju korozije34.Spektri impedancije i izračuni kapacitivnosti traka izloženih abiotskom mediju i otopinama Pseudomonas aeruginosa, Rb je otpor pasivnog/biofilma formiranog na površini trake, Rct je otpor prijenosu naboja, Cdl je dvostruki električni sloj.) i QCPE parametri elementa s konstantnom fazom (CPE).Ti su parametri dalje analizirani usporedbom podataka s modelom ekvivalentnog električnog kruga (EEC).
Na sl.Slika 3 prikazuje tipične Nyquistove dijagrame (a i b) i Bodeove dijagrame (a' i b') 2707 HDSS uzoraka u abiotskom mediju i bujonu Pseudomonas aeruginosa u različitim vremenima inkubacije.U prisutnosti Pseudomonas aeruginosa promjer Nyquistove petlje se smanjuje.Bodeov dijagram (slika 3b') pokazuje povećanje ukupne impedancije.Informacije o vremenskoj konstanti relaksacije mogu se dobiti iz faznih maksimuma.Na sl.Slika 4 prikazuje fizičke strukture i odgovarajući EEC temeljen na jednoslojnom (a) i dvoslojnom (b).CPE je uveden u EEC model.Njegov admitans i impedancija izražavaju se kako slijedi:
Dva fizička modela i odgovarajući ekvivalentni krugovi za prilagođavanje spektra impedancije HDSS kupona 2707:
Gdje je Y0 veličina CPE, j je imaginarni broj ili (-1)1/2, ω je kutna frekvencija, a n je CPE faktor snage manji od jedan35.Inverzija otpora prijenosu naboja (tj. 1/Rct) odgovara brzini korozije.Niža vrijednost Rct znači višu stopu korozije27.Nakon 14 dana inkubacije, Rct testnog uzorka Pseudomonas aeruginosa dosegao je 32 kΩ cm2, što je mnogo manje od 489 kΩ cm2 nebiološkog testnog uzorka (tablica 4).
CLSM slike i SEM slike na sl.Slika 5 jasno pokazuje da je pokrivenost biofilmom na površini HDSS uzorka 2707 bila vrlo gusta nakon 7 dana.Međutim, nakon 14 dana biofilm je postao rijedak i pojavile su se mrtve stanice.Tablica 5 prikazuje debljinu biofilma 2707 HDSS uzoraka nakon 7 i 14 dana izlaganja Pseudomonas aeruginosa.Maksimalna debljina biofilma promijenila se s 23,4 µm nakon 7 dana na 18,9 µm nakon 14 dana.Prosječna debljina biofilma također je potvrdila ovaj trend.Smanjio se s 22,2 ± 0,7 μm nakon 7 dana na 17,8 ± 1,0 μm nakon 14 dana.
(a) 3-D CLSM slika nakon 7 dana, (b) 3-D CLSM slika nakon 14 dana, (c) SEM slika nakon 7 dana i (d) SEM slika nakon 14 dana.
EMF je otkrio kemijske elemente u biofilmu i produktima korozije na uzorcima koji su bili izloženi Pseudomonas aeruginosa 14 dana.Na sl.Slika 6. pokazuje da je sadržaj C, N, O, P u biofilmu i produktima korozije puno veći nego u čistom metalu, budući da su ti elementi povezani s biofilmom i njegovim metabolitima.Mikroorganizmi zahtijevaju samo tragove Cr i Fe.Visok sadržaj Cr i Fe u biofilmu i produkti korozije na površini uzorka ukazuju na gubitak elemenata u metalnoj matrici kao posljedicu korozije.
Nakon 14 dana, u mediju 2216E uočene su jamice sa i bez P. aeruginosa.Prije inkubacije površina uzoraka bila je glatka i bez oštećenja (Sl. 7a).Nakon inkubacije i uklanjanja biofilma i proizvoda korozije, najdublje jame na površini uzorka ispitane su pomoću CLSM-a, kao što je prikazano na slikama 7b i c.Na površini nebiološke kontrole nisu pronađene očite rupičaste mrlje (maksimalna dubina rupičaste šupljine 0,02 µm).Maksimalna dubina udubljenja uzrokovana Pseudomonas aeruginosa bila je 0,52 µm nakon 7 dana i 0,69 µm nakon 14 dana, na temelju prosječne maksimalne dubine udubljenja iz 3 uzorka (10 maksimalnih dubina udubljenja odabrano je za svaki uzorak) i dosegnula je 0,42 ± 0,12 µm .odnosno 0,52 ± 0,15 µm (tablica 5).Ove vrijednosti dubine udubljenja su male, ali važne.
(a) prije izlaganja;(b) 14 dana u abiotičkom okruženju;(c) 14 dana u bujonu P. aeruginosa.
Na sl.Tablica 8 prikazuje XPS spektre različitih površina uzoraka, a kemija analizirana za svaku površinu sažeta je u Tablici 6. U Tablici 6, atomski postoci Fe i Cr bili su puno niži u prisutnosti P. aeruginosa (uzorci A i B ) nego u nebiološkim kontrolnim trakama.(uzorci C i D).Za uzorak Pseudomonas aeruginosa, spektralna krivulja razine jezgre Cr 2p prilagođena je četirima vršnim komponentama s energijama vezanja (BE) od 574,4, 576,6, 578,3 i 586,8 eV, koje su pripisane Cr, Cr2O3, CrO3 i Cr(OH) 3, odnosno (sl. 9a i b).Za nebiološke uzorke, spektri razine jezgre Cr 2p na sl.9c i d sadrže dva glavna vrha Cr (BE 573,80 eV) i Cr2O3 (BE 575,90 eV), redom.Najupečatljivija razlika između abiotskog kupona i kupona P. aeruginosa bila je prisutnost Cr6+ i relativno visok udio Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) ispod biofilma.
XPS spektri široke površine 2707 HDSS uzoraka u dva medija tijekom 7 odnosno 14 dana.
(a) 7-dnevna izloženost P. aeruginosa, (b) 14-dnevna izloženost P. aeruginosa, (c) 7-dnevna abiotička izloženost, (d) 14-dnevna abiotička izloženost.
HDSS pokazuje visoku razinu otpornosti na koroziju u većini okruženja.Kim et al.2 izvijestili su da je HDSS UNS S32707 identificiran kao visokodopirani DSS s PREN-om većim od 45. PREN vrijednost uzorka HDSS 2707 u ovom radu bila je 49. To je zbog visokog sadržaja Cr i visokih razina Mo i Ni, koji su korisni u kiselim sredinama i sredinama s visokim sadržajem klorida.Osim toga, dobro uravnotežen sastav i mikrostruktura bez grešaka osigurava strukturnu stabilnost i otpornost na koroziju.Unatoč izvrsnoj kemijskoj otpornosti, eksperimentalni podaci u ovom radu pokazuju da 2707 HDSS nije potpuno imun na MIC-ove biofilma Pseudomonas aeruginosa.
Elektrokemijski rezultati pokazali su da se stopa korozije 2707 HDSS u bujonu Pseudomonas aeruginosa značajno povećala nakon 14 dana u usporedbi s nebiološkim okruženjem.Na slici 2a, opaženo je smanjenje Eocp i u abiotičkom mediju i u bujonu P. aeruginosa tijekom prva 24 sata.Nakon toga biofilm prestaje pokrivati ​​površinu uzorka i Eocp postaje relativno stabilan.Međutim, biotička razina Eocp bila je puno viša od abiotičke razine Eocp.Postoje razlozi za vjerovanje da je ova razlika povezana sa stvaranjem biofilma P. aeruginosa.Na sl.2g, vrijednost icorr za 2707 HDSS dosegla je 0,627 µA cm-2 u prisutnosti Pseudomonas aeruginosa, što je red veličine više od vrijednosti nebiološke kontrole (0,063 µA cm-2), što je u skladu s Rct vrijednost izmjerena EIS-om.Tijekom prvih nekoliko dana, vrijednosti impedancije u bujonu P. aeruginosa porasle su zbog pričvršćivanja stanica P. aeruginosa i stvaranja biofilma.Međutim, impedancija se smanjuje kada biofilm potpuno prekrije površinu uzorka.Zaštitni sloj je prvenstveno napadnut zbog stvaranja biofilma i metabolita biofilma.Stoga se otpornost na koroziju s vremenom smanjuje, a naslage Pseudomonas aeruginosa uzrokuju lokaliziranu koroziju.Trendovi u abiotskim sredinama su drugačiji.Otpornost na koroziju nebiološke kontrole bila je puno viša od odgovarajuće vrijednosti uzoraka izloženih bujonu Pseudomonas aeruginosa.Osim toga, za abiotske uzorke, vrijednost Rct 2707 HDSS dosegla je 489 kΩ cm2 14. dana, što je 15 puta više nego u prisutnosti Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Dakle, 2707 HDSS ima izvrsnu otpornost na koroziju u sterilnom okruženju, ali nije zaštićen od MIC napada biofilma Pseudomonas aeruginosa.
Ovi se rezultati također mogu promatrati iz polarizacijskih krivulja na sl.2b.Anodno grananje povezano je sa stvaranjem biofilma Pseudomonas aeruginosa i reakcijama oksidacije metala.Istodobno, katodna reakcija je redukcija kisika.Prisutnost P. aeruginosa značajno je povećala gustoću struje korozije, koja je bila oko reda veličine veća nego u abiotskoj kontroli.To je pokazalo da biofilm Pseudomonas aeruginosa pojačava lokaliziranu koroziju 2707 HDSS.Yuan i sur.29 otkrili su da je gustoća struje korozije 70/30 Cu-Ni legure povećana biofilmom Pseudomonas aeruginosa.To može biti posljedica biokatalize redukcije kisika biofilmom Pseudomonas aeruginosa.Ovo zapažanje također može objasniti MIC 2707 HDSS u ovom radu.Aerobni biofilmovi također mogu smanjiti sadržaj kisika ispod sebe.Prema tome, odbijanje repasivacije metalne površine kisikom može biti faktor koji pridonosi MIC-u u ovom radu.
Dickinson i sur.38 sugerirao je da brzina kemijskih i elektrokemijskih reakcija izravno ovisi o metaboličkoj aktivnosti bakterija pričvršćenih na površinu uzorka i o prirodi proizvoda korozije.Kao što je prikazano na slici 5 i tablici 5, broj stanica i debljina biofilma smanjili su se nakon 14 dana.To se razumno može objasniti činjenicom da je nakon 14 dana većina usidrenih stanica na površini 2707 HDSS umrla zbog iscrpljenosti hranjivih tvari u mediju 2216E ili otpuštanja toksičnih metalnih iona iz matrice 2707 HDSS.Ovo je ograničenje skupnih eksperimenata.
U ovom radu, biofilm Pseudomonas aeruginosa pospješio je lokalno smanjenje Cr i Fe ispod biofilma na površini 2707 HDSS (slika 6).U tablici 6, Fe i Cr su se smanjili u uzorku D u usporedbi s uzorkom C, što ukazuje da se otapanje Fe i Cr uzrokovano biofilmom P. aeruginosa održalo nakon prvih 7 dana.Okruženje 2216E koristi se za simulaciju morskog okoliša.Sadrži 17700 ppm Cl-, što je usporedivo s njegovim sadržajem u prirodnoj morskoj vodi.Prisutnost 17700 ppm Cl- bila je glavni razlog smanjenja Cr u 7-dnevnim i 14-dnevnim nebiološkim uzorcima analiziranim XPS-om.U usporedbi s testnim uzorkom Pseudomonas aeruginosa, otapanje Cr u abiotičkom testnom uzorku mnogo je manje zbog jake otpornosti 2707 HDSS na klor u abiotičkom okruženju.Na sl.Slika 9 prikazuje prisutnost Cr6+ u pasivirajućem filmu.To bi moglo biti povezano s uklanjanjem Cr s čeličnih površina pomoću biofilmova P. aeruginosa, kao što su predložili Chen i Clayton39.
Zbog rasta bakterija, pH vrijednosti medija prije i poslije inkubacije bile su 7,4 odnosno 8,2.Prema tome, malo je vjerojatno da će korozija organskih kiselina pridonijeti ovom radu pod biofilmovima P. aeruginosa zbog relativno visokog pH u masovnom mediju.pH nebiološkog kontrolnog medija nije se značajno promijenio (s početnih 7,4 na konačnih 7,5) tijekom 14-dnevnog razdoblja ispitivanja.Porast pH u mediju inokuluma nakon inkubacije bio je povezan s metaboličkom aktivnošću Pseudomonas aeruginosa, a isti učinak na pH nađen je u odsutnosti test trake.
Kao što je prikazano na sl.7, maksimalna dubina udubljenja uzrokovana biofilmom Pseudomonas aeruginosa bila je 0,69 µm, što je značajno više nego u abiotičkom mediju (0,02 µm).To se slaže s gornjim elektrokemijskim podacima.Pod istim uvjetima, dubina udubljenja od 0,69 µm više je od deset puta manja od vrijednosti od 9,5 µm navedene za 2205 DSS40.Ovi podaci pokazuju da 2707 HDSS pokazuje bolju otpornost na MIC nego 2205 DSS.To nije iznenađujuće budući da 2707 HDSS ima višu razinu Cr, što omogućuje dulju pasivaciju, otežava depasivaciju Pseudomonas aeruginosa i započinje proces bez štetnog sekundarnog taloženja pittinga41.
U zaključku, MIC piting je pronađen na 2707 HDSS površina u bujonu Pseudomonas aeruginosa, dok je piting bio zanemariv u abiotskom mediju.Ovaj rad pokazuje da 2707 HDSS ima bolju otpornost na MIC nego 2205 DSS, ali nije potpuno imun na MIC zbog biofilma Pseudomonas aeruginosa.Ovi rezultati pomažu u odabiru prikladnog nehrđajućeg čelika i očekivanog životnog vijeka za morski okoliš.
2707 HDSS uzoraka osigurao je Metalurški fakultet, Sveučilište Northeastern (NEU), Shenyang, Kina.Elementarni sastav 2707 HDSS prikazan je u tablici 1, koju je analizirao Odjel za analizu i ispitivanje materijala Sveučilišta Northeastern.Svi uzorci su tretirani za čvrstu otopinu na 1180°C tijekom 1 sata.Prije ispitivanja korozije, čelik za kovanice 2707 HDSS s izloženom površinom od 1 cm2 poliran je do 2000 granulacija brusnim papirom od silicij karbida, a zatim dodatno poliran smjesom praha od 0,05 µm Al2O3.Stranice i dno su zaštićeni inertnom bojom.Nakon sušenja, uzorci su isprani sterilnom deioniziranom vodom i sterilizirani 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 kupljen je od Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Kina.Tekući medij Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina) korišten je za uzgoj Pseudomonas aeruginosa u tikvicama od 250 ml i elektrokemijskim staklenim ćelijama od 500 ml u aerobnim uvjetima 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 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0,008 0,008 Na4F0H20PO.1,0 ekstrakta kvasca i 0,1 željeznog citrata.Držite u autoklavu na 121 °C 20 minuta prije inokulacije.Sesilne i planktonske stanice izbrojane su pod svjetlosnim mikroskopom pomoću hemocitometra pri povećanju od 400x.Početna koncentracija planktonskih stanica P. aeruginosa neposredno nakon inokulacije bila je približno 106 stanica/mL.
Elektrokemijska ispitivanja provedena su u klasičnoj troelektrodnoj staklenoj ćeliji srednjeg volumena od 500 ml.Ploča od platine i zasićena kalomelna elektroda (SCE) spojene su na reaktor kroz Lugginovu kapilaru ispunjenu slanim mostom i služile su kao protu odnosno referentna elektroda.Za izradu radne elektrode, bakrena žica obložena gumom pričvršćena je na svaki uzorak i obložena epoksidom, ostavljajući oko 1 cm2 površine s jedne strane za radnu elektrodu.Tijekom elektrokemijskih mjerenja uzorci su stavljeni u medij 2216E i držani na konstantnoj temperaturi inkubacije (37°C) u vodenoj kupelji.Podaci o OCP, LPR, EIS i potencijalnoj dinamičkoj polarizaciji izmjereni su pomoću potenciostata Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).LPR testovi su zabilježeni pri brzini skeniranja od 0,125 mV s-1 u rasponu od -5 i 5 mV i Eocp uz brzinu uzorkovanja od 1 Hz.EIS je izveden u stabilnom stanju Eocp korištenjem primijenjenog napona od 5 mV sa sinusoidom u frekvencijskom rasponu od 0,01 do 10 000 Hz.Prije mjerenja potencijala, elektrode su bile u otvorenom krugu dok nije postignut stabilan potencijal slobodne korozije od 42.S.Svaki test je ponovljen tri puta sa i bez Pseudomonas aeruginosa.
Uzorci za metalografsku analizu mehanički su polirani mokrim SiC papirom granulacije 2000, a zatim polirani smjesom praha od 0,05 µm Al2O3 za optičko promatranje.Metalografska analiza provedena je optičkim mikroskopom.Uzorak je nagrižen s 10%-tnom otopinom kalijevog hidroksida43.
Nakon inkubacije, isperite 3 puta fiziološkom otopinom puferiranom fosfatom (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) i zatim fiksirajte s 2,5% (v/v) glutaraldehidom 10 sati kako biste fiksirali biofilm.Naknadna dehidracija etanolom u stupnjevitom nizu (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% i 100% volumena) prije sušenja na zraku.Konačno, zlatni film je raspršen na površinu uzorka kako bi se osigurala vodljivost za SEM44 promatranje.SEM slike fokusirane su na mjesto s najviše utvrđenih stanica P. aeruginosa na površini svakog uzorka.EMF analiza je provedena kako bi se otkrili kemijski elementi.Za mjerenje dubine jame korišten je Zeiss konfokalni laserski skenirajući mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Njemačka).Kako bi se promatrale korozijske jame ispod biofilma, ispitni je uzorak prvo očišćen u skladu s kineskim nacionalnim standardom (CNS) GB/T4334.4-2000 kako bi se uklonili korozijski proizvodi i biofilm s površine ispitnog uzorka.
Analiza rendgenske fotoelektronske spektroskopije (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, SAD) pomoću monokromatskog izvora rendgenskih zraka (Al Kα linija s energijom od 1500 eV i snagom od 150 W) u širokom rasponu energija vezanja 0 ispod standardnih uvjeta 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-om (pH 7,4 ± 0,2) 15 s45.Kako bi se promatrala bakterijska održivost biofilma na uzorku, biofilm je obojen pomoću kompleta LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, SAD).Komplet sadrži dvije fluorescentne boje: SYTO-9 zelenu fluorescentnu boju i propidij jodid (PI) crvenu fluorescentnu boju.U CLSM, fluorescentne zelene i crvene točke predstavljaju žive odnosno mrtve stanice.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 su obojeni uzorci promatrani na dvije valne duljine (488 nm za žive stanice i 559 nm za mrtve stanice) pomoću aparata Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japan).Izmjerite debljinu biofilma u 3-D načinu skeniranja.
Kako citirati ovaj članak: Li, H. et al.Učinak morskog biofilma Pseudomonas aeruginosa na mikrobnu koroziju nehrđajućeg čelika 2707 super duplex.znanost.Kuća 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Pukotine uzrokovane naponskom korozijom dupleks nehrđajućeg čelika LDX 2101 u otopinama klorida u prisutnosti tiosulfata.korozija.znanost.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS i Park, YS Učinak toplinske obrade otopine i dušika u zaštitnom plinu na otpornost na rupičastu koroziju super dupleksnih zavara nehrđajućeg čelika.korozija.znanost.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. i Lewandowski, Z. Kemijsko komparativno istraživanje mikrobnog i elektrokemijskog pitinga u nehrđajućem čeliku 316L.korozija.znanost.45, 2577-2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG i Xiao K. Elektrokemijsko ponašanje 2205 duplex nehrđajućeg čelika u alkalnim otopinama pri različitim pH vrijednostima u prisutnosti klorida.elektrokemija.Časopis.64, 211–220 (2012).