Tak fordi du besøgte Nature.com.Du bruger en browserversion med begrænset CSS-understøttelse.For den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller deaktiverer kompatibilitetstilstand i Internet Explorer).For at sikre løbende support viser vi desuden siden uden styles og JavaScript.
Viser en karrusel med tre dias på én gang.Brug knapperne Forrige og Næste til at flytte gennem tre dias ad gangen, eller brug skyderknapperne i slutningen til at flytte gennem tre dias ad gangen.
Mikrobiel korrosion (MIC) er et stort problem i mange industrier, fordi 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 i nærvær af Pseudomonas aeruginosa-biofilmen i 2216E-mediet ændrede korrosionspotentialet sig positivt, og korrosionsstrømtætheden steg.Resultaterne af røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS)-analyse viste et fald i Cr-indholdet på prøveoverfladen under biofilmen.Analyse af pitbillederne viste, at Pseudomonas aeruginosa biofilm producerede en maksimal pit-dybde på 0,69 µm efter 14 dages dyrkning.Selvom dette er lille, tyder det på, at 2707 HDSS ikke er fuldstændig immune over for virkningerne af P. aeruginosa biofilm på MIC.
Duplex rustfrit stål (DSS) er meget udbredt i forskellige industrier på grund af den perfekte kombination af fremragende mekaniske egenskaber og korrosionsbestandighed1,2.Der kan dog stadig forekomme lokaliseret grubetæring, hvilket kan påvirke integriteten af dette stål 3, 4.DSS er ikke beskyttet mod mikrobiel korrosion (MIC)5,6.Selvom anvendelsesområdet for DSS er meget bredt, er der stadig miljøer, hvor korrosionsbestandigheden af DSS ikke er tilstrækkelig til langtidsbrug.Det betyder, at der kræves dyrere materialer med højere korrosionsbestandighed.Jeon et al.7 fandt, at selv super duplex rustfrit stål (SDSS) har nogle begrænsninger med hensyn til korrosionsbestandighed.Derfor er der behov for super duplex rustfrit stål (HDSS) med højere korrosionsbestandighed i visse applikationer.Dette førte til udviklingen af højtlegeret HDSS.
Korrosionsbestandigheden af DSS bestemmes af forholdet mellem α-fase og γ-fase og arealer, der er udtømt i Cr, Mo og W, der støder op til de sekundære faser8,9,10.HDSS indeholder et højt indhold af Cr, Mo og N11, hvilket giver det fremragende korrosionsbestandighed og en høj værdi (45-50) ækvivalent pitting modstand værdi (PREN), som er defineret ved vægt% Cr + 3,3 (vægt% Mo) + 0, 5 vægt% W) + 16 vægt%.N12.Dens fremragende korrosionsbestandighed afhænger af en afbalanceret sammensætning indeholdende ca. 50 % ferritiske (α) og 50 % austenitiske (γ) faser.HDSS har forbedrede mekaniske egenskaber og højere klorresistens sammenlignet med konventionel DSS13.Karakteristika for kemisk korrosion.Forbedret korrosionsbestandighed udvider brugen af HDSS i mere aggressive kloridmiljøer såsom marine miljøer.
MIC er et betydeligt problem i mange industrier, herunder olie- og gas- og vandforsyning14.MIC tegner sig for 20 % af alle korrosionsskader15.MIC er en bioelektrokemisk korrosion, der kan observeres i mange miljøer16.Dannelsen af biofilm på metaloverflader ændrer de elektrokemiske forhold og påvirker dermed korrosionsprocessen.Det er generelt accepteret, at MIC-korrosion er forårsaget af biofilm14.Elektrogene mikroorganismer æder metaller for at få energi til overlevelse17.Nylige MIC-undersøgelser har vist, at EET (ekstracellulær elektronoverførsel) er den begrænsende faktor for MIC induceret af elektrogene mikroorganismer.Zhang et al.18 viste, at elektronmediatorer accelererer elektronoverførsel mellem Desulfovibrio vulgaris fastsiddende 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) kan absorbere elektroner direkte 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 biofilmen22,23.I modsætning til DSS er der lidt kendt om MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa er en gramnegativ, bevægelig, stavformet bakterie, der er vidt udbredt i naturen25.Pseudomonas aeruginosa er også den vigtigste mikrobiota, der er ansvarlig for MIC af stål i havmiljøet26.Pseudomonas-arter er direkte involveret i korrosionsprocesser og er anerkendt som de første kolonisatorer under biofilmdannelse27.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.
Hovedmålet med dette arbejde er at studere MIC-egenskaberne af 2707 HDSS forårsaget af den marine aerobe bakterie Pseudomonas aeruginosa ved hjælp af elektrokemiske metoder, overfladeanalysemetoder og korrosionsproduktanalyse.Elektrokemiske undersøgelser inklusive åbent kredsløbspotentiale (OCP), lineær polarisationsmodstand (LPR), elektrokemisk impedansspektroskopi (EIS) og dynamisk potentialpolarisering blev udført for at studere opførselen af MIC 2707 HDSS.Energidispersiv spektroskopi (EDS) analyse udføres for at detektere kemiske elementer på korroderede overflader.Derudover blev stabiliteten af oxidfilmpassivering under påvirkning af et havmiljø indeholdende Pseudomonas aeruginosa bestemt ved røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS).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.Aflange bånd af austenitiske og ferritiske faser uden sekundære faser kan ses i en mikrostruktur indeholdende ca. 50% austenitiske og 50% ferritiske faser.
På fig.2a viser åbent kredsløbspotentiale (Eocp) versus eksponeringstid for 2707 HDSS i 2216E abiotisk medium og Pseudomonas aeruginosa bouillon i 14 dage ved 37°C.Det viste sig, at de mest udtalte ændringer i Eocp fandt sted i løbet af de første 24 timer.Eocp-værdier i begge tilfælde toppede ved ca. -145 mV (versus SCE) efter ca. 16 timer og faldt derefter kraftigt til -477 mV (versus SCE) og -236 mV (versus SCE) for ikke-biologiske prøver og P for relative prøver SCE) henholdsvis patinablade.Efter 24 timer forblev Eocp-værdien af Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS relativt stabil ved -228 mV (sammenlignet med SCE), mens den tilsvarende værdi for den ikke-biologiske prøve var ca. -442 mV (sammenlignet med SCE).Eocp i nærvær af Pseudomonas aeruginosa var ret lavt.
Elektrokemisk test af 2707 HDSS prøver i abiotiske medier og Pseudomonas aeruginosa bouillon ved 37°C:
(a) Ændring i Eocp med eksponeringstid, (b) polarisationskurve på dag 14, (c) ændring i Rp med eksponeringstid, (d) ændring i korr med eksponeringstid.
Tabel 3 viser de elektrokemiske korrosionsparametre for 2707 HDSS-prøver udsat for abiotiske og P. aeruginosa-podede medier over en periode på 14 dage.Tangentiel ekstrapolering af de anodiske og katodiske kurver til skæringspunktet tillod bestemmelse af korrosionsstrømtæthed (icorr), korrosionspotentiale (Ecorr) og Tafel-hældning (βα og βc) i overensstemmelse med standardmetoder30,31.
Som vist i figur 2b resulterede det opadgående skift af P. aeruginosa-kurven i en stigning i Ecorr sammenlignet med den abiotiske kurve.Icorr-værdien af prøven indeholdende Pseudomonas aeruginosa, proportional med korrosionshastigheden, steg til 0,328 µA cm-2, hvilket er fire gange større end den for den ikke-biologiske prøve (0,087 µA cm-2).
LPR er en klassisk elektrokemisk metode til ikke-destruktiv ekspresanalyse af korrosion.Det er også blevet brugt til at studere MIC32.På fig.2c viser ændringen i polarisationsmodstanden (Rp) afhængigt af eksponeringstiden.En højere Rp-værdi betyder mindre korrosion.Inden for de første 24 timer toppede Rp 2707 HDSS ved 1955 kΩ cm2 for ikke-biologiske 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 for Pseudomonas aeruginosa-testprøven er omkring 40 kΩ cm2, hvilket er meget lavere end 450 kΩ cm2-værdien for den ikke-biologiske testprøve.
Værdien af icorr er proportional med den ensartede korrosionshastighed.Dens værdi kan beregnes ud fra følgende Stern-Giri-ligning:
Ifølge Zoe et al.33 Tafel-hældningen B blev taget som en typisk værdi på 26 mV/dec i dette arbejde.På fig.2d viser, at icorr af den 2707 abiotiske stamme forblev relativt stabil, mens icorr af Pseudomonas aeruginosa-båndet svingede kraftigt med et stort spring efter de første 24 timer.Icorr-værdien af Pseudomonas aeruginosa-testprøven var en størrelsesorden højere end værdien for den ikke-biologiske kontrol.Denne tendens er i overensstemmelse med resultaterne af polarisationsmodstand.
EIS er en anden ikke-destruktiv metode, der bruges til at karakterisere elektrokemiske reaktioner ved en korrosionsgrænseflade34.Impedansspektre og kapacitansberegninger af strimler udsat for abiotiske medier og opløsninger af Pseudomonas aeruginosa, Rb er modstanden af den passive/biofilm dannet på overfladen af strimlen, Rct er ladningsoverførselsmodstanden, Cdl er det elektriske dobbeltlag.) og QCPE konstant fase element (CPE) parametre.Disse parametre blev yderligere analyseret ved at sammenligne dataene med en ækvivalent elektrisk kredsløbsmodel (EEC).
På fig.3 viser typiske Nyquist-plot (a og b) og Bode-plot (a' og b') af 2707 HDSS-prøver i abiotiske medier og Pseudomonas aeruginosa-bouillon ved forskellige inkubationstider.I nærvær af Pseudomonas aeruginosa falder diameteren af Nyquist-løkken.Bode-plottet (fig. 3b') viser stigningen i total impedans.Oplysninger om afslapningstidskonstanten kan fås fra fasemaksima.På fig.4 viser de fysiske strukturer og det tilsvarende EEC baseret på et enkelt-lag (a) og to-lag (b).CPE er indført i EEC-modellen.Dens adgang og impedans udtrykkes som følger:
To fysiske modeller og tilsvarende tilsvarende kredsløb til montering af 2707 HDSS kuponimpedansspektret:
Hvor Y0 er størrelsen af CPE, j er det imaginære tal eller (−1)1/2, ω er vinkelfrekvensen, og n er CPE-effektfaktoren mindre end 135.Ladningsoverførselsmodstandsinversionen (dvs. 1/Rct) svarer til korrosionshastigheden.En lavere Rct-værdi betyder en højere korrosionshastighed27.Efter 14 dages inkubation nåede Rct af testprøven af Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, hvilket er meget mindre end de 489 kΩ cm2 af den ikke-biologiske testprøve (tabel 4).
CLSM-billeder og SEM-billeder i fig.5 viser tydeligt, at biofilmdækningen på overfladen af HDSS prøve 2707 var meget tæt efter 7 dage.Efter 14 dage blev biofilmbelægningen imidlertid sparsom, og nogle døde celler dukkede op.Tabel 5 viser biofilmtykkelsen af 2707 HDSS-prøver efter 7 og 14 dages eksponering for Pseudomonas aeruginosa.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 Pseudomonas aeruginosa i 14 dage.På fig.Figur 6 viser, at indholdet af C, N, O, P i biofilmen og korrosionsprodukterne er meget højere end i rent metal, da disse grundstoffer er forbundet med biofilmen og dens metabolitter.Mikroorganismer kræver kun spormængder af Cr og Fe.Det høje indhold af Cr og Fe i biofilmen og korrosionsprodukter på overfladen af prøven indikerer tab af elementer i metalmatrixen som følge 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 uden defekter (fig. 7a).Efter inkubation og fjernelse af biofilm og korrosionsprodukter blev de dybeste gruber på overfladen af prøven undersøgt ved hjælp af CLSM, som vist i fig. 7b og c.Der blev ikke fundet nogen tydelige huller på overfladen af den ikke-biologiske kontrol (maksimal grubedybde 0,02 µm).Den maksimale huldybde forårsaget af Pseudomonas 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 valgt for hver prøve) og nåede 0,42 ± 0,12 µm. .og henholdsvis 0,52 ± 0,15 µm (tabel 5).Disse fordybningsdybdeværdier er små, men vigtige.
a) før eksponering;(b) 14 dage i et abiotisk miljø;(c) 14 dage i P. aeruginosa bouillon.
På fig.Tabel 8 viser XPS-spektrene for forskellige prøveoverflader, og kemien analyseret for hver overflade er opsummeret i tabel 6. I tabel 6 var atomprocenterne af Fe og Cr meget lavere i nærvær af P. aeruginosa (prøve A og B) ) end i de ikke-biologiske kontrolstrimler.(prøver C og D).For en prøve af Pseudomonas aeruginosa blev Cr 2p-kerneniveau-spektralkurven tilpasset til fire topkomponenter med bindingsenergier (BE) på 574,4, 576,6, 578,3 og 586,8 eV, som blev tildelt Cr, Cr2O3, CrO3 og Cr(OH) 3, henholdsvis (fig. 9a og b).For ikke-biologiske prøver er spektrene for kerneniveauet Cr2p i fig.9c og d indeholder de to hovedtoppe af henholdsvis Cr (BE 573,80 eV) og Cr2O3 (BE 575,90 eV).Den mest slående forskel mellem den abiotiske kupon og P. aeruginosa kuponen var tilstedeværelsen af Cr6+ og en relativt høj fraktion af Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) under biofilmen.
Bred overflade XPS-spektre af 2707 HDSS-prøver i to medier i henholdsvis 7 og 14 dage.
(a) 7 dages P. aeruginosa eksponering, (b) 14 dages P. aeruginosa eksponering, (c) 7 dages abiotisk eksponering, (d) 14 dages abiotisk eksponering.
HDSS udviser et højt niveau af korrosionsbestandighed i de fleste miljøer.Kim et al.2 rapporterede, at HDSS UNS S32707 blev identificeret som en stærkt dopet DSS med PREN større end 45. PREN-værdien af HDSS-prøve 2707 i dette arbejde var 49. Dette skyldes det høje Cr-indhold og høje niveauer af Mo og Ni, som er anvendelige i sure miljøer og miljøer med et højt indhold af klorider.Derudover giver den velafbalancerede sammensætning og fejlfri mikrostruktur strukturel stabilitet og korrosionsbestandighed.På trods af fremragende kemisk resistens viser de eksperimentelle data i dette arbejde, at 2707 HDSS ikke er fuldstændig immun over for Pseudomonas aeruginosa biofilm MIC'er.
Elektrokemiske resultater viste, at korrosionshastigheden af 2707 HDSS i Pseudomonas 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 er biofilmen færdig med at dække overfladen af prøven, og Eocp bliver relativt stabil.Imidlertid var det biotiske Eocp-niveau meget højere end det abiotiske Eocp-niveau.Der er grunde til at tro, at denne forskel er forbundet med dannelsen af P. aeruginosa biofilm.På fig.2g nåede icorr-værdien af 2707 HDSS 0,627 µA cm-2 i nærværelse af Pseudomonas aeruginosa, hvilket er en størrelsesorden højere end den for den ikke-biologiske kontrol (0,063 µA cm-2), hvilket er i overensstemmelse med Rct. værdi målt ved EIS.I løbet af de første par dage steg impedansværdierne i P. aeruginosa-bouillonen på grund af vedhæftning af P. aeruginosa-celler og biofilmdannelse.Imidlertid falder impedansen, når biofilmen fuldstændigt dækker prøveoverfladen.Det beskyttende lag angribes primært på grund af dannelsen af biofilm og biofilmmetabolitter.Derfor falder korrosionsbestandigheden over tid, og aflejringer af Pseudomonas aeruginosa forårsager lokal korrosion.Tendenserne i abiotiske miljøer er forskellige.Korrosionsbestandigheden af den ikke-biologiske kontrol var meget højere end den tilsvarende værdi af prøverne udsat for Pseudomonas aeruginosa bouillon.Derudover nåede Rct 2707 HDSS-værdien for abiotiske prøver 489 kΩ cm2 på dag 14, hvilket er 15 gange højere end ved tilstedeværelsen af Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Således har 2707 HDSS fremragende korrosionsbestandighed i et sterilt miljø, men er ikke beskyttet mod MIC-angreb af Pseudomonas aeruginosa biofilm.
Disse resultater kan også observeres fra polarisationskurverne i fig.2b.Anodisk forgrening er forbundet med Pseudomonas aeruginosa biofilmdannelse og metaloxidationsreaktioner.Samtidig er den katodiske reaktion reduktion af ilt.Tilstedeværelsen af P. aeruginosa øgede signifikant korrosionsstrømtætheden, som var omkring en størrelsesorden højere end i den abiotiske kontrol.Dette indikerede, at Pseudomonas aeruginosa-biofilmen forstærkede den lokaliserede korrosion af 2707 HDSS.Yuan et al.29 fandt, at korrosionsstrømtætheden af en 70/30 Cu-Ni-legering blev forøget af Pseudomonas aeruginosa biofilm.Dette kan skyldes biokatalyse af iltreduktion af Pseudomonas aeruginosa biofilm.Denne observation kan også forklare MIC 2707 HDSS i dette arbejde.Aerobe biofilm kan også reducere iltindholdet under dem.Afvisningen af at repassivere metaloverfladen med oxygen kan således være en faktor, der bidrager til MIC i dette arbejde.
Dickinson et al.38 foreslog, at hastigheden af kemiske og elektrokemiske reaktioner direkte afhænger af den metaboliske aktivitet af bakterier knyttet til prøveoverfladen og af korrosionsprodukternes beskaffenhed.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 forankrede celler på 2707 HDSS-overfladen på grund af næringsdepletering i 2216E-mediet eller frigivelse af giftige metalioner fra 2707 HDSS-matrixen.Dette er en begrænsning af batch-eksperimenter.
I dette arbejde fremmede en Pseudomonas aeruginosa biofilm lokal udtømning af Cr og Fe under biofilmen på overfladen af 2707 HDSS (fig. 6).I tabel 6 faldt Fe og Cr i prøve D sammenlignet med prøve C, hvilket indikerer, at Fe og Cr-opløsning forårsaget af P. aeruginosa-biofilmen blev opretholdt efter 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-dages og 14-dages ikke-biologiske prøver analyseret med XPS.Sammenlignet med testprøven af Pseudomonas aeruginosa er opløsningen af Cr i den abiotiske testprøve meget mindre på grund af den stærke resistens af 2707 HDSS over for klor i det abiotiske miljø.På fig.9 viser tilstedeværelsen af Cr6+ i den passiverende film.Dette kan være relateret til fjernelse af Cr fra ståloverflader med P. aeruginosa biofilm, som foreslået af Chen og Clayton39.
På grund af bakterievækst var pH-værdierne af mediet før og efter inkubation henholdsvis 7,4 og 8,2.Det er således usandsynligt, at korrosion af organiske syrer bidrager til dette arbejde under P. aeruginosa biofilm 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 inokulummediet efter inkubation var forbundet med den metaboliske aktivitet af Pseudomonas aeruginosa, og den samme effekt på pH blev fundet i fravær af teststrimlen.
Som vist i fig.7 var den maksimale huldybde forårsaget af Pseudomonas aeruginosa-biofilmen 0,69 µm, hvilket er signifikant større end i det abiotiske medium (0,02 µm).Dette stemmer overens med ovenstående elektrokemiske data.Under de samme forhold er grubedybden på 0,69 µm mere end ti gange mindre end den 9,5 µm værdi, der er specificeret for 2205 DSS40.Disse data viser, at 2707 HDSS udviser bedre modstand mod MIC'er end 2205 DSS.Dette er ikke overraskende, da 2707 HDSS har et højere Cr-niveau, som tillader længere passivering, gør Pseudomonas aeruginosa sværere at depassivere og starter processen uden skadelig sekundær nedbør Pitting41.
Som konklusion blev der fundet MIC-grubedannelse på 2707 HDSS-overflader i Pseudomonas aeruginosa-bouillon, mens grubetæring var ubetydelig i abiotiske medier.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 Pseudomonas aeruginosa biofilm.Disse resultater hjælper med at vælge passende rustfrit stål og den forventede levetid for havmiljøet.
De 2707 HDSS prøver blev leveret af School of Metallurgy, Northeastern University (NEU), Shenyang, Kina.Grundstofsammensætningen af 2707 HDSS er vist i tabel 1, som blev analyseret af Materials Analysis and Testing Department of Northeastern University.Alle prøver blev behandlet for fast opløsning ved 1180°C i 1 time.Forud for korrosionstestning blev 2707 HDSS møntstål med et eksponeret overfladeareal på 1 cm2 poleret til 2000 grit med siliciumcarbid sandpapir og derefter poleret yderligere 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.
Marinestammen Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 blev købt fra Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Kina.Marine 2216E flydende medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kina) blev brugt til at dyrke Pseudomonas aeruginosa i 250 ml kolber og 500 ml elektrokemiske glasceller under aerobe forhold ved 37°C.Mediet indeholder (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2S04, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2C03, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr02, 030302, 030302, 0,08 SrBr02, 0303002, 0303002, 0,08 SrBr002, 0,08 08, 0,008 Na4F0H20PO.1,0 gærekstrakt og 0,1 jerncitrat.Autoklaver ved 121 °C i 20 minutter før podning.Sessile og planktoniske celler blev talt under et lysmikroskop under anvendelse af et hæmocytometer ved 400x forstørrelse.Den initiale koncentration af planktoniske P. aeruginosa-celler 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.En platinplade og en mættet calomel-elektrode (SCE) blev forbundet til reaktoren gennem en Luggin-kapillar fyldt med en saltbro og tjente som henholdsvis mod- og referenceelektroder.For at skabe arbejdselektroden blev gummibelagt kobbertråd fastgjort til hver prøve og belagt med epoxy, hvilket efterlod ca. 1 cm2 overfladeareal på den ene side til arbejdselektroden.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 optaget ved en scanningshastighed på 0,125 mV s-1 i -5 og 5 mV området og Eocp med en samplingshastighed på 1 Hz.EIS blev udført ved steady state Eocp under anvendelse af en påført spænding på 5 mV med en sinusoid over et frekvensområde på 0,01 til 10.000 Hz.Før potentialsweep var elektroderne i åbent kredsløb indtil et stabilt frit korrosionspotentiale på 42 blev nået.Med.Hver test blev gentaget tre gange med og uden Pseudomonas aeruginosa.
Prøver til metallografisk analyse blev mekanisk poleret med 2000 korn vådt SiC-papir og derefter poleret med en 0,05 µm Al2O3-pulveropslæmning til optisk observation.Metallografisk analyse blev udført under anvendelse af et optisk mikroskop.Prøven blev ætset med 10 vægt% kaliumhydroxidopløsning43.
Efter inkubation vaskes 3 gange med fosfatbufret saltvand (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) og fikseres derefter med 2,5 % (v/v) glutaraldehyd i 10 timer for at fiksere biofilmen.Efterfølgende dehydrering med ethanol i en trinvis serie (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% og 100% efter volumen) før lufttørring.Til sidst blev en guldfilm sputteret på overfladen af prøven for at give ledningsevne til SEM44-observation.SEM-billederne er fokuseret på stedet med de mest etablerede P. aeruginosa-celler på overfladen af hver prøve.EMF-analyse blev udført for at påvise kemiske grundstoffer.For at måle dybden af gruben blev der brugt et Zeiss konfokal laser scanning mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Tyskland).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 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) analyse ved hjælp af en monokromatisk røntgenkilde (Al Kα linje med en energi på 1500 eV og en effekt på 150 W) i en bred vifte af bindingsenergier 0 under standardbetingelserne på –1350 eV.Optag højopløsningsspektre ved hjælp af 50 eV pass energi og 0,2 eV trinstørrelse.
Fjern den inkuberede prøve og vask den forsigtigt med PBS (pH 7,4 ± 0,2) i 15 s45.For at observere den bakterielle levedygtighed af biofilmen på prøven blev biofilmen 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 inkuberes 1 ml af en blanding indeholdende 3 µl SYTO-9 og 3 µl PI-opløsning ved stuetemperatur (23°C) i mørke i 20 minutter.Derefter blev de farvede prøver observeret 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).Mål biofilmtykkelsen i 3-D scanningstilstand.
Sådan citeres denne artikel: Li, H. et al.Effekt af Pseudomonas aeruginosa marine biofilm på mikrobiel korrosion af 2707 super duplex rustfrit stål.videnskab.Hus 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 nærvær af thiosulfat.korrosion.videnskaben.80, 205-212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS og Park, YS Effekten af opløsningsvarmebehandling og nitrogen i beskyttelsesgas på pitting-korrosionsbestandigheden af super duplex rustfri stålsvejsninger.korrosion.videnskaben.53, 1939-1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. og Lewandowski, Z. En kemisk sammenlignende undersøgelse af mikrobiel og elektrokemisk grubetæring i 316L rustfrit stål.korrosion.videnskaben.45, 2577-2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG og Xiao K. Elektrokemisk opførsel af 2205 duplex rustfrit stål i alkaliske opløsninger ved forskellige pH-værdier i nærvær af chlorid.elektrokemi.Tidsskrift.64, 211-220 (2012).
Indlægstid: Jan-09-2023