Účinok morského biofilmu Pseudomonas aeruginosa na mikrobiálnu koróziu nehrdzavejúcej ocele 2707 Super Duplex

Ďakujeme, že ste navštívili Nature.com.Používate verziu prehliadača s obmedzenou podporou CSS.Pre najlepší zážitok vám odporúčame použiť aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v programe Internet Explorer).Okrem toho, aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, zobrazujeme stránku bez štýlov a JavaScriptu.
Zobrazuje karusel troch snímok naraz.Pomocou tlačidiel Predchádzajúci a Ďalší sa môžete pohybovať po troch snímkach naraz alebo pomocou posúvacích tlačidiel na konci môžete prechádzať tromi snímkami naraz.
Mikrobiálna korózia (MIC) je hlavným problémom v mnohých priemyselných odvetviach, pretože môže viesť k obrovským ekonomickým stratám.Super duplexná nehrdzavejúca oceľ 2707 (2707 HDSS) sa používa v morskom prostredí vďaka svojej vynikajúcej chemickej odolnosti.Jeho odolnosť voči MIC však nebola experimentálne preukázaná.Táto štúdia skúmala správanie MIC 2707 HDSS spôsobené morskou aeróbnou baktériou Pseudomonas aeruginosa.Elektrochemická analýza ukázala, že v prítomnosti biofilmu Pseudomonas aeruginosa v médiu 2216E sa korózny potenciál pozitívne zmenil a hustota korózneho prúdu sa zvýšila.Výsledky analýzy röntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie (XPS) ukázali pokles obsahu Cr na povrchu vzorky pod biofilmom.Analýza snímok jamiek ukázala, že biofilmy Pseudomonas aeruginosa vytvorili maximálnu hĺbku jamky 0,69 µm po 14 dňoch kultivácie.Hoci je to malé, naznačuje to, že 2707 HDSS nie sú úplne imúnne voči účinkom biofilmov P. aeruginosa na MIC.
Duplexná nehrdzavejúca oceľ (DSS) je široko používaná v rôznych priemyselných odvetviach vďaka dokonalej kombinácii vynikajúcich mechanických vlastností a odolnosti proti korózii1,2.Stále však môže dochádzať k lokalizovanej jamkovej korózii, ktorá môže ovplyvniť celistvosť tejto ocele 3, 4 .DSS nie je chránený proti mikrobiálnej korózii (MIC)5,6.Hoci rozsah použitia DSS je veľmi široký, stále existujú prostredia, kde korózna odolnosť DSS nie je dostatočná na dlhodobé používanie.To znamená, že sú potrebné drahšie materiály s vyššou odolnosťou proti korózii.Jeon a kol.7 zistili, že aj super duplexná nehrdzavejúca oceľ (SDSS) má určité obmedzenia z hľadiska odolnosti proti korózii.Preto existuje potreba super duplexných nehrdzavejúcich ocelí (HDSS) s vyššou odolnosťou proti korózii v určitých aplikáciách.To viedlo k vývoju vysoko legovaných HDSS.
Korózna odolnosť DSS je určená pomerom α-fázy k γ-fáze a oblastí ochudobnených o Cr, Mo a W susediacich so sekundárnymi fázami8,9,10.HDSS obsahuje vysoký obsah Cr, Mo a N11, čo mu dáva vynikajúcu odolnosť proti korózii a vysokú hodnotu (45-50) ekvivalentnú hodnotu odolnosti proti bodovej korózii (PREN), ktorá je definovaná hm. % Cr + 3,3 (hm. % Mo + 0,5 % hmotn. W) + 16 % hmotn.N12.Jeho vynikajúca odolnosť proti korózii závisí od vyváženého zloženia obsahujúceho približne 50 % feritickej (α) a 50 % austenitickej (γ) fázy.HDSS má v porovnaní s konvenčným DSS13 vylepšené mechanické vlastnosti a vyššiu odolnosť voči chlóru.Charakteristika chemickej korózie.Zlepšená odolnosť proti korózii rozširuje použitie HDSS v agresívnejších chloridových prostrediach, ako je morské prostredie.
MIC je významným problémom v mnohých priemyselných odvetviach vrátane zásobovania ropou, plynom a vodou14.MIC predstavuje 20 % všetkých poškodení koróziou15.MIC je bioelektrochemická korózia, ktorú možno pozorovať v mnohých prostrediach16.Tvorba biofilmov na kovových povrchoch mení elektrochemické podmienky a tým ovplyvňuje korózny proces.Všeobecne sa uznáva, že koróziu MIC spôsobujú biofilmy14.Elektrogénne mikroorganizmy požierajú kovy, aby získali energiu na prežitie17.Nedávne štúdie MIC ukázali, že EET (extracelulárny prenos elektrónov) je limitujúcim faktorom pre MIC indukovanú elektrogénnymi mikroorganizmami.Zhang et al.18 demonštrovali, že elektrónové mediátory urýchľujú prenos elektrónov medzi bunkami Desulfovibrio vulgaris a nerezovou oceľou 304, čo vedie k závažnejšiemu napadnutiu MIC.Anning a kol.19 a Wenzlaff a kol.20 ukázali, že biofilmy korozívnych baktérií redukujúcich sírany (SRB) môžu absorbovať elektróny priamo z kovových substrátov, čo vedie k vážnej jamkovej korózii.
Je známe, že DSS je citlivý na MIC v médiách obsahujúcich SRB, baktérie redukujúce železo (IRB) atď.21.Tieto baktérie spôsobujú lokalizované jamky na povrchu DSS pod biofilmom22,23.Na rozdiel od DSS je o MIC HDSS24 málo známe.
Pseudomonas aeruginosa je gramnegatívna, pohyblivá, tyčinkovitá baktéria, ktorá je v prírode široko rozšírená25.Pseudomonas aeruginosa je tiež hlavnou mikroflórou zodpovednou za MIC ocele v morskom prostredí26.Druhy Pseudomonas sa priamo podieľajú na koróznych procesoch a sú uznávané ako prvé kolonizátory počas tvorby biofilmu27.Mahat a kol.28 a Yuan a kol.29 preukázali, že Pseudomonas aeruginosa má tendenciu zvyšovať rýchlosť korózie mäkkej ocele a zliatin vo vodnom prostredí.
Hlavným cieľom tejto práce je študovať MIC vlastnosti 2707 HDSS spôsobené morskou aeróbnou baktériou Pseudomonas aeruginosa pomocou elektrochemických metód, metód povrchovej analýzy a analýzy produktov korózie.Na štúdium správania MIC 2707 HDSS sa uskutočnili elektrochemické štúdie vrátane potenciálu otvoreného obvodu (OCP), lineárneho polarizačného odporu (LPR), elektrochemickej impedančnej spektroskopie (EIS) a polarizácie dynamického potenciálu.Na detekciu chemických prvkov na skorodovaných povrchoch sa vykonáva analýza energeticky disperznej spektroskopie (EDS).Okrem toho sa pomocou röntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie (XPS) stanovila stabilita pasivácie oxidového filmu pod vplyvom morského prostredia obsahujúceho Pseudomonas aeruginosa.Hĺbka jamiek bola meraná pod konfokálnym laserovým skenovacím mikroskopom (CLSM).
Tabuľka 1 ukazuje chemické zloženie 2707 HDSS.Tabuľka 2 ukazuje, že 2707 HDSS má vynikajúce mechanické vlastnosti s medzou klzu 650 MPa.Na obr.1 znázorňuje optickú mikroštruktúru roztoku 2707 HDSS spracovaného tepelne.Predĺžené pásy austenitických a feritických fáz bez sekundárnych fáz možno vidieť v mikroštruktúre obsahujúcej približne 50 % austenitickej a 50 % feritických fáz.
Na obr.Obrázok 2a ukazuje potenciál otvoreného okruhu (Eocp) verzus expozičný čas pre 2707 HDSS v abiotickom médiu 2216E a bujóne Pseudomonas aeruginosa počas 14 dní pri 37 °C.Zistilo sa, že najvýraznejšie zmeny v Eocp nastali počas prvých 24 hodín.Hodnoty Eocp v oboch prípadoch dosiahli vrchol približne -145 mV (oproti SCE) približne po 16 hodinách a potom prudko klesli na -477 mV (oproti SCE) a -236 mV (oproti SCE) pre nebiologické vzorky a P pre relatívne SCE) patinové listy, resp.Po 24 hodinách zostala hodnota Eocp Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS relatívne stabilná na -228 mV (v porovnaní s SCE), zatiaľ čo zodpovedajúca hodnota pre nebiologickú vzorku bola približne -442 mV (v porovnaní s SCE).Eocp v prítomnosti Pseudomonas aeruginosa bol dosť nízky.
Elektrochemické testovanie 2707 vzoriek HDSS v abiotickom médiu a bujóne Pseudomonas aeruginosa pri 37 °C:
(a) Zmena Eocp s časom expozície, (b) krivka polarizácie na 14. deň, (c) zmena Rp s časom expozície, (d) zmena korr s časom expozície.
Tabuľka 3 ukazuje parametre elektrochemickej korózie 2707 vzoriek HDSS vystavených abiotickému médiu a médiu inokulovanému P. aeruginosa počas 14 dní.Tangenciálna extrapolácia anodických a katódových kriviek na priesečník umožnila stanovenie hustoty korózneho prúdu (icorr), korózneho potenciálu (Ecorr) a Tafelovho sklonu (βα a βc) podľa štandardných metód30,31.
Ako je znázornené na obrázku 2b, posun krivky P. aeruginosa nahor viedol k zvýšeniu Ecorr v porovnaní s abiotickou krivkou.Hodnota icorr vzorky obsahujúcej Pseudomonas aeruginosa, úmerná rýchlosti korózie, sa zvýšila na 0,328 µA cm-2, čo je štyrikrát viac ako hodnota nebiologickej vzorky (0,087 µA cm-2).
LPR je klasická elektrochemická metóda na nedeštruktívnu expresnú analýzu korózie.Bol tiež použitý na štúdium MIC32.Na obr.2c ukazuje zmenu polarizačného odporu (Rp) v závislosti od času expozície.Vyššia hodnota Rp znamená menej korózie.Počas prvých 24 hodín dosiahol Rp 2707 HDSS vrchol pri 1955 kΩ cm2 pre nebiologické vzorky a 1429 kΩ cm2 pre vzorky Pseudomonas aeruginosa.Obrázok 2c tiež ukazuje, že hodnota Rp rýchlo klesla po jednom dni a potom zostala relatívne nezmenená počas nasledujúcich 13 dní.Hodnota Rp pre testovaciu vzorku Pseudomonas aeruginosa je približne 40 kΩ cm2, čo je oveľa nižšia hodnota ako hodnota 450 kΩ cm2 pre nebiologickú testovaciu vzorku.
Hodnota icorr je úmerná rovnomernej rýchlosti korózie.Jeho hodnotu možno vypočítať z nasledujúcej Stern-Giriho rovnice:
Podľa Zoe a kol.33 bol v tejto práci braný Tafelov sklon B ako typická hodnota 26 mV/dec.Na obr.2d ukazuje, že icorr abiotického kmeňa 2707 zostal relatívne stabilný, zatiaľ čo icorr pásma Pseudomonas aeruginosa silne kolísal s veľkým skokom po prvých 24 hodinách.Hodnota icorr testovanej vzorky Pseudomonas aeruginosa bola rádovo vyššia ako hodnota nebiologickej kontroly.Tento trend je v súlade s výsledkami polarizačného odporu.
EIS je ďalšou nedeštruktívnou metódou používanou na charakterizáciu elektrochemických reakcií na koróznom rozhraní34.Impedančné spektrá a kapacitné výpočty pásikov vystavených abiotickým médiám a roztokom Pseudomonas aeruginosa, Rb je odpor pasívneho/biofilmu vytvoreného na povrchu pásika, Rct je odpor prenosu náboja, Cdl je elektrická dvojvrstva.) a parametre prvku konštantnej fázy (CPE) QCPE.Tieto parametre sa ďalej analyzovali porovnaním údajov s modelom ekvivalentného elektrického obvodu (EEC).
Na obr.3 ukazuje typické Nyquistove grafy (a a b) a Bodeho grafy (a' a b') 2707 vzoriek HDSS v abiotickom médiu a pôde Pseudomonas aeruginosa v rôznych inkubačných časoch.V prítomnosti Pseudomonas aeruginosa sa priemer Nyquistovej slučky zmenšuje.Bodeov graf (obr. 3b') ukazuje zvýšenie celkovej impedancie.Informáciu o časovej konštante relaxácie je možné získať z fázových maxím.Na obr.4 sú znázornené fyzikálne štruktúry a zodpovedajúce EHS založené na jednovrstvovom (a) a dvojvrstvovom (b).CPE sa zavádza do modelu EHS.Jeho vstup a impedancia sú vyjadrené takto:
Dva fyzikálne modely a zodpovedajúce ekvivalentné obvody na prispôsobenie spektra kupónovej impedancie 2707 HDSS:
Kde Y0 je veľkosť CPE, j je imaginárne číslo alebo (-1)1/2, ω je uhlová frekvencia a n je účinník CPE menší ako jedna35.Inverzia odporu prenosu náboja (tj 1/Rct) zodpovedá rýchlosti korózie.Nižšia hodnota Rct znamená vyššiu rýchlosť korózie27.Po 14 dňoch inkubácie dosiahol Rct testovanej vzorky Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, čo je oveľa menej ako 489 kΩ cm2 nebiologickej testovanej vzorky (tabuľka 4).
Obrázky CLSM a obrázky SEM na obr.5 jasne ukazuje, že pokrytie biofilmom na povrchu vzorky HDSS 2707 bolo po 7 dňoch veľmi husté.Po 14 dňoch sa však biofilmový povlak stal riedkym a objavili sa nejaké odumreté bunky.Tabuľka 5 ukazuje hrúbku biofilmu 2707 vzoriek HDSS po 7 a 14 dňoch expozície Pseudomonas aeruginosa.Maximálna hrúbka biofilmu sa zmenila z 23,4 µm po 7 dňoch na 18,9 µm po 14 dňoch.Tento trend potvrdila aj priemerná hrúbka biofilmu.Klesla z 22,2 ± 0,7 μm po 7 dňoch na 17,8 ± 1,0 μm po 14 dňoch.
(a) 3-D CLSM obraz po 7 dňoch, (b) 3-D CLSM obraz po 14 dňoch, (c) SEM obraz po 7 dňoch a (d) SEM obraz po 14 dňoch.
EMF odhalilo chemické prvky v biofilme a koróznych produktoch na vzorkách vystavených Pseudomonas aeruginosa počas 14 dní.Na obr.Obrázok 6 ukazuje, že obsah C, N, O, P v biofilme a produktoch korózie je oveľa vyšší ako v čistom kove, pretože tieto prvky sú spojené s biofilmom a jeho metabolitmi.Mikroorganizmy vyžadujú len stopové množstvá Cr a Fe.Vysoký obsah Cr a Fe v biofilme a korózne produkty na povrchu vzorky poukazujú na stratu prvkov v kovovej matrici v dôsledku korózie.
Po 14 dňoch boli v médiu 2216E pozorované jamky s a bez P. aeruginosa.Pred inkubáciou bol povrch vzoriek hladký a bez defektov (obr. 7a).Po inkubácii a odstránení biofilmu a produktov korózie boli najhlbšie jamky na povrchu vzorky skúmané pomocou CLSM, ako je znázornené na obr. 7b a c.Na povrchu nebiologickej kontroly sa nenašli žiadne zjavné jamky (maximálna hĺbka jamky 0,02 µm).Maximálna hĺbka jamy spôsobená Pseudomonas aeruginosa bola 0,52 µm po 7 dňoch a 0,69 µm po 14 dňoch, na základe priemernej maximálnej hĺbky jamy z 3 vzoriek (pre každú vzorku bolo vybraných 10 maximálnych hĺbok jamiek) a dosiahla 0,42 ± 0,12 µm .a 0,52 ± 0,15 um (tabuľka 5).Tieto hodnoty hĺbky jamiek sú malé, ale dôležité.
a) pred expozíciou;b) 14 dní v abiotickom prostredí;c) 14 dní v bujóne P. aeruginosa.
Na obr.Tabuľka 8 ukazuje XPS spektrá rôznych povrchov vzoriek a chémia analyzovaná pre každý povrch je zhrnutá v tabuľke 6. V tabuľke 6 boli atómové percentá Fe a Cr oveľa nižšie v prítomnosti P. aeruginosa (vzorky A a B ) ako v nebiologických kontrolných prúžkoch.(vzorky C a D).Pre vzorku Pseudomonas aeruginosa bola spektrálna krivka na úrovni jadra Cr 2p prispôsobená štyrom vrcholovým komponentom s väzbovými energiami (BE) 574,4, 576,6, 578,3 a 586,8 eV, ktoré boli priradené Cr, Cr2O3, CrO3 a Cr(OH) 3 (obr. 9a a b).Pre nebiologické vzorky sú spektrá úrovne Cr2p v jadre na obr.9c a d obsahujú dva hlavné píky Cr (BE 573,80 eV) a Cr203 (BE 575,90 eV).Najvýraznejším rozdielom medzi abiotickým kupónom a kupónom P. aeruginosa bola prítomnosť Cr6+ a relatívne vysoká frakcia Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) pod biofilmom.
Široké povrchové XPS spektrá 2707 vzoriek HDSS v dvoch médiách počas 7 a 14 dní.
(a) 7-dňová expozícia P. aeruginosa, (b) 14-dňová expozícia P. aeruginosa, (c) 7-dňová abiotická expozícia, (d) 14-dňová abiotická expozícia.
HDSS vykazuje vysokú úroveň odolnosti voči korózii vo väčšine prostredí.Kim et al.2 uviedli, že HDSS UNS S32707 bol identifikovaný ako vysoko dopovaný DSS s PREN väčším ako 45. Hodnota PREN vzorky HDSS 2707 v tejto práci bola 49. Je to spôsobené vysokým obsahom Cr a vysokými hladinami Mo a Ni, ktoré sú užitočné v kyslom prostredí a prostredí s vysokým obsahom chloridov.Okrem toho, dobre vyvážené zloženie a mikroštruktúra bez defektov poskytujú štrukturálnu stabilitu a odolnosť proti korózii.Napriek vynikajúcej chemickej odolnosti experimentálne údaje v tejto práci ukazujú, že 2707 HDSS nie je úplne imúnny voči MIC biofilmu Pseudomonas aeruginosa.
Elektrochemické výsledky ukázali, že rýchlosť korózie 2707 HDSS v bujóne Pseudomonas aeruginosa sa výrazne zvýšila po 14 dňoch v porovnaní s nebiologickým prostredím.Na obrázku 2a sa pozoroval pokles Eocp v abiotickom médiu aj v bujóne P. aeruginosa počas prvých 24 hodín.Potom biofilm pokryje povrch vzorky a Eocp sa stane relatívne stabilným.Avšak úroveň biotického Eocp bola oveľa vyššia ako úroveň abiotického Eocp.Existujú dôvody domnievať sa, že tento rozdiel súvisí s tvorbou biofilmov P. aeruginosa.Na obr.2g, hodnota icorr 2707 HDSS dosiahla 0,627 µA cm-2 v prítomnosti Pseudomonas aeruginosa, čo je rádovo vyššia hodnota ako v prípade nebiologickej kontroly (0,063 µA cm-2), čo je v súlade s Rct hodnota nameraná EIS.Počas prvých dní sa hodnoty impedancie v bujóne P. aeruginosa zvýšili v dôsledku pripojenia buniek P. aeruginosa a tvorby biofilmu.Impedancia však klesá, keď biofilm úplne pokrýva povrch vzorky.Ochranná vrstva je napádaná predovšetkým v dôsledku tvorby biofilmu a metabolitov biofilmu.Preto sa odolnosť proti korózii časom znižuje a usadeniny Pseudomonas aeruginosa spôsobujú lokalizovanú koróziu.Trendy v abiotickom prostredí sú rôzne.Odolnosť proti korózii nebiologickej kontroly bola oveľa vyššia ako zodpovedajúca hodnota vzoriek vystavených bujónu Pseudomonas aeruginosa.Okrem toho pre abiotické vzorky hodnota Rct 2707 HDSS dosiahla 489 kΩ cm2 na 14. deň, čo je 15-krát viac ako v prítomnosti Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).2707 HDSS má teda vynikajúcu odolnosť proti korózii v sterilnom prostredí, ale nie je chránený pred napadnutím MIC biofilmom Pseudomonas aeruginosa.
Tieto výsledky možno tiež pozorovať z polarizačných kriviek na obr.2b.Anodické vetvenie je spojené s tvorbou biofilmu Pseudomonas aeruginosa a reakciami oxidácie kovov.Katodickou reakciou je zároveň redukcia kyslíka.Prítomnosť P. aeruginosa signifikantne zvýšila hustotu korózneho prúdu, ktorá bola o rádovo vyššia ako pri abiotickej kontrole.To naznačuje, že biofilm Pseudomonas aeruginosa zosilnil lokalizovanú koróziu 2707 HDSS.Yuan a kol.29 zistili, že hustota korózneho prúdu zliatiny 70/30 Cu-Ni bola zvýšená biofilmom Pseudomonas aeruginosa.Môže to byť spôsobené biokatalýzou redukcie kyslíka biofilmom Pseudomonas aeruginosa.Toto pozorovanie môže tiež vysvetliť MIC 2707 HDSS v tejto práci.Aeróbne biofilmy môžu tiež znížiť obsah kyslíka pod nimi.Takže odmietnutie repasivácie kovového povrchu kyslíkom môže byť faktorom, ktorý prispieva k MIC v tejto práci.
Dickinson a kol.38 naznačil, že rýchlosť chemických a elektrochemických reakcií priamo závisí od metabolickej aktivity baktérií pripojených k povrchu vzorky a od povahy koróznych produktov.Ako je znázornené na obrázku 5 a tabuľke 5, počet buniek a hrúbka biofilmu sa po 14 dňoch znížili.To možno primerane vysvetliť skutočnosťou, že po 14 dňoch väčšina ukotvených buniek na povrchu 2707 HDSS zomrela v dôsledku vyčerpania živín v médiu 2216E alebo uvoľnenia toxických kovových iónov z matrice 2707 HDSS.Toto je obmedzenie dávkových experimentov.
V tejto práci biofilm Pseudomonas aeruginosa podporoval lokálnu depléciu Cr a Fe pod biofilmom na povrchu 2707 HDSS (obr. 6).V tabuľke 6 sa Fe a Cr znížili vo vzorke D v porovnaní so vzorkou C, čo naznačuje, že rozpúšťanie Fe a Cr spôsobené biofilmom P. aeruginosa sa udržalo po prvých 7 dňoch.Prostredie 2216E sa používa na simuláciu morského prostredia.Obsahuje 17700 ppm Cl-, čo je porovnateľné s jeho obsahom v prírodnej morskej vode.Prítomnosť 17 700 ppm Cl- bola hlavným dôvodom poklesu Cr v 7-dňových a 14-dňových nebiologických vzorkách analyzovaných pomocou XPS.V porovnaní s testovanou vzorkou Pseudomonas aeruginosa je rozpúšťanie Cr v abiotickej testovanej vzorke oveľa menšie v dôsledku silnej odolnosti 2707 HDSS voči chlóru v abiotickom prostredí.Na obr.9 ukazuje prítomnosť Cr6+ v pasivovacom filme.To môže súvisieť s odstránením Cr z oceľových povrchov biofilmami P. aeruginosa, ako navrhujú Chen a Clayton39.
V dôsledku rastu baktérií boli hodnoty pH média pred a po inkubácii 7,4 a 8,2.Je teda nepravdepodobné, že by korózia organických kyselín prispela k tejto práci pod biofilmami P. aeruginosa v dôsledku relatívne vysokého pH v objemovom médiu.pH nebiologického kontrolného média sa významne nezmenilo (z počiatočných 7,4 na konečných 7,5) počas 14-dňového testovacieho obdobia.Zvýšenie pH v očkovacom médiu po inkubácii bolo spojené s metabolickou aktivitou Pseudomonas aeruginosa a rovnaký účinok na pH sa zistil aj bez testovacieho prúžku.
Ako je znázornené na obr.7, maximálna hĺbka jamy spôsobená biofilmom Pseudomonas aeruginosa bola 0,69 µm, čo je výrazne viac ako v abiotickom médiu (0,02 µm).To súhlasí s vyššie uvedenými elektrochemickými údajmi.Za rovnakých podmienok je hĺbka jamy 0,69 µm viac ako desaťkrát menšia ako hodnota 9,5 µm špecifikovaná pre 2205 DSS40.Tieto údaje ukazujú, že 2707 HDSS vykazuje lepšiu odolnosť voči MIC ako 2205 DSS.To nie je prekvapujúce, pretože 2707 HDSS má vyššiu hladinu Cr, čo umožňuje dlhšiu pasiváciu, sťažuje depasiváciu Pseudomonas aeruginosa a spúšťa proces bez škodlivých sekundárnych zrážok Pitting41.
Záverom možno povedať, že jamkovitosť MIC bola zistená na 2707 povrchoch HDSS v bujóne Pseudomonas aeruginosa, zatiaľ čo jamkovitosť bola v abiotických médiách zanedbateľná.Táto práca ukazuje, že 2707 HDSS má lepšiu odolnosť voči MIC ako 2205 DSS, ale nie je úplne imúnny voči MIC v dôsledku biofilmu Pseudomonas aeruginosa.Tieto výsledky pomáhajú pri výbere vhodnej nehrdzavejúcej ocele a predpokladanej životnosti pre morské prostredie.
2707 vzoriek HDSS poskytla Škola metalurgie, Northeastern University (NEU), Shenyang, Čína.Elementárne zloženie 2707 HDSS je uvedené v tabuľke 1, ktorá bola analyzovaná oddelením analýzy a testovania materiálov Severovýchodnej univerzity.Všetky vzorky boli ošetrené na tuhý roztok pri 1180 °C počas 1 hodiny.Pred koróznym testovaním bola mincová oceľ 2707 HDSS s exponovanou povrchovou plochou 1 cm2 vyleštená na zrnitosť 2000 brúsnym papierom z karbidu kremíka a potom ďalej leštená 0,05 µm práškovou suspenziou Al2O3.Boky a spodok sú chránené inertnou farbou.Po vysušení boli vzorky premyté sterilnou deionizovanou vodou a sterilizované 75 % (v/v) etanolom počas 0,5 hodiny.Potom boli pred použitím 0,5 hodiny sušené na vzduchu pod ultrafialovým (UV) svetlom.
Morský kmeň Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 bol zakúpený od Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), Čína.Tekuté médium Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Čína) sa použilo na kultiváciu Pseudomonas aeruginosa v 250 ml bankách a 500 ml elektrochemických sklenených kyvetách za aeróbnych podmienok pri 37 °C.Médium obsahuje (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 SrBr22, 0,08 SrBr22, 0,08 SrBr22, 0,08 SrBr2, 0,08 H03030,0.0 0,008 Na4F0H20PO.1,0 kvasnicového extraktu a 0,1 citrátu železa.Pred očkovaním autoklávujte 20 minút pri 121 °C.Sedavé a planktonické bunky sa spočítali pod svetelným mikroskopom s použitím hemocytometra pri 400-násobnom zväčšení.Počiatočná koncentrácia planktonických buniek P. aeruginosa bezprostredne po inokulácii bola približne 106 buniek/ml.
Elektrochemické testy boli realizované v klasickej trojelektródovej sklenenej cele so stredným objemom 500 ml.Platinová doska a nasýtená kalomelová elektróda (SCE) boli pripojené k reaktoru cez Lugginovu kapiláru naplnenú soľným mostíkom a slúžili ako protiľahlé a referenčné elektródy.Na vytvorenie pracovnej elektródy bol ku každej vzorke pripevnený medený drôt potiahnutý gumou a potiahnutý epoxidom, pričom na jednej strane zostalo približne 1 cm2 plochy povrchu pre pracovnú elektródu.Počas elektrochemických meraní boli vzorky umiestnené do média 2216E a udržiavané pri konštantnej inkubačnej teplote (37 °C) vo vodnom kúpeli.Údaje OCP, LPR, EIS a potenciálnej dynamickej polarizácie sa merali pomocou potenciostatu Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA).Testy LPR sa zaznamenávali pri rýchlosti skenovania 0,125 mV s-1 v rozsahu -5 a 5 mV a Eocp so vzorkovacou frekvenciou 1 Hz.EIS sa uskutočňoval v ustálenom stave Eocp s použitím aplikovaného napätia 5 mV so sínusoidou vo frekvenčnom rozsahu 0,01 až 10 000 Hz.Pred potenciálnym vychýlením boli elektródy v režime otvoreného okruhu, kým sa nedosiahol stabilný voľný korózny potenciál 42.s.Každý test sa opakoval trikrát s a bez Pseudomonas aeruginosa.
Vzorky na metalografickú analýzu boli mechanicky vyleštené mokrým SiC papierom zrnitosti 2000 a potom vyleštené 0,05 um práškovou suspenziou Al2O3 na optické pozorovanie.Metalografická analýza sa uskutočnila pomocou optického mikroskopu.Vzorka bola leptaná 10 % hmotn. roztokom hydroxidu draselného43.
Po inkubácii premyte 3-krát fyziologickým roztokom pufrovaným fosfátom (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) a potom fixujte 2,5 % (v/v) glutaraldehydom počas 10 hodín, aby sa biofilm zafixoval.Následná dehydratácia etanolom v stupňovitej sérii (50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 95 % a 100 % objemových) pred sušením na vzduchu.Nakoniec sa na povrch vzorky naprášil zlatý film, aby sa zabezpečila vodivosť pre pozorovanie SEM44.SEM snímky sú zamerané na miesto s najetablovanejšími bunkami P. aeruginosa na povrchu každej vzorky.Na detekciu chemických prvkov sa vykonala EMF analýza.Na meranie hĺbky jamy bol použitý Zeissov konfokálny laserový skenovací mikroskop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Nemecko).Na pozorovanie koróznych jamiek pod biofilmom bola testovaná vzorka najskôr vyčistená podľa čínskeho národného štandardu (CNS) GB/T4334.4-2000, aby sa odstránili korózne produkty a biofilm z povrchu testovanej vzorky.
Röntgenová fotoelektrónová spektroskopia (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, USA) analýza s použitím monochromatického röntgenového zdroja (vedenie Al Ka ​​s energiou 1500 eV a výkonom 150 W) v širokom rozsahu väzbových energií 0 pod štandardnými podmienkami –1350 eV.Zaznamenajte spektrá s vysokým rozlíšením pomocou priepustnej energie 50 eV a veľkosti kroku 0,2 eV.
Vyberte inkubovanú vzorku a jemne ju premývajte PBS (pH 7,4 ± 0,2) počas 15 s45.Na pozorovanie bakteriálnej životaschopnosti biofilmu na vzorke sa biofilm zafarbil pomocou súpravy LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, USA).Súprava obsahuje dve fluorescenčné farbivá: zelené fluorescenčné farbivo SYTO-9 a červené fluorescenčné farbivo propidium jodid (PI).V CLSM fluorescenčné zelené a červené bodky predstavujú živé a mŕtve bunky.Na farbenie inkubujte 1 ml zmesi obsahujúcej 3 µl SYTO-9 a 3 µl roztoku PI pri izbovej teplote (23 °C) v tme počas 20 minút.Potom boli zafarbené vzorky pozorované pri dvoch vlnových dĺžkach (488 nm pre živé bunky a 559 nm pre mŕtve bunky) pomocou prístroja Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonsko).Zmerajte hrúbku biofilmu v režime 3D skenovania.
Ako citovať tento článok: Li, H. et al.Účinok morského biofilmu Pseudomonas aeruginosa na mikrobiálnu koróziu nehrdzavejúcej ocele 2707 super duplex.veda.Dom 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Korózne praskanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele LDX 2101 v chloridových roztokoch v prítomnosti tiosíranu.korózia.veda.80, 205 – 212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS a Park, YS Vplyv tepelného spracovania roztoku a dusíka v ochrannom plyne na odolnosť proti bodovej korózii super duplexných zvarov nehrdzavejúcej ocele.korózia.veda.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. a Lewandowski, Z. Chemická porovnávacia štúdia mikrobiálneho a elektrochemického pittingu v nehrdzavejúcej oceli 316L.korózia.veda.45, 2577-2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG a Xiao K. Elektrochemické správanie duplexnej nehrdzavejúcej ocele 2205 v alkalických roztokoch pri rôznych hodnotách pH v prítomnosti chloridu.elektrochémia.Denník.64, 211 – 220 (2012).