Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com.U gebruikt een browserversie met beperkte CSS-ondersteuning.Voor de beste ervaring raden wij u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of de compatibiliteitsmodus in Internet Explorer uit te schakelen).Om voortdurende ondersteuning te garanderen, tonen we de site bovendien zonder stijlen en JavaScript.
Geeft een carrousel van drie dia's tegelijk weer.Gebruik de knoppen Vorige en Volgende om door drie dia's tegelijk te bladeren, of gebruik de schuifknoppen aan het einde om door drie dia's tegelijk te bladeren.
Microbiële corrosie (MIC) is in veel industrieën een groot probleem, omdat het tot enorme economische verliezen kan leiden.Superduplex roestvrij staal 2707 (2707 HDSS) wordt gebruikt in maritieme omgevingen vanwege de uitstekende chemische bestendigheid.De resistentie ervan tegen MIC is echter niet experimenteel aangetoond.Deze studie onderzocht het gedrag van MIC 2707 HDSS veroorzaakt door de mariene aërobe bacterie Pseudomonas aeruginosa.Elektrochemische analyse toonde aan dat in de aanwezigheid van de Pseudomonas aeruginosa-biofilm in het 2216E-medium het corrosiepotentieel positief veranderde en de corrosiestroomdichtheid toenam.De resultaten van röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS) analyse toonden een afname van het Cr-gehalte op het monsteroppervlak onder de biofilm.Analyse van de putbeelden toonde aan dat biofilms van Pseudomonas aeruginosa na 14 dagen kweken een maximale putdiepte van 0,69 µm produceerden.Hoewel dit klein is, suggereert dit dat 2707 HDSS niet volledig immuun is voor de effecten van P. aeruginosa-biofilms op MIC.
Duplex roestvast staal (DSS) wordt veel gebruikt in diverse industrieën vanwege de perfecte combinatie van uitstekende mechanische eigenschappen en corrosiebestendigheid1,2.Er kunnen echter nog steeds plaatselijke putjes optreden, die de integriteit van dit staal kunnen aantasten 3, 4 .DSS is niet beschermd tegen microbiële corrosie (MIC)5,6.Hoewel het toepassingsbereik van DSS zeer breed is, zijn er nog steeds omgevingen waar de corrosieweerstand van DSS niet voldoende is voor langdurig gebruik.Dit betekent dat duurdere materialen met een hogere corrosieweerstand nodig zijn.Jeon et al.7 ontdekten dat zelfs superduplex roestvrij staal (SDSS) enkele beperkingen heeft in termen van corrosieweerstand.Daarom is er bij bepaalde toepassingen behoefte aan superduplex roestvast staal (HDSS) met een hogere corrosieweerstand.Dit leidde tot de ontwikkeling van hooggelegeerd HDSS.
De corrosieweerstand van DSS wordt bepaald door de verhouding van de α-fase tot de γ-fase en gebieden verarmd aan Cr, Mo en W grenzend aan de secundaire fasen8,9,10.HDSS bevat een hoog gehalte aan Cr, Mo en N11, waardoor het een uitstekende corrosieweerstand heeft en een hoge waarde (45-50) equivalente putweerstandswaarde (PREN), die wordt gedefinieerd door gew.% Cr + 3,3 (gew.% Mo + 0, 5 gew.% W) + 16 gew.%.N12.De uitstekende corrosieweerstand is afhankelijk van een uitgebalanceerde samenstelling die ongeveer 50% ferritische (α) en 50% austenitische (γ) fasen bevat.HDSS heeft verbeterde mechanische eigenschappen en een hogere chloorbestendigheid vergeleken met conventionele DSS13.Kenmerken van chemische corrosie.Verbeterde corrosieweerstand breidt het gebruik van HDSS uit in agressievere chlorideomgevingen zoals maritieme omgevingen.
MIC is een aanzienlijk probleem in veel industrieën, waaronder de olie- en gas- en watervoorziening14.MIC is verantwoordelijk voor 20% van alle corrosieschade15.MIC is een bio-elektrochemische corrosie die in veel omgevingen kan worden waargenomen16.De vorming van biofilms op metalen oppervlakken verandert de elektrochemische omstandigheden en beïnvloedt zo het corrosieproces.Het is algemeen aanvaard dat MIC-corrosie wordt veroorzaakt door biofilms14.Elektrogene micro-organismen eten metalen weg om energie te verkrijgen om te overleven17.Recente MIC-onderzoeken hebben aangetoond dat EET (extracellulaire elektronenoverdracht) de beperkende factor is voor MIC geïnduceerd door elektrogene micro-organismen.Zhang et al.18 hebben aangetoond dat elektronenmediatoren de elektronenoverdracht tussen de sessiele cellen van Desulfovibrio vulgaris en 304 roestvrij staal versnellen, wat resulteert in een ernstigere MIC-aanval.Anning et al.19 en Wenzlaff et al.20 hebben aangetoond dat biofilms van corrosieve sulfaatreducerende bacteriën (SRB's) elektronen rechtstreeks uit metalen substraten kunnen absorberen, wat resulteert in ernstige putvorming.
Het is bekend dat DSS gevoelig is voor MIC in media die SRB's, ijzerreducerende bacteriën (IRB's), enz. bevatten 21 .Deze bacteriën veroorzaken plaatselijke putjes op het oppervlak van de DSS onder de biofilm22,23.In tegenstelling tot DSS is er weinig bekend over de MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa is een Gram-negatieve, beweeglijke, staafvormige bacterie die wijd verspreid is in de natuur25.Pseudomonas aeruginosa is ook de belangrijkste microbiota die verantwoordelijk is voor de MIC van staal in het mariene milieu26.Pseudomonas-soorten zijn direct betrokken bij corrosieprocessen en worden erkend als de eerste kolonisatoren tijdens biofilmvorming27.Mahat et al.28 en Yuan et al.29 toonden aan dat Pseudomonas aeruginosa de neiging heeft de corrosiesnelheid van zacht staal en legeringen in aquatische omgevingen te verhogen.
Het hoofddoel van dit werk is het bestuderen van de MIC-eigenschappen van 2707 HDSS veroorzaakt door de mariene aërobe bacterie Pseudomonas aeruginosa met behulp van elektrochemische methoden, oppervlakteanalysemethoden en corrosieproductanalyse.Elektrochemische onderzoeken, waaronder open circuit potentieel (OCP), lineaire polarisatieweerstand (LPR), elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) en dynamische potentiële polarisatie, werden uitgevoerd om het gedrag van de MIC 2707 HDSS te bestuderen.Energiedispersieve spectroscopie (EDS)-analyse wordt uitgevoerd om chemische elementen op gecorrodeerde oppervlakken te detecteren.Bovendien werd de stabiliteit van de passivatie van oxidefilms onder invloed van een mariene omgeving die Pseudomonas aeruginosa bevat, bepaald door röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS).De diepte van de putjes werd gemeten onder een confocale laserscanmicroscoop (CLSM).
Tabel 1 toont de chemische samenstelling van 2707 HDSS.Tabel 2 laat zien dat 2707 HDSS uitstekende mechanische eigenschappen heeft met een vloeigrens van 650 MPa.Op afb.1 toont de optische microstructuur van oplossingswarmtebehandeld 2707 HDSS.Langwerpige banden van austenitische en ferritische fasen zonder secundaire fasen zijn te zien in een microstructuur die ongeveer 50% austenitische en 50% ferritische fasen bevat.
Op afb.Figuur 2a toont het open-circuitpotentieel (Eocp) versus de blootstellingstijd voor 2707 HDSS in 2216E abiotisch medium en Pseudomonas aeruginosa-bouillon gedurende 14 dagen bij 37°C.Er werd vastgesteld dat de meest uitgesproken veranderingen in Eocp plaatsvonden tijdens de eerste 24 uur.De Eocp-waarden piekten in beide gevallen op ongeveer -145 mV (versus SCE) na ongeveer 16 uur en daalden vervolgens scherp naar -477 mV (versus SCE) en -236 mV (versus SCE) voor niet-biologische monsters en P voor relatieve monsters. SCE) patinabladeren, respectievelijk.Na 24 uur bleef de Eocp-waarde van Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS relatief stabiel op -228 mV (vergeleken met SCE), terwijl de overeenkomstige waarde voor het niet-biologische monster ongeveer -442 mV was (vergeleken met SCE).Eocp in aanwezigheid van Pseudomonas aeruginosa was vrij laag.
Elektrochemisch testen van 2707 HDSS-monsters in abiotische media en Pseudomonas aeruginosa-bouillon bij 37°C:
(a) Verandering in Eocp met blootstellingstijd, (b) polarisatiecurve op dag 14, (c) verandering in Rp met blootstellingstijd, (d) verandering in corr met blootstellingstijd.
Tabel 3 toont de elektrochemische corrosieparameters van 2707 HDSS-monsters blootgesteld aan abiotische en met P. aeruginosa geïnoculeerde media gedurende een periode van 14 dagen.Tangentiële extrapolatie van de anodische en kathodische curven naar het snijpunt maakte de bepaling van de corrosiestroomdichtheid (icorr), het corrosiepotentieel (Ecorr) en de Tafelhelling (βα en βc) mogelijk volgens standaardmethoden30,31.
Zoals weergegeven in figuur 2b resulteerde de opwaartse verschuiving van de P. aeruginosa-curve in een toename van Ecorr vergeleken met de abiotische curve.De icorr-waarde van het monster dat Pseudomonas aeruginosa bevatte, evenredig met de corrosiesnelheid, nam toe tot 0,328 µA cm-2, wat vier keer groter is dan die van het niet-biologische monster (0,087 µA cm-2).
LPR is een klassieke elektrochemische methode voor niet-destructieve, snelle analyse van corrosie.Het is ook gebruikt om MIC32 te bestuderen.Op afb.Figuur 2c toont de verandering in de polarisatieweerstand (Rp) afhankelijk van de belichtingstijd.Een hogere Rp-waarde betekent minder corrosie.Binnen de eerste 24 uur piekte Rp 2707 HDSS op 1955 kΩ cm2 voor niet-biologische exemplaren en 1429 kΩ cm2 voor Pseudomonas aeruginosa-monsters.Figuur 2c laat ook zien dat de Rp-waarde na één dag snel daalde en vervolgens de daaropvolgende 13 dagen relatief onveranderd bleef.De Rp-waarde voor het Pseudomonas aeruginosa proefstuk bedraagt ongeveer 40 kΩ cm2, wat veel lager is dan de 450 kΩ cm2 waarde voor het niet-biologische proefstuk.
De waarde van icorr is evenredig met de uniforme corrosiesnelheid.De waarde ervan kan worden berekend met de volgende Stern-Giri-vergelijking:
Volgens Zoë et al.33 In dit werk werd de Tafelhelling B als een typische waarde van 26 mV/dec genomen.Op afb.Figuur 2d laat zien dat de icorr van de abiotische stam 2707 relatief stabiel bleef, terwijl de icorr van de Pseudomonas aeruginosa-band na de eerste 24 uur sterk fluctueerde met een grote sprong.De icorr-waarde van het Pseudomonas aeruginosa-testmonster was een orde van grootte hoger dan die van de niet-biologische controle.Deze trend komt overeen met de resultaten van polarisatieweerstand.
EIS is een andere niet-destructieve methode die wordt gebruikt om elektrochemische reacties op een corrosiegrensvlak te karakteriseren34.Impedantiespectra en capaciteitsberekeningen van strips blootgesteld aan abiotische media en oplossingen van Pseudomonas aeruginosa, Rb is de weerstand van de passieve/biofilm gevormd op het oppervlak van de strip, Rct is de ladingsoverdrachtsweerstand, Cdl is de elektrische dubbellaag.) en QCPE-parameters met constante fase-elementen (CPE).Deze parameters werden verder geanalyseerd door de gegevens te vergelijken met een equivalent elektrisch circuitmodel (EEC).
Op afb.Figuur 3 toont typische Nyquist-grafieken (a en b) en Bode-grafieken (a' en b') van 2707 HDSS-monsters in abiotische media en Pseudomonas aeruginosa-bouillon op verschillende incubatietijden.In aanwezigheid van Pseudomonas aeruginosa neemt de diameter van de Nyquist-lus af.De Bode-grafiek (Fig. 3b') toont de toename van de totale impedantie.Informatie over de relaxatietijdconstante kan worden verkregen uit fasemaxima.Op afb.Figuur 4 toont de fysieke structuren en de overeenkomstige EEC gebaseerd op een enkele laag (a) en twee lagen (b).CPE wordt geïntroduceerd in het EEG-model.De toegang en impedantie worden als volgt uitgedrukt:
Twee fysieke modellen en overeenkomstige equivalente circuits voor aanpassing aan het impedantiespectrum van de 2707 HDSS-coupon:
Waar Y0 de grootte van de CPE is, is j het denkbeeldige getal of (−1)1/2, is ω de hoekfrequentie en is n de CPE-vermogensfactor van minder dan één35.De inversie van de ladingsoverdrachtsweerstand (dwz 1/Rct) komt overeen met de corrosiesnelheid.Een lagere Rct-waarde betekent een hogere corrosiesnelheid27.Na 14 dagen incubatie bereikte de Rct van het testmonster van Pseudomonas aeruginosa 32 kΩ cm2, wat veel minder is dan de 489 kΩ cm2 van het niet-biologische testmonster (Tabel 4).
CLSM-afbeeldingen en SEM-afbeeldingen in Fig.5 laten duidelijk zien dat de biofilmdekking op het oppervlak van HDSS-monster 2707 na 7 dagen zeer dicht was.Na 14 dagen werd de biofilmcoating echter schaars en verschenen er enkele dode cellen.Tabel 5 toont de biofilmdikte van 2707 HDSS-monsters na 7 en 14 dagen blootstelling aan Pseudomonas aeruginosa.De maximale biofilmdikte veranderde van 23,4 µm na 7 dagen naar 18,9 µm na 14 dagen.Ook de gemiddelde biofilmdikte bevestigde deze trend.Het daalde van 22,2 ± 0,7 μm na 7 dagen tot 17,8 ± 1,0 μm na 14 dagen.
(a) 3D CLSM-afbeelding na 7 dagen, (b) 3D CLSM-afbeelding na 14 dagen, (c) SEM-afbeelding na 7 dagen en (d) SEM-afbeelding na 14 dagen.
EMF onthulde chemische elementen in biofilm en corrosieproducten op monsters die gedurende 14 dagen waren blootgesteld aan Pseudomonas aeruginosa.Op afb.Figuur 6 laat zien dat het gehalte aan C, N, O, P in de biofilm en corrosieproducten veel hoger is dan in puur metaal, omdat deze elementen geassocieerd zijn met de biofilm en zijn metabolieten.Micro-organismen hebben slechts sporenhoeveelheden Cr en Fe nodig.Het hoge gehalte aan Cr en Fe in de biofilm en corrosieproducten op het oppervlak van het monster duiden op het verlies van elementen in de metaalmatrix als gevolg van corrosie.
Na 14 dagen werden putjes met en zonder P. aeruginosa waargenomen in medium 2216E.Vóór de incubatie was het oppervlak van de monsters glad en zonder defecten (Fig. 7a).Na incubatie en verwijdering van biofilm en corrosieproducten werden de diepste putten op het oppervlak van het monster onderzocht met behulp van CLSM, zoals weergegeven in figuur 7b en c.Er werden geen duidelijke putjes gevonden op het oppervlak van de niet-biologische controle (maximale putdiepte 0,02 µm).De maximale putdiepte veroorzaakt door Pseudomonas aeruginosa was 0,52 µm na 7 dagen en 0,69 µm na 14 dagen, gebaseerd op de gemiddelde maximale putdiepte van 3 monsters (voor elk monster werden 10 maximale putdieptes geselecteerd) en bereikte 0,42 ± 0,12 µm .en respectievelijk 0,52 ± 0,15 µm (Tabel 5).Deze kuiltjesdieptewaarden zijn klein maar belangrijk.
a) vóór blootstelling;b) 14 dagen in een abiotisch milieu;(c) 14 dagen in P. aeruginosa-bouillon.
Op afb.Tabel 8 toont de XPS-spectra van verschillende monsteroppervlakken, en de voor elk oppervlak geanalyseerde chemie is samengevat in Tabel 6. In Tabel 6 waren de atoompercentages van Fe en Cr veel lager in de aanwezigheid van P. aeruginosa (monsters A en B ) dan in de niet-biologische controlestrips.(monsters C en D).Voor een monster van Pseudomonas aeruginosa werd de spectrale curve op Cr 2p-kernniveau aangepast aan vier piekcomponenten met bindingsenergieën (BE) van 574,4, 576,6, 578,3 en 586,8 eV, die werden toegewezen aan Cr, Cr2O3, CrO3 en Cr(OH). 3, respectievelijk (Fig. 9a en b).Voor niet-biologische monsters zijn de spectra van het kernniveau Cr 2p in Fig.9c en d bevatten de twee belangrijkste pieken van respectievelijk Cr (BE 573,80 eV) en Cr2O3 (BE 575,90 eV).Het meest opvallende verschil tussen de abiotische coupon en de P. aeruginosa coupon was de aanwezigheid van Cr6+ en een relatief hoge fractie Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) onder de biofilm.
XPS-spectra met breed oppervlak van 2707 HDSS-monsters in twee media gedurende respectievelijk 7 en 14 dagen.
(a) 7 dagen blootstelling aan P. aeruginosa, (b) 14 dagen blootstelling aan P. aeruginosa, (c) 7 dagen abiotische blootstelling, (d) 14 dagen abiotische blootstelling.
HDSS vertoont in de meeste omgevingen een hoge mate van corrosieweerstand.Kim et al.2 rapporteerden dat HDSS UNS S32707 werd geïdentificeerd als een hooggedoteerde DSS met een PREN groter dan 45. De PREN-waarde van HDSS-monster 2707 in dit werk was 49. Dit komt door het hoge Cr-gehalte en de hoge niveaus van Mo en Ni, die nuttig zijn in zure omgevingen en omgevingen met een hoog chloridegehalte.Bovendien zorgen de uitgebalanceerde samenstelling en de foutvrije microstructuur voor structurele stabiliteit en corrosiebestendigheid.Ondanks uitstekende chemische resistentie laten de experimentele gegevens in dit werk zien dat 2707 HDSS niet volledig immuun is voor Pseudomonas aeruginosa biofilm MIC's.
Elektrochemische resultaten toonden aan dat de corrosiesnelheid van 2707 HDSS in Pseudomonas aeruginosa-bouillon na 14 dagen aanzienlijk toenam in vergelijking met de niet-biologische omgeving.In Figuur 2a werd een afname van Eocp waargenomen zowel in het abiotische medium als in P. aeruginosa-bouillon gedurende de eerste 24 uur.Daarna bedekt de biofilm het oppervlak van het monster en wordt Eocp relatief stabiel.Het biotische Eocp-niveau was echter veel hoger dan het abiotische Eocp-niveau.Er zijn redenen om aan te nemen dat dit verschil verband houdt met de vorming van biofilms van P. aeruginosa.Op afb.2g bereikte de icorr-waarde van 2707 HDSS 0,627 µA cm-2 in de aanwezigheid van Pseudomonas aeruginosa, wat een orde van grootte hoger is dan die van de niet-biologische controle (0,063 µA cm-2), wat consistent is met de Rct waarde gemeten door EIS.Gedurende de eerste dagen namen de impedantiewaarden in de P. aeruginosa-bouillon toe door de aanhechting van P. aeruginosa-cellen en biofilmvorming.De impedantie neemt echter af wanneer de biofilm het monsteroppervlak volledig bedekt.De beschermende laag wordt voornamelijk aangetast door de vorming van biofilm en biofilmmetabolieten.Daarom neemt de corrosieweerstand in de loop van de tijd af en veroorzaken afzettingen van Pseudomonas aeruginosa plaatselijke corrosie.De trends in abiotische omgevingen zijn verschillend.De corrosieweerstand van de niet-biologische controle was veel hoger dan de overeenkomstige waarde van de monsters blootgesteld aan Pseudomonas aeruginosa-bouillon.Bovendien bereikte de Rct 2707 HDSS-waarde voor abiotische monsters 489 kΩ cm2 op dag 14, wat 15 keer hoger is dan in de aanwezigheid van Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).2707 HDSS heeft dus een uitstekende corrosieweerstand in een steriele omgeving, maar wordt niet beschermd tegen MIC-aanvallen door Pseudomonas aeruginosa-biofilm.
Deze resultaten kunnen ook worden waargenomen uit de polarisatiecurven in Fig.2b.Anodische vertakking wordt geassocieerd met de vorming van biofilms van Pseudomonas aeruginosa en metaaloxidatiereacties.Tegelijkertijd is de kathodische reactie de reductie van zuurstof.De aanwezigheid van P. aeruginosa verhoogde de corrosiestroomdichtheid aanzienlijk, die ongeveer een orde van grootte hoger was dan bij de abiotische controle.Dit gaf aan dat de biofilm Pseudomonas aeruginosa de plaatselijke corrosie van 2707 HDSS versterkte.Yuan et al.29 ontdekten dat de corrosiestroomdichtheid van een 70/30 Cu-Ni-legering werd verhoogd door de biofilm Pseudomonas aeruginosa.Dit kan te wijten zijn aan de biokatalyse van zuurstofreductie door Pseudomonas aeruginosa-biofilm.Deze observatie kan ook de MIC 2707 HDSS in dit werk verklaren.Aërobe biofilms kunnen ook het zuurstofgehalte eronder verminderen.De weigering om het metaaloppervlak opnieuw te passiveren met zuurstof kan dus een factor zijn die bijdraagt aan MIC in dit werk.
Dickinson et al.38 suggereerden dat de snelheid van chemische en elektrochemische reacties rechtstreeks afhangt van de metabolische activiteit van bacteriën die aan het monsteroppervlak zijn gehecht en van de aard van de corrosieproducten.Zoals weergegeven in Figuur 5 en Tabel 5 namen het aantal cellen en de dikte van de biofilm na 14 dagen af.Dit kan redelijkerwijs worden verklaard door het feit dat na 14 dagen de meeste verankerde cellen op het 2707 HDSS-oppervlak stierven als gevolg van uitputting van voedingsstoffen in het 2216E-medium of het vrijkomen van toxische metaalionen uit de 2707 HDSS-matrix.Dit is een beperking van batchexperimenten.
In dit werk bevorderde een biofilm van Pseudomonas aeruginosa de lokale uitputting van Cr en Fe onder de biofilm op het oppervlak van 2707 HDSS (Fig. 6).In Tabel 6 namen Fe en Cr af in monster D vergeleken met monster C, wat aangeeft dat het oplossen van Fe en Cr, veroorzaakt door de biofilm van P. aeruginosa, na de eerste 7 dagen gehandhaafd bleef.De 2216E-omgeving wordt gebruikt om het mariene milieu te simuleren.Het bevat 17700 ppm Cl-, wat vergelijkbaar is met het gehalte in natuurlijk zeewater.De aanwezigheid van 17700 ppm Cl- was de belangrijkste reden voor de afname van Cr in 7-daagse en 14-daagse niet-biologische monsters geanalyseerd met XPS.Vergeleken met het testmonster van Pseudomonas aeruginosa is de oplossing van Cr in het abiotische testmonster veel minder vanwege de sterke resistentie van 2707 HDSS tegen chloor in de abiotische omgeving.Op afb.9 toont de aanwezigheid van Cr6+ in de passiveringsfilm.Dit kan verband houden met de verwijdering van Cr van stalen oppervlakken door biofilms van P. aeruginosa, zoals gesuggereerd door Chen en Clayton39.
Door bacteriegroei waren de pH-waarden van het medium voor en na de incubatie respectievelijk 7,4 en 8,2.Het is dus onwaarschijnlijk dat corrosie van organische zuren zal bijdragen aan dit werk onder P. aeruginosa-biofilms vanwege de relatief hoge pH in het bulkmedium.De pH van het niet-biologische controlemedium veranderde niet significant (van aanvankelijk 7,4 naar uiteindelijk 7,5) tijdens de testperiode van 14 dagen.De stijging van de pH in het inoculummedium na incubatie hield verband met de metabolische activiteit van Pseudomonas aeruginosa, en hetzelfde effect op de pH werd gevonden bij afwezigheid van de teststrip.
Zoals weergegeven in afb.7 was de maximale putdiepte veroorzaakt door de Pseudomonas aeruginosa-biofilm 0,69 µm, wat aanzienlijk groter is dan in het abiotische medium (0,02 µm).Dit komt overeen met de bovenstaande elektrochemische gegevens.Onder dezelfde omstandigheden is de putdiepte van 0,69 µm ruim tien maal kleiner dan de voor 2205 DSS40 gespecificeerde waarde van 9,5 µm.Deze gegevens laten zien dat 2707 HDSS een betere weerstand tegen MIC's vertoont dan 2205 DSS.Dit is niet verrassend aangezien 2707 HDSS een hoger Cr-gehalte heeft, waardoor een langere passivatie mogelijk is, Pseudomonas aeruginosa moeilijker te depassiveren is en het proces op gang komt zonder schadelijke secundaire neerslag Pitting41.
Concluderend werd MIC-putjes gevonden op 2707 HDSS-oppervlakken in Pseudomonas aeruginosa-bouillon, terwijl putjes verwaarloosbaar waren in abiotische media.Dit werk laat zien dat 2707 HDSS een betere weerstand heeft tegen MIC dan 2205 DSS, maar dat het niet volledig immuun is voor MIC vanwege de biofilm van Pseudomonas aeruginosa.Deze resultaten helpen bij de selectie van geschikte roestvaste staalsoorten en de levensverwachting voor het mariene milieu.
De 2707 HDSS-monsters werden geleverd door de School of Metallurgy, Northeastern University (NEU), Shenyang, China.De elementaire samenstelling van 2707 HDSS wordt weergegeven in Tabel 1, die werd geanalyseerd door de afdeling Materials Analysis and Testing van Northeastern University.Alle monsters werden gedurende 1 uur bij 1180°C behandeld voor een vaste oplossing.Voorafgaand aan de corrosietesten werd 2707 HDSS-muntstaal met een blootgesteld oppervlak van 1 cm2 gepolijst tot korrel 2000 met siliciumcarbide schuurpapier en vervolgens verder gepolijst met een Al2O3-poederslurry van 0,05 µm.De zijkanten en onderkant zijn beschermd met inerte verf.Na drogen werden de monsters gewassen met steriel gedeïoniseerd water en gedurende 0,5 uur gesteriliseerd met 75% (v/v) ethanol.Vervolgens werden ze vóór gebruik gedurende 0,5 uur aan de lucht gedroogd onder ultraviolet (UV) licht.
Mariene stam Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 werd gekocht bij Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), China.Marine 2216E vloeibaar medium (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China) werd gebruikt om Pseudomonas aeruginosa te kweken in kolven van 250 ml en elektrochemische glascellen van 500 ml onder aerobe omstandigheden bij 37 ° C.Medium bevat (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 gistextract en 0,1 ijzercitraat.Autoclaaf bij 121 °C gedurende 20 minuten voorafgaand aan de inenting.Sessiele en planktoncellen werden geteld onder een lichtmicroscoop met behulp van een hemocytometer bij een vergroting van 400x.De initiële concentratie van planktonische P. aeruginosa-cellen onmiddellijk na inenting was ongeveer 106 cellen/ml.
Elektrochemische tests werden uitgevoerd in een klassieke glascel met drie elektroden met een gemiddeld volume van 500 ml.Een platinaplaat en een verzadigde calomelelektrode (SCE) werden met de reactor verbonden via een Luggin-capillair gevuld met een zoutbrug en dienden respectievelijk als tegen- en referentie-elektroden.Om de werkelektrode te maken, werd met rubber beklede koperdraad aan elk monster bevestigd en bedekt met epoxy, waardoor aan één kant ongeveer 1 cm2 oppervlak overbleef voor de werkelektrode.Tijdens elektrochemische metingen werden de monsters in het 2216E-medium geplaatst en in een waterbad op een constante incubatietemperatuur (37°C) gehouden.OCP-, LPR-, EIS- en potentiële dynamische polarisatiegegevens werden gemeten met behulp van een Autolab-potentiostaat (Referentie 600TM, Gamry Instruments, Inc., VS).LPR-tests werden opgenomen met een scansnelheid van 0,125 mV s-1 in het bereik van -5 en 5 mV en Eocp met een bemonsteringssnelheid van 1 Hz.EIS werd uitgevoerd bij steady-state Eocp met behulp van een aangelegde spanning van 5 mV met een sinusoïde over een frequentiebereik van 0,01 tot 10.000 Hz.Vóór de potentiaalzwaai bevonden de elektroden zich in een open circuitmodus totdat een stabiel vrij corrosiepotentieel van 42 werd bereikt.Met.Elke proef werd driemaal herhaald, met en zonder Pseudomonas aeruginosa.
Monsters voor metallografische analyse werden mechanisch gepolijst met nat SiC-papier met korrel 2000 en vervolgens gepolijst met een 0,05 µm Al203-poederslurry voor optische observatie.Metallografische analyse werd uitgevoerd met behulp van een optische microscoop.Het monster werd geëtst met 10 gew.% kaliumhydroxideoplossing43.
Na incubatie driemaal wassen met fosfaatgebufferde zoutoplossing (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) en vervolgens gedurende 10 uur fixeren met 2,5% (v/v) glutaaraldehyde om de biofilm te fixeren.Daaropvolgende dehydratie met ethanol in een stapsgewijze reeks (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% en 100% op volumebasis) vóór drogen aan de lucht.Tenslotte werd een goudfilm op het oppervlak van het monster gesputterd om geleidbaarheid voor SEM44-observatie te verschaffen.De SEM-beelden zijn gericht op de locatie met de meest gevestigde P. aeruginosa-cellen op het oppervlak van elk monster.EMF-analyse werd uitgevoerd om chemische elementen te detecteren.Om de diepte van de put te meten, werd een Zeiss confocale laserscanmicroscoop (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Duitsland) gebruikt.Om corrosieputten onder de biofilm waar te nemen, werd het testmonster eerst gereinigd volgens de Chinese Nationale Standaard (CNS) GB/T4334.4-2000 om corrosieproducten en biofilm van het oppervlak van het testmonster te verwijderen.
Röntgenfoto-elektronenspectroscopie (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, VS) analyse met behulp van een monochromatische röntgenbron (Al Kα-lijn met een energie van 1500 eV en een vermogen van 150 W) in een breed scala aan bindingsenergieën 0 onder de standaardomstandigheden van –1350 eV.Neem spectra met hoge resolutie op met behulp van 50 eV doorgangsenergie en een stapgrootte van 0,2 eV.
Verwijder het geïncubeerde monster en was het voorzichtig met PBS (pH 7,4 ± 0,2) gedurende 15 s45.Om de bacteriële levensvatbaarheid van de biofilm op het monster te observeren, werd de biofilm gekleurd met behulp van de LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, VS).De kit bevat twee fluorescerende kleurstoffen: SYTO-9 groene fluorescerende kleurstof en propidiumjodide (PI) rode fluorescerende kleurstof.In CLSM vertegenwoordigen fluorescerende groene en rode stippen respectievelijk levende en dode cellen.Voor kleuring incubeer 1 ml van een mengsel dat 3 µl SYTO-9 en 3 µl PI-oplossing bevat, bij kamertemperatuur (23°C) gedurende 20 minuten in het donker.Daarna werden de gekleurde monsters waargenomen bij twee golflengten (488 nm voor levende cellen en 559 nm voor dode cellen) met behulp van een Nikon CLSM-apparaat (C2 Plus, Nikon, Japan).Meet de biofilmdikte in de 3D-scanmodus.
Hoe dit artikel citeren: Li, H. et al.Effect van mariene biofilm van Pseudomonas aeruginosa op microbiële corrosie van 2707 superduplex roestvrij staal.wetenschap.Huis 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Spanningscorrosiescheuren van LDX 2101 duplex roestvrij staal in chlorideoplossingen in aanwezigheid van thiosulfaat.corrosie.de wetenschap.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS en Park, YS Effect van oplossingswarmtebehandeling en stikstof in beschermgas op de putcorrosieweerstand van superduplex roestvrijstalen lassen.corrosie.de wetenschap.53, 1939-1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. en Lewandowski, Z. Een chemisch vergelijkend onderzoek van microbiële en elektrochemische putjes in 316L roestvrij staal.corrosie.de wetenschap.45, 2577-2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG en Xiao K. Elektrochemisch gedrag van 2205 duplex roestvrij staal in alkalische oplossingen bij verschillende pH-waarden in aanwezigheid van chloride.elektrochemie.Logboek.64, 211–220 (2012).
Posttijd: 09-jan-2023