Efectul biofilmului marin Pseudomonas aeruginosa asupra coroziunii microbiene a oțelului inoxidabil 2707 Super Duplex

Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com.Utilizați o versiune de browser cu suport limitat pentru CSS.Pentru cea mai bună experiență, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer).În plus, pentru a asigura suport continuu, arătăm site-ul fără stiluri și JavaScript.
Afișează un carusel de trei diapozitive simultan.Utilizați butoanele Anterior și Următorul pentru a vă deplasa prin trei diapozitive simultan sau utilizați butoanele glisante de la sfârșit pentru a vă deplasa prin trei diapozitive simultan.
Coroziunea microbiană (MIC) este o problemă majoră în multe industrii, deoarece poate duce la pierderi economice uriașe.Oțelul inoxidabil super duplex 2707 (2707 HDSS) este utilizat în mediile marine datorită rezistenței sale chimice excelente.Cu toate acestea, rezistența sa la MIC nu a fost demonstrată experimental.Acest studiu a examinat comportamentul MIC 2707 HDSS cauzat de bacteria aerobă marina Pseudomonas aeruginosa.Analiza electrochimică a arătat că, în prezența biofilmului de Pseudomonas aeruginosa în mediul 2216E, potențialul de coroziune s-a schimbat pozitiv, iar densitatea curentului de coroziune a crescut.Rezultatele analizei prin spectroscopie fotoelectronică cu raze X (XPS) au arătat o scădere a conținutului de Cr pe suprafața probei de sub biofilm.Analiza imaginilor gropii a arătat că biofilmele Pseudomonas aeruginosa au produs o adâncime maximă a gropii de 0,69 µm după 14 zile de cultură.Deși acest lucru este mic, sugerează că 2707 HDSS nu sunt complet imune la efectele biofilmelor P. aeruginosa asupra MIC.
Oțelul inoxidabil duplex (DSS) este utilizat pe scară largă în diverse industrii datorită combinației perfecte dintre proprietățile mecanice excelente și rezistența la coroziune1,2.Cu toate acestea, pot apărea în continuare pitting localizat, ceea ce poate afecta integritatea acestui oțel 3, 4.DSS nu este protejat împotriva coroziunii microbiene (MIC)5,6.Deși gama de aplicare a DSS este foarte largă, există încă medii în care rezistența la coroziune a DSS nu este suficientă pentru utilizare pe termen lung.Aceasta înseamnă că sunt necesare materiale mai scumpe, cu rezistență mai mare la coroziune.Jeon și colab.7 au descoperit că chiar și oțelul inoxidabil super duplex (SDSS) are unele limitări în ceea ce privește rezistența la coroziune.Prin urmare, este nevoie de oțeluri inoxidabile super duplex (HDSS) cu rezistență mai mare la coroziune în anumite aplicații.Acest lucru a condus la dezvoltarea HDSS înalt aliat.
Rezistența la coroziune a DSS este determinată de raportul dintre faza α și faza y și zonele epuizate în Cr, Mo și W adiacente fazelor secundare8,9,10.HDSS conține un conținut ridicat de Cr, Mo și N11, ceea ce îi conferă o rezistență excelentă la coroziune și o valoare mare (45-50) echivalentă a rezistenței la pitting (PREN), care este definită de % în greutate Cr + 3,3 (% în greutate Mo). + 0, 5 % în greutate) + 16 % în greutate.N12.Rezistența sa excelentă la coroziune depinde de o compoziție echilibrată care conține aproximativ 50% faze feritice (α) și 50% faze austenitice (γ).HDSS are proprietăți mecanice îmbunătățite și rezistență mai mare la clor în comparație cu DSS13 convențional.Caracteristicile coroziunii chimice.Rezistența îmbunătățită la coroziune extinde utilizarea HDSS în medii cu clorură mai agresive, cum ar fi mediile marine.
MIC este o problemă semnificativă în multe industrii, inclusiv în aprovizionarea cu petrol și gaze și apă14.MIC reprezintă 20% din toate daunele provocate de coroziune15.MIC este o coroziune bioelectrochimică care poate fi observată în multe medii16.Formarea de biofilme pe suprafețele metalice modifică condițiile electrochimice și astfel influențează procesul de coroziune.Este în general acceptat că coroziunea MIC este cauzată de biofilme14.Microorganismele electrogenice mănâncă metalele pentru a obține energie pentru supraviețuire17.Studii recente MIC au arătat că EET (transferul extracelular de electroni) este factorul limitator pentru MIC indus de microorganismele electrogenice.Zhang și colab.18 au demonstrat că mediatorii de electroni accelerează transferul de electroni între celulele sesile Desulfovibrio vulgaris și oțelul inoxidabil 304, rezultând un atac MIC mai sever.Anning şi colab.19 și Wenzlaff și colab.20 au arătat că biofilmele bacteriilor corozive reducătoare de sulfat (SRB) pot absorbi electronii direct din substraturile metalice, ducând la pitting severe.
Se știe că DSS este susceptibil la MIC în mediile care conțin SRB, bacterii reducătoare de fier (IRB), etc. 21 .Aceste bacterii provoacă pitting localizat pe suprafața DSS sub biofilm22,23.Spre deosebire de DSS, se știe puțin despre MIC HDSS24.
Pseudomonas aeruginosa este o bacterie Gram-negativă, mobilă, în formă de baston, care este larg răspândită în natură25.Pseudomonas aeruginosa este, de asemenea, principala microbiotă responsabilă pentru MIC a oțelului în mediul marin26.Speciile Pseudomonas sunt direct implicate în procesele de coroziune și sunt recunoscute ca primii colonizatori în timpul formării biofilmului27.Mahat şi colab.28 şi Yuan şi colab.29 a demonstrat că Pseudomonas aeruginosa tinde să crească rata de coroziune a oțelului moale și a aliajelor în mediile acvatice.
Scopul principal al acestei lucrări este de a studia proprietățile MIC ale 2707 HDSS cauzate de bacteria aerobă marina Pseudomonas aeruginosa folosind metode electrochimice, metode de analiză a suprafeței și analiza produsului de coroziune.Studiile electrochimice, inclusiv potențialul de circuit deschis (OCP), rezistența la polarizare liniară (LPR), spectroscopia de impedanță electrochimică (EIS) și polarizarea potențialului dinamic au fost efectuate pentru a studia comportamentul MIC 2707 HDSS.Analiza prin spectroscopie cu dispersie energetică (EDS) este efectuată pentru a detecta elemente chimice pe suprafețele corodate.În plus, stabilitatea pasivării filmului de oxid sub influența unui mediu marin care conține Pseudomonas aeruginosa a fost determinată prin spectroscopie fotoelectronică cu raze X (XPS).Adâncimea gropilor a fost măsurată la un microscop cu scanare laser confocal (CLSM).
Tabelul 1 arată compoziția chimică a 2707 HDSS.Tabelul 2 arată că 2707 HDSS are proprietăți mecanice excelente cu o limită de curgere de 650 MPa.Pe fig.1 prezintă microstructura optică a soluției tratate termic 2707 HDSS.Benzi alungite de faze austenitice și feritice fără faze secundare pot fi observate într-o microstructură care conține aproximativ 50% faze austenitice și 50% feritice.
Pe fig.2a prezintă potențialul de circuit deschis (Eocp) față de timpul de expunere pentru 2707 HDSS în mediu abiotic 2216E și bulion de Pseudomonas aeruginosa timp de 14 zile la 37°C.S-a constatat că cele mai pronunțate modificări ale Eocp au avut loc în primele 24 de ore.Valorile Eocp în ambele cazuri au crescut la aproximativ -145 mV (față de SCE) la aproximativ 16 ore și apoi au scăzut brusc la -477 mV (față de SCE) și -236 mV (față de SCE) pentru probele nebiologice și P pentru relative. SCE), respectiv frunze de patina.După 24 de ore, valoarea Eocp a Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS a rămas relativ stabilă la -228 mV (comparativ cu SCE), în timp ce valoarea corespunzătoare pentru proba nebiologică a fost de aproximativ -442 mV (comparativ cu SCE).Eocp în prezența Pseudomonas aeruginosa a fost destul de scăzută.
Testarea electrochimică a 2707 probe HDSS în mediu abiotic și bulion de Pseudomonas aeruginosa la 37°C:
(a) Modificarea Eocp cu timpul de expunere, (b) curba de polarizare în ziua 14, (c) modificarea Rp cu timpul de expunere, (d) modificarea corr cu timpul de expunere.
Tabelul 3 prezintă parametrii de coroziune electrochimică ai 2707 probe HDSS expuse la medii abiotice și inoculate cu P. aeruginosa pe o perioadă de 14 zile.Extrapolarea tangenţială a curbelor anodice şi catodice la punctul de intersecţie a permis determinarea densităţii curentului de coroziune (icorr), a potenţialului de coroziune (Ecorr) şi a pantei Tafel (βα şi βc) conform metodelor standard30,31.
După cum se arată în Figura 2b, deplasarea în sus a curbei P. aeruginosa a dus la o creștere a Ecorr în comparație cu curba abiotică.Valoarea icorr a probei care conține Pseudomonas aeruginosa, proporțională cu viteza de coroziune, a crescut la 0,328 µA cm-2, care este de patru ori mai mare decât cea a probei nebiologice (0,087 µA cm-2).
LPR este o metodă electrochimică clasică pentru analiza expresă nedistructivă a coroziunii.De asemenea, a fost folosit pentru a studia MIC32.Pe fig.2c arată modificarea rezistenței de polarizare (Rp) în funcție de timpul de expunere.O valoare Rp mai mare înseamnă mai puțină coroziune.În primele 24 de ore, Rp 2707 HDSS a atins vârful la 1955 kΩ cm2 pentru specimenele nebiologice și 1429 kΩ cm2 pentru specimenele Pseudomonas aeruginosa.Figura 2c arată, de asemenea, că valoarea Rp a scăzut rapid după o zi și apoi a rămas relativ neschimbată în următoarele 13 zile.Valoarea Rp pentru specimenul de testat Pseudomonas aeruginosa este de aproximativ 40 kΩ cm2, ceea ce este mult mai mic decât valoarea de 450 kΩ cm2 pentru specimenul de testat non-biologic.
Valoarea icorr este proporțională cu rata de coroziune uniformă.Valoarea sa poate fi calculată din următoarea ecuație Stern-Giri:
Conform lui Zoe et al.33 panta Tafel B a fost luată ca valoare tipică de 26 mV/dec în această lucrare.Pe fig.2d arată că icorr-ul tulpinii abiotice 2707 a rămas relativ stabil, în timp ce icorr-ul benzii de Pseudomonas aeruginosa a fluctuat puternic cu un salt mare după primele 24 de ore.Valoarea icorr a probei de testare Pseudomonas aeruginosa a fost cu un ordin de mărime mai mare decât cea a martorului non-biologic.Această tendință este în concordanță cu rezultatele rezistenței la polarizare.
EIS este o altă metodă nedistructivă utilizată pentru a caracteriza reacțiile electrochimice la o interfață de coroziune34.Spectrele de impedanță și calculele capacității benzilor expuse la medii abiotice și soluții de Pseudomonas aeruginosa, Rb este rezistența pasivului/biofilmului format pe suprafața benzii, Rct este rezistența de transfer de sarcină, Cdl este stratul dublu electric.) și parametrii elementului de fază constantă (CPE) QCPE.Acești parametri au fost analizați în continuare prin compararea datelor cu un model de circuit electric echivalent (EEC).
Pe fig.3 prezintă diagrame tipice Nyquist (a și b) și diagrame Bode (a' și b') a 2707 probe HDSS în mediu abiotic și bulion de Pseudomonas aeruginosa la diferiți timpi de incubare.În prezența Pseudomonas aeruginosa, diametrul buclei Nyquist scade.Graficul Bode (Fig. 3b') arată creșterea impedanței totale.Informațiile despre constanta de timp de relaxare pot fi obținute din maximele de fază.Pe fig.4 prezintă structurile fizice și CEE corespunzătoare bazate pe un singur strat (a) și două straturi (b).CPE este introdus în modelul CEE.Admitența și impedanța sa sunt exprimate după cum urmează:
Două modele fizice și circuite echivalente corespunzătoare pentru montarea spectrului de impedanță cupon 2707 HDSS:
Unde Y0 este mărimea CPE, j este numărul imaginar sau (−1)1/2, ω este frecvența unghiulară și n este factorul de putere CPE mai mic decât unu35.Inversarea rezistenței la transferul de sarcină (adică 1/Rct) corespunde vitezei de coroziune.O valoare mai mică a Rct înseamnă o rată de coroziune mai mare27.După 14 zile de incubare, Rct-ul probei de testat de Pseudomonas aeruginosa a atins 32 kΩ cm2, ceea ce este mult mai mic decât cei 489 kΩ cm2 ai probei de test non-biologic (Tabelul 4).
Imagini CLSM și imagini SEM din fig.5 arată clar că acoperirea biofilmului de pe suprafața probei HDSS 2707 a fost foarte densă după 7 zile.Cu toate acestea, după 14 zile, stratul de biofilm a devenit rară și au apărut unele celule moarte.Tabelul 5 arată grosimea biofilmului a 2707 probe HDSS după 7 și 14 zile de expunere la Pseudomonas aeruginosa.Grosimea maximă a biofilmului sa schimbat de la 23,4 µm după 7 zile la 18,9 µm după 14 zile.Grosimea medie a biofilmului a confirmat, de asemenea, această tendință.A scăzut de la 22,2 ± 0,7 μm după 7 zile la 17,8 ± 1,0 μm după 14 zile.
(a) Imagine 3-D CLSM la 7 zile, (b) Imagine 3-D CLSM la 14 zile, (c) Imagine SEM la 7 zile și (d) Imagine SEM la 14 zile.
EMF a dezvăluit elemente chimice în biofilm și produse de coroziune pe probele expuse la Pseudomonas aeruginosa timp de 14 zile.Pe fig.Figura 6 arată că conținutul de C, N, O, P în biofilm și în produsele de coroziune este mult mai mare decât în ​​metalul pur, deoarece aceste elemente sunt asociate cu biofilmul și metaboliții săi.Microorganismele necesită doar urme de Cr și Fe.Conținutul ridicat de Cr și Fe din biofilm și produsele de coroziune de pe suprafața probei indică pierderea elementelor din matricea metalică ca urmare a coroziunii.
După 14 zile, au fost observate gropi cu și fără P. aeruginosa în mediu 2216E.Înainte de incubare, suprafața probelor a fost netedă și fără defecte (Fig. 7a).După incubarea și îndepărtarea biofilmului și a produselor de coroziune, cele mai adânci gropi de pe suprafața probei au fost examinate folosind CLSM, așa cum se arată în Fig. 7b și c.Nu s-au găsit sâmburi evidente pe suprafața martorului non-biologic (adâncimea maximă a gropii 0,02 µm).Adâncimea maximă a gropii cauzată de Pseudomonas aeruginosa a fost de 0,52 µm după 7 zile și 0,69 µm după 14 zile, pe baza mediei adâncimii maxime a gropii din 3 probe (au fost selectate 10 adâncimi maxime de groapă pentru fiecare probă) și a ajuns la 0,42 ± 0,12 µm .şi, respectiv, 0,52 ± 0,15 um (Tabelul 5).Aceste valori ale adâncimii gropițelor sunt mici, dar importante.
(a) înainte de expunere;(b) 14 zile într-un mediu abiotic;(c) 14 zile în bulion de P. aeruginosa.
Pe fig.Tabelul 8 prezintă spectrele XPS ale diferitelor suprafețe de probă, iar chimia analizată pentru fiecare suprafață este rezumată în Tabelul 6. În Tabelul 6, procentele atomice de Fe și Cr au fost mult mai mici în prezența P. aeruginosa (probele A și B ) decât în ​​benzile de control nebiologic.(probele C și D).Pentru o probă de Pseudomonas aeruginosa, curba spectrală a nivelului de miez Cr 2p a fost ajustată la patru componente de vârf cu energii de legare (BE) de 574,4, 576,6, 578,3 și 586,8 eV, care au fost atribuite Cr, Cr2O3, CrO3 și Cr(OH) 3, respectiv (Fig. 9a și b).Pentru probele nebiologice, spectrele nivelului central Cr 2p din Fig.9c și d conțin cele două vârfuri principale ale Cr (BE 573,80 eV) și respectiv Cr2O3 (BE 575,90 eV).Cea mai izbitoare diferență între cuponul abiotic și cuponul P. aeruginosa a fost prezența Cr6+ și o fracție relativ mare de Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) sub biofilm.
Spectre XPS de suprafață largă de 2707 mostre HDSS în două medii timp de 7 și, respectiv, 14 zile.
(a) 7 zile de expunere la P. aeruginosa, (b) 14 zile de expunere la P. aeruginosa, (c) 7 zile de expunere la abiotic, (d) 14 zile de expunere abiotică.
HDSS prezintă un nivel ridicat de rezistență la coroziune în majoritatea mediilor.Kim et al.2 au raportat că HDSS UNS S32707 a fost identificat ca un DSS puternic dopat cu PREN mai mare de 45. Valoarea PREN a eșantionului HDSS 2707 în această lucrare a fost de 49. Acest lucru se datorează conținutului ridicat de Cr și nivelurilor ridicate de Mo și Ni, care sunt utile în medii acide și medii cu un conținut ridicat de cloruri.În plus, compoziția bine echilibrată și microstructura fără defecte asigură stabilitate structurală și rezistență la coroziune.În ciuda rezistenței chimice excelente, datele experimentale din această lucrare arată că 2707 HDSS nu este complet imun la MIC-urile biofilmului Pseudomonas aeruginosa.
Rezultatele electrochimice au arătat că rata de coroziune a 2707 HDSS în bulionul Pseudomonas aeruginosa a crescut semnificativ după 14 zile în comparație cu mediul non-biologic.În Figura 2a, s-a observat o scădere a Eocp atât în ​​mediul abiotic, cât și în bulionul de P. aeruginosa în primele 24 de ore.După aceea, biofilmul termină să acopere suprafața probei și Eocp devine relativ stabil.Cu toate acestea, nivelul Eocp biotic a fost mult mai mare decât nivelul Eocp abiotic.Există motive să credem că această diferență este asociată cu formarea de biofilme de P. aeruginosa.Pe fig.2g, valoarea icorr a 2707 HDSS a atins 0,627 µA cm-2 în prezența Pseudomonas aeruginosa, care este cu un ordin de mărime mai mare decât cea a martorului nebiologic (0,063 µA cm-2), ceea ce este în concordanță cu Rct. valoare măsurată prin EIS.În primele zile, valorile impedanței în bulionul P. aeruginosa au crescut datorită atașării celulelor P. aeruginosa și formării biofilmului.Totuși, impedanța scade atunci când biofilmul acoperă complet suprafața probei.Stratul protector este atacat în primul rând din cauza formării biofilmului și a metaboliților biofilmului.Prin urmare, rezistența la coroziune scade în timp, iar depozitele de Pseudomonas aeruginosa provoacă coroziune localizată.Tendințele în mediile abiotice sunt diferite.Rezistența la coroziune a martorului non-biologic a fost mult mai mare decât valoarea corespunzătoare a probelor expuse la bulionul Pseudomonas aeruginosa.În plus, pentru probele abiotice, valoarea Rct 2707 HDSS a atins 489 kΩ cm2 în ziua 14, ceea ce este de 15 ori mai mare decât în ​​prezența Pseudomonas aeruginosa (32 kΩ cm2).Astfel, 2707 HDSS are o rezistență excelentă la coroziune într-un mediu steril, dar nu este protejat de atacul MIC de către biofilmul Pseudomonas aeruginosa.
Aceste rezultate pot fi observate și din curbele de polarizare din Fig.2b.Ramificarea anodică este asociată cu formarea de biofilm de Pseudomonas aeruginosa și reacții de oxidare a metalelor.În același timp, reacția catodică este reducerea oxigenului.Prezența P. aeruginosa a crescut semnificativ densitatea curentului de coroziune, care a fost cu aproximativ un ordin de mărime mai mare decât în ​​controlul abiotic.Acest lucru a indicat că biofilmul Pseudomonas aeruginosa a îmbunătățit coroziunea localizată a 2707 HDSS.Yuan et al.29 au descoperit că densitatea curentului de coroziune a unui aliaj 70/30 Cu-Ni a fost crescută de biofilmul Pseudomonas aeruginosa.Acest lucru se poate datora biocatalizei reducerii oxigenului de către biofilmul Pseudomonas aeruginosa.Această observație poate explica, de asemenea, MIC 2707 HDSS în această lucrare.Biofilmele aerobe pot reduce, de asemenea, conținutul de oxigen de sub ele.Astfel, refuzul de a repasiva suprafața metalică cu oxigen poate fi un factor care contribuie la MIC în această lucrare.
Dickinson și colab.38 a sugerat că viteza reacțiilor chimice și electrochimice depinde direct de activitatea metabolică a bacteriilor atașate la suprafața probei și de natura produselor de coroziune.După cum se arată în Figura 5 și Tabelul 5, numărul de celule și grosimea biofilmului au scăzut după 14 zile.Acest lucru poate fi explicat în mod rezonabil prin faptul că, după 14 zile, majoritatea celulelor ancorate pe suprafața HDSS 2707 au murit din cauza epuizării nutrienților în mediul 2216E sau a eliberării de ioni metalici toxici din matricea HDSS 2707.Aceasta este o limitare a experimentelor pe lot.
În această lucrare, un biofilm de Pseudomonas aeruginosa a promovat epuizarea locală a Cr și Fe sub biofilmul de pe suprafața HDSS 2707 (Fig. 6).În Tabelul 6, Fe și Cr au scăzut în proba D comparativ cu proba C, indicând faptul că dizolvarea Fe și Cr cauzată de biofilmul de P. aeruginosa a fost menținută după primele 7 zile.Mediul 2216E este utilizat pentru a simula mediul marin.Conține 17700 ppm Cl-, ceea ce este comparabil cu conținutul său din apa de mare naturală.Prezența a 17700 ppm Cl- a fost principalul motiv pentru scăderea Cr în probele nebiologice de 7 și 14 zile analizate prin XPS.În comparație cu proba de testare de Pseudomonas aeruginosa, dizolvarea Cr în proba de testare abiotică este mult mai mică datorită rezistenței puternice a 2707 HDSS la clor în mediul abiotic.Pe fig.9 prezintă prezența Cr6+ în filmul de pasivizare.Acest lucru poate fi legat de îndepărtarea Cr de pe suprafețele de oțel de către biofilmele P. aeruginosa, așa cum au sugerat Chen și Clayton39.
Datorită creșterii bacteriene, valorile pH-ului mediului înainte și după incubare au fost de 7,4 și, respectiv, 8,2.Astfel, coroziunea acizilor organici este puțin probabil să contribuie la acest lucru sub biofilmele P. aeruginosa din cauza pH-ului relativ ridicat în mediul în vrac.pH-ul mediului de control non-biologic nu sa schimbat semnificativ (de la 7,4 inițial la 7,5 final) în timpul perioadei de testare de 14 zile.Creșterea pH-ului în mediul de inocul după incubare a fost asociată cu activitatea metabolică a Pseudomonas aeruginosa, iar același efect asupra pH-ului a fost găsit în absența benzii de testare.
După cum se arată în fig.7, adâncimea maximă a gropii cauzată de biofilmul Pseudomonas aeruginosa a fost de 0,69 µm, ceea ce este semnificativ mai mare decât în ​​mediul abiotic (0,02 µm).Acest lucru este de acord cu datele electrochimice de mai sus.În aceleași condiții, adâncimea gropii de 0,69 µm este de peste zece ori mai mică decât valoarea de 9,5 µm specificată pentru 2205 DSS40.Aceste date arată că 2707 HDSS prezintă o rezistență mai bună la MIC decât 2205 DSS.Acest lucru nu este surprinzător, deoarece 2707 HDSS are un nivel mai ridicat de Cr, ceea ce permite o pasivare mai lungă, face ca Pseudomonas aeruginosa să fie mai dificil de depasivizat și începe procesul fără precipitații secundare dăunătoare Pitting41.
În concluzie, pitting MIC a fost găsit pe 2707 suprafețe HDSS în bulionul Pseudomonas aeruginosa, în timp ce pitting a fost neglijabil în medii abiotice.Această lucrare arată că 2707 HDSS are o rezistență mai bună la MIC decât 2205 DSS, dar nu este complet imun la MIC datorită biofilmului Pseudomonas aeruginosa.Aceste rezultate ajută la selectarea oțelurilor inoxidabile adecvate și a speranței de viață pentru mediul marin.
Cele 2707 mostre HDSS au fost furnizate de Școala de Metalurgie, Universitatea de Nord-Est (NEU), Shenyang, China.Compoziția elementară a 2707 HDSS este prezentată în Tabelul 1, care a fost analizat de Departamentul de Analiză și Testare a Materialelor din Universitatea Northeastern.Toate probele au fost tratate pentru soluție solidă la 1180°C timp de 1 oră.Înainte de testarea coroziunii, oțelul monedă 2707 HDSS cu o suprafață expusă de 1 cm2 a fost lustruit la granulație 2000 cu hârtie abrazivă cu carbură de siliciu și apoi lustruit în continuare cu o suspensie de pulbere de Al2O3 de 0,05 µm.Laturile și fundul sunt protejate cu vopsea inertă.După uscare, probele au fost spălate cu apă deionizată sterilă și sterilizate cu etanol 75% (v/v) timp de 0,5 ore.Au fost apoi uscate la aer sub lumină ultravioletă (UV) timp de 0,5 ore înainte de utilizare.
Tulpina marina Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 a fost achiziționată de la Xiamen Marine Culture Collection (MCCC), China.Mediul lichid marin 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China) a fost utilizat pentru a cultiva Pseudomonas aeruginosa în baloane de 250 ml și celule de sticlă electrochimică de 500 ml în condiții aerobe la 37°C.Mediul conține (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 SrBr03,02,02,03,03 0,008, 0,008 Na4F0H20PO.1,0 extract de drojdie și 0,1 citrat de fier.Se autoclavează la 121 °C timp de 20 de minute înainte de inoculare.Celulele sesile și planctonice au fost numărate la microscop cu lumină folosind un hemocitometru la mărire de 400x.Concentrația inițială a celulelor planctonice de P. aeruginosa imediat după inoculare a fost de aproximativ 106 celule/mL.
Testele electrochimice au fost efectuate într-o celulă clasică de sticlă cu trei electrozi cu un volum mediu de 500 ml.O foaie de platină și un electrod de calomel saturat (SCE) au fost conectate la reactor printr-un capilar Luggin umplut cu o punte de sare și au servit drept contraelectrozi și respectiv electrozi de referință.Pentru a crea electrodul de lucru, sârmă de cupru acoperită cu cauciuc a fost atașată la fiecare probă și acoperită cu epoxid, lăsând aproximativ 1 cm2 de suprafață pe o parte pentru electrodul de lucru.În timpul măsurătorilor electrochimice, probele au fost plasate în mediul 2216E și păstrate la o temperatură de incubare constantă (37°C) într-o baie de apă.OCP, LPR, EIS și datele de polarizare dinamică potențială au fost măsurate utilizând un potențiostat Autolab (Referință 600TM, Gamry Instruments, Inc., SUA).Testele LPR au fost înregistrate la o rată de scanare de 0,125 mV s-1 în intervalul -5 și 5 mV și Eocp cu o rată de eșantionare de 1 Hz.EIS a fost efectuat la Eocp la starea de echilibru folosind o tensiune aplicată de 5 mV cu o sinusoidă pe un interval de frecvență de la 0,01 la 10.000 Hz.Înainte de măsurarea potențialului, electrozii au fost în modul circuit deschis până când a fost atins un potențial de coroziune liber stabil de 42.Cu.Fiecare test a fost repetat de trei ori cu și fără Pseudomonas aeruginosa.
Probele pentru analiza metalografică au fost lustruite mecanic cu hârtie SiC umedă cu granulație 2000 și apoi lustruite cu o suspensie de pulbere de Al2O3 de 0,05 µm pentru observație optică.Analiza metalografică a fost efectuată cu ajutorul unui microscop optic.Proba a fost gravată cu soluție de hidroxid de potasiu 10% în greutate43.
După incubare, se spală de 3 ori cu soluție salină tamponată cu fosfat (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) și apoi se fixează cu 2,5% (v/v) glutaraldehidă timp de 10 ore pentru a fixa biofilmul.Deshidratare ulterioară cu etanol într-o serie în trepte (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% și 100% în volum) înainte de uscarea la aer.În cele din urmă, o peliculă de aur a fost pulverizată pe suprafața probei pentru a oferi conductivitate pentru observarea SEM44.Imaginile SEM sunt concentrate pe locația cu cele mai stabilite celule P. aeruginosa de pe suprafața fiecărei probe.Analiza EMF a fost efectuată pentru a detecta elementele chimice.Pentru a măsura adâncimea gropii, a fost folosit un microscop de scanare laser confocal Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Germania).Pentru a observa gropile de coroziune de sub biofilm, proba de testat a fost mai întâi curățată conform standardului național chinez (CNS) GB/T4334.4-2000 pentru a îndepărta produsele de coroziune și biofilmul de pe suprafața probei de testat.
Analiza prin spectroscopie de fotoelectroni cu raze X (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, SUA) folosind o sursă de raze X monocromatice (linia Al Kα cu o energie de 1500 eV și o putere de 150 W) într-o gamă largă de energii de legare 0 sub condițiile standard de –1350 eV.Înregistrați spectre de înaltă rezoluție folosind energie de trecere de 50 eV și dimensiunea pasului de 0,2 eV.
Se îndepărtează proba incubată și se spală ușor cu PBS (pH 7,4 ± 0,2) timp de 15 s45.Pentru a observa viabilitatea bacteriană a biofilmului de pe probă, biofilmul a fost colorat folosind kit-ul LIVE/DEAD BacLight BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, SUA).Setul conține doi coloranți fluorescenți: colorant fluorescent verde SYTO-9 și colorant fluorescent roșu cu iodură de propidiu (PI).În CLSM, punctele verzi și roșii fluorescente reprezintă celule vii și, respectiv, moarte.Pentru colorare, se incubează 1 ml dintr-un amestec care conține 3 µl de SYTO-9 și 3 µl de soluție PI la temperatura camerei (23°C) la întuneric timp de 20 de minute.După aceea, probele colorate au fost observate la două lungimi de undă (488 nm pentru celulele vii și 559 nm pentru celulele moarte) folosind un aparat Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japonia).Măsurați grosimea biofilmului în modul de scanare 3-D.
Cum să citez acest articol: Li, H. et al.Efectul biofilmului marin Pseudomonas aeruginosa asupra coroziunii microbiene a oțelului inoxidabil 2707 super duplex.ştiinţă.Casa 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. și Zucchi, F. Cracarea prin coroziune sub tensiune a oțelului inoxidabil LDX 2101 duplex în soluții de clorură în prezență de tiosulfat.coroziune.știința.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS și Park, YS Efectul tratamentului termic prin soluție și al azotului din gazul de protecție asupra rezistenței la coroziune prin pitting a sudurilor din oțel inoxidabil super duplex.coroziune.știința.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. și Lewandowski, Z. Un studiu comparativ chimic al pittingului microbian și electrochimic în oțel inoxidabil 316L.coroziune.știința.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG și Xiao K. Comportamentul electrochimic al oțelului inoxidabil 2205 duplex în soluții alcaline la diferite valori ale pH-ului în prezența clorurii.electrochimie.Jurnal.64, 211–220 (2012).