Дзякуй за наведванне Nature.com.Версія браўзера, якую вы выкарыстоўваеце, мае абмежаваную падтрымку CSS.Для найлепшага вопыту мы рэкамендуем вам выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer).Тым часам, каб забяспечыць бесперапынную падтрымку, мы будзем візуалізаваць сайт без стыляў і JavaScript.
Мікробная карозія (MIC) з'яўляецца сур'ёзнай праблемай у многіх галінах прамысловасці, бо можа прывесці да велізарных эканамічных страт.Супердуплексная нержавеючая сталь 2707 (2707 HDSS) выкарыстоўваецца ў марскіх умовах дзякуючы сваёй выдатнай хімічнай устойлівасці.Аднак яго ўстойлівасць да MIC не была эксперыментальна прадэманстравана.У гэтым даследаванні вывучалася паводзіны MIC 2707 HDSS, выкліканага марской аэробнай бактэрыяй Pseudomonas aeruginosa.Электрахімічны аналіз паказаў, што ў прысутнасці біяплёнкі сінегнойнай палачкі ў асяроддзі 2216E адбываецца станоўчае змяненне каразійнага патэнцыялу і павелічэнне шчыльнасці каразійнага току.Аналіз рэнтгенаўскай фотаэлектроннай спектраскапіі (XPS) паказаў зніжэнне ўтрымання Cr на паверхні ўзору пад біяплёнкай.Візуальны аналіз ямак паказаў, што біяплёнка P. aeruginosa стварала максімальную глыбіню ямкі 0,69 мкм на працягу 14 дзён інкубацыі.Нягледзячы на ​​тое, што гэта мала, гэта сведчыць аб тым, што 2707 HDSS не цалкам застрахаваны ад MIC біяплёнак P. aeruginosa.
Дуплексная нержавеючая сталь (DSS) шырока выкарыстоўваецца ў розных галінах прамысловасці дзякуючы ідэальнаму спалучэнню выдатных механічных уласцівасцей і ўстойлівасці да карозіі1,2.Тым не менш, лакалізаваны пітынг па-ранейшаму ўзнікае і ўплывае на цэласнасць гэтай сталі3,4.DSS не ўстойлівы да мікробнай карозіі (MIC)5,6.Нягледзячы на ​​шырокі спектр прымянення DSS, усё яшчэ існуюць асяроддзя, дзе каразійная стойкасць DSS недастатковая для працяглага выкарыстання.Гэта азначае, што патрабуюцца больш дарагія матэрыялы з больш высокай устойлівасцю да карозіі.Jeon et al7 выявілі, што нават супердуплексная нержавеючая сталь (SDSS) мае некаторыя абмежаванні з пункту гледжання ўстойлівасці да карозіі.Такім чынам, у некаторых выпадках патрабуецца супердуплексная нержавеючая сталь (HDSS) з больш высокай устойлівасцю да карозіі.Гэта прывяло да распрацоўкі высокалегіраваных HDSS.
Каразійная ўстойлівасць DSS залежыць ад суадносін альфа- і гама-фаз і збедненых Cr, Mo і W рэгіёнаў 8, 9, 10, прылеглых да другой фазы.HDSS змяшчае высокае ўтрыманне Cr, Mo і N11, таму ён валодае выдатнай устойлівасцю да карозіі і высокім значэннем (45-50) эквівалентнага ліку ўстойлівасці да кропкавай кропкавай кропкі (PREN), вызначанага мас.% Cr + 3,3 (мас.% Mo + 0,5% мас.) + 16% мас.N12.Яго выдатная ўстойлівасць да карозіі залежыць ад збалансаванага складу, які змяшчае прыблізна 50% ферытнай (α) і 50% аўстэнітнай (γ) фаз.HDSS мае лепшыя механічныя ўласцівасці і больш высокую ўстойлівасць да хларыднай карозіі.Палепшаная ўстойлівасць да карозіі пашырае выкарыстанне HDSS у больш агрэсіўных хларыдных асяроддзях, такіх як марскія асяроддзя.
МІК з'яўляюцца сур'ёзнай праблемай у многіх галінах прамысловасці, такіх як нафтагазавая і водная прамысловасць14.На MIC прыходзіцца 20% усіх пашкоджанняў ад карозіі15.MIC - гэта біяэлектрахімічная карозія, якую можна назіраць у многіх асяроддзях.Біяплёнкі, якія ўтвараюцца на металічных паверхнях, змяняюць электрахімічныя ўмовы, тым самым уплываючы на ​​працэс карозіі.Шырока распаўсюджана меркаванне, што карозія MIC выклікана біяплёнкамі.Электрагенныя мікраарганізмы з'ядаюць металы, каб атрымаць энергію, неабходную ім для выжывання17.Апошнія даследаванні MIC паказалі, што EET (пазаклеткавы перанос электронаў) з'яўляецца фактарам, які абмяжоўвае хуткасць MIC, індукаванага электрагеннымі мікраарганізмамі.Чжан і інш.18 прадэманстравалі, што электронныя пасярэднікі паскараюць перадачу электронаў паміж клеткамі Desulfovibrio sessificans і нержавеючай сталлю 304, што прыводзіць да больш сур'ёзнай атакі MIC.Анінг і інш.19 і Wenzlaff et al.20 паказалі, што біяплёнкі каразійных сульфатаднаўляючых бактэрый (SRB) могуць непасрэдна паглынаць электроны з металічных падкладак, што прыводзіць да сур'ёзнага пітынгу.
Вядома, што DSS успрымальны да MIC у асяроддзях, якія змяшчаюць SRB, бактэрыі, якія аднаўляюць жалеза (IRB), і г.д. 21 .Гэтыя бактэрыі выклікаюць лакалізаваныя вылучэнні на паверхні DSS пад біяплёнкамі 22, 23.У адрозненне ад DSS, HDSS24 MIC малавядомы.
Pseudomonas aeruginosa - гэта грамотріцательных рухомая палачкападобная бактэрыя, шырока распаўсюджаная ў прыродзе25.Pseudomonas aeruginosa таксама з'яўляецца асноўнай групай мікробаў у марскім асяроддзі, выклікаючы павышаныя канцэнтрацыі МІК.Pseudomonas актыўна ўдзельнічае ў працэсе карозіі і прызнаны піянерам-каланізатарам падчас адукацыі біяплёнкі.Махат і інш.28 і Юань і інш.29 прадэманстраваў, што сінегнойная палачка мае тэндэнцыю павялічваць хуткасць карозіі мяккай сталі і сплаваў у водным асяроддзі.
Асноўнай мэтай дадзенай працы было даследаванне ўласцівасцей MIC 2707 HDSS, выкліканага марской аэробнай бактэрыяй Pseudomonas aeruginosa, з выкарыстаннем электрахімічных метадаў, метадаў аналізу паверхні і аналізу прадуктаў карозіі.Для вывучэння паводзін MIC 2707 HDSS былі праведзены электрахімічныя даследаванні, уключаючы патэнцыял адкрытай ланцуга (OCP), лінейнае палярызацыйнае супраціўленне (LPR), спектраскапію электрахімічнага імпедансу (EIS) і дынамічную палярызацыю патэнцыялу.Энергадысперсійны спектраметрычны аналіз (EDS) быў праведзены для выяўлення хімічных элементаў на карозійнай паверхні.Акрамя таго, метадам рэнтгенаўскай фотаэлектроннай спектраскапіі (РФЭС) вызначана ўстойлівасць пасівацыі аксіднай плёнкі пад уздзеяннем марскога асяроддзя, якое змяшчае сінегнойную палачку.Глыбіню ямак вымяралі пад канфакальным лазерным сканавальным мікраскопам (CLSM).
Табліца 1 паказвае хімічны склад 2707 HDSS.Табліца 2 паказвае, што 2707 HDSS мае выдатныя механічныя ўласцівасці з мяжой цякучасці 650 МПа.На мал.1 паказвае аптычную мікраструктуру тэрмічнаму апрацаванага раствора 2707 HDSS.У мікраструктуры, якая змяшчае каля 50% аўстэнітнай і 50% ферытнай фаз, бачныя выцягнутыя палосы аўстэнітнай і ферытнай фаз без другасных фаз.
На мал.На малюнку 2а паказаны патэнцыял адкрытага контуру (Eocp) у залежнасці ад часу экспазіцыі для 2707 HDSS у абіятычным асяроддзі 2216E і булёне P. aeruginosa на працягу 14 дзён пры 37°C.Гэта паказвае, што найбольшая і значная змена Eocp адбываецца на працягу першых 24 гадзін.Значэнні Eocp у абодвух выпадках дасягнулі піка пры -145 мВ (у параўнанні з SCE) прыкладна праз 16 гадзін, а затым рэзка ўпалі, дасягнуўшы -477 мВ (у параўнанні з SCE) і -236 мВ (у параўнанні з SCE) для абіятычнага ўзору.і купоны на Pseudomonas aeruginosa адпаведна).Праз 24 гадзіны значэнне Eocp 2707 HDSS для P. aeruginosa было адносна стабільным і складала -228 мВ (у параўнанні з SCE), у той час як адпаведнае значэнне для небіялагічных узораў было прыблізна -442 мВ (у параўнанні з SCE).Eocp пры наяўнасці P. aeruginosa была даволі нізкай.
Электрахімічнае даследаванне 2707 узораў HDSS у абіятычнай асяроддзі і булёне сінегнойнай палачкі пры 37 °C:
(а) Eocp як функцыя часу экспазіцыі, (б) палярызацыйныя крывыя на 14 дзень, (с) Rp як функцыя часу экспазіцыі і (г) icorr як функцыя часу экспазіцыі.
У табліцы 3 паказаны параметры электрахімічнай карозіі 2707 узораў HDSS, якія падвергліся ўздзеянню абіятычных асяроддзяў і асяроддзяў, засеяных сінегнойнай палачкай, на працягу 14 дзён.Датычныя аноднай і катоднай крывых былі экстрапаляваны для атрымання скрыжаванняў, якія даюць шчыльнасць току карозіі (icorr), патэнцыял карозіі (Ecorr) і нахіл Тафеля (βα і βc) у адпаведнасці са стандартнымі метадамі 30,31.
Як паказана на мал.2b, зрушэнне ўверх крывой P. aeruginosa прывяло да павелічэння Ecorr у параўнанні з абіятычнай крывой.Значэнне icorr, прапарцыйнае хуткасці карозіі, павялічылася да 0,328 мкА см-2 ва ўзоры сінегнойнай палачкі, што ў чатыры разы больш, чым у небіялагічным узоры (0,087 мкА см-2).
LPR - гэта класічны неразбуральны электрахімічны метад для хуткага аналізу карозіі.Ён таксама быў выкарыстаны для вывучэння MIC32.На мал.2c паказвае палярызацыйнае супраціўленне (Rp) у залежнасці ад часу экспазіцыі.Больш высокае значэнне Rp азначае меншую карозію.На працягу першых 24 гадзін Rp 2707 HDSS дасягнуў піка ў 1955 кОм см2 для абіятычных узораў і 1429 кОм см2 для ўзораў сінегнойнай палачкі.Малюнак 2c таксама паказвае, што значэнне Rp хутка знізілася праз адзін дзень, а потым заставалася адносна нязменным на працягу наступных 13 дзён.Значэнне Rp узору Pseudomonas aeruginosa складае каля 40 кОм см2, што значна ніжэй, чым значэнне 450 кОм см2 небіялагічнага ўзору.
Значэнне icorr прапарцыйна раўнамернай хуткасці карозіі.Яго значэнне можна вылічыць з наступнага ўраўнення Штэрна-Гіры:
Па дадзеных Zoe et al.33, тыповае значэнне нахілу Тафеля B у гэтай працы было прынята роўным 26 мВ/дэк.Малюнак 2d паказвае, што icorr небіялагічнага ўзору 2707 заставаўся адносна стабільным, у той час як узор P. aeruginosa моцна вагаўся пасля першых 24 гадзін.Значэнні icorr узораў P. aeruginosa былі на парадак вышэй, чым у небіялагічных кантрольных.Гэтая тэндэнцыя ўзгадняецца з вынікамі палярызацыйнага супраціву.
EIS - яшчэ адзін неразбуральны метад, які выкарыстоўваецца для характарыстыкі электрахімічных рэакцый на паверхнях, падвергнутых карозіі.Спектры імпедансу і разлічаныя значэнні ёмістасці ўзораў, якія падвергліся ўздзеянню абіятычнага асяроддзя і раствора сінегнойнай палачкі, супраціў пасіўнай плёнкі/біяплёнкі Rb, утвораны на паверхні ўзору, супраціў перадачы зарада Rct, электрычная ёмістасць двайнога пласта Cdl (EDL) і пастаянныя параметры элемента фазы QCPE (CPE).Гэтыя параметры былі дадаткова прааналізаваны шляхам падгонкі даных з дапамогай мадэлі эквівалентнай схемы (EEC).
На мал.3 паказвае тыповыя графікі Найквіста (a і b) і графікі Бодэ (a' і b') для 2707 узораў HDSS у абіятычных асяроддзях і булёне P. aeruginosa для розных часоў інкубацыі.Дыяметр кольцы Найквиста памяншаецца пры наяўнасці сінегнойную палачкі.Графік Бодэ (мал. 3b') паказвае павелічэнне агульнага імпедансу.Інфармацыю аб пастаяннай часу рэлаксацыі можна атрымаць з максімумаў фазы.На мал.На малюнку 4 паказаны фізічныя структуры на аснове аднаслаёвага (а) і двухслойнага (б) і адпаведных ЕЭК.CPE уводзіцца ў мадэль ЕЭС.Яго допуск і імпеданс выражаюцца наступным чынам:
Дзве фізічныя мадэлі і адпаведныя эквівалентныя схемы для аптымізацыі спектру імпедансу ўзору 2707 HDSS:
дзе Y0 - значэнне KPI, j - уяўнае лік або (-1)1/2, ω - вуглавая частата, n - індэкс магутнасці KPI, меншы за адзінку35.Інверсія супраціву перадачы зарада (г.зн. 1/Rct) адпавядае хуткасці карозіі.Чым менш Rct, тым вышэй хуткасць карозіі27.Пасля 14 дзён інкубацыі Rct узораў Pseudomonas aeruginosa дасягнула 32 кОм см2, што значна менш, чым 489 кОм см2 небіялагічных узораў (табліца 4).
Выявы CLSM і выявы SEM на малюнку 5 ясна паказваюць, што пакрыццё біяплёнкі на паверхні ўзору HDSS 2707 пасля 7 дзён стала шчыльным.Аднак праз 14 дзён пакрыццё біяплёнкі было дрэнным і з'явіліся мёртвыя клеткі.Табліца 5 паказвае таўшчыню біяплёнкі на 2707 узорах HDSS пасля ўздзеяння P. aeruginosa на працягу 7 і 14 дзён.Максімальная таўшчыня біяплёнкі змянілася з 23,4 мкм праз 7 дзён да 18,9 мкм праз 14 дзён.Сярэдняя таўшчыня біяплёнкі таксама пацвярджае гэтую тэндэнцыю.Ён знізіўся з 22,2 ± 0,7 мкм праз 7 дзён да 17,8 ± 1,0 мкм праз 14 дзён.
(a) 3-D CLSM малюнак праз 7 дзён, (b) 3-D CLSM малюнак праз 14 дзён, (c) SEM малюнак праз 7 дзён і (d) SEM малюнак праз 14 дзён.
ЭМП выявіла хімічныя элементы ў біяплёнках і прадуктах карозіі на ўзорах, падвергнутых ўздзеянню P. aeruginosa на працягу 14 дзён.На мал.На малюнку 6 відаць, што ўтрыманне C, N, O і P у біяплёнках і прадуктах карозіі значна вышэй, чым у чыстых металах, паколькі гэтыя элементы звязаны з біяплёнкамі і іх метабалітамі.Мікробам патрэбныя толькі нязначныя колькасці хрому і жалеза.Высокія ўзроўні Cr і Fe ў біяплёнцы і прадукты карозіі на паверхні ўзораў паказваюць на тое, што металічная матрыца страціла элементы з-за карозіі.
Праз 14 дзён у асяроддзі 2216E назіраліся ямкі з і без P. aeruginosa.Да інкубацыі паверхня узораў была гладкай і без дэфектаў (мал. 7а).Пасля інкубацыі і выдалення біяплёнкі і прадуктаў карозіі самыя глыбокія ямкі на паверхні ўзораў былі даследаваны з дапамогай CLSM, як паказана на мал. 7b і c.На паверхні небіялагічных кантрольных элементаў не было выяўлена відавочных выязваўленняў (максімальная глыбіня вылучэнняў 0,02 мкм).Максімальная глыбіня ямкі, выкліканая P. aeruginosa, складала 0,52 мкм праз 7 дзён і 0,69 мкм праз 14 дзён на аснове сярэдняй максімальнай глыбіні ямкі з 3 узораў (10 максімальных глыбінь ямкі былі выбраны для кожнай пробы).Дасягненне 0,42 ± 0,12 мкм і 0,52 ± 0,15 мкм адпаведна (табл. 5).Гэтыя значэнні глыбіні адтуліны невялікія, але важныя.
(а) перад экспазіцыяй, (б) 14 дзён у абіятычным асяроддзі і (с) 14 дзён у булёне сінегнойнай палачкі.
На мал.У табліцы 8 паказаны спектры XPS розных паверхняў узораў, а хімічны склад, прааналізаваны для кожнай паверхні, зведзены ў табліцы 6. У табліцы 6 атамныя працэнты Fe і Cr у прысутнасці P. aeruginosa (узоры A і B) былі значна ніжэй, чым у небіялагічнага кантролю.(узоры C і D).Для ўзору P. aeruginosa спектральная крывая на ўзроўні ядра Cr 2p была падагнана па чатырох пікавых кампанентах з энергіямі сувязі (BE) 574,4, 576,6, 578,3 і 586,8 эВ, якія можна аднесці да Cr, Cr2O3, CrO3 .і Cr(OH)3 адпаведна (мал. 9а і б).Для небіялагічных узораў спектр асноўнага ўзроўню Cr 2p змяшчае два асноўных піка для Cr (573,80 эВ для BE) і Cr2O3 (575,90 эВ для BE) на мал.9c і d адпаведна.Найбольш яркім адрозненнем паміж абіятычнымі ўзорамі і ўзорамі P. aeruginosa была наяўнасць Cr6+ і больш высокая адносная доля Cr(OH)3 (BE 586,8 эВ) пад біяплёнкай.
Шырокія спектры XPS паверхні ўзору 2707 HDSS у двух асяроддзях складаюць 7 і 14 дзён адпаведна.
(a) 7 дзён уздзеяння P. aeruginosa, (b) 14 дзён уздзеяння P. aeruginosa, (c) 7 дзён у абіятычным асяроддзі і (d) 14 дзён у абіятычным асяроддзі.
HDSS дэманструе высокі ўзровень устойлівасці да карозіі ў большасці асяроддзяў.Кім і інш.2 паведамілі, што HDSS UNS S32707 быў ідэнтыфікаваны як высокалегіраваны DSS з PREN больш за 45. Значэнне PREN для ўзору 2707 HDSS у гэтай працы было 49. Гэта звязана з высокім утрыманнем хрому і высокім утрыманнем малібдэн і нікель, якія карысныя ў кіслых асяроддзях.і асяроддзя з высокім утрыманнем хларыдаў.Акрамя таго, добра збалансаваны склад і мікраструктура без дэфектаў спрыяюць стабільнасці структуры і ўстойлівасці да карозіі.Аднак, нягледзячы на ​​выдатную хімічную ўстойлівасць, эксперыментальныя дадзеныя ў гэтай працы сведчаць аб тым, што 2707 HDSS не цалкам застрахаваны ад MIC біяплёнкі P. aeruginosa.
Электрахімічныя вынікі паказалі, што хуткасць карозіі 2707 HDSS у булёне P. aeruginosa значна павялічылася праз 14 дзён у параўнанні з небіялагічным асяроддзем.На малюнку 2а памяншэнне Eocp назіралася як у абіятычнай асяроддзі, так і ў булёне P. aeruginosa на працягу першых 24 гадзін.Пасля гэтага біяплёнка цалкам пакрывае паверхню ўзору, і Eocp становіцца адносна стабільным36.Аднак біялагічны ўзровень Eocp быў значна вышэйшы за небіялагічны ўзровень Eocp.Ёсць падставы меркаваць, што гэта адрозненне звязана з адукацыяй біяплёнкі P. aeruginosa.На мал.2d у прысутнасці P. aeruginosa значэнне icorr 2707 HDSS дасягнула 0,627 мкА см-2, што на парадак вышэй, чым у абіятычным кантролі (0,063 мкА см-2), што адпавядала вымеранаму значэнню Rct па EIS.У першыя некалькі дзён паказчыкі імпедансу ў булёне P. aeruginosa павялічваліся за кошт прымацавання клетак P. aeruginosa і адукацыі біяплёнак.Аднак, калі біяплёнка цалкам пакрывае паверхню ўзору, імпеданс памяншаецца.Ахоўны пласт падвяргаецца ў першую чаргу з-за адукацыі біяплёнкі і метабалітаў біяплёнкі.Такім чынам, устойлівасць да карозіі з цягам часу зніжалася, і прымацаванне P. aeruginosa выклікала лакалізаваную карозію.Тэндэнцыі ў абіятычных асяроддзях былі рознымі.Каразійная ўстойлівасць небіялагічнага кантролю была значна вышэйшай, чым адпаведнае значэнне ўзораў, падвергнутых ўздзеянню булёна P. aeruginosa.Акрамя таго, для абіятычных узораў значэнне Rct 2707 HDSS дасягнула 489 кОм см2 на 14 дзень, што ў 15 разоў вышэй, чым значэнне Rct (32 кОм см2) у прысутнасці P. aeruginosa.Такім чынам, 2707 HDSS валодае выдатнай устойлівасцю да карозіі ў стэрыльным асяроддзі, але не ўстойлівы да МІК з біяплёнак P. aeruginosa.
Гэтыя вынікі таксама можна назіраць з палярызацыйных крывых на мал.2б.Аноднае разгалінаванне было звязана з адукацыяй біяплёнкі сінегнойнай палачкі і рэакцыямі акіслення металаў.У гэтым выпадку катоднай рэакцыяй з'яўляецца аднаўленне кіслароду.Прысутнасць P. aeruginosa значна павялічвала шчыльнасць току карозіі, прыкладна на парадак вышэй, чым у абіятычным кантролі.Гэта сведчыць аб тым, што біяплёнка P. aeruginosa ўзмацняе лакалізаваную карозію 2707 HDSS.Yuan et al.29 выявілі, што шчыльнасць току карозіі сплаву Cu-Ni 70/30 павялічваецца пад дзеяннем біяплёнкі P. aeruginosa.Гэта можа быць звязана з біякаталізам аднаўлення кіслароду біяплёнкамі сінегнойнай палачкі.Гэта назіранне таксама можа растлумачыць MIC 2707 HDSS у гэтай працы.Пад аэробнымі біяплёнкамі таксама можа быць менш кіслароду.Такім чынам, адмова ад паўторнай пасівацыі паверхні металу кіслародам можа быць фактарам, які спрыяе MIC у гэтай працы.
Дзікінсан і інш.38 выказаў здагадку, што на хуткасць хімічных і электрахімічных рэакцый можа непасрэдна ўплываць метабалічная актыўнасць сядзячых бактэрый на паверхні ўзору і прырода прадуктаў карозіі.Як паказана на малюнку 5 і ў табліцы 5, колькасць клетак і таўшчыня біяплёнкі зменшыліся праз 14 дзён.Гэта разумна можна растлумачыць тым фактам, што праз 14 дзён большая частка сядзячых клетак на паверхні 2707 HDSS загінула з-за недахопу пажыўных рэчываў у асяроддзі 2216E або вызвалення іёнаў таксічных металаў з матрыцы 2707 HDSS.Гэта абмежаванне серыйных эксперыментаў.
У гэтай працы біяплёнка P. aeruginosa спрыяла лакальнаму знясіленню Cr і Fe пад біяплёнкай на паверхні 2707 HDSS (мал. 6).Табліца 6 паказвае зніжэнне ўтрымання Fe і Cr ва ўзоры D у параўнанні з узорам C, што паказвае на тое, што раствораныя Fe і Cr, выкліканыя біяплёнкай P. aeruginosa, захоўваліся на працягу першых 7 дзён.Асяроддзе 2216E выкарыстоўваецца для мадэлявання марскога асяроддзя.Ён змяшчае 17700 праміле Cl-, што параўнальна з яго ўтрыманнем у натуральнай марской вадзе.Наяўнасць 17700 частак на мільён Cl- была асноўнай прычынай зніжэння Cr у 7- і 14-дзённых абіятычных пробах, прааналізаваных XPS.У параўнанні з узорамі P. aeruginosa, растварэнне Cr у абіятычных узорах было значна меншым з-за моцнай устойлівасці 2707 HDSS да хлору ў абіятычных умовах.На мал.9 паказвае наяўнасць Cr6+ у пасіўнай плёнцы.Ён можа ўдзельнічаць у выдаленні хрому са сталёвых паверхняў біяплёнкамі P. aeruginosa, як мяркуюць Чэнь і Клейтан.
З-за росту бактэрый значэнні рн асяроддзя да і пасля культывавання былі 7,4 і 8,2 адпаведна.Такім чынам, ніжэй біяплёнкі P. aeruginosa карозія арганічнай кіслатой наўрад ці будзе спрыяць гэтай працы з-за адносна высокага рн у масавай асяроддзі.Рн небіялагічнай кантрольнай асяроддзя істотна не змяніўся (ад пачатковага 7,4 да канчатковага 7,5) на працягу 14-дзённага перыяду выпрабаванняў.Павелічэнне рн у асяроддзі пасева пасля інкубацыі было звязана з метабалічнай актыўнасцю P. aeruginosa і, як было выяўлена, мела аднолькавы ўплыў на рн пры адсутнасці тэст-палосак.
Як паказана на малюнку 7, максімальная глыбіня ямы, выкліканая біяплёнкай P. aeruginosa, складала 0,69 мкм, што значна больш, чым у абіятычнай асяроддзі (0,02 мкм).Гэта супадае з электрахімічнымі дадзенымі, апісанымі вышэй.Глыбіня ямы ў 0,69 мкм больш чым у дзесяць разоў меншая за значэнне 9,5 мкм, паведамленае для 2205 DSS пры тых жа ўмовах.Гэтыя дадзеныя паказваюць, што 2707 HDSS праяўляе лепшую ўстойлівасць да MIC, чым 2205 DSS.Гэта не павінна выклікаць здзіўлення, паколькі 2707 HDSS мае больш высокі ўзровень Cr, які забяспечвае больш працяглую пасівацыю, цяжэй дэпасіваваць P. aeruginosa, і з-за збалансаванай фазавай структуры без шкоднага другаснага ападку выклікае кропкавую адукацыю.
У заключэнне, MIC ямы былі знойдзены на паверхні 2707 HDSS ў P. aeruginosa булёна ў параўнанні з нязначнымі ямкамі ў абіятычным асяроддзі.Гэтая праца паказвае, што 2707 HDSS мае лепшую ўстойлівасць да MIC, чым 2205 DSS, але ён не цалкам застрахаваны ад MIC з-за біяплёнкі P. aeruginosa.Гэтыя вынікі дапамагаюць у выбары падыходнай нержавеючай сталі і чаканай працягласці жыцця для марскога асяроддзя.
Купон на 2707 HDSS прадастаўлены Школай металургіі Паўночна-Усходняга універсітэта (NEU) у Шэньяне, Кітай.Элементны склад 2707 HDSS паказаны ў табліцы 1, якая была прааналізавана аддзелам аналізу і выпрабаванняў матэрыялаў NEU.Усе ўзоры апрацоўвалі для атрымання цвёрдага раствора пры 1180°C на працягу 1 гадзіны.Перад выпрабаваннем на карозію манетападобны 2707 HDSS з плошчай верхняй адкрытай паверхні 1 см2 быў адпаліраваны да зерністасці 2000 наждачнай паперай з карбіду крэмнію, а затым адпаліраваны парашковай суспензіяй Al2O3 памерам 0,05 мкм.Бакі і дно абаронены інэртнай фарбай.Пасля высыхання ўзоры прамывалі стэрыльнай дэіянізаванай вадой і стэрылізавалі 75% (аб'ём / аб'ём) этанолам на працягу 0,5 гадзін.Затым іх сушылі на паветры пад ультрафіялетавым (УФ) святлом на працягу 0,5 гадзін перад выкарыстаннем.
Марскі штам Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 быў набыты ў Цэнтры збору марскіх культур Сямэня (MCCC), Кітай.Сінегнойную палачку вырошчвалі ў аэробных умовах пры 37°C у 250 мл колбах і 500 мл шкляных электрахімічных клетках з выкарыстаннем вадкага асяроддзя Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Ціндао, Кітай).Асяроддзе змяшчае (г/л): 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, 00166 NH26NH3, 3,0016 NH3 5,0 пептон, 1,0 дражджавога экстракта і 0,1 цытрата жалеза.Аўтаклаў пры 121°C на працягу 20 хвілін перад прышчэпкай.Падлічыце сядзячыя і планктонныя клеткі гемоцитометром пад светлавым мікраскопам пры 400-кратным павелічэнні.Пачатковая канцэнтрацыя планктоннай сінегнойную палачкі адразу пасля прышчэпкі складала прыкладна 106 клетак/мл.
Электрахімічныя выпрабаванні праводзіліся ў класічнай трехэлектродной шкляной ячэйцы сярэднім аб'ёмам 500 мл.Плацінавы ліст і насычаны каломельны электрод (SAE) падключаліся да рэактара праз капіляры Луггіна, напоўненыя салянымі масткамі, якія служылі адпаведна процілеглым электродам і электродам параўнання.Для вырабу рабочых электродаў да кожнага ўзору прымацоўвалі прагумаваны медны дрот і пакрывалі яго эпаксіднай смалой, пакідаючы з аднаго боку каля 1 см2 неабароненай плошчы для працоўнага электрода.Пры электрахімічных вымярэннях ўзоры змяшчалі ў асяроддзе 2216E і вытрымлівалі пры пастаяннай тэмпературы інкубацыі (37°C) на вадзяной лазні.OCP, LPR, EIS і даныя патэнцыйнай дынамічнай палярызацыі вымяраліся з дапамогай патэнцыястата Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ЗША).Тэсты LPR запісваліся пры частаце сканавання 0,125 мВ с-1 у дыяпазоне ад -5 да 5 мВ з Eocp і частатой выбаркі 1 Гц.EIS выконваўся з сінусоідай у дыяпазоне частот ад 0,01 да 10 000 Гц з выкарыстаннем прыкладзенага напружання 5 мВ пры стацыянарным Eocp.Перад разгорткай патэнцыялу электроды знаходзіліся ў рэжыме халастога ходу да дасягнення стабільнага значэння патэнцыялу свабоднай карозіі.Затым былі вымераныя палярызацыйныя крывыя ад -0,2 да 1,5 В у залежнасці ад Eocp пры хуткасці сканавання 0,166 мВ/с.Кожны тэст паўтаралі 3 разы з P. aeruginosa і без яго.
Узоры для металаграфічнага аналізу былі механічна адпаліраваны вільготнай SiC-паперай зерністасцю 2000, а затым дадаткова адпаліраваны суспензіяй парашка 0,05 мкм Al2O3 для аптычнага назірання.Металаграфічны аналіз праводзіўся з дапамогай аптычнага мікраскопа.Узоры пратручвалі 10 мас.% растворам гідраксіду калію 43.
Пасля інкубацыі ўзоры прамывалі 3 разы фізіялагічным растворам з фасфатным буферам (PBS) (pH 7,4 ± 0,2), а затым фіксавалі 2,5% (аб'ём) глутаральдэгідам на працягу 10 гадзін для фіксацыі біяплёнак.Затым яго абязводжвалі порцыямі этанолу (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% і 100% па аб'ёме) перад сушкай на паветры.Нарэшце, залатая плёнка наносіцца на паверхню ўзору, каб забяспечыць праводнасць для назірання РЭМ.Выявы SEM былі сканцэнтраваны на плямах з найбольш сядзячымі клеткамі P. aeruginosa на паверхні кожнага ўзору.Выканайце аналіз EDS для пошуку хімічных элементаў.Канфакальны лазерны сканавальны мікраскоп Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Германія) быў выкарыстаны для вымярэння глыбіні ямы.Каб назіраць за каразійнымі ямкамі пад біяплёнкай, тэставы ўзор быў спачатку ачышчаны ў адпаведнасці з кітайскім нацыянальным стандартам (CNS) GB/T4334.4-2000 для выдалення прадуктаў карозіі і біяплёнкі з паверхні тэставага ўзору.
Аналіз метадам рэнтгенаўскай фотаэлектроннай спектраскапіі (XPS, сістэма аналізу паверхні ESCALAB250, Thermo VG, ЗША) праводзіўся з выкарыстаннем монахраматычнай крыніцы рэнтгенаўскага выпраменьвання (лінія алюмінія Kα з энергіяй 1500 эВ і магутнасцю 150 Вт) у шырокім дыяпазоне энергія сувязі 0 пры стандартных умовах –1350 эВ.Спектры высокага дазволу запісваліся з выкарыстаннем энергіі прапускання 50 эВ і крокам 0,2 эВ.
Інкубаваныя ўзоры выдалялі і асцярожна прамывалі PBS (pH 7,4 ± 0,2) на працягу 15 секунд 45 хвілін.Для назірання жыццяздольнасці бактэрый біяплёнак на ўзорах біяплёнкі афарбоўвалі з дапамогай набору LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Юджын, штат Арэгон, ЗША).У набор уваходзяць два флуоресцентные фарбавальнікі: зялёны флуоресцентный фарбавальнік SYTO-9 і чырвоны флуоресцентный фарбавальнік ёдыд прапідыю (PI).У CLSM флуоресцентные зялёныя і чырвоныя кропкі ўяўляюць жывыя і мёртвыя клеткі адпаведна.Для афарбоўвання 1 мл сумесі, якая змяшчае 3 мкл SYTO-9 і 3 мкл раствора PI, інкубавалі 20 хвілін пры пакаёвай тэмпературы (23°C) у цемры.Пасля гэтага афарбаваныя ўзоры даследавалі на дзвюх даўжынях хваль (488 нм для жывых клетак і 559 нм для мёртвых клетак) з дапамогай апарата Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Японія).Таўшчыню біяплёнкі вымяралі ў рэжыме 3D-сканавання.
Як цытаваць гэты артыкул: Li, H. et al.Мікробная карозія супердуплекснай нержавеючай сталі 2707 з-за марской біяплёнкі Pseudomonas aeruginosa.навука.6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае парэпанне дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у хларыдных растворах у прысутнасці тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае парэпанне дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у хларыдных растворах у прысутнасці тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае растрэскванне пад напругай дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у растворах хларыдаў у прысутнасці тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае парэпанне дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у хларыдных растворах у прысутнасці тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相нержавеючая сталь在福代сульфат分下下南性性生于中图像剧情开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае растрэскванне пад напругай дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у растворы хларыду ў прысутнасці тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Каразійнае парэпанне дуплекснай нержавеючай сталі LDX 2101 у растворы хларыду ў прысутнасці тиосульфата.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Уплыў тэрмічнай апрацоўкі раствора і азоту ў ахоўным газе на ўстойлівасць да кропкавай карозіі гіпердуплексных зварных швоў з нержавеючай сталі. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Уплыў тэрмічнай апрацоўкі раствора і азоту ў ахоўным газе на ўстойлівасць да кропкавай карозіі гіпердуплексных зварных швоў з нержавеючай сталі.Кім С.Т., Джанг С.Х., Лі І.С. і Парк Ю.С. Уплыў тэрмічнай апрацоўкі цвёрдага раствора і азоту ў ахоўным газе на ўстойлівасць да кропкавай карозіі гіпердуплексных зварных швоў з нержавеючай сталі. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS 固溶热处理和保护气体中的氮气对超双相不锈钢焊缝抗点蚀性能的影响。 Кім, ST, Джанг, SH, Лі, IS і Парк, YSКім С.Т., Джанг С.Х., Лі І.С. і Парк Ю.С. Уплыў тэрмічнай апрацоўкі раствора і азоту ў ахоўным газе на ўстойлівасць да кропкавай карозіі супердуплексных зварных швоў з нержавеючай сталі.карас.навука.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Параўнальнае хімічнае даследаванне мікробнай і электрахімічна выкліканай кропкавай паразы нержавеючай сталі 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Параўнальнае хімічнае даследаванне мікробнай і электрахімічна выкліканай кропкавай паразы нержавеючай сталі 316L.Шы, X., Аўчы, Р., Гейзер, М. і Левандоўскі, З. Параўнальнае хімічнае даследаванне мікрабіялагічнага і электрахімічнага пітынгу нержавеючай сталі 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 微生物和电化学诱导的316L 不锈钢点蚀的化学比较研究。 Шы, X., Аўчы, Р., Гейзер, М. і Левандоўскі, З.Шы, X., Аўчы, Р., Гейзер, М. і Левандоўскі, З. Параўнальнае хімічнае даследаванне мікрабіялагічнай і электрахімічна індукаванай кропкавай адукацыі ў нержавеючай сталі 316L.карас.навука.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG і Xiao, K. Электрахімічныя паводзіны дуплекснай нержавеючай сталі 2205 у шчолачных растворах з розным pH у прысутнасці хларыду. Luo, H., Dong, CF, Li, XG і Xiao, K. Электрахімічныя паводзіны дуплекснай нержавеючай сталі 2205 у шчолачных растворах з розным pH у прысутнасці хларыду.Luo H., Dong KF, Lee HG і Xiao K. Электрахімічнае паводзіны дуплекснай нержавеючай сталі 2205 у шчолачных растворах з розным pH у прысутнасці хларыду. Луо, Х., Донг, CF, Лі, XG і Сяо, К. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的电化学行为。 Luo, H., Dong, CF, Li, XG і Xiao, K. 2205 Электрахімічныя паводзіны 双相нержавеючай сталі ў прысутнасці хларыду пры розным pH у шчолачным растворы.Luo H., Dong KF, Lee HG і Xiao K. Электрахімічнае паводзіны дуплекснай нержавеючай сталі 2205 у шчолачных растворах з розным pH у прысутнасці хларыду.электрахім.Часопіс.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Уплыў марскіх біяплёнак на карозію: кароткі агляд. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Уплыў марскіх біяплёнак на карозію: кароткі агляд.Little, BJ, Lee, JS і Ray, RI. Уплыў марскіх біяплёнак на карозію: кароткі агляд. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述。 Літл, Б.Дж., Лі, JS і Рэй, Р.ІLittle, BJ, Lee, JS і Ray, RI. Уплыў марскіх біяплёнак на карозію: кароткі агляд.электрахім.Часопіс.54, 2-7 (2008).