Nature.com을 방문해 주셔서 감사합니다.사용 중인 브라우저 버전에서는 CSS 지원이 제한되어 있습니다.최상의 경험을 위해서는 업데이트된 브라우저를 사용하거나 Internet Explorer에서 호환 모드를 비활성화하는 것이 좋습니다.그동안 지속적인 지원을 보장하기 위해 스타일과 JavaScript 없이 사이트를 렌더링할 예정입니다.
미생물 부식(MIC)은 막대한 경제적 손실을 초래할 수 있기 때문에 많은 산업에서 심각한 문제입니다.슈퍼 듀플렉스 스테인레스 스틸 2707(2707 HDSS)은 내화학성이 우수하여 해양 환경에 사용됩니다.그러나 MIC에 대한 저항성은 실험적으로 입증되지 않았습니다.본 연구에서는 해양 호기성 박테리아인 Pseudomonas aeruginosa에 의해 유발되는 MIC 2707 HDSS의 거동을 조사했습니다.전기화학적 분석에 따르면 2216E 배지에 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 생물막이 있는 경우 부식 전위의 긍정적인 변화와 부식 전류 밀도의 증가가 발생하는 것으로 나타났습니다.X선 광전자 분광법(XPS) 분석을 통해 생물막 아래 샘플 표면의 Cr 함량이 감소한 것으로 나타났습니다.구덩이를 시각적으로 분석한 결과, P. aeruginosa 생물막은 배양 14일 동안 최대 0.69μm의 구덩이 깊이를 생성한 것으로 나타났습니다.이는 작지만 2707 HDSS가 P. aeruginosa 생물막의 MIC에 완전히 면역되지는 않음을 나타냅니다.
듀플렉스 스테인리스강(DSS)은 우수한 기계적 특성과 내식성의 완벽한 조합으로 인해 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다1,2.그러나 국부적인 구멍이 여전히 발생하여 이 강철의 무결성에 영향을 미칩니다3,4.DSS는 미생물 부식(MIC)5,6에 대한 내성이 없습니다.DSS의 광범위한 적용에도 불구하고 DSS의 내식성이 장기간 사용하기에 충분하지 않은 환경이 여전히 있습니다.이는 더 높은 내식성을 지닌 더 비싼 재료가 필요하다는 것을 의미합니다.Jeon et al7은 슈퍼듀플렉스 스테인리스강(SDSS)에도 내식성 측면에서 몇 가지 한계가 있음을 발견했습니다.따라서 경우에 따라 내식성이 더 높은 HDSS(슈퍼듀플렉스 스테인리스강)가 필요한 경우도 있습니다.이로 인해 고합금 HDSS가 개발되었습니다.
부식 저항성 DSS는 알파 및 감마 상의 비율에 따라 달라지며 두 번째 상에 인접한 Cr, Mo 및 W 영역 8, 9, 10에서 고갈됩니다.HDSS는 Cr, Mo, N11의 함량이 높아 내식성이 우수하고, 중량% Cr + 3.3(wt.% Mo + 0.5중량.%W) + 16중량%N12.탁월한 내식성은 페라이트(α) 상이 약 50%, 오스테나이트(γ) 상이 약 50% 포함된 균형 잡힌 구성에 달려 있습니다.HDSS는 기계적 성질이 더 좋고 염화물 부식에 대한 저항성이 더 높습니다.향상된 내식성은 해양 환경과 같은 보다 공격적인 염화물 환경에서 HDSS의 사용을 확장합니다.
MIC는 석유, 가스, 수자원 산업과 같은 많은 산업에서 주요 문제입니다14.MIC는 모든 부식 손상의 20%를 차지합니다15.MIC는 다양한 환경에서 관찰할 수 있는 생전기화학적 부식입니다.금속 표면에 형성되는 생물막은 전기화학적 조건을 변화시켜 부식 과정에 영향을 미칩니다.MIC 부식은 생물막에 의해 발생한다고 널리 알려져 있습니다.전기 미생물은 생존에 필요한 에너지를 얻기 위해 금속을 먹어치웁니다17.최근 MIC 연구에 따르면 EET(세포외 전자 전달)가 전기 미생물에 의해 유발된 MIC의 속도 제한 요소인 것으로 나타났습니다.Zhang et al.18은 전자 매개체가 Desulfovibrio sessificans 세포와 304 스테인레스 스틸 사이의 전자 이동을 가속화하여 더 심각한 MIC 공격을 초래한다는 것을 보여주었습니다.Anninget al.19 및 Wenzlaff et al.20은 부식성 황산염환원박테리아(SRB)의 생물막이 금속 기질로부터 전자를 직접 흡수하여 심각한 구멍이 생길 수 있음을 보여주었습니다.
DSS는 SRB, 철환원박테리아(IRB) 등이 포함된 배지에서 MIC에 민감한 것으로 알려져 있습니다. 21 .이 박테리아는 생물막 아래 DSS 표면에 국부적인 구멍을 유발합니다22,23.DSS와 달리 HDSS24 MIC는 잘 알려져 있지 않습니다.
녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 자연계에 널리 분포하는 그람 음성이고 운동성이 있는 막대 모양 박테리아입니다25.녹농균(Pseudomonas aeruginosa)은 또한 해양 환경의 주요 미생물 그룹으로 MIC 농도를 증가시킵니다.슈도모나스는 부식 과정에 적극적으로 관여하며 생물막 형성 중 선구적인 식민지 개척자로 인식됩니다.Mahatet al.28 및 Yuan et al.29는 Pseudomonas aeruginosa가 수생 환경에서 연강 및 합금의 부식 속도를 증가시키는 경향이 있음을 입증했습니다.
본 연구의 주요 목적은 해양 호기성 박테리아인 Pseudomonas aeruginosa에 의해 발생하는 MIC 2707 HDSS의 특성을 전기화학적 방법, 표면 분석 방법 및 부식생성물 분석을 통해 조사하는 것이었습니다.MIC 2707 HDSS의 동작을 연구하기 위해 개방 회로 전위(OCP), 선형 분극 저항(LPR), 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 및 전위 동적 분극을 포함한 전기화학 연구가 수행되었습니다.부식된 표면의 화학 원소를 검출하기 위해 에너지 분산 분광 분석(EDS)이 수행되었습니다.또한, 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)이 포함된 해양 환경의 영향 하에서 산화막 부동태화의 안정성을 확인하기 위해 X선 광전자 분광법(XPS)을 사용했습니다.공초점 레이저 스캐닝 현미경(CLSM)을 사용하여 피트의 깊이를 측정했습니다.
표 1은 2707 HDSS의 화학적 조성을 보여줍니다.표 2는 2707 HDSS가 650 MPa의 항복 강도로 우수한 기계적 특성을 가지고 있음을 보여줍니다.그림에.도 1은 용체화 열처리된 2707 HDSS의 광학적 미세구조를 보여준다.약 50%의 오스테나이트와 50%의 페라이트 상을 포함하는 미세 구조에서는 2차 상이 없는 오스테나이트와 페라이트 상의 긴 띠가 보입니다.
그림에.도 2a는 37°C에서 14일 동안 2216E 무생물 배지 및 P. aeruginosa 브로쓰에서 2707 HDSS에 대한 개방 회로 전위(Eocp) 대 노출 시간을 보여줍니다.이는 Eocp의 가장 크고 중요한 변화가 처음 24시간 이내에 발생함을 보여줍니다.두 경우 모두 Eocp 값은 약 16시간에 -145mV(SCE와 비교)에서 정점에 도달한 후 급격히 감소하여 비생물적 샘플의 경우 -477mV(SCE와 비교) 및 -236mV(SCE와 비교)에 도달했습니다.및 P Pseudomonas aeruginosa 쿠폰).24시간 후, 녹농균(P. aeruginosa)에 대한 Eocp 2707 HDSS 값은 -228mV(SCE와 비교)로 상대적으로 안정적인 반면, 비생물학적 샘플의 해당 값은 약 -442mV(SCE와 비교)였습니다.P. aeruginosa 존재 시 Eocp는 매우 낮았습니다.
37°C에서 무생물 배지 및 Pseudomonas aeruginosa 액체 배지에서 2707 HDSS 샘플에 대한 전기화학적 연구:
(a) 노출 시간에 따른 Eocp, (b) 14일째의 편광 곡선, (c) 노출 시간에 따른 Rp, (d) 노출 시간에 따른 icorr.
표 3은 14일 동안 무생물 및 ​​녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 접종 배지에 노출된 2707개 HDSS 샘플의 전기화학적 부식 매개변수를 보여줍니다.표준 방법30,31에 따라 부식 전류 밀도(icorr), 부식 전위(Ecorr) 및 Tafel 기울기(βα 및 βc)를 제공하는 교차점을 얻기 위해 양극 및 음극 곡선의 접선을 외삽했습니다.
그림과 같이.도 2b에 도시된 바와 같이, P. aeruginosa 곡선의 상향 이동은 비생물적 곡선에 비해 Ecorr의 증가를 가져왔습니다.부식률에 비례하는 icorr 값은 Pseudomonas aeruginosa 시료에서 0.328μA cm-2로 증가했으며, 이는 비생물학적 시료(0.087μA cm-2)보다 4배 더 높습니다.
LPR은 신속한 부식 분석을 위한 고전적인 비파괴 전기화학적 방법입니다.또한 MIC32를 연구하는데도 사용되었습니다.그림에.도 2c는 노출 시간에 따른 분극 저항(Rp)을 보여준다.Rp 값이 높을수록 부식이 적음을 의미합니다.처음 24시간 이내에 Rp 2707 HDSS는 무생물 표본의 경우 1955kΩ cm2, Pseudomonas aeruginosa 표본의 경우 1429kΩ cm2로 최고치를 기록했습니다.그림 2c는 또한 Rp 값이 하루 후에 급격하게 감소한 후 다음 13일 동안 상대적으로 변하지 않은 상태로 유지되었음을 보여줍니다.녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 샘플의 Rp 값은 약 40kΩ cm2이며, 이는 비생물학적 샘플의 450kΩ cm2 값보다 훨씬 낮습니다.
icorr의 값은 균일한 부식 속도에 비례합니다.그 값은 다음 Stern-Giri 방정식으로 계산할 수 있습니다.
Zoe et al.그림 33에서 본 연구의 Tafel 기울기 B의 일반적인 값은 26mV/dec로 간주되었습니다.그림 2d는 비생물학적 샘플 2707의 icorr이 비교적 안정적으로 유지된 반면 P. aeruginosa 샘플은 처음 24시간 후에 크게 변동했음을 보여줍니다.P. aeruginosa 샘플의 icorr 값은 비생물학적 대조군의 값보다 훨씬 더 높았습니다.이러한 경향은 분극 저항의 결과와 일치합니다.
EIS는 부식된 표면의 전기화학 반응을 특성화하는 데 사용되는 또 다른 비파괴 방법입니다.비생물적 환경과 녹농균 용액에 노출된 시료의 임피던스 스펙트럼 및 계산된 정전용량 값, 시료 표면에 형성된 부동태막/생물막 저항 Rb, 전하 전달 저항 Rct, 전기 이중층 정전용량 Cdl(EDL) 및 상수 QCPE 위상 요소 매개변수 (CPE).이러한 매개변수는 등가 회로(EEC) 모델을 사용하여 데이터를 피팅하여 추가로 분석되었습니다.
그림에.도 3은 다양한 인큐베이션 시간에 대한 비생물적 배지 및 P. aeruginosa 브로쓰 내 2707 HDSS 샘플에 대한 전형적인 Nyquist 플롯(a 및 b) 및 Bode 플롯(a' 및 b')을 보여줍니다.나이퀴스트 링의 직경은 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)이 존재하면 감소합니다.보드 플롯(그림 3b')은 총 임피던스의 증가를 보여줍니다.이완 시간 상수에 대한 정보는 위상 최대치로부터 얻을 수 있습니다.그림에.도 4는 단층(a)과 이중층(b)을 기반으로 한 물리적 구조와 해당 EEC를 보여줍니다.CPE는 EEC 모델에 도입되었습니다.어드미턴스와 임피던스는 다음과 같이 표현됩니다.
샘플 2707 HDSS의 임피던스 스펙트럼을 맞추기 위한 두 가지 물리적 모델과 해당 등가 회로:
여기서 Y0는 KPI 값, j는 허수 또는 (-1)1/2, Ω는 각주파수, n은 135보다 작은 KPI 전력 지수입니다.전하 이동 저항 반전(즉, 1/Rct)은 부식 속도에 해당합니다.Rct가 작을수록 부식률이 높아집니다.배양 14일 후, 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 샘플의 Rct는 32kΩcm2에 도달했는데, 이는 비생물학적 샘플의 489kΩcm2보다 훨씬 적습니다(표 4).
그림 5의 CLSM 이미지와 SEM 이미지는 7일 후 HDSS 샘플 2707 표면의 생물막 코팅이 조밀하다는 것을 명확하게 보여줍니다.그러나 14일 후에는 생물막 피복이 불량하고 일부 죽은 세포가 나타났습니다.표 5는 7일 및 14일 동안 P. aeruginosa에 노출된 후 2707 HDSS 샘플의 생물막 두께를 보여줍니다.최대 생물막 두께는 7일 후 23.4μm에서 14일 후 18.9μm로 변경되었습니다.평균 생물막 두께도 이러한 경향을 확인했습니다.7일 후 22.2 ± 0.7 μm에서 14일 후 17.8 ± 1.0 μm로 감소했습니다.
(a) 7일째의 3차원 CLSM 이미지, (b) 14일째의 3차원 CLSM 이미지, (c) 7일째의 SEM 이미지, (d) 14일째의 SEM 이미지.
EMF는 14일 동안 P. aeruginosa에 노출된 샘플에서 생물막과 부식 생성물의 화학 원소를 밝혀냈습니다.그림에.그림 6은 생물막 및 부식 생성물의 C, N, O 및 P 함량이 순수 금속보다 훨씬 높다는 것을 보여줍니다. 왜냐하면 이러한 원소는 생물막 및 그 대사산물과 관련되어 있기 때문입니다.미생물에는 미량의 크롬과 철만 필요합니다.생물막의 높은 수준의 Cr 및 Fe와 샘플 표면의 부식 생성물은 금속 매트릭스가 부식으로 인해 원소를 잃었음을 나타냅니다.
14일 후 P. aeruginosa가 있거나 없는 구덩이가 배지 2216E에서 관찰되었습니다.인큐베이션 전 샘플 표면은 매끄럽고 결함이 없었습니다(그림 7a).배양 및 생물막 및 부식 생성물 제거 후 그림 7b 및 c와 같이 CLSM을 사용하여 샘플 표면의 가장 깊은 구덩이를 검사했습니다.비생물학적 대조군의 표면에서는 뚜렷한 구멍이 발견되지 않았습니다(최대 구멍 깊이 0.02μm).P. aeruginosa에 의한 최대 피트 깊이는 3개 샘플의 평균 최대 피트 깊이를 기준으로 7일째에 0.52μm, 14일째에 0.69μm였습니다(각 샘플에 대해 최대 10개의 피트 깊이가 선택됨).각각 0.42 ± 0.12 µm 및 0.52 ± 0.15 µm 달성(표 5).이러한 구멍 깊이 값은 작지만 중요합니다.
(a) 노출 전, (b) 비생물 환경에서 14일, (c) 녹농균 국물에서 14일.
그림에.표 8은 다양한 샘플 표면의 XPS 스펙트럼을 나타내며, 각 표면별로 분석된 화학 조성은 표 6에 요약되어 있습니다. 표 6에서 P. aeruginosa(샘플 A 및 B) 존재 하의 Fe 및 Cr의 원자 백분율은 다음과 같습니다. 비생물학적 대조군에 비해 훨씬 낮습니다.(샘플 C 및 D).P. aeruginosa 샘플의 경우 Cr 2p 핵 수준의 스펙트럼 곡선은 Cr, Cr2O3, CrO3에 기인할 수 있는 결합 에너지(BE)가 574.4, 576.6, 578.3 및 586.8eV인 4개의 피크 구성 요소에 맞춰졌습니다. .및 Cr(OH)3(그림 9a 및 b).비생물학적 샘플의 경우 주요 Cr 2p 수준의 스펙트럼에는 그림 1 및 2의 Cr(BE의 경우 573.80eV) 및 Cr2O3(BE의 경우 575.90eV)에 대한 두 개의 주요 피크가 포함되어 있습니다.각각 9c와 d.비생물 샘플과 P. aeruginosa 샘플 사이의 가장 눈에 띄는 차이점은 생물막 아래 Cr6+의 존재와 Cr(OH)3(BE 586.8 eV)의 상대적 비율이 더 높다는 것입니다.
두 매체에서 샘플 2707 HDSS 표면의 넓은 XPS 스펙트럼은 각각 7일과 14일입니다.
(a) P. aeruginosa에 7일 노출, (b) P. aeruginosa에 14일 노출, (c) 비생물 환경에서 7일, (d) 비생물 환경에서 14일.
HDSS는 대부분의 환경에서 높은 수준의 내식성을 나타냅니다.Kim 등2은 HDSS UNS S32707이 PREN이 45보다 큰 고합금 DSS로 식별되었다고 보고했습니다. 이 연구에서 샘플 2707 HDSS의 PREN 값은 49였습니다. 이는 크롬 함량이 높고 산성 환경에서 유용한 몰리브덴과 니켈.염화물 함량이 높은 환경.또한, 균형이 잘 잡힌 조성과 결함이 없는 미세구조는 구조적 안정성과 내식성에 유리합니다.그러나 우수한 내화학성에도 불구하고 이 연구의 실험 데이터는 2707 HDSS가 P. aeruginosa 생물막 MIC에 완전히 면역되지는 않음을 시사합니다.
전기화학적 결과에 따르면 P. aeruginosa 액체배지에서 2707 HDSS의 부식 속도는 비생물학적 환경에 비해 14일 후에 크게 증가한 것으로 나타났습니다.그림 2a에서 Eocp의 감소는 처음 24시간 동안 무생물 배지와 P. aeruginosa 액체배지 모두에서 관찰되었습니다.그 후, 생물막은 시료 표면을 완전히 덮고 Eocp는 상대적으로 안정됩니다.그러나 생물학적 Eocp 수준은 비생물학적 Eocp 수준보다 훨씬 높았습니다.이러한 차이가 녹농균(P. aeruginosa) 생물막의 형성과 연관되어 있다고 믿을 만한 이유가 있습니다.그림에.2d에서 P. aeruginosa가 있는 경우 icorr 2707 HDSS 값은 0.627 μA cm-2에 도달했는데, 이는 비생물적 대조구(0.063 μA cm-2)보다 10배 높은 수치이며, 이는 측정된 Rct 값과 일치합니다. EIS에 의해.처음 며칠 동안 P. aeruginosa 세포의 부착과 생물막 형성으로 인해 P. aeruginosa 국물의 임피던스 값이 증가했습니다.그러나 생물막이 시료 표면을 완전히 덮으면 임피던스가 감소합니다.보호층은 주로 생물막과 생물막 대사물질의 형성으로 인해 공격을 받습니다.결과적으로 시간이 지남에 따라 내식성은 감소하였고 P. aeruginosa의 부착으로 인해 국부적인 부식이 발생하였다.비생물적 환경의 경향은 달랐습니다.비생물학적 대조군의 내식성은 P. aeruginosa 액체배지에 노출된 샘플의 해당 값보다 훨씬 높았습니다.또한, 비생물적 접근의 경우 Rct 2707 HDSS 값은 14일차에 489kΩcm2에 도달했는데, 이는 P. aeruginosa가 있는 경우의 Rct 값(32kΩcm2)보다 15배 더 높은 수치입니다.따라서 2707 HDSS는 멸균 환경에서 우수한 내식성을 갖지만 P. aeruginosa 생물막의 MIC에는 저항성이 없습니다.
이러한 결과는 그림 1과 2의 분극 곡선에서도 확인할 수 있습니다.2b.양극 분지는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 생물막 형성 및 금속 산화 반응과 연관되어 있습니다.이 경우 음극반응은 산소의 환원이다.P. aeruginosa의 존재는 부식 전류 밀도를 상당히 증가시켰는데, 이는 비생물적 제어에서보다 약 10배 정도 더 높았습니다.이는 P. aeruginosa 생물막이 2707 HDSS의 국부적인 부식을 강화한다는 것을 나타냅니다.Yuan et al.29은 P. aeruginosa 생물막의 작용으로 Cu-Ni 70/30 합금의 부식 전류 밀도가 증가한다는 것을 발견했습니다.이는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 생물막에 의한 산소 환원의 생체촉매작용 때문일 수 있습니다.이 관찰은 이 연구의 MIC 2707 HDSS를 설명할 수도 있습니다.호기성 생물막 아래에는 산소가 더 적을 수도 있습니다.따라서 금속 표면을 산소로 다시 부동태화하는 것을 거부하는 것이 이 작업에서 MIC에 기여하는 요인이 될 수 있습니다.
Dickinsonet al.38은 화학적 및 전기화학적 반응 속도가 시료 표면의 고착성 박테리아의 대사 활동과 부식 생성물의 특성에 의해 직접적으로 영향을 받을 수 있다고 제안했습니다.도 5 및 표 5에서 볼 수 있듯이, 14일 후에는 세포 수와 생물막 두께가 감소했습니다.이는 14일 후 2707 HDSS 표면의 고착 세포 대부분이 2216E 배지의 영양분 고갈 또는 2707 HDSS 매트릭스의 독성 금속 이온 방출로 인해 사멸했다는 사실로 합리적으로 설명할 수 있습니다.이는 일괄 실험의 한계입니다.
이 연구에서 P. aeruginosa 생물막은 2707 HDSS 표면의 생물막 아래에서 Cr과 ​​Fe의 국부적 고갈에 기여했습니다(그림 6).표 6은 샘플 C와 비교하여 샘플 D의 Fe 및 Cr 감소를 보여 주며, 이는 P. aeruginosa 생물막으로 인해 용해된 Fe 및 Cr이 처음 7일 동안 지속되었음을 나타냅니다.2216E 환경은 해양 환경을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.이 제품에는 17700ppm의 Cl-가 함유되어 있으며 이는 천연 해수의 함량과 비슷합니다.17700ppm Cl-의 존재는 XPS로 분석한 7일 및 14일 비생물 샘플에서 Cr 감소의 주요 원인이었습니다.P. aeruginosa 샘플과 비교하여, 비생물적 조건에서 염소에 대한 2707 HDSS의 강한 저항성으로 인해 비생물적 샘플에서 Cr의 용해는 훨씬 적었습니다.그림에.도 9는 부동태화막 내 Cr6+의 존재를 보여준다.Chen과 Clayton이 제안한 것처럼 P. aeruginosa 생물막에 의해 강철 표면에서 크롬을 제거하는 데 관여할 수 있습니다.
박테리아 성장으로 인해 배양 전과 배양 후 배지의 pH 값은 각각 7.4와 8.2였다.따라서 P. aeruginosa 생물막 아래에서는 벌크 배지의 상대적으로 높은 pH로 인해 유기산 부식이 이 작업에 기여할 가능성이 없습니다.비생물학적 대조 배지의 pH는 14일의 테스트 기간 동안 크게 변하지 않았습니다(초기 7.4에서 최종 7.5까지).배양 후 접종 배지의 pH 증가는 녹농균(P. aeruginosa)의 대사 활성과 관련이 있으며 테스트 스트립이 없을 때 pH에 동일한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다.
그림 7에서 볼 수 있듯이 P. aeruginosa 생물막으로 인한 최대 피트 깊이는 0.69μm로, 이는 비생물적 배지(0.02μm)보다 훨씬 컸습니다.이는 위에서 설명한 전기화학적 데이터와 일치합니다.0.69μm의 피트 깊이는 동일한 조건에서 2205 DSS에 대해 보고된 9.5μm 값보다 10배 이상 작습니다.이 데이터는 2707 HDSS가 2205 DSS보다 MIC에 대해 더 나은 저항성을 나타냄을 보여줍니다.2707 HDSS는 더 긴 부동태화를 제공하고 P. aeruginosa의 부동태화를 더 어렵게 하는 더 높은 Cr 수준을 가지며 유해한 2차 침전이 없는 균형 잡힌 상 구조로 인해 구멍이 생기기 때문에 이는 놀라운 일이 아닙니다.
결론적으로, 비생물적 환경에서는 미미한 피트와 비교하여 P. aeruginosa 액체배지의 2707 HDSS 표면에서 MIC 피트가 발견되었습니다.이 연구는 2707 HDSS가 2205 DSS보다 MIC에 대한 저항성이 더 우수하지만 P. aeruginosa 생물막으로 인해 MIC에 완전히 면역되지는 않음을 보여줍니다.이러한 결과는 해양 환경에 적합한 스테인리스강 선택과 기대 수명에 도움이 됩니다.
중국 선양에 있는 Northeastern University(NEU) 야금학부에서 제공한 2707 HDSS 쿠폰입니다.2707 HDSS의 원소 조성은 NEU 재료 분석 및 테스트 부서에서 분석한 표 1에 나와 있습니다.모든 샘플은 1시간 동안 1180°C에서 고용체로 처리되었습니다.부식 테스트에 앞서, 상단 개방 표면적이 1cm2인 동전 모양의 2707 HDSS를 탄화 규소 사포를 사용하여 2000방으로 연마한 후 0.05μm Al2O3 분말 슬러리로 연마했습니다.측면과 바닥은 불활성 페인트로 보호됩니다.건조 후, 샘플을 멸균 탈이온수로 세척하고 75%(v/v) 에탄올로 0.5시간 동안 멸균했습니다.그런 다음 사용 전 0.5시간 동안 자외선(UV) 빛으로 공기 건조시켰습니다.
Marine Pseudomonas aeruginosa 균주 MCCC 1A00099는 중국 Xiamen Marine Culture Collection Center(MCCC)에서 구입했습니다.Pseudomonas aeruginosa를 Marine 2216E 액체 배지(Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China)를 사용하여 250ml 플라스크 및 500ml 유리 전기화학 셀에서 37℃의 호기성 조건에서 성장시켰다.배지 함유량(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, 0016 6NH 26NH3, 3.0016 NH3 5.0 펩톤, 1.0 효모 추출물 및 0.1 철 구연산염.접종 전 121°C에서 20분간 오토클레이브합니다.400배 배율로 광학 현미경으로 혈세포계를 사용하여 고착성 및 플랑크톤 세포를 계산합니다.접종 직후 플랑크톤성 녹농균의 초기 농도는 약 106개 세포/ml였습니다.
전기화학적 테스트는 중간 용량 500ml의 전통적인 3전극 유리 셀에서 수행되었습니다.백금 시트와 포화 칼로멜 전극(SAE)은 각각 상대 전극과 기준 전극 역할을 하는 염다리로 채워진 Luggin 모세관을 통해 반응기에 연결되었습니다.작업전극 제작을 위해 각 샘플에 고무 처리된 구리선을 부착하고 에폭시 수지로 코팅하여 작업전극 한쪽 면에 약 1 cm2의 비보호 영역을 남겨 두었습니다.전기화학적 측정 동안 샘플을 2216E 배지에 넣고 수조에서 일정한 배양 온도(37°C)로 유지했습니다.OCP, LPR, EIS 및 잠재적 동적 분극 데이터는 Autolab potentiostat(Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA)를 사용하여 측정되었습니다.LPR 테스트는 Eocp를 사용하여 -5 ~ 5mV 범위에서 0.125mV s-1의 스캔 속도와 1Hz의 샘플링 속도로 기록되었습니다.EIS는 정상상태 Eocp에서 5mV의 인가전압을 사용하여 0.01~10,000Hz의 주파수 범위에 걸쳐 사인파로 수행되었습니다.전위 스위프 전에 전극은 자유 부식 전위의 안정적인 값에 도달할 때까지 유휴 모드에 있었습니다.그런 다음 분극 곡선은 0.166mV/s의 스캔 속도에서 Eocp의 함수로 -0.2V에서 1.5V까지 측정되었습니다.각 테스트는 P. aeruginosa 유무에 따라 3회 반복되었습니다.
금속 조직학적 분석을 위한 샘플은 젖은 2000방 SiC 종이로 기계적으로 연마한 다음 광학 관찰을 위해 0.05μm Al2O3 분말 현탁액으로 추가로 연마했습니다.광학 현미경을 사용하여 금속 조직 분석을 수행했습니다.샘플은 10wt% 수산화칼륨 43 용액으로 에칭되었습니다.
인큐베이션 후, 샘플을 인산염 완충 식염수(PBS)(pH 7.4 ± 0.2)로 3회 세척한 후 2.5%(v/v) 글루타르알데히드로 10시간 동안 고정하여 생물막을 고정시켰다.그런 다음 공기 건조 전에 배치 에탄올(50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% 및 100% 부피)로 탈수했습니다.마지막으로, SEM 관찰을 위한 전도성을 제공하기 위해 금 필름이 샘플 표면에 증착됩니다.SEM 이미지는 각 샘플 표면에서 가장 고착성 P. aeruginosa 세포가 있는 지점에 초점을 맞췄습니다.EDS 분석을 수행하여 화학 원소를 찾습니다.Zeiss 공초점 레이저 스캐닝 현미경(CLSM)(LSM 710, Zeiss, Germany)을 사용하여 피트 깊이를 측정했습니다.생물막 아래의 부식 구멍을 관찰하기 위해 먼저 중국 국가 표준(CNS) GB/T4334.4-2000에 따라 테스트 샘플을 세척하여 테스트 샘플 표면에서 부식 생성물과 생물막을 제거했습니다.
X선 광전자 분광법(XPS, ESCALAB250 표면 분석 시스템, Thermo VG, USA) 분석은 단색 X선 소스(에너지 1500eV, 전력 150W의 알루미늄 Kα 라인)를 사용하여 광범위한 범위에서 수행되었습니다. -1350eV의 표준 조건에서 결합 에너지는 0입니다.고해상도 스펙트럼은 50eV의 전송 에너지와 0.2eV 단계를 사용하여 기록되었습니다.
인큐베이션된 샘플을 제거하고 PBS(pH 7.4 ± 0.2)로 15초 동안 부드럽게 세척했습니다.샘플에서 생물막의 박테리아 생존력을 관찰하기 위해 LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit(Invitrogen, Eugene, OR, USA)를 사용하여 생물막을 염색했습니다.키트에는 SYTO-9 녹색 형광 염료와 요오드화 프로피듐(PI) 적색 형광 염료라는 두 가지 형광 염료가 포함되어 있습니다.CLSM에서 형광 녹색과 빨간색 점은 각각 살아있는 세포와 죽은 세포를 나타냅니다.염색을 위해 SYTO-9 3μl와 PI 용액 3μl를 함유한 혼합물 1ml를 암실에서 실온(23°C)에서 20분간 배양했습니다.그 후, 염색된 샘플을 Nikon CLSM 장치(C2 Plus, Nikon, Japan)를 사용하여 두 가지 파장(살아있는 세포의 경우 488nm, 죽은 세포의 경우 559nm)에서 검사했습니다.생물막 두께는 3D 스캐닝 모드로 측정되었습니다.
이 기사를 인용하는 방법: Li, H. et al.Pseudomonas aeruginosa 해양 생물막에 의한 2707 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 미생물 부식.과학.20190년 6월 6일. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. 티오황산염이 있는 염화물 용액에서 LDX 2101 이중 스테인리스 강의 응력 부식 균열. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. 티오황산염이 있는 염화물 용액에서 LDX 2101 이중 스테인리스 강의 응력 부식 균열. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавевевей стали LDX 2101 в раствор ах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. 티오황산염이 있는 염화물 용액에서 이중 스테인리스강 LDX 2101의 응력 부식 균열. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双上스테인리스 스틸은 복대황산염분하남성성생于中图이미지剧情开裂. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавевевей стали LDX 2101 в раствор е хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. 티오황산염이 있는 염화물 용액에서 이중 스테인리스강 LDX 2101의 응력 부식 균열.코로스 사이언스 80, 205–212(2014).
김성, 장, SH, 이, 이, 박, YS 용체화 처리 및 차폐 가스의 질소가 하이퍼 듀플렉스 스테인리스강 용접의 공식 부식 저항에 미치는 영향. 김성, 장, SH, 이, 이, 박, YS 용체화 처리 및 차폐 가스의 질소가 하이퍼 듀플렉스 스테인리스강 용접의 공식 부식 저항에 미치는 영향.김 ST, 장 SH, 이 IS, 박 YS 고용체 열처리와 차폐 가스 내 질소가 초이중 스테인리스강 용접의 공식 부식 저항에 미치는 영향. Kim, ST, Zhang, SH, Lee, IS & Park, YS는 固溶热处理와 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입니다. 김성, 장성수, 이이스, 박용산김 ST, 장 SH, 이 IS, 박 YS 용체화 처리와 차폐 가스 내 질소가 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 용접의 공식 부식 저항에 미치는 영향.코로스.과학.53, 1939~1947(2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 316L 스테인리스강의 미생물 및 전기화학 유도 구멍에 대한 화학 비교 연구. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 316L 스테인리스강의 미생물 및 전기화학 유도 구멍에 대한 화학 비교 연구.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. 및 Lewandowski, Z. 316L 스테인레스강의 미생물학적 및 전기화학적 구멍에 대한 비교 화학적 연구. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 微生物과 电화학诱导的316L은 不锈钢点蚀적화학比较研究입니다. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. 및 Lewandowski, Z. 316L 스테인리스강의 미생물학적 및 전기화학적으로 유발된 구멍에 대한 비교 화학적 연구.코로스.과학.45, 2577-2595(2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 염화물 존재 시 pH가 다른 알칼리 용액에서 2205 이중 스테인리스강의 전기화학적 거동. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 염화물 존재 시 pH가 다른 알칼리 용액에서 2205 이중 스테인리스강의 전기화학적 거동.Luo H., Dong KF, Lee HG 및 Xiao K. 염화물 존재 시 pH가 다른 알칼리 용액에서 이중 스테인리스강 2205의 전기화학적 거동. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双了不锈钢在氯锈钢下不同pH 碱性溶液中的电chemical行为. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 알칼리 용액의 다양한 pH에서 염화물 존재 시 双상 스테인레스 강의 전기화학적 거동.Luo H., Dong KF, Lee HG 및 Xiao K. 염화물 존재 시 pH가 다른 알칼리 용액에서 이중 스테인리스강 2205의 전기화학적 거동.전기화학.잡지.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 부식에 대한 해양 생물막의 영향: 간결한 검토. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 부식에 대한 해양 생물막의 영향: 간결한 검토.Little, BJ, Lee, JS 및 Ray, RI 부식에 대한 해양 생물막의 효과: 간략한 검토. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述. Little, BJ, Lee, JS & 레이, RILittle, BJ, Lee, JS 및 Ray, RI 부식에 대한 해양 생물막의 효과: 간략한 검토.전기화학.잡지.54, 2-7(2008).