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미생물 부식(MIC)은 막대한 경제적 손실을 초래할 수 있기 때문에 많은 산업 분야에서 심각한 문제입니다.Super duplex stainless steel 2707(2707 HDSS)은 우수한 내화학성으로 인해 해양 환경에서 사용됩니다.그러나 MIC에 대한 내성은 실험적으로 입증되지 않았습니다.본 연구에서는 해양 호기성 세균인 Pseudomonas aeruginosa에 의해 유발되는 MIC 2707 HDSS의 거동을 조사하였다.전기화학적 분석은 2216E 배지에 Pseudomonas aeruginosa 생물막이 존재하는 경우 부식 전위의 긍정적인 변화와 부식 전류 밀도의 증가가 발생함을 보여주었습니다.XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석 결과 생물막 아래 샘플 표면의 Cr 함량이 감소한 것으로 나타났습니다.피트의 육안 분석은 P. aeruginosa 생물막이 14일의 배양 기간 동안 최대 0.69 μm의 피트 깊이를 생성함을 보여주었습니다.이것은 작지만 2707 HDSS가 P. aeruginosa biofilms의 MIC에 완전히 면역이 되지 않는다는 것을 나타냅니다.
듀플렉스 스테인리스강(DSS)은 우수한 기계적 특성과 내식성의 완벽한 조합으로 인해 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다1,2.그러나 국부적인 피팅은 여전히 ​​발생하며 이 강철3,4의 무결성에 영향을 미칩니다.DSS는 미생물 부식(MIC)5,6에 내성이 없습니다.DSS의 광범위한 적용에도 불구하고 DSS의 내식성이 장기간 사용하기에 충분하지 않은 환경이 여전히 존재합니다.이것은 내식성이 더 높은 더 비싼 재료가 필요하다는 것을 의미합니다.Jeon et al7은 슈퍼 듀플렉스 스테인리스 스틸(SDSS)조차도 내부식성 측면에서 일부 제한이 있음을 발견했습니다.따라서 경우에 따라 내식성이 더 높은 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강(HDSS)이 필요합니다.이로 인해 고합금 HDSS가 개발되었습니다.
내식성 DSS는 알파 및 감마 상의 비율에 따라 달라지며 두 번째 상에 인접한 Cr, Mo 및 W 영역(8, 9, 10)에서 고갈됩니다.HDSS는 Cr, Mo 및 N11 함량이 높기 때문에 내식성이 우수하고 wt.% Cr + 3.3(wt.% Mo + 0.5wt.%W) + 16%wt.N12.우수한 내식성은 약 50%의 페라이트계(α)와 50%의 오스테나이트계(γ) 상을 포함하는 균형 잡힌 구성에 달려 있습니다.HDSS는 더 나은 기계적 특성과 염화물 부식에 대한 더 높은 저항성을 가지고 있습니다.향상된 내부식성은 해양 환경과 같은 보다 공격적인 염화물 환경에서 HDSS의 사용을 확장합니다.
MIC는 석유, 가스, 물 산업과 같은 많은 산업에서 주요 문제입니다14.MIC는 모든 부식 손상의 20%를 차지합니다15.MIC는 많은 환경에서 관찰할 수 있는 생체전기화학적 부식입니다.금속 표면에 형성되는 생물막은 전기 화학적 조건을 변경하여 부식 과정에 영향을 미칩니다.MIC 부식은 생물막에 의해 발생한다고 널리 알려져 있습니다.전자기 미생물은 생존에 필요한 에너지를 얻기 위해 금속을 먹어 치웁니다17.최근의 MIC 연구는 EET(세포외 전자 전달)가 전자유도 미생물에 의해 유도된 MIC의 속도 제한 인자라는 것을 보여주었습니다.장 외.18은 전자 매개체가 Desulfovibrio sessificans 세포와 304 스테인레스 스틸 사이의 전자 전달을 가속화하여 더 심각한 MIC 공격을 초래함을 입증했습니다.Anninget al.19 및 Wenzlaff et al.20은 부식성 황산염 환원 박테리아(SRB)의 생물막이 금속 기판에서 전자를 직접 흡수하여 심각한 공식을 유발할 수 있음을 보여주었습니다.
DSS는 SRB, IRB(iron-reducing bacteria) 등을 포함하는 배지에서 MIC에 민감한 것으로 알려져 있습니다. 21 .이 박테리아는 생물막 아래의 DSS 표면에 국부적인 구멍을 뚫습니다.DSS와 달리 HDSS24 MIC는 잘 알려져 있지 않습니다.
Pseudomonas aeruginosa는 ​​자연계에 널리 분포하는 그람 음성, 운동성, 막대 모양의 세균입니다25.Pseudomonas aeruginosa는 ​​또한 해양 환경의 주요 미생물 그룹으로 MIC 농도를 높입니다.Pseudomonas는 부식 과정에 적극적으로 관여하며 생물막 형성 동안 선구적인 식민자로 인식됩니다.Mahatet al.28 및 Yuan et al.29는 Pseudomonas aeruginosa가 수중 환경에서 연강 및 합금의 부식 속도를 증가시키는 경향이 있음을 입증했습니다.
본 연구의 주요 목적은 전기화학적 방법, 표면 분석 방법 및 부식 생성물 분석을 사용하여 해양 호기성 박테리아 Pseudomonas aeruginosa에 의해 유발되는 MIC 2707 HDSS의 특성을 조사하는 것이었습니다.MIC 2707 HDSS의 거동을 연구하기 위해 개방 회로 전위(OCP), 선형 분극 저항(LPR), 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 및 잠재적 동적 분극을 포함한 전기화학 연구를 수행했습니다.부식된 표면의 화학 원소를 검출하기 위해 EDS(Energy dispersive spectrometric analysis)를 수행했습니다.또한, 녹농균이 포함된 해양 환경의 영향 하에서 산화막 부동태화의 안정성을 확인하기 위해 XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)를 사용하였다.피트의 깊이는 공초점 레이저 스캐닝 현미경(CLSM)으로 측정했습니다.
표 1은 2707 HDSS의 화학 조성을 보여줍니다.표 2는 2707 HDSS가 650 MPa의 항복 강도로 우수한 기계적 특성을 가지고 있음을 보여줍니다.무화과.도 1은 용체화 열처리된 2707 HDSS의 광학 미세구조를 보여준다.약 50%의 오스테나이트 및 50%의 페라이트 상을 포함하는 미세 조직에서 2차 상 없이 오스테나이트 및 페라이트 상의 연장된 밴드가 보입니다.
무화과.2a는 37°C에서 14일 동안 2216E 비생물적 배지 및 P. aeruginosa 배지에서 2707 HDSS에 대한 개방 회로 전위(Eocp) 대 노출 시간을 보여줍니다.Eocp에서 가장 크고 가장 중요한 변화가 처음 24시간 이내에 발생함을 보여줍니다.두 경우 모두 Eocp 값은 약 16시간에 -145mV(SCE 대비)에서 정점을 찍은 다음 급격히 떨어졌으며, 비생물적 샘플의 경우 -477mV(SCE 대비) 및 -236mV(SCE 대비)에 도달했습니다.Pseudomonas aeruginosa 쿠폰, 각각).24시간 후, P. aeruginosa에 대한 Eocp 2707 HDSS 값은 -228mV(SCE에 비해)에서 상대적으로 안정한 반면, 비생물학적 샘플에 대한 해당 값은 약 -442mV(SCE에 비해)였습니다.P. aeruginosa 존재 하의 Eocp는 상당히 낮았다.
37°C에서 무생물 배지 및 녹농균 국물에서 2707 HDSS 샘플의 전기화학적 연구:
(a) 노출 시간의 함수로서의 Eocp, (b) 14일째의 편광 곡선, (c) 노출 시간의 함수로서의 Rp, 및 (d) 노출 시간의 함수로서의 icorr.
표 3은 14일 동안 무생물 및 ​​녹농균 접종 배지에 노출된 2707 HDSS 샘플의 전기화학적 부식 매개변수를 보여줍니다.양극 및 음극 곡선의 접선은 표준 방법30,31에 따라 부식 전류 밀도(icorr), 부식 전위(Ecorr) 및 Tafel 기울기(βα 및 βc)를 제공하는 교차점을 얻기 위해 외삽되었습니다.
그림과 같이.도 2b에서, P. aeruginosa 곡선의 상향 이동은 무생물적 곡선에 비해 Ecorr의 증가를 초래하였다.부식 속도에 비례하는 icorr 값은 Pseudomonas aeruginosa 시료에서 0.328 µA cm-2로 증가했으며, 이는 비생물학적 시료(0.087 µA cm-2)보다 4배 더 큽니다.
LPR은 빠른 부식 분석을 위한 고전적인 비파괴 전기화학적 방법입니다.또한 MIC32를 연구하는 데 사용되었습니다.무화과.도 2c는 노출 시간의 함수로서 분극 저항(Rp)을 나타낸다.Rp 값이 높을수록 부식이 적다는 의미입니다.처음 24시간 이내에 Rp 2707 HDSS는 비생물 표본의 경우 1955kΩcm2, 녹농균 표본의 경우 1429kΩcm2로 정점을 찍었습니다.그림 2c는 또한 Rp 값이 하루 후 급격하게 감소한 후 다음 13일 동안 상대적으로 변화가 없음을 보여줍니다.Pseudomonas aeruginosa 샘플의 Rp 값은 약 40kΩ cm2로 비 생물학적 샘플의 450kΩ cm2 값보다 훨씬 낮습니다.
icorr의 값은 균일한 부식 속도에 비례합니다.그 값은 다음 Stern-Giri 방정식에서 계산할 수 있습니다.
Zoe 등에 따르면.그림 33에서 본 작업에서 Tafel 기울기 B의 전형적인 값은 26mV/dec로 간주되었습니다.그림 2d는 비생물학적 샘플 2707의 icorr이 상대적으로 안정적으로 유지된 반면 P. aeruginosa 샘플은 처음 24시간 후에 크게 변동했음을 보여줍니다.P. aeruginosa 샘플의 icorr 값은 비 생물학적 대조군보다 훨씬 더 높았습니다.이러한 경향은 분극 저항의 결과와 일치합니다.
EIS는 부식된 표면에서 전기화학 반응을 특성화하는 데 사용되는 또 다른 비파괴 방법입니다.비생물적 환경 및 녹농균 용액에 노출된 샘플의 임피던스 스펙트럼 및 계산된 커패시턴스 값, 샘플 표면에 형성된 패시브 필름/바이오필름 저항 Rb, 전하 이동 저항 Rct, 전기 이중층 커패시턴스 Cdl(EDL) 및 일정한 QCPE 위상 요소 매개변수 (CPE).이러한 매개변수는 등가 회로(EEC) 모델을 사용하여 데이터를 피팅하여 추가로 분석되었습니다.
무화과.도 3은 다양한 배양 시간에 대한 무생물 배지 및 P. aeruginosa 배지에서 2707 HDSS 샘플에 대한 전형적인 Nyquist 플롯(a 및 b) 및 Bode 플롯(a' 및 b')을 나타낸다.Pseudomonas aeruginosa가 있으면 Nyquist ring의 직경이 감소합니다.보드 플롯(그림 3b')은 총 임피던스의 증가를 보여줍니다.완화 시간 상수에 대한 정보는 위상 최대값에서 얻을 수 있습니다.무화과.도 4는 단일층(a) 및 이중층(b) 및 상응하는 EEC에 기초한 물리적 구조를 나타낸다.CPE는 EEC 모델에 도입되었습니다.어드미턴스와 임피던스는 다음과 같이 표현됩니다.
샘플 2707 HDSS의 임피던스 스펙트럼을 맞추기 위한 두 가지 물리적 모델 및 해당 등가 회로:
여기서 Y0은 KPI 값, j는 허수 또는 (-1)1/2, ω는 각 주파수, n은 135 미만의 KPI 전력 지수입니다.전하 이동 저항 반전(예: 1/Rct)은 부식 속도에 해당합니다.Rct가 작을수록 부식률이 높아집니다27.배양 14일 후, Pseudomonas aeruginosa 샘플의 Rct는 32kΩcm2에 도달했으며, 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 커버리지가 좋지 않았고 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 23.4 µm에서 14일 후 18.9 µm로 변경되었습니다.평균 생물막 두께도 이러한 추세를 확인했습니다.7일 후 22.2 ± 0.7 μm에서 14일 후 17.8 ± 1.0 μm로 감소했습니다.
(a) 7일째의 3-D CLSM 이미지, (b) 14일째의 3-D CLSM 이미지, (c) 7일째의 SEM 이미지, 및 (d) 14일째의 SEM 이미지.
EMF는 14일 동안 P. aeruginosa에 노출된 샘플에서 생물막 및 부식 생성물의 화학 원소를 밝혀냈습니다.무화과.그림 6은 생물막 및 부식 생성물의 C, N, O 및 P 함량이 순수 금속보다 상당히 높다는 것을 보여줍니다. 이러한 원소는 생물막 및 그 대사 산물과 연관되어 있기 때문입니다.미생물은 미량의 크롬과 철분만 필요로 합니다.샘플 표면의 생물막 및 부식 생성물의 높은 수준의 Cr 및 Fe는 금속 매트릭스가 부식으로 인해 원소를 잃었음을 나타냅니다.
14일 후, 배지 2216E에서 P. aeruginosa가 있거나 없는 구덩이가 관찰되었다.배양 전, 샘플의 표면은 매끄럽고 결함이 없었습니다(그림 7a).생물막 및 부식 생성물의 배양 및 제거 후, 그림 7b 및 c와 같이 CLSM을 사용하여 샘플 표면의 가장 깊은 구덩이를 검사했습니다.비생물학적 대조군(최대 구멍 깊이 0.02μm)의 표면에서 명백한 구멍이 발견되지 않았습니다.P. aeruginosa에 의한 최대 패인 깊이는 3개 샘플의 평균 최대 패인 깊이를 기준으로 7일에 0.52 μm, 14일에 0.69 μm였습니다(각 샘플에 대해 최대 10개의 패인 깊이를 선택함).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) 비생물적 환경에서 14일, 및 (c) 녹농균 국물에서 14일.
무화과.표 8은 다양한 샘플 표면의 XPS 스펙트럼을 나타내며, 각 표면에 대해 분석된 화학 조성은 표 6에 요약되어 있다. 비 생물학적 컨트롤보다 훨씬 낮습니다.(샘플 C 및 D).P. aeruginosa 샘플의 경우, Cr 2p 핵 수준의 스펙트럼 곡선은 574.4, 576.6, 578.3 및 586.8 eV의 결합 에너지(BE)를 갖는 4개의 피크 성분에 맞춰졌으며, 이는 Cr, Cr2O3, CrO3에 기인할 수 있습니다. .및 Cr(OH)3 각각(그림 9a 및 b).비생물학적 샘플의 경우, 주요 Cr 2p 수준의 스펙트럼은 그림 1 및 2에서 Cr(BE의 경우 573.80 eV) 및 Cr2O3(BE의 경우 575.90 eV)에 대한 두 개의 주요 피크를 포함합니다.각각 9c 및 d.비생물적 샘플과 P. aeruginosa 샘플 사이의 가장 두드러진 차이점은 Cr6+의 존재와 생물막 아래의 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) 비생물적 환경에서 7일, (d) 비생물적 환경에서 14일.
HDSS는 대부분의 환경에서 높은 수준의 내부식성을 나타냅니다.Kim et al.2는 HDSS UNS S32707이 PREN이 45보다 큰 고합금 DSS로 확인되었다고 보고했습니다. 이 작업에서 샘플 2707 HDSS의 PREN 값은 49였습니다. 이는 높은 크롬 함량과 산성 환경에서 유용한 몰리브덴 및 니켈.염화물 함량이 높은 환경.또한 균형잡힌 구성과 무결점 미세구조로 구조적 안정성과 내식성에 유리합니다.그러나 우수한 내화학성에도 불구하고 이 작업의 실험 데이터는 2707 HDSS가 P. aeruginosa 생물막 MIC에 대해 완전히 면역이 되지 않음을 시사합니다.
전기화학적 결과는 P. aeruginosa 배지에서 2707 HDSS의 부식률이 비생물학적 환경에 비해 14일 후에 크게 증가했음을 보여주었습니다.그림 2a에서 처음 24시간 동안 비생물적 배지와 P. aeruginosa 배지 모두에서 Eocp의 감소가 관찰되었습니다.그 후 생물막이 시료 표면을 완전히 덮고 Eocp는 상대적으로 안정됩니다36.그러나 생물학적 Eocp 수준은 비생물학적 Eocp 수준보다 훨씬 높았다.이러한 차이가 P. aeruginosa 생물막의 형성과 관련이 있다고 믿을 만한 이유가 있습니다.무화과.2일 P. aeruginosa의 존재 하에서 icorr 2707 HDSS 값은 0.627 μA cm-2에 도달했으며, 이는 비생물학적 대조군(0.063 μA cm-2)보다 훨씬 더 높은 값으로 측정된 Rct 값과 일치했습니다. EIS에 의해.처음 며칠 동안 P. aeruginosa 세포의 부착과 생물막의 형성으로 인해 P. aeruginosa 배지의 임피던스 값이 증가했습니다.그러나 생물막이 시료 표면을 완전히 덮으면 임피던스가 감소합니다.보호층은 주로 생물막 및 생물막 대사산물의 형성으로 인해 공격을 받습니다.결과적으로 내식성은 시간이 지남에 따라 감소하고 P. aeruginosa의 부착으로 인해 국부 부식이 발생했습니다.비생물적 환경의 경향은 달랐다.비생물학적 대조군의 내식성은 P. aeruginosa 배지에 노출된 샘플의 상응하는 값보다 훨씬 더 높았다.또한 비생물적 접근의 경우 Rct 2707 HDSS 값이 14일째에 489 kΩ cm2에 도달하여 P. aeruginosa 존재 시 Rct 값(32 kΩ cm2)보다 15배 더 높았습니다.따라서 2707 HDSS는 무균 환경에서 내식성이 우수하지만 P. aeruginosa biofilms의 MIC에는 내성이 없습니다.
이러한 결과는 Fig.2b.양극 분기는 Pseudomonas aeruginosa 생물막 형성 및 금속 산화 반응과 관련이 있습니다.이 경우 음극 반응은 산소의 환원입니다.P. aeruginosa의 존재는 부식 전류 밀도를 상당히 증가시켰고, 비생물적 통제에서보다 약 10배 더 높았습니다.이것은 P. aeruginosa 생물막이 2707 HDSS의 국부 부식을 강화한다는 것을 나타냅니다.Yuan 등29은 Cu-Ni 70/30 합금의 부식 전류 밀도가 P. aeruginosa 생물막의 작용 하에 증가한다는 것을 발견했습니다.이것은 Pseudomonas aeruginosa biofilms에 의한 산소 환원의 생물 촉매 작용 때문일 수 있습니다.이 관찰은 또한 이 작업에서 MIC 2707 HDSS를 설명할 수 있습니다.호기성 생물막 아래에는 산소가 적을 수도 있습니다.따라서 금속 표면을 산소로 재부동태화하는 것을 거부하는 것이 이 작업에서 MIC에 기여하는 요인일 수 있습니다.
Dickinsonet al.38은 화학적 및 전기화학적 반응의 속도가 샘플 표면에 있는 정착성 박테리아의 대사 활동과 부식 생성물의 특성에 의해 직접적으로 영향을 받을 수 있다고 제안했습니다.도 5 및 표 5에 나타낸 바와 같이, 세포 수 및 생물막 두께는 14일 후에 감소하였다.이는 14일 후 2707 HDSS 표면의 대부분의 고착 세포가 2216E 배지의 영양분 고갈 또는 2707 HDSS 매트릭스에서 독성 금속 이온의 방출로 인해 죽었다는 사실로 합리적으로 설명할 수 있습니다.이것은 배치 실험의 한계입니다.
이 작업에서 P. aeruginosa 생물막은 2707 HDSS 표면의 생물막 아래에서 Cr과 ​​Fe의 국부적 고갈에 기여했습니다(그림 6).표 6은 샘플 C와 비교하여 샘플 D에서 Fe 및 Cr의 감소를 보여주며, 이는 P. aeruginosa 생물막에 의해 야기된 용해된 Fe 및 Cr이 처음 7일 동안 지속되었음을 나타냅니다.2216E 환경은 해양 환경을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.그것은 17700ppm Cl-를 함유하고 있으며 이는 천연 해수의 함량과 비슷합니다.17700ppm Cl-의 존재는 XPS로 분석한 7일 및 14일 무생물 시료에서 Cr 감소의 주요 원인이었습니다.P. aeruginosa 샘플과 비교할 때, 비생물적 조건에서 염소에 대한 2707 HDSS의 강한 저항성으로 인해 비생물적 샘플에서 Cr의 용해가 훨씬 적었습니다.무화과.도 9는 패시베이션 막에서 Cr6+의 존재를 나타낸다.Chen과 Clayton이 제안한 바와 같이 P. aeruginosa 생물막에 의해 강철 표면에서 크롬을 제거하는 것과 관련이 있을 수 있습니다.
세균 증식으로 인해 배양 전과 배양 후 배지의 pH 값은 각각 7.4와 8.2였다.따라서 P. aeruginosa 생물막 아래에서 벌크 매질의 상대적으로 높은 pH로 인해 유기산 부식이 이 작업에 기여할 가능성이 낮습니다.비생물학적 대조군 배지의 pH는 14일 시험 기간 동안 크게 변하지 않았다(초기 7.4에서 최종 7.5로).배양 후 접종 배지의 pH 증가는 P. aeruginosa의 대사 활동과 관련이 있으며 테스트 스트립이 없을 때 pH에 동일한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다.
그림 7에서 볼 수 있듯이 P. aeruginosa 생물막에 의한 최대 피트 깊이는 0.69 μm로 무생물 배지(0.02 μm)보다 훨씬 큽니다.이는 위에서 설명한 전기화학 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.이것은 2707 HDSS가 더 긴 부동태화를 제공하는 더 높은 Cr 수준을 갖고 P. aeruginosa를 탈부동태화하기가 더 어렵고 유해한 2차 침전이 없는 균형 잡힌 위상 구조로 인해 공식을 유발하기 때문에 이것은 놀라운 일이 아닙니다.
결론적으로, MIC pits는 무생물적 환경에서의 미미한 pits에 비해 P. aeruginosa broth에서 2707 HDSS의 표면에서 발견되었다.이 작업은 2707 HDSS가 2205 DSS보다 MIC에 대한 저항성이 우수하지만 P. aeruginosa 생물막으로 인해 MIC에 대해 완전히 면역되지는 않음을 보여줍니다.이러한 결과는 해양 환경에 적합한 스테인리스강 및 기대 수명을 선택하는 데 도움이 됩니다.
중국 선양에 있는 Northeastern University(NEU) 금속공학과에서 제공한 2707 HDSS 쿠폰.2707 HDSS의 원소 조성은 NEU 재료 분석 및 시험 부서에서 분석한 표 1에 나와 있습니다.모든 샘플은 1180°C에서 1시간 동안 고용체 처리되었습니다.부식 테스트에 앞서 1cm2의 상부 개방 표면적을 가진 동전 모양의 2707 HDSS를 실리콘 카바이드 사포로 2000 그릿으로 연마한 다음 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 사용하기 전에 자외선(UV) 아래에서 0.5시간 동안 공기 건조했습니다.
Marine Pseudomonas aeruginosa 균주 MCCC 1A00099는 중국 Xiamen Marine Culture Collection Center(MCCC)에서 구입했습니다.Pseudomonas aeruginosa는 ​​Marine 2216E 액체 배지(Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China)를 사용하여 250ml 플라스크 및 500ml 유리 전기화학 셀에서 37℃의 호기성 조건 하에서 성장시켰다.매체는 (G/L)을 함유한다 : 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 6NH26NH3, 3.016 NH3, 3.016 NH3, 3.0 효모 추출물 및 0.1 구연산 철.접종 전 20분 동안 121°C에서 오토클레이브합니다.400배 배율로 광학 현미경으로 혈세포계로 고착 및 플랑크톤 세포를 계산합니다.접종 직후 플랑크톤성 녹농균의 초기 농도는 약 106개 세포/ml였습니다.
전기화학적 테스트는 500ml의 중간 부피를 가진 고전적인 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.작업전극의 제조를 위해 각 시료에 고무를 입힌 동선을 부착하고 한쪽에 작업전극을 위한 보호되지 않은 영역을 약 1 cm2 남기고 에폭시 수지로 덮었다.전기화학적 측정 동안 샘플을 2216E 배지에 넣고 수조에서 일정한 배양 온도(37°C)로 유지했습니다.OCP, LPR, EIS 및 잠재적 동적 편광 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 정상 상태 Eocp에서 5mV의 인가 전압을 사용하여 0.01~10,000Hz의 주파수 범위에 걸쳐 사인파로 수행되었습니다.전위 스윕 전에 전극은 안정적인 자유 부식 전위 값에 도달할 때까지 유휴 모드에 있었습니다.그런 다음 편광 곡선을 0.166mV/s의 스캔 속도에서 Eocp의 함수로 -0.2에서 1.5V까지 측정했습니다.각 테스트는 P. aeruginosa 유무에 따라 3회 반복되었습니다.
금속학적 분석을 위한 샘플은 젖은 2000 그릿 SiC 페이퍼로 기계적으로 연마한 다음 광학 관찰을 위해 0.05 µm Al2O3 분말 현탁액으로 추가로 연마했습니다.금속 조직 분석은 광학 현미경을 사용하여 수행되었습니다.샘플은 10wt% 수산화칼륨 43 용액으로 에칭되었습니다.
배양 후 샘플을 인산염 완충 식염수(PBS)(pH 7.4 ± 0.2)로 3회 세척한 다음 2.5%(v/v) 글루타르알데히드로 10시간 동안 고정하여 생물막을 고정했습니다.그런 다음 배치된 에탄올(50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% 및 100 부피%)로 탈수한 후 공기 건조했습니다.마지막으로 SEM 관찰을 위한 전도성을 제공하기 위해 샘플 표면에 금 필름을 증착합니다.SEM 이미지는 각 샘플의 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 구덩이를 관찰하기 위해 먼저 테스트 샘플을 중국 국가 표준(CNS) GB/T4334.4-2000에 따라 세척하여 테스트 샘플의 표면에서 부식 생성물과 생물막을 제거했습니다.
X선 광전자 분광법(XPS, ESCALAB250 표면 분석 시스템, Thermo VG, USA) 분석은 단색 X선 소스(에너지 1500eV 및 전력 150W의 알루미늄 Kα선)를 사용하여 광범위한 -1350 eV의 표준 조건에서 결합 에너지 0.고해상도 스펙트럼은 50eV의 전송 에너지와 0.2eV의 단계를 사용하여 기록되었습니다.
배양된 샘플을 제거하고 PBS(pH 7.4 ± 0.2)로 15초 동안 부드럽게 세척했습니다.샘플에서 생물막의 박테리아 생존력을 관찰하기 위해 생물막을 LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit(Invitrogen, Eugene, OR, USA)를 사용하여 염색했습니다.이 키트에는 SYTO-9 녹색 형광 염료와 프로피듐 요오드화물(PI) 적색 형광 염료의 두 가지 형광 염료가 포함되어 있습니다.CLSM에서 형광 녹색과 빨간색 점은 각각 살아있는 세포와 죽은 세포를 나타냅니다.염색을 위해 3 μl의 SYTO-9와 3 μl의 PI 용액을 포함하는 1 ml의 혼합물을 어두운 곳에서 실온(23°C)에서 20분 동안 배양했습니다.그 후 염색된 샘플을 Nikon CLSM 장치(C2 Plus, Nikon, Japan)를 사용하여 두 파장(살아 있는 세포의 경우 488 nm, 죽은 세포의 경우 559 nm)에서 검사하였다.생물막 두께는 3D 스캐닝 모드에서 측정되었습니다.
이 기사를 인용하는 방법: Li, H. et al.Pseudomonas aeruginosa 해양 생물막에 의한 2707 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 미생물 부식.과학.6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. 티오황산염이 있는 염화물 용액에서 LDX 2101 듀플렉스 스테인리스강의 응력 부식 균열. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. 티오황산염이 있는 염화물 용액에서 LDX 2101 듀플렉스 스테인리스강의 응력 부식 균열. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. 티오황산염이 있는 염화물 용액에서 듀플렉스 스테인리스강 LDX 2101의 응력 부식 균열. 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 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворе хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. 티오황산염이 있는 염화물 용액에서 듀플렉스 스테인리스강 LDX 2101의 응력 부식 균열.코로스 사이언스 80, 205–212(2014).
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