文摘

三种类型的不锈钢(304 SS 410 SS, 2205 SS)的腐蚀行为进行评估微生物腐蚀(MIC)的影响脱磷孤菌属ferrophilus应变IS5,一个相对较新的,非常腐蚀性硫酸盐还原菌(SRB)的压力。孵化持续了7天在人工海水浓缩28°C和结果表明,410 SS有一个相当大的减肥(6.2毫克/厘米²(118)和最大坑深度µ米),但2205 SS和304党卫军没有遭受重大减肥或点蚀。电化学测试表明,2205 SS对SRB麦克风略多于304 SS,而410 SS的少得多。

1。介绍

不锈钢广泛用于各个行业。典型的奥氏体不锈钢304 SS等广泛应用于管道和发电厂因其良好的延性,耐磨性,耐腐蚀1,2]。经典马氏体不锈钢410系列已广泛应用于石油生产和机器零件,表现出高强度和硬度,但不耐腐蚀相比其他类型的不锈钢(3]。例如,410 SS党卫军是最受欢迎的马氏体品位。2205 SS与奥氏体和双相不锈钢delta-ferritic阶段(4]。广泛应用于热交换器管道,压力容器,海洋工程(5,6]。双相不锈钢已表明其耐腐蚀性能在这些媒体是类似传统的奥氏体类型或更好7]。

微生物腐蚀(MIC)的影响是金属腐蚀的主要原因之一(8,9]。腐蚀成本的百分之二十是由于麦克风,导致巨大的经济损失每年根据报告(10]。麦克风在石油和天然气行业普遍存在,海洋系统和水冷却系统,涉及不同种类的细菌。各种微生物如细菌包括硫酸盐还原菌(SRB)和制造酸性物质细菌(APB), iron-oxidizing细菌(伯)、硝酸盐还原菌(NRB),真菌和产甲烷菌(古生菌)据报道,导致严重的腐蚀了他们的代谢活动在不同的环境中(11- - - - - -17]。

其中,SRB的主要罪魁祸首是麦克风因为硫酸是广泛分布于土壤、海水、石油和天然气系统(12,18- - - - - -20.]。他们可以利用硫酸作为终端电子受体和有机碳作为电子供体21,22]。Dinh等人孤立的专业和小说SRB称为应变具有更高的耐腐蚀能力脱磷孤菌属ferrophilus应变IS5。它可以利用元素铁作为唯一和直接给电子体的新陈代谢(23]。d . ferrophilus减少使用铁硫酸盐作为电子供体速度远远超过传统氢消费SRB物种(23]。有趣的是,调查其对各种不锈钢的腐蚀。

在这个工作中,三种类型的不锈钢(304 SS 2205 SS, 410 SS)检测他们的抵抗麦克风d . ferrophilus在人工海水浓缩孵化。浮游和固着细胞数量被用来描述微生物的增长。减肥和坑深度是用来量化腐蚀严重。电化学测量被用来证实减肥和点状数据趋势和提供瞬时腐蚀行为。

2。材料和方法

2.1。样品制备

3的元素成分不锈钢类型表中列出1。不锈钢优惠券有1厘米×1厘米未上漆的顶部区域被用于腐蚀测试。之前测试、擦伤了优惠券180 - 400,和600 -勇气金刚砂论文顺序,然后用100%异丙醇清洗,消毒紫外灯下30分钟(24]。经过7天的孵化,优惠券被带出去了。腐蚀产物和每个优惠券上的生物膜表面被使用克拉克的解决方案(25]。清洗优惠券的使用分析天平称重0.1毫克的可读性。优惠券使用无限关注表面进行扫描显微镜(IFM)(奥地利格拉茨模型氯化铝、Alicona成像GmbH)分析点状腐蚀。光学显微镜在400 x用于可视化坑优惠券。

2.2。培养基的制备

d . ferrophilus应变IS5购买从一个文化集合(DSMZ,布伦瑞克,德国)。这是孵化在人工海水浓缩28°C (EASW) 7天。的化学成分EASW如下(g / L):氯化钠23.476,Na₂所以₄3.917,NaHCO₃0.096 0.664 0.192,氯化钾,溴化钾,SrCl₂h·6₂0.04 O H₃薄₃0.026、柠檬酸三钠的0.5 CaCl₂h·2₂1.469 O, MgCl₂h·6₂10.61 O,酵母提取物,乳酸钠3.5,NH₄Cl 0.1,卡索₄h·2₂0.1 O, Fe (NH)₄)₂(所以₄)₂h·6₂1.38 O, K₂HPO₄0.05。其初始pH值调整使用1米7.0 - -7.2 (w / w)氢氧化钠溶液灭菌之前。是在高压蒸汽灭菌的培养基和工具(mls - 3751 l模型、松下、大阪,日本)20分钟在121°C。然后,EASW喷雾与99.99% (v / v) N₂1 h清除O₂(26]。半胱氨酸的股票的解决方案是使用0.22消毒μ无菌过滤器(Stericup,微孔,贝德福德,妈,美国)。这是添加到培养基将达到100 ppm (w / w)作为除氧剂。

厌氧操作都是在厌氧室(模型- 493,公司真空氛围,霍桑,CA,美国)与N₂大气(27]。化学物质在这个工作都是购买从Sigma-Aldrich(圣路易斯,密苏里州,美国)或费舍尔科学(美国宾夕法尼亚州匹兹堡)。

2.3。浮游和固着细胞计数

每125毫升瓶含有3优惠券100毫升EASW + 1毫升培养液大约23毫升顶部空间。后7天孵化在28°C,优惠券被取出,在pH值7.4磷酸盐溶液清洗(PBS) 3次删除松散连接浮游细胞和培养基。无柄细胞优惠券被使用一个小的一次性刷成10毫升PBS溶液在一次性塑料重菜。画笔,优惠券,10毫升PBS溶液涡在一起50毫升锥形管30年代。浮游细胞计数,1毫升汤125毫升厌氧瓶首次与9毫升PBS缓冲稀释50毫升锥形管。然后,这个管涡30年代在细胞悬液稀释使用血细胞计数器计数。在这项工作中,血细胞计数器是用来测量浮游和固着光学显微镜下细胞计数液态悬浮液在400 x放大。这个方法远比或然数更准确(很可能)方法列举浮游和固着细胞数量如果可以看到单个细胞。

2.4。电化学测量

三电极电化学玻璃单元设置(图1)是用于电化学测量。每个玻璃细胞的顶部空间充满了100毫升EASW 25毫升。不锈钢的优惠券在环氧树脂密封暴露区1°厘米²作为工作电极。铂金表和饱和甘汞电极(SCE)担任柜台和参比电极,分别为(28]。在7天d . ferrophilus孵化,开路电位((OCP),线性极化电阻(LPR)和电化学阻抗谱(EIS)每天测量。Potentiodynamic极化(PDP)进行的第七天。进行了电化学测试使用VersaSTAT 3稳压器(普林斯顿应用研究,橡树岭、TN、美国)。当(OCP成为稳定、LPR测量从−10 mV 10 mV (vs (OCP)扫描速度为0.167 mV / s (29日]。EIS进行从105赫兹到0.01赫兹,10 mV交流振幅(12,30.,31日]。PDP测量的孵化。从(OCP扫描到200 mV工作电极,从(OCP−200 mV,另一个工作电极是用在不同玻璃细胞(11]。EIS分析使用Zview软件(版本2)。分析了LPR和PDP使用Cview软件(版本2)。

3所示。结果与讨论

3.1。细胞计数和减肥

图1(一)显示了电化学玻璃细胞接种后(天0)肉汤昏暗后7天孵化(图1 (b))由于菲斯降水,这证明d . ferrophilus生长良好,产生大量的菲斯。

表2显示了浮游和固着细胞后7天孵化在28°C。显然,410 SS瓶有最大数量的浮游和固着细胞,但远小于一个日志。最大的固着在410 SS细胞计数瓶是一个因素为什么410 SS最大的腐蚀速率(6.2毫克/厘米²)表3。SRB麦克风的党卫军属于EET-MIC(细胞外电子转移麦克风)21,32]。更多的无柄细胞在金属表面可能需要更多的电子从金属,导致更严重的腐蚀410不锈钢。更重要的是,410 SS少铬和镍比304 SS和2205 SS(表1)。它是不耐非生物腐蚀相比其他两种类型的不锈钢(3]。相比之下,304 SS和2205党卫军没有检测到减肥。

3.2。pH值

前后的pH值在表列出了7天孵化4。pH值是影响SRB新陈代谢和腐蚀。在典型的SRB新陈代谢,乳酸氧化反应(1)加上硫酸盐还原反应(3)不会产生酸性22]。另一方面,乳酸氧化生产有限公司₂这可能会导致一些酸性。H的逃避₂年代顶部空间带走一些质子从培养基,导致汤(pH值略有增加22]。更重要的是,事实是,铁氧化反应(2)加上硫酸盐还原反应(3)使用质子。410 SS瓶更减肥,导致pH值增加。因此,在麦克风的研究中,pH值的变化有时可以减肥变化的预测:

表2显示了最高浮游和固着细胞数与410年发生的瓶党卫军3例。更多的H₂年代可能产生更好的增长。

一些研究人员归咎于H₂年代SRB麦克风的Fe(0)基于以下反应(33]:

然而,H₂碳钢的腐蚀需要一个明显的酸性pH值在非生物H₂腐蚀研究[34]。H的警示信号₂腐蚀是氢进化,这是一个非常敏感的指标在一个密封的小瓶。发现,SRB的文化,氢气浓度资料密封厌氧瓶的顶部空间是相同的和没有碳钢优惠券(24]。因此,腐蚀过程不产生氢气。这实际上排除了H₂年代SRB腐蚀作为一个贡献者麦克风的碳钢接近中性ph固着细胞的收获从元素的能量通过细胞外铁电子转移(缺钱)麦克风后面。因此,这种类型的麦克风被称为EET-MIC [21,24,32]。

3.3。IFM

去除腐蚀产物和生物膜结束后7天孵化,不锈钢的表面形态检查结果如图2。在图2304 SS和2205 SS显示,表面光滑,抛光线。然而,410 SS显示严重的局部腐蚀图2(b)图3显示优惠券表面IFM资料支持这一观察,显示一个大118年最大坑深度µm 410 SS,很难确定明确的坑IFM概要文件的304 SS和2205不锈钢表面。也很难注意到任何腐蚀坑在光学显微镜下400×图2。图2显示,118µm 410 SS表面坑直径1毫米。假设坑有一个圆柱形状,汽缸的减肥会就达0.72毫克基于410 SS密度7.74克/厘米³。这么大的坑很容易肉眼可见。虽然在文献中体重高达5.7毫克/厘米²接近410 SS的这项工作,已经报道了碳钢麦克风由纯应变SRB在7天(35),118年这项工作获得µm坑深度410 SS很容易在坑深度对任何纯应变SRB麦克风的不锈钢严格啊₂控制,建议上级的能力d . ferrophilus点状腐蚀。应该注意的是,严重的410 SS使随机自然短期测试使用小型(1厘米²)优惠券表面区域。一些复制410 SS优惠券没有明显的坑。在这个工作中,他们被排除在外。

3.4。EIS

每天EIS进行测量。尼奎斯特图3不锈钢类型在孵化的7天图所示4。相应的安装参数表中列出5图中所示的等效电路模型5。图5 (b)用于合适的日子3、5、7图4 (c)。所有其他EIS曲线是使用图安装5(一个)。0天图4(一),半圆的直径410 SS是最大的,304 SS是最小的。这意味着在优惠券表面建立了生物膜之前,410 SS和2205比304 SS党卫军更耐腐蚀。当SRB开始成长,所有3的直径大幅减少不锈钢类型。电荷转移电阻(R_ct)减少了102(表5),表明SRB代谢活动对不锈钢腐蚀的影响很大。在3不锈钢类型,304 SS(图4 (b))和2205 SS(图4 (d))有更大的耐腐蚀的R_f+R_ct)从第一天到第七天,表明304 SS在国储局更稳定的环境中超过410 SS(图4 (c))。无柄细胞计数在410 304 SS党卫军只有3.7倍。然而,这是腐蚀比无柄细胞增加可以解释。因此,合金组件410 SS扮演了重要角色。表1表明它有更少的Cr和Ni 304 SS和2205党卫军。第三天表示到410年后的扩散过程党卫军是由于腐蚀产物的积累,这需要华宝阻抗元素在图5 (b)解决传质阻力。

3.5。(OCP

图6随着时间的推移,显示了(OCP倾向。(OCP 3不锈钢类型波动的前2天,然后保持相对稳定。大波动前2天可以归因于国储局细胞附件。经过3天的孵化,410 SS (OCP曲线远远低于304 SS和2205 SS,表明更高的热力学410 SS腐蚀的倾向。这是符合减肥表中的数据3。

3.6。线性极化电阻

图7显示了R_p随着时间的推移的趋势。R_p腐蚀速率成反比。0天,410 SS最高R_p在生物膜。经过1天的孵化,图7表明410党卫军R_p曲线远远高于304 SS和2205 SS首日过渡时期后,再次支持减肥的数据。

3.7。Potentiodynamic极化

图8显示了potentiodynamic极化曲线3不锈钢类型执行后7天的孵化。很明显看到410 SS腐蚀更严重比其他两个不锈钢类型。阴极和阳极曲线向右移,导致一个更大的腐蚀电流密度(我_相关系数)。列出了安装塔费尔参数表6。它表明,我_相关系数410 SS是21.3μ/ cm2,更比我_相关系数值304 SS和2205 SS。这直接支持减肥数据表4。

4所示。结论

在这个工作中,三种不锈钢(304 SS 410 SS, 2205 SS)注射d . ferrophilus评估他们的腐蚀行为。7天后,304 SS和2205 SS察觉减肥,而410 SS有相当大的减肥6.2毫克/厘米²。较高的固着细胞计数为410 SS导致其庞大的减肥,但冶金性能可能发挥了更大作用。410比304 SS党卫军包含更少铬和镍和2205党卫军。此外,410 SS(最大上有严重的点蚀坑深度118µ米),定义良好的坑没有发现304 SS和2205 SS。电化学测试表明,在7天的开始孵化,410 SS显示更高的耐蚀性比304 SS和2205 SS,表明410 SS以前防腐性能更好的国储局生物膜完全建立。随着时间的推移,显示较低的410不锈钢的耐蚀性比304 SS和2205 SS,腐蚀电流密度(我_相关系数)数据的最后7天孵化表示我_相关系数410 SS是21.3μ一个/厘米²,43 * 304 SS (0.495μ一个/厘米²)和15次2205 SS (1.38μ一个/厘米²)。这个数据和将数据直接支持减肥。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作获得金融支持从沙特阿拉伯国家石油公司和泰国PTTEP。JW感谢中国奖学金委员会在美国学习。JW和HL承认支持中国国家重点研发项目(2018 yff0215002),重点实验室能量转换和储存的材料化学教育部(2018),和湖北省重点实验室的基础材料化学和服务失败(2017)。