از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.نسخه مرورگری که استفاده می کنید پشتیبانی محدودی از CSS دارد.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).در عین حال، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت ارائه می کنیم.
خوردگی میکروبی (MIC) یک مشکل جدی در بسیاری از صنایع است، زیرا می تواند منجر به خسارات اقتصادی زیادی شود.فولاد ضد زنگ سوپر دوبلکس 2707 (2707 HDSS) به دلیل مقاومت شیمیایی عالی در محیط های دریایی استفاده می شود.با این حال، مقاومت آن در برابر MIC به طور تجربی نشان داده نشده است.این مطالعه رفتار MIC 2707 HDSS ناشی از باکتری هوازی دریایی Pseudomonas aeruginosa را بررسی کرد.تجزیه و تحلیل الکتروشیمیایی نشان داد که در حضور بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا در محیط 2216E، تغییر مثبت در پتانسیل خوردگی و افزایش چگالی جریان خوردگی رخ می دهد.تجزیه و تحلیل طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) کاهش محتوای کروم را در سطح نمونه زیر بیوفیلم نشان داد.تجزیه و تحلیل بصری گودال ها نشان داد که بیوفیلم P. aeruginosa حداکثر عمق گودال 0.69 میکرومتر را در طول 14 روز انکوباسیون تولید می کند.اگرچه این مقدار کوچک است، اما نشان می دهد که 2707 HDSS کاملاً در برابر MIC بیوفیلم های P. aeruginosa مصون نیست.
فولادهای زنگ نزن دوبلکس (DSS) به دلیل ترکیب کامل خواص مکانیکی عالی و مقاومت در برابر خوردگی به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود.با این حال، حفره های موضعی هنوز رخ می دهد و بر یکپارچگی این فولاد تأثیر می گذارد3،4.DSS در برابر خوردگی میکروبی (MIC) 5،6 مقاوم نیست.علیرغم طیف وسیعی از کاربردهای DSS، هنوز محیط‌هایی وجود دارند که مقاومت به خوردگی DSS برای استفاده طولانی مدت کافی نیست.این بدان معناست که مواد گران‌تر با مقاومت در برابر خوردگی بالاتر مورد نیاز است.Jeon و همکاران 7 دریافتند که حتی فولادهای ضد زنگ فوق دوبلکس (SDSS) از نظر مقاومت در برابر خوردگی محدودیت هایی دارند.بنابراین، در برخی موارد، فولادهای ضد زنگ فوق دوبلکس (HDSS) با مقاومت در برابر خوردگی بالاتر مورد نیاز است.این منجر به توسعه HDSS بسیار آلیاژی شد.
مقاومت در برابر خوردگی DSS به نسبت فازهای آلفا و گاما بستگی دارد و در نواحی کروم، مو و نواحی 8، 9، 10 مجاور فاز دوم تخلیه می شود.HDSS حاوی محتوای بالایی از کروم، مو و N11 است، بنابراین دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی و مقدار بالایی (45-50) از عدد مقاومت حفره‌ای معادل (PREN) تعیین شده توسط wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo +) است. 0.5 وزنی .% وزنی) + 16 درصد وزنی.N12.مقاومت در برابر خوردگی عالی آن بستگی به یک ترکیب متعادل حاوی تقریباً 50٪ فاز فریتی (α) و 50٪ آستنیتی (γ) دارد.HDSS دارای خواص مکانیکی بهتر و مقاومت بالاتر در برابر خوردگی کلرید است.مقاومت در برابر خوردگی بهبود یافته استفاده از HDSS را در محیط های کلرید تهاجمی تر مانند محیط های دریایی گسترش می دهد.
MIC ها در بسیاری از صنایع مانند صنایع نفت و گاز و آب یک مشکل اساسی هستند.MIC 20 درصد از کل آسیب های خوردگی را تشکیل می دهد.MIC یک خوردگی بیوالکتروشیمیایی است که در بسیاری از محیط ها قابل مشاهده است.بیوفیلم هایی که بر روی سطوح فلزی تشکیل می شوند شرایط الکتروشیمیایی را تغییر می دهند و در نتیجه فرآیند خوردگی را تحت تاثیر قرار می دهند.به طور گسترده اعتقاد بر این است که خوردگی MIC توسط بیوفیلم ها ایجاد می شود.میکروارگانیسم های الکتروژنی فلزات را می خورند تا انرژی لازم برای بقا را بدست آورند.مطالعات اخیر MIC نشان داده است که EET (انتقال الکترون خارج سلولی) عامل محدود کننده سرعت در MIC القا شده توسط میکروارگانیسم های الکتروژنی است.ژانگ و همکاران18 نشان داد که واسطه‌های الکترونی انتقال الکترون‌ها را بین سلول‌های Desulfovibrio sessificans و فولاد ضد زنگ 304 تسریع می‌کنند و در نتیجه حمله MIC شدیدتر را به دنبال دارد.آنینگ و همکاران19 و ونزلاف و همکاران.20 نشان داده‌اند که بیوفیلم‌های باکتری‌های خورنده کاهنده سولفات (SRBs) می‌توانند مستقیماً الکترون‌ها را از بسترهای فلزی جذب کنند و در نتیجه حفره‌های شدید ایجاد کنند.
DSS در محیط‌های حاوی SRB، باکتری‌های کاهنده آهن (IRB) و غیره به MIC حساس است.این باکتری ها باعث ایجاد حفره های موضعی در سطح DSS تحت بیوفیلم ها می شوند22،23.برخلاف DSS، میکروفون HDSS24 چندان شناخته شده نیست.
سودوموناس آئروژینوزا یک باکتری گرم منفی، متحرک و میله ای شکل است که به طور گسترده در طبیعت پراکنده شده است.سودوموناس آئروژینوزا نیز یک گروه میکروبی اصلی در محیط های دریایی است که باعث افزایش غلظت MIC می شود.سودوموناس به طور فعال در فرآیند خوردگی شرکت دارد و به عنوان یک استعمارگر پیشگام در طول تشکیل بیوفیلم شناخته می شود.ماهات و همکاران28 و یوان و همکاران.29 نشان داد که سودوموناس آئروژینوزا تمایل به افزایش نرخ خوردگی فولاد و آلیاژهای ملایم در محیط های آبی دارد.
هدف اصلی این کار بررسی خواص MIC 2707 HDSS ناشی از باکتری هوازی دریایی سودوموناس آئروژینوزا با استفاده از روش‌های الکتروشیمیایی، روش‌های آنالیز سطح و آنالیز محصول خوردگی بود.مطالعات الکتروشیمیایی، از جمله پتانسیل مدار باز (OCP)، مقاومت قطبش خطی (LPR)، طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS)، و پلاریزاسیون دینامیکی پتانسیل، برای مطالعه رفتار MIC 2707 HDSS انجام شد.تجزیه و تحلیل طیف سنجی پراکنده انرژی (EDS) برای شناسایی عناصر شیمیایی روی سطح خورده شده انجام شد.علاوه بر این، طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) برای تعیین پایداری غیرفعال شدن فیلم اکسید تحت تأثیر یک محیط دریایی حاوی سودوموناس آئروژینوزا استفاده شد.عمق حفره ها با میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال (CLSM) اندازه گیری شد.
جدول 1 ترکیب شیمیایی 2707 HDSS را نشان می دهد.جدول 2 نشان می دهد که 2707 HDSS دارای خواص مکانیکی عالی با مقاومت تسلیم 650 مگاپاسکال است.روی انجیرشکل 1 ریزساختار نوری محلول 2707 HDSS را نشان می دهد.در ریزساختار حاوی حدود 50 درصد فاز آستنیت و 50 درصد فریت، نوارهای کشیده فازهای آستنیت و فریت بدون فاز ثانویه قابل مشاهده است.
روی انجیر2a پتانسیل مدار باز (Eocp) را در مقابل زمان نوردهی برای 2707 HDSS در محیط غیر زنده 2216E و براث P. aeruginosa به مدت 14 روز در دمای 37 درجه سانتی گراد نشان می دهد.این نشان می دهد که بزرگترین و مهم ترین تغییر در Eocp در 24 ساعت اول رخ می دهد.مقادیر Eocp در هر دو مورد در حدود 16 ساعت در mV -145 (در مقایسه با SCE) به اوج خود رسید و سپس به شدت کاهش یافت و به -477 mV (در مقایسه با SCE) و -236 mV (در مقایسه با SCE) برای نمونه غیر زنده رسید.و کوپن سودوموناس آئروژینوزا به ترتیب).پس از 24 ساعت، مقدار Eocp 2707 HDSS برای P. aeruginosa در mV-228 (در مقایسه با SCE) نسبتاً پایدار بود، در حالی که مقدار متناظر برای نمونه‌های غیر بیولوژیکی تقریباً -442 mV (در مقایسه با SCE) بود.Eocp در حضور P. aeruginosa بسیار کم بود.
مطالعه الکتروشیمیایی 2707 نمونه HDSS در محیط غیر زنده و براث سودوموناس آئروژینوزا در دمای 37 درجه سانتی گراد:
(الف) Eocp به عنوان تابعی از زمان نوردهی، (ب) منحنی های پلاریزاسیون در روز 14، (ج) Rp به عنوان تابعی از زمان نوردهی، و (د) icorr به عنوان تابعی از زمان نوردهی.
جدول 3 پارامترهای خوردگی الکتروشیمیایی 2707 نمونه HDSS را نشان می دهد که در یک دوره 14 روزه در معرض محیط های غیر زنده و سودوموناس آئروژینوزا قرار گرفته اند.مماس منحنی‌های آند و کاتد برای به‌دست آوردن تقاطع‌هایی که چگالی جریان خوردگی (icorr)، پتانسیل خوردگی (Ecorr) و شیب تافل (βα و βc) را با توجه به روش‌های استاندارد 30،31 نشان می‌دهند، برون‌یابی شدند.
همانطور که در شکل نشان داده شده است.2b، یک تغییر به سمت بالا در منحنی P. aeruginosa منجر به افزایش Ecorr در مقایسه با منحنی غیر زنده شد.مقدار icorr که متناسب با نرخ خوردگی است، در نمونه سودوموناس آئروژینوزا به 0.328 µA cm-2 افزایش یافت که چهار برابر بیشتر از نمونه غیر بیولوژیکی (0.087 µA cm-2) است.
LPR یک روش کلاسیک الکتروشیمیایی غیر مخرب برای تجزیه و تحلیل سریع خوردگی است.همچنین برای مطالعه MIC32 استفاده شده است.روی انجیر2c مقاومت پلاریزاسیون (Rp) را به عنوان تابعی از زمان نوردهی نشان می دهد.مقدار Rp بالاتر به معنای خوردگی کمتر است.در 24 ساعت اول، Rp 2707 HDSS در 1955 کیلو اهم سانتی‌متر مربع برای نمونه‌های غیرزیست و 1429 کیلو اهم سانتی‌متر مربع برای نمونه‌های سودوموناس آئروژینوزا به اوج خود رسید.شکل 2c همچنین نشان می دهد که مقدار Rp پس از یک روز به سرعت کاهش یافت و سپس در 13 روز بعد نسبتاً بدون تغییر باقی ماند.مقدار Rp یک نمونه سودوموناس آئروژینوزا حدود 40 کیلو اهم سانتی متر مربع است که بسیار کمتر از مقدار 450 کیلو اهم سانتی متر مربع یک نمونه غیر بیولوژیکی است.
مقدار icorr متناسب با نرخ خوردگی یکنواخت است.مقدار آن را می توان از معادله استرن-گیری زیر محاسبه کرد:
با توجه به Zoe و همکاران.در شکل 33، مقدار معمولی شیب تافل B در این کار 26 mV/dec در نظر گرفته شد.شکل 2d نشان می دهد که icorr نمونه غیر بیولوژیکی 2707 نسبتاً پایدار باقی مانده است، در حالی که نمونه P. aeruginosa بعد از 24 ساعت اول نوسان زیادی داشته است.مقادیر icorr نمونه‌های P. aeruginosa یک مرتبه بزرگ‌تر از نمونه‌های کنترل غیربیولوژیکی بود.این روند با نتایج مقاومت پلاریزاسیون مطابقت دارد.
EIS روش غیر مخرب دیگری است که برای توصیف واکنش های الکتروشیمیایی روی سطوح خورده استفاده می شود.طیف امپدانس و مقادیر خازنی محاسبه‌شده نمونه‌های در معرض محیط غیرزیست و محلول سودوموناس آئروژینوزا، مقاومت فیلم/بیوفیلم غیرفعال Rb تشکیل‌شده روی سطح نمونه، مقاومت انتقال بار Rct، ظرفیت خازنی دو لایه الکتریکی Cdl (EDL) و پارامترهای عنصر فاز QCPE ثابت (CPE).این پارامترها با برازش داده ها با استفاده از یک مدل مدار معادل (EEC) تجزیه و تحلیل شدند.
روی انجیرشکل 3 نمودارهای Nyquist معمولی (a و b) و نمودارهای Bode (a' و b') را برای 2707 نمونه HDSS در محیط های غیر زنده و براث P. aeruginosa برای زمان های مختلف جوجه کشی نشان می دهد.قطر حلقه Nyquist در حضور سودوموناس آئروژینوزا کاهش می یابد.نمودار Bode (شکل 3b') افزایش امپدانس کل را نشان می دهد.اطلاعات مربوط به ثابت زمان آرامش را می توان از ماکزیمم فاز به دست آورد.روی انجیرشکل 4 ساختارهای فیزیکی مبتنی بر تک لایه (a) و دولایه (b) و EEC مربوطه را نشان می دهد.CPE در مدل EEC معرفی شده است.پذیرش و امپدانس آن به صورت زیر بیان می شود:
دو مدل فیزیکی و مدارهای معادل مربوطه برای برازش طیف امپدانس نمونه 2707 HDSS:
که در آن Y0 مقدار KPI است، j عدد فرضی یا (-1)1/2، ω فرکانس زاویه ای، n شاخص توان KPI کمتر از یک است35.وارونگی مقاومت انتقال بار (یعنی 1/Rct) با نرخ خوردگی مطابقت دارد.هر چه Rct کوچکتر باشد، نرخ خوردگی بیشتر است.پس از 14 روز انکوباسیون، Rct نمونه های سودوموناس آئروژینوزا به 32 کیلو اهم سانتی متر مربع رسید که بسیار کمتر از 489 کیلو اهم سانتی متر مربع نمونه های غیر بیولوژیکی است (جدول 4).
تصاویر CLSM و تصاویر SEM در شکل 5 به وضوح نشان می دهند که پوشش بیوفیلم روی سطح نمونه HDSS 2707 پس از 7 روز متراکم است.با این حال، پس از 14 روز، پوشش بیوفیلم ضعیف بود و برخی از سلول های مرده ظاهر شدند.جدول 5 ضخامت بیوفیلم را در 2707 نمونه HDSS پس از قرار گرفتن در معرض P. aeruginosa به مدت 7 و 14 روز نشان می دهد.حداکثر ضخامت بیوفیلم از 23.4 میکرومتر پس از 7 روز به 18.9 میکرومتر پس از 14 روز تغییر کرد.متوسط ​​ضخامت بیوفیلم نیز این روند را تایید کرد.از 0.7 ± 22.2 میکرومتر پس از 7 روز به 17.8 ± 1.0 میکرومتر پس از 14 روز کاهش یافت.
(الف) تصویر CLSM سه بعدی در 7 روز، (ب) تصویر CLSM سه بعدی در 14 روز، (ج) تصویر SEM در 7 روز، و (د) تصویر SEM در 14 روز.
EMF عناصر شیمیایی را در بیوفیلم ها و محصولات خوردگی بر روی نمونه هایی که به مدت 14 روز در معرض P. aeruginosa قرار داشتند، نشان داد.روی انجیرشکل 6 نشان می دهد که محتوای C، N، O و P در بیوفیلم ها و محصولات خوردگی به طور قابل توجهی بیشتر از فلزات خالص است، زیرا این عناصر با بیوفیلم ها و متابولیت های آنها مرتبط هستند.میکروب ها فقط به مقادیر کمی کروم و آهن نیاز دارند.سطوح بالای کروم و آهن در بیوفیلم و محصولات خوردگی در سطح نمونه ها نشان می دهد که ماتریس فلزی عناصر خود را در اثر خوردگی از دست داده است.
پس از 14 روز، گودال با و بدون P. aeruginosa در محیط 2216E مشاهده شد.قبل از انکوباسیون، سطح نمونه ها صاف و بدون نقص بود (شکل 7a).پس از انکوباسیون و حذف بیوفیلم و محصولات خوردگی، عمیق ترین حفره ها در سطح نمونه ها با استفاده از CLSM مورد بررسی قرار گرفتند، همانطور که در شکل 7b و c نشان داده شده است.هیچ حفره آشکاری روی سطح کنترل های غیر بیولوژیکی (حداکثر عمق حفره 0.02 میکرومتر) یافت نشد.حداکثر عمق گودال ناشی از P. aeruginosa بر اساس میانگین حداکثر عمق گودال از 3 نمونه (10 حداکثر عمق گودال برای هر نمونه انتخاب شد) 0.52 میکرومتر در 7 روز و 0.69 میکرومتر در 14 روز بود.دستیابی به 0.42 ± 0.12 میکرومتر و 0.52 ± 0.15 میکرومتر، به ترتیب (جدول 5).این مقادیر عمق سوراخ کوچک اما مهم هستند.
(الف) قبل از قرار گرفتن در معرض، (ب) 14 روز در یک محیط غیر زنده، و (ج) 14 روز در براث سودوموناس آئروژینوزا.
روی انجیرجدول 8 طیف XPS سطوح مختلف نمونه را نشان می دهد و ترکیب شیمیایی تجزیه و تحلیل شده برای هر سطح در جدول 6 خلاصه شده است. در جدول 6، درصد اتمی آهن و کروم در حضور P. aeruginosa (نمونه های A و B) نشان داده شده است. بسیار پایین تر از کنترل های غیر بیولوژیکی.(نمونه های ج و د).برای نمونه P. aeruginosa، منحنی طیفی در سطح هسته Cr2p به چهار جزء اوج با انرژی های اتصال (BE) 574.4، 576.6، 578.3 و 586.8 eV برازش داده شد که می تواند به Cr، Cr2O3، Cr نسبت داده شود. .و Cr(OH)3 به ترتیب (شکل 9a و b).برای نمونه‌های غیر بیولوژیکی، طیف سطح اصلی Cr 2p شامل دو پیک اصلی برای کروم (573.80 eV برای BE) و Cr2O3 (575.90 eV برای BE) در شکل‌ها است.9c و d به ترتیب.قابل توجه ترین تفاوت بین نمونه های غیر زنده و نمونه های P. aeruginosa حضور Cr6 + و نسبت نسبی بالاتر Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) در زیر بیوفیلم بود.
طیف گسترده XPS سطح نمونه 2707 HDSS در دو محیط به ترتیب 7 و 14 روز است.
(الف) 7 روز قرار گرفتن در معرض P. aeruginosa، (ب) 14 روز قرار گرفتن در معرض P. aeruginosa، (ج) 7 روز در یک محیط غیر زنده، (د) 14 روز در یک محیط غیر زنده.
HDSS سطح بالایی از مقاومت در برابر خوردگی را در اکثر محیط ها نشان می دهد.کیم و همکاران 2 گزارش کردند که HDSS UNS S32707 به عنوان یک DSS بسیار آلیاژی با PREN بیشتر از 45 شناسایی شد. مقدار PREN نمونه 2707 HDSS در این کار 49 بود. این به دلیل محتوای بالای کروم و محتوای بالای آن است. مولیبدن و نیکل که در محیط های اسیدی مفید هستند.و محیط هایی با محتوای کلرید بالا.علاوه بر این، یک ترکیب متعادل و ریزساختار بدون نقص برای پایداری ساختار و مقاومت در برابر خوردگی مفید است.با این حال، علیرغم مقاومت شیمیایی عالی، داده های تجربی در این کار نشان می دهد که 2707 HDSS کاملاً در برابر میکروفن بیوفیلم P. aeruginosa مصون نیست.
نتایج الکتروشیمیایی نشان داد که میزان خوردگی 2707 HDSS در براث P. aeruginosa پس از 14 روز نسبت به محیط غیر بیولوژیکی به طور قابل توجهی افزایش یافت.در شکل 2a، کاهش Eocp هم در محیط غیر زنده و هم در براث P. aeruginosa در طی 24 ساعت اول مشاهده شد.پس از آن، بیوفیلم به طور کامل سطح نمونه را می پوشاند و Eocp نسبتاً پایدار می شود36.با این حال، سطح Eocp بیولوژیکی بسیار بالاتر از سطح Eocp غیر بیولوژیکی بود.دلایلی برای این باور وجود دارد که این تفاوت با تشکیل بیوفیلم P. aeruginosa مرتبط است.روی انجیر2d در حضور P. aeruginosa، مقدار icorr 2707 HDSS به 0.627 μA cm-2 رسید که یک مرتبه بزرگتر از کنترل غیرزیست (0.063 μA cm-2) است که با مقدار Rct اندازه گیری شده مطابقت داشت. توسط EISدر طی چند روز اول، مقادیر امپدانس در براث P. aeruginosa به دلیل اتصال سلول‌های P. aeruginosa و تشکیل بیوفیلم افزایش یافت.با این حال، هنگامی که بیوفیلم به طور کامل سطح نمونه را می پوشاند، امپدانس کاهش می یابد.لایه محافظ عمدتاً به دلیل تشکیل بیوفیلم ها و متابولیت های بیوفیلم مورد حمله قرار می گیرد.در نتیجه، مقاومت به خوردگی با گذشت زمان کاهش یافت و اتصال P. aeruginosa باعث خوردگی موضعی شد.روند در محیط های غیر زنده متفاوت بود.مقاومت به خوردگی کنترل غیر بیولوژیکی بسیار بالاتر از مقدار مربوط به نمونه های در معرض P. aeruginosa براث بود.علاوه بر این، برای الحاقات غیرزیست، مقدار Rct 2707 HDSS در روز 14 به 489 کیلو اهم سانتی‌متر مربع رسید که 15 برابر بیشتر از مقدار Rct (32 kΩ cm2) در حضور P. aeruginosa است.بنابراین، 2707 HDSS دارای مقاومت در برابر خوردگی عالی در یک محیط استریل است، اما در برابر MIC های بیوفیلم P. aeruginosa مقاوم نیست.
این نتایج را می توان از منحنی های قطبش در شکل ها نیز مشاهده کرد.2b.انشعاب آندی با تشکیل بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا و واکنش های اکسیداسیون فلزات مرتبط است.در این حالت، واکنش کاتدی کاهش اکسیژن است.حضور P. aeruginosa به طور قابل توجهی چگالی جریان خوردگی را افزایش داد، در حدود یک مرتبه بزرگتر از کنترل غیر زنده.این نشان می دهد که بیوفیلم P. aeruginosa خوردگی موضعی 2707 HDSS را افزایش می دهد.یوان و همکاران 29 دریافتند که چگالی جریان خوردگی آلیاژ Cu-Ni 70/30 تحت تأثیر بیوفیلم P. aeruginosa افزایش یافته است.این ممکن است به دلیل بیوکاتالیز کاهش اکسیژن توسط بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا باشد.این مشاهدات همچنین ممکن است MIC 2707 HDSS را در این کار توضیح دهد.همچنین ممکن است در زیر بیوفیلم های هوازی اکسیژن کمتری وجود داشته باشد.بنابراین، امتناع از غیرفعال کردن مجدد سطح فلز با اکسیژن ممکن است عاملی برای MIC در این کار باشد.
دیکینسون و همکاران38 پیشنهاد کرد که سرعت واکنش‌های شیمیایی و الکتروشیمیایی می‌تواند مستقیماً تحت تأثیر فعالیت متابولیکی باکتری‌های بی‌حرکت روی سطح نمونه و ماهیت محصولات خوردگی باشد.همانطور که در شکل 5 و جدول 5 نشان داده شده است، تعداد سلول ها و ضخامت بیوفیلم پس از 14 روز کاهش یافت.این را می‌توان با این واقعیت توضیح داد که پس از 14 روز، اکثر سلول‌های بی‌تحرک روی سطح 2707 HDSS به دلیل کاهش مواد مغذی در محیط 2216E یا انتشار یون‌های فلزی سمی از ماتریس 2707 HDSS مردند.این یک محدودیت آزمایشات دسته ای است.
در این کار، یک بیوفیلم P. aeruginosa به کاهش موضعی کروم و آهن در زیر بیوفیلم روی سطح 2707 HDSS کمک کرد (شکل 6).جدول 6 کاهش آهن و کروم در نمونه D را در مقایسه با نمونه C نشان می دهد، که نشان می دهد آهن و کروم محلول ناشی از بیوفیلم P. aeruginosa برای 7 روز اول باقی مانده است.محیط 2216E برای شبیه سازی محیط دریایی استفاده می شود.حاوی 17700 ppm Cl- است که با محتوای آن در آب طبیعی دریا قابل مقایسه است.وجود ppm 17700 کلر دلیل اصلی کاهش کروم در نمونه‌های غیرزیست 7 و 14 روزه آنالیز شده توسط XPS بود.در مقایسه با نمونه های P. aeruginosa، انحلال کروم در نمونه های غیر زنده به دلیل مقاومت قوی 2707 HDSS به کلر در شرایط غیرزیست بسیار کمتر بود.روی انجیر9 حضور Cr6+ را در فیلم غیرفعال نشان می دهد.همانطور که توسط Chen و Clayton پیشنهاد شده است ممکن است در حذف کروم از سطوح فولادی توسط بیوفیلم P. aeruginosa نقش داشته باشد.
به دلیل رشد باکتری، مقادیر pH محیط قبل و بعد از کشت به ترتیب 7.4 و 8.2 بود.بنابراین، در زیر بیوفیلم P. aeruginosa، بعید است که خوردگی اسید آلی به این کار کمک کند، زیرا pH نسبتاً بالا در محیط حجیم است.pH محیط کنترل غیر بیولوژیکی (از 7.4 اولیه تا 7.5 نهایی) در طول دوره آزمایش 14 روزه تغییر معنی داری نداشت.افزایش pH در محیط تلقیح پس از انکوباسیون با فعالیت متابولیکی P. aeruginosa مرتبط بود و مشخص شد که در غیاب نوارهای آزمایش، همان اثر را روی pH دارد.
همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است، حداکثر عمق گودال ناشی از بیوفیلم P. aeruginosa 0.69 میکرومتر بود که بسیار بیشتر از محیط غیر زنده (0.02 میکرومتر) است.این با داده های الکتروشیمیایی که در بالا توضیح داده شد مطابقت دارد.عمق گودال 0.69 میکرومتر بیش از ده برابر کمتر از مقدار 9.5 میکرومتر گزارش شده برای 2205 DSS در شرایط مشابه است.این داده ها نشان می دهد که 2707 HDSS مقاومت بهتری نسبت به MIC ها نسبت به 2205 DSS نشان می دهد.این نباید تعجب آور باشد زیرا 2707 HDSS دارای سطوح کروم بالاتری است که غیرفعال سازی طولانی تری را فراهم می کند، غیر فعال کردن P. aeruginosa دشوارتر است و به دلیل ساختار فاز متعادل آن بدون بارش ثانویه مضر باعث ایجاد حفره می شود.
در نتیجه، حفره‌های MIC در سطح 2707 HDSS در براث P. aeruginosa در مقایسه با حفره‌های ناچیز در محیط غیرزیست یافت شد.این کار نشان می دهد که 2707 HDSS نسبت به 2205 DSS مقاومت بهتری نسبت به MIC دارد، اما به دلیل بیوفیلم P. aeruginosa کاملاً در برابر MIC مصون نیست.این نتایج به انتخاب فولادهای ضد زنگ مناسب و امید به زندگی برای محیط دریایی کمک می کند.
کوپن 2707 HDSS ارائه شده توسط دانشکده متالورژی دانشگاه شمال شرقی (NEU) در شن یانگ، چین.ترکیب عنصری 2707 HDSS در جدول 1 نشان داده شده است که توسط بخش تجزیه و تحلیل و آزمایش مواد NEU تجزیه و تحلیل شده است.تمام نمونه ها برای محلول جامد در دمای 1180 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت تحت درمان قرار گرفتند.قبل از آزمایش خوردگی، یک HDSS 2707 سکه‌ای با سطح باز بالای 1 سانتی‌متر مربع با کاغذ سنباده کاربید سیلیکون تا شن 2000 صیقل داده شد و سپس با دوغاب پودر Al2O3 0.05 میکرومتر پرداخت شد.کناره ها و پایین با رنگ بی اثر محافظت می شوند.پس از خشک شدن، نمونه ها با آب دیونیزه استریل شسته و با اتانول 75 درصد (v/v) به مدت 0.5 ساعت استریل شدند.سپس آنها را قبل از استفاده به مدت 0.5 ساعت تحت نور ماوراء بنفش (UV) در هوا خشک کردند.
سویه MCCC 1A00099 سودوموناس آئروژینوزا دریایی از مرکز مجموعه فرهنگ دریایی Xiamen (MCCC)، چین خریداری شد.سودوموناس آئروژینوزا تحت شرایط هوازی در دمای 37 درجه سانتی گراد در فلاسک های 250 میلی لیتری و سلول های الکتروشیمیایی شیشه ای 500 میلی لیتری با استفاده از محیط مایع Marine 2216E (شرکت بیوتکنولوژی Qingdao Hope، آموزشی ویبولیتین، چینگدائو، چین) رشد داده شد.Medium contains (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 6NH26NH3, 3.0016 NH3 5.0 peptone, 1.0 عصاره مخمر و 0.1 سیترات آهن.قبل از تلقیح به مدت 20 دقیقه در دمای 121 درجه سانتیگراد اتوکلاو کنید.سلول‌های بی‌تحرک و پلانکتون را با هموسیتومتر زیر میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی 400 برابر بشمارید.غلظت اولیه سودوموناس آئروژینوزا پلانکتون بلافاصله پس از تلقیح تقریباً 106 سلول در میلی لیتر بود.
آزمایشات الکتروشیمیایی در یک سلول شیشه ای کلاسیک سه الکترودی با حجم متوسط ​​500 میلی لیتر انجام شد.ورق پلاتین و الکترود کالومل اشباع شده (SAE) از طریق مویرگ های Luggin پر از پل های نمکی به راکتور متصل شدند که به ترتیب به عنوان الکترودهای شمارنده و مرجع عمل می کردند.برای ساخت الکترودهای کار، سیم مسی لاستیکی به هر نمونه متصل شد و با رزین اپوکسی پوشانده شد و حدود 1 سانتی‌متر مربع از ناحیه محافظت‌نشده برای الکترود کار در یک طرف باقی ماند.در طی اندازه‌گیری‌های الکتروشیمیایی، نمونه‌ها در محیط 2216E قرار گرفتند و در دمای انکوباسیون ثابت (37 درجه سانتی‌گراد) در حمام آب نگهداری شدند.OCP، LPR، EIS و داده های قطبش پویا بالقوه با استفاده از پتانسیواستات Autolab (مرجع 600TM، Gamry Instruments، Inc.، ایالات متحده آمریکا) اندازه گیری شد.تست های LPR با نرخ اسکن 0.125 میلی ولت s-1 در محدوده 5- تا 5 میلی ولت با Eocp و نرخ نمونه برداری 1 هرتز ثبت شد.EIS با یک موج سینوسی در محدوده فرکانسی 0.01 تا 10000 هرتز با استفاده از ولتاژ اعمالی 5 میلی ولت در حالت پایدار Eocp انجام شد.قبل از جاروب پتانسیل، الکترودها در حالت بیکار بودند تا زمانی که به یک مقدار پایدار پتانسیل خوردگی آزاد رسید.سپس منحنی های پلاریزاسیون از -0.2 تا 1.5 V به عنوان تابعی از Eocp با سرعت اسکن 0.166 mV/s اندازه گیری شد.هر آزمایش 3 بار با و بدون P. aeruginosa تکرار شد.
نمونه‌ها برای آنالیز متالوگرافی به صورت مکانیکی با کاغذ SiC 2000 گریت مرطوب صیقل داده شدند و سپس با سوسپانسیون پودر Al2O3 0.05 میکرومتر برای مشاهدات نوری پرداخت شدند.تجزیه و تحلیل متالوگرافی با استفاده از میکروسکوپ نوری انجام شد.نمونه ها با محلول 10 درصد وزنی هیدروکسید پتاسیم 43 اچ شدند.
پس از انکوباسیون، نمونه ها 3 بار با سالین بافر فسفات (PBS) (pH 0.2 ± 7.4) شسته و سپس با 2.5% (v/v) گلوتارآلدئید به مدت 10 ساعت برای تثبیت بیوفیلم ها تثبیت شدند.سپس با اتانول بچ شده (50، 60، 70، 80، 90، 95 درصد و 100 درصد حجمی) قبل از خشک شدن در هوا خشک شد.در نهایت، یک فیلم طلا بر روی سطح نمونه قرار می‌گیرد تا رسانایی برای مشاهده SEM فراهم کند.تصاویر SEM بر روی نقاطی با بیشترین سلول‌های P. aeruginosa در سطح هر نمونه متمرکز شدند.تجزیه و تحلیل EDS را برای یافتن عناصر شیمیایی انجام دهید.یک میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال زایس (CLSM) (LSM 710، Zeiss، آلمان) برای اندازه گیری عمق گودال استفاده شد.برای مشاهده حفره های خوردگی زیر بیوفیلم، ابتدا نمونه آزمایش مطابق با استاندارد ملی چین (CNS) GB/T4334.4-2000 تمیز شد تا محصولات خوردگی و بیوفیلم از سطح نمونه آزمایش حذف شود.
آنالیز طیف‌سنجی فوتوالکترون پرتو ایکس (XPS، ESCALAB250 سیستم تجزیه و تحلیل سطح، Thermo VG، ایالات متحده) با استفاده از یک منبع پرتو ایکس تک رنگ (خط آلومینیوم Kα با انرژی 1500 eV و توان 150 W) در طیف وسیعی از انرژی های اتصال 0 در شرایط استاندارد -1350 eV.طیف وضوح بالا با استفاده از انرژی انتقال 50 ولت و گام 0.2 ولت ثبت شد.
نمونه های انکوبه شده برداشته شدند و به آرامی با PBS (pH 7.4 ± 0.2) به مدت 15 s45 شسته شدند.برای مشاهده زیست‌پذیری باکتریایی بیوفیلم‌ها بر روی نمونه‌ها، بیوفیلم‌ها با استفاده از کیت زنده‌مانی باکتری LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen، Eugene، OR، USA) رنگ‌آمیزی شدند.این کیت شامل دو رنگ فلورسنت است: رنگ فلورسنت سبز SYTO-9 و رنگ فلورسنت قرمز پروپیدیوم یدید (PI).در CLSM، نقاط سبز فلورسنت و قرمز به ترتیب نشان دهنده سلول های زنده و مرده هستند.برای رنگ آمیزی، 1 میلی لیتر از مخلوط حاوی 3 میکرولیتر SYTO-9 و 3 میکرولیتر محلول PI به مدت 20 دقیقه در دمای اتاق (23 درجه سانتیگراد) در تاریکی انکوبه شد.پس از آن، نمونه های رنگ آمیزی شده در دو طول موج (488 نانومتر برای سلول های زنده و 559 نانومتر برای سلول های مرده) با استفاده از دستگاه نیکون CLSM (C2 Plus، نیکون، ژاپن) مورد بررسی قرار گرفتند.ضخامت بیوفیلم در حالت اسکن سه بعدی اندازه گیری شد.
نحوه استناد به این مقاله: Li, H. et al.خوردگی میکروبی فولاد ضد زنگ سوپر دوبلکس 2707 توسط بیوفیلم دریایی سودوموناس آئروژینوزا.علم.6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. ترک خوردگی تنشی فولاد زنگ نزن دوبلکس LDX 2101 در محلولهای کلرید در حضور تیوسولفات. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. ترک خوردگی تنشی فولاد زنگ نزن دوبلکس LDX 2101 در محلولهای کلرید در حضور تیوسولفات. Zanotto، F.، Grassi، V.، Balbo، A.، Monticelli، C. & Zucchi، F. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. ترک خوردگی تنشی فولاد ضد زنگ دوبلکس LDX 2101 در محلولهای کلرید در حضور تیوسولفات. Zanotto، F.، Grassi، V.، Balbo، A.، Monticelli، C. & Zucchi، F. LDX 2101 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101. Zanotto، F.، Grassi، V.، Balbo، A.، Monticelli، C. & Zucchi، F. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. ترک خوردگی تنشی فولاد ضد زنگ دوبلکس LDX 2101 در محلول کلرید در حضور تیوسولفات.coros Science 80، 205-212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS اثرات عملیات حرارتی محلول و نیتروژن در گاز محافظ بر مقاومت در برابر خوردگی حفره ای جوش های فولاد ضد زنگ هایپر دوبلکس. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS اثرات عملیات حرارتی محلول و نیتروژن در گاز محافظ بر مقاومت در برابر خوردگی حفره ای جوش های فولاد ضد زنگ هایپر دوبلکس.کیم، ST، جانگ، SH، لی، IS و پارک، YS اثر عملیات حرارتی محلول جامد و نیتروژن در گاز محافظ بر مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای جوش‌های فولاد ضد زنگ هایپردوپلکس. کیم، اس‌تی، جانگ، اس‌چ، لی، آی‌اس و پارک، وای‌اس 固溶热处理和保护气体中的氮气对超双相不锈钢焊缝抗 Kim، ST، Jang، SH، Lee، IS & Park، YSکیم، ST، جانگ، SH، لی، IS و پارک، YS اثر عملیات حرارتی محلول و نیتروژن در گاز محافظ بر مقاومت در برابر خوردگی حفره‌ای جوش‌های فولاد ضد زنگ فوق‌العاده دوبلکس.کوروسعلم.53، 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. مطالعه مقایسه ای در شیمی حفره های میکروبی و الکتروشیمیایی ناشی از فولاد زنگ نزن 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. مطالعه مقایسه ای در شیمی حفره های میکروبی و الکتروشیمیایی ناشی از فولاد زنگ نزن 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. and Lewandowski, Z. مطالعه شیمیایی مقایسه ای حفره های میکروبیولوژیکی و الکتروشیمیایی فولاد زنگ نزن 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物和的316L Shi، X.، Avci، R.، Geiser، M. & Lewandowski، Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. and Lewandowski, Z. مطالعه شیمیایی مقایسه ای حفره های میکروبیولوژیکی و الکتروشیمیایی القا شده در فولاد ضد زنگ 316L.کوروسعلم.45، 2577-2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. رفتار الکتروشیمیایی فولاد زنگ نزن دوبلکس 2205 در محلول های قلیایی با pH های مختلف در حضور کلرید. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. رفتار الکتروشیمیایی فولاد زنگ نزن دوبلکس 2205 در محلول های قلیایی با pH های مختلف در حضور کلرید.Luo H.، Dong KF، Lee HG و Xiao K. رفتار الکتروشیمیایی فولاد ضد زنگ دوبلکس 2205 در محلول های قلیایی با pH های مختلف در حضور کلرید. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH pH Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 رفتار الکتروشیمیایی فولاد ضد زنگ 双相در حضور کلرید در pH های مختلف در محلول قلیایی.Luo H.، Dong KF، Lee HG و Xiao K. رفتار الکتروشیمیایی فولاد ضد زنگ دوبلکس 2205 در محلول های قلیایی با pH های مختلف در حضور کلرید.الکتروشیمی.مجله.64، 211-220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI تأثیر بیوفیلم های دریایی بر خوردگی: یک بررسی مختصر. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI تأثیر بیوفیلم های دریایی بر خوردگی: یک بررسی مختصر.لیتل، بی جی، لی، جی اس و ری، RI اثر بیوفیلم های دریایی بر خوردگی: بررسی مختصر. لیتل، بی جی، لی، جی اس اند ری، ری، ری 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述. لیتل، بی جی، لی، جی اس و ری، ریلیتل، بی جی، لی، جی اس و ری، RI اثر بیوفیلم های دریایی بر خوردگی: بررسی مختصر.الکتروشیمی.مجله.54، 2-7 (2008).