شكرًا لزيارتكم موقع Nature.com. إصدار المتصفح الذي تستخدمونه يدعم CSS بشكل محدود. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). في هذه الأثناء، ولضمان استمرار الدعم، سنُقدّم الموقع بدون أنماط أو JavaScript.
التآكل الميكروبي (MIC) مشكلة خطيرة في العديد من الصناعات، لأنه يمكن أن يؤدي إلى خسائر اقتصادية فادحة. يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ سوبر دوبلكس 2707 (2707 HDSS) في البيئات البحرية بسبب مقاومته الكيميائية الممتازة. ومع ذلك، لم يتم إثبات مقاومته لـ MIC تجريبياً. فحصت هذه الدراسة سلوك MIC 2707 HDSS الناتج عن البكتيريا الهوائية البحرية Pseudomonas aeruginosa. أظهر التحليل الكهروكيميائي أنه في وجود الغشاء الحيوي لـ Pseudomonas aeruginosa في وسط 2216E، يحدث تغيير إيجابي في جهد التآكل وزيادة في كثافة تيار التآكل. أظهر تحليل مطيافية الأشعة السينية الضوئية الإلكترونية (XPS) انخفاضًا في محتوى الكروم على سطح العينة تحت الغشاء الحيوي. أظهر التحليل البصري للحفر أن الغشاء الحيوي لـ Pseudomonas aeruginosa أنتج أقصى عمق للحفرة يبلغ 0.69 ميكرومتر خلال 14 يومًا من الحضانة. على الرغم من أن هذا صغير، إلا أنه يشير إلى أن 2707 HDSS ليس محصنًا تمامًا ضد MIC لأغشية البكتيريا الزائفة الزنجارية.
يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج (DSS) على نطاق واسع في مختلف الصناعات نظرًا للجمع المثالي بين الخصائص الميكانيكية الممتازة ومقاومة التآكل1،2. ومع ذلك، لا يزال يحدث تآكل موضعي ويؤثر على سلامة هذا الفولاذ3،4. DSS غير مقاوم للتآكل الميكروبي (MIC)5،6. على الرغم من النطاق الواسع لتطبيقات DSS، لا تزال هناك بيئات لا تكون فيها مقاومة DSS للتآكل كافية للاستخدام طويل الأمد. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى مواد أكثر تكلفة ذات مقاومة أعلى للتآكل. وجد جيون وآخرون7 أن حتى الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الفائق (SDSS) لديه بعض القيود من حيث مقاومة التآكل. لذلك، في بعض الحالات، هناك حاجة إلى الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الفائق (HDSS) ذو مقاومة أعلى للتآكل. وقد أدى ذلك إلى تطوير HDSS عالي السبائك.
تعتمد مقاومة التآكل DSS على نسبة أطوار ألفا وجاما، وتُستنفد في مناطق الكروم والموليبدينوم والنيتروجين 8 و9 و10 المجاورة للطور الثاني. يحتوي HDSS على نسبة عالية من الكروم والموليبدينوم والنيتروجين 11، وبالتالي يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل وقيمة عالية (45-50) لرقم مقاومة التآكل المكافئ (PREN) تُحدد بواسطة النسبة المئوية للوزن من الكروم + 3.3 (النسبة المئوية للوزن من الموليبدينوم + 0.5 النسبة المئوية للوزن من النيكل) + 16% من الوزن من النيتروجين 12. تعتمد مقاومته الممتازة للتآكل على تركيبة متوازنة تحتوي على ما يقرب من 50% من الأطوار الفريتية (α) و50% من الأطوار الأوستنيتية (γ). يتميز HDSS بخصائص ميكانيكية أفضل ومقاومة أعلى لتآكل الكلوريد. تُوسع مقاومة التآكل المُحسّنة نطاق استخدام HDSS في بيئات الكلوريد الأكثر عدوانية مثل البيئات البحرية.
تشكل MICs مشكلة كبيرة في العديد من الصناعات مثل صناعات النفط والغاز والمياه14. وتمثل MIC 20٪ من جميع أضرار التآكل15. MIC هو تآكل حيوي كهربائي كيميائي يمكن ملاحظته في العديد من البيئات. تغير الأغشية الحيوية التي تتشكل على الأسطح المعدنية الظروف الكهروكيميائية، مما يؤثر على عملية التآكل. ومن المعتقد على نطاق واسع أن تآكل MIC ناتج عن الأغشية الحيوية. تأكل الكائنات الحية الدقيقة المولدة للكهرباء المعادن للحصول على الطاقة التي تحتاجها للبقاء17. وقد أظهرت دراسات MIC الحديثة أن EET (نقل الإلكترون خارج الخلية) هو العامل المحدد للسرعة في MIC الناجم عن الكائنات الحية الدقيقة المولدة للكهرباء. أظهر Zhang et al. 18 أن وسطاء الإلكترون يسرعون نقل الإلكترونات بين خلايا Desulfovibrio sessificans والفولاذ المقاوم للصدأ 304، مما يؤدي إلى هجوم MIC أكثر شدة. Anning et al. 19 و Wenzlaff et al. وقد أظهرت 20 دراسة أن الأغشية الحيوية للبكتيريا المسببة للتآكل والتي تعمل على اختزال الكبريتات (SRBs) يمكنها امتصاص الإلكترونات مباشرة من ركائز المعادن، مما يؤدي إلى تآكل شديد.
من المعروف أن DSS حساس لـ MIC في الأوساط التي تحتوي على SRBs، والبكتيريا المختزلة للحديد (IRBs)، إلخ. 21 . تُسبب هذه البكتيريا حفرًا موضعية على سطح DSS تحت الأغشية الحيوية 22،23. وعلى عكس DSS، فإن MIC HDSS24 غير معروف جيدًا.
الزائفة الزنجارية (Pseudomonas aeruginosa) هي بكتيريا عصوية الشكل، متحركة، سالبة الجرام، منتشرة على نطاق واسع في الطبيعة. 25 كما تُعد الزائفة الزنجارية مجموعة ميكروبية رئيسية في البيئة البحرية، مسببةً ارتفاع تركيزات MIC. تشارك الزائفة الزنجارية بنشاط في عملية التآكل، وتُعرف بأنها مستعمر رائد خلال تكوين الأغشية الحيوية. أظهر ماهات وآخرون (28) ويوان وآخرون (29) أن الزائفة الزنجارية تميل إلى زيادة معدل تآكل الفولاذ الطري وسبائكه في البيئات المائية.
كان الهدف الرئيسي من هذا العمل دراسة خصائص MIC 2707 HDSS الناتجة عن بكتيريا الزائفة الزنجارية الهوائية البحرية، وذلك باستخدام الطرق الكهروكيميائية، وطرق تحليل السطح، وتحليل ناتج التآكل. أُجريت دراسات كهروكيميائية، شملت جهد الدائرة المفتوحة (OCP)، ومقاومة الاستقطاب الخطي (LPR)، ومطيافية المعاوقة الكهروكيميائية (EIS)، والاستقطاب الديناميكي الجهدي، لدراسة سلوك MIC 2707 HDSS. كما أُجري تحليل مطيافية تشتت الطاقة (EDS) للكشف عن العناصر الكيميائية على سطح متآكل. بالإضافة إلى ذلك، استُخدم مطيافية الإلكترون الضوئي بالأشعة السينية (XPS) لتحديد استقرار تخميل طبقة الأكسيد تحت تأثير بيئة بحرية تحتوي على بكتيريا الزائفة الزنجارية. وقُيس عمق الحفر باستخدام مجهر مسح ليزري متحد البؤر (CLSM).
يوضح الجدول 1 التركيب الكيميائي لـ 2707 HDSS. ويوضح الجدول 2 أن 2707 HDSS يتميز بخواص ميكانيكية ممتازة مع مقاومة خضوع تبلغ 650 ميجا باسكال. يوضح الشكل 1 البنية المجهرية البصرية لـ 2707 HDSS المعالج حرارياً بالمحلول. في البنية المجهرية التي تحتوي على حوالي 50% من طور الأوستينيت و50% من طور الفريت، تظهر أشرطة مستطيلة من طور الأوستينيت والفيريت بدون أطوار ثانوية.
يوضح الشكل 2أ جهد الدائرة المفتوحة (Eocp) مقابل وقت التعرض لـ 2707 HDSS في وسط 2216E غير الحيوي ومرق الزائفة الزنجارية لمدة 14 يومًا عند 37 درجة مئوية. ويوضح أن أكبر وأهم تغيير في Eocp يحدث خلال أول 24 ساعة. بلغت قيم Eocp في كلتا الحالتين ذروتها عند -145 مللي فولت (مقارنة بـ SCE) حوالي 16 ساعة ثم انخفضت بشكل حاد لتصل إلى -477 مللي فولت (مقارنة بـ SCE) و -236 مللي فولت (مقارنة بـ SCE) للعينة غير الحيوية. وكوبونات Pseudomonas aeruginosa، على التوالي). بعد 24 ساعة، كانت قيمة Eocp 2707 HDSS لـ Pseudomonas aeruginosa مستقرة نسبيًا عند -228 مللي فولت (مقارنة بـ SCE)، بينما كانت القيمة المقابلة للعينات غير البيولوجية حوالي -442 مللي فولت (مقارنة بـ SCE). كان مستوى Eocp في وجود P. aeruginosa منخفضًا جدًا.
دراسة كهروكيميائية لـ 2707 عينة HDSS في وسط غير حيوي ومرق Pseudomonas aeruginosa عند 37 درجة مئوية:
(أ) Eocp كدالة لوقت التعرض، (ب) منحنيات الاستقطاب في اليوم 14، (ج) Rp كدالة لوقت التعرض، و(د) icorr كدالة لوقت التعرض.
يوضح الجدول 3 معاملات التآكل الكهروكيميائية لـ 2707 عينة HDSS معرضة لوسط غير حيوي ومُلقح ببكتيريا الزائفة الزنجارية على مدى 14 يومًا. تم استقراء مماسات منحنيات الأنود والكاثود للحصول على تقاطعات تُعطي كثافة تيار التآكل (icorr) وجهد التآكل (Ecorr) ومنحدر تافل (βα وβc) وفقًا للطرق القياسية30،31.
كما هو موضح في الشكل 2ب، أدى التحول الصاعد في منحنى الزائفة الزنجارية إلى زيادة في معدل التآكل (ECORR) مقارنةً بالمنحنى غير الحيوي. ارتفعت قيمة معدل التآكل (ECORR)، المتناسبة مع معدل التآكل، إلى 0.328 ميكرو أمبير/سم² في عينة الزائفة الزنجارية، وهي أعلى بأربع مرات من العينة غير الحيوية (0.087 ميكرو أمبير/سم²).
LPR هي طريقة كهروكيميائية غير مدمرة كلاسيكية لتحليل التآكل السريع. وقد استُخدمت أيضًا لدراسة MIC32. يوضح الشكل 2ج مقاومة الاستقطاب (Rp) كدالة لزمن التعرض. كلما ارتفعت قيمة Rp، انخفضت مقاومة الاستقطاب (Rp 2707 HDSS) إلى 1955 كيلو أوم/سم² للعينات غير الحيوية و1429 كيلو أوم/سم² لعينات الزائفة الزنجارية. يوضح الشكل 2ج أيضًا أن قيمة Rp انخفضت بسرعة بعد يوم واحد، ثم ظلت ثابتة نسبيًا خلال الأيام الثلاثة عشر التالية. تبلغ قيمة Rp لعينة الزائفة الزنجارية حوالي 40 كيلو أوم/سم²، وهي أقل بكثير من قيمة 450 كيلو أوم/سم² للعينة غير الحيوية.
تتناسب قيمة icorr طرديًا مع معدل التآكل المنتظم. ويمكن حساب قيمتها من معادلة ستيرن-جيري التالية:
وفقًا لزوي وآخرون، 33، قُدِّرت القيمة النموذجية لمنحدر تافل B في هذا العمل بـ 26 ملي فولت/ديسيلتر. يوضح الشكل 2د أن معدل تكرار العينة غير البيولوجية 2707 ظل مستقرًا نسبيًا، بينما تذبذب معدل تكرار عينة الزائفة الزنجارية بشكل كبير بعد أول 24 ساعة. كانت قيم معدل تكرار عينات الزائفة الزنجارية أعلى بعشر مرات من قيم عينات الضوابط غير البيولوجية. يتوافق هذا الاتجاه مع نتائج مقاومة الاستقطاب.
EIS هي طريقة أخرى غير مدمرة تُستخدم لتوصيف التفاعلات الكهروكيميائية على الأسطح المتآكلة. أطياف المعاوقة وقيم السعة المحسوبة للعينات المعرضة لبيئة غير حيوية ومحلول الزائفة الزنجارية، ومقاومة الغشاء/الغشاء الحيوي السلبي (Rb) المتكونة على سطح العينة، ومقاومة نقل الشحنة (Rct)، والسعة الكهربائية ثنائية الطبقة (Cdl) (EDL)، ومعلمات عنصر الطور (CPE) الثابتة (QCPE). تم تحليل هذه المعلمات بشكل أكبر من خلال ملاءمة البيانات باستخدام نموذج الدائرة المكافئة (EEC).
يوضح الشكل 3 مخططات نيكويست النموذجية (أ و ب) ومخططات بود (أ' و ب') لـ 2707 عينة HDSS في أوساط غير حيوية ومرق الزائفة الزنجارية لفترات حضانة مختلفة. يتناقص قطر حلقة نيكويست في وجود الزائفة الزنجارية. يوضح مخطط بود (الشكل 3ب') الزيادة في المعاوقة الكلية. يمكن الحصول على معلومات حول ثابت زمن الاسترخاء من قيم الطور القصوى. يوضح الشكل 4 الهياكل الفيزيائية القائمة على طبقة أحادية (أ) وطبقة ثنائية (ب) وخلايا EC المقابلة. تم إدخال CPE في نموذج EEC. يُعبر عن نفاذيتها وممانعتها كما يلي:
نموذجان فيزيائيان ودوائر مكافئة مقابلة لتناسب طيف المعاوقة للعينة 2707 HDSS:
حيث Y0 هي قيمة مؤشر الأداء الرئيسي، وj هو العدد التخيلي أو (-1)½، وω هو التردد الزاوي، وn هو مؤشر قدرة مؤشر الأداء الرئيسي الأقل من واحد³5. يتوافق انعكاس مقاومة نقل الشحنة (أي 1/Rct) مع معدل التآكل. كلما كان Rct أصغر، زاد معدل التآكل³7. بعد 14 يومًا من الحضانة، وصل Rct لعينات الزائفة الزنجارية إلى 32 كيلو أوم/سم²، وهو أقل بكثير من 489 كيلو أوم/سم² للعينات غير البيولوجية (الجدول 4).
تُظهر صور CLSM والمجهر الإلكتروني الماسح في الشكل 5 بوضوح كثافة طبقة الغشاء الحيوي على سطح عينة HDSS 2707 بعد 7 أيام. ومع ذلك، بعد 14 يومًا، كانت تغطية الغشاء الحيوي ضعيفة وظهرت بعض الخلايا الميتة. يوضح الجدول 5 سُمك الغشاء الحيوي في عينات HDSS 2707 بعد التعرض لبكتيريا P. aeruginosa لمدة 7 و14 يومًا. تغيّر أقصى سُمك للغشاء الحيوي من 23.4 ميكرومتر بعد 7 أيام إلى 18.9 ميكرومتر بعد 14 يومًا. كما أكد متوسط ​​سُمك الغشاء الحيوي هذا الاتجاه، حيث انخفض من 22.2 ± 0.7 ميكرومتر بعد 7 أيام إلى 17.8 ± 1.0 ميكرومتر بعد 14 يومًا.
(أ) صورة CLSM ثلاثية الأبعاد في اليوم السابع، (ب) صورة CLSM ثلاثية الأبعاد في اليوم الرابع عشر، (ج) صورة المجهر الإلكتروني الماسح في اليوم السابع، و(د) صورة المجهر الإلكتروني الماسح في اليوم الرابع عشر.
كشف المجال الكهرومغناطيسي عن عناصر كيميائية في الأغشية الحيوية ونواتج التآكل في العينات المعرضة للبكتيريا الزائفة الزنجارية لمدة 14 يومًا. يوضح الشكل 6 أن محتوى الكربون والنيتروجين والأكسجين والفوسفور في الأغشية الحيوية ونواتج التآكل أعلى بكثير منه في المعادن النقية، نظرًا لارتباط هذه العناصر بالأغشية الحيوية ومستقلباتها. تحتاج الميكروبات فقط إلى كميات ضئيلة من الكروم والحديد. تشير المستويات العالية من الكروم والحديد في الأغشية الحيوية ونواتج التآكل على سطح العينات إلى أن مصفوفة المعدن قد فقدت بعض العناصر بسبب التآكل.
بعد ١٤ يومًا، لوحظت حفرٌ مع وبدون بكتيريا الزائفة الزنجارية في الوسط ٢٢١٦E. قبل الحضانة، كان سطح العينات أملسًا وخاليًا من العيوب (الشكل ٧أ). بعد الحضانة وإزالة الأغشية الحيوية ونواتج التآكل، فُحصت أعمق حفر على سطح العينات باستخدام CLSM، كما هو موضح في الشكلين ٧ب و٧ج. لم يُعثر على أي حفرٍ واضح على سطح العينات غير البيولوجية (أقصى عمق حفر ٠.٠٢ ميكرومتر). بلغ أقصى عمق حفرٍ سببته بكتيريا الزائفة الزنجارية ٠.٥٢ ميكرومتر بعد ٧ أيام و٠.٦٩ ميكرومتر بعد ١٤ يومًا، بناءً على متوسط ​​أقصى عمق حفرٍ من ٣ عينات (تم اختيار ١٠ أعماقٍ قصوى لكل عينة). وقد تم تحقيق ٠.٤٢ ± ٠.١٢ ميكرومتر و٠.٥٢ ± ٠.١٥ ميكرومتر، على التوالي (الجدول ٥). تعتبر قيم عمق هذه الحفرة صغيرة ولكنها مهمة.
(أ) قبل التعرض، (ب) 14 يومًا في بيئة غير حيوية، و(ج) 14 يومًا في مرق الزائفة الزنجارية.
في الشكل 8، يُظهر الجدول 8 أطياف XPS لأسطح عينات مختلفة، ويُلخص الجدول 6 التركيب الكيميائي المُحلل لكل سطح. في الجدول 6، كانت النسب الذرية للحديد والكروم في وجود الزائفة الزنجارية (العينتان أ و ب) أقل بكثير من النسب في العينات غير البيولوجية (العينتان ج و د). بالنسبة لعينة الزائفة الزنجارية، تم ضبط المنحنى الطيفي عند مستوى نواة Cr 2p على أربعة مكونات ذروة ذات طاقات ربط (BE) تبلغ 574.4 و576.6 و578.3 و586.8 إلكترون فولت، والتي يمكن أن تُعزى إلى Cr وCr2O3 وCrO3 وCr(OH)3 على التوالي (الشكل 9أ و ب). بالنسبة للعينات غير الحيوية، يحتوي طيف المستوى الرئيسي لـ Cr 2p على قمتين رئيسيتين لـ Cr (573.80 إلكترون فولت لـ BE) وCr2O3 (575.90 إلكترون فولت لـ BE) في الشكلين 9ج و9د، على التوالي. كان الاختلاف الأبرز بين العينات غير الحيوية وعينات الزائفة الزنجارية هو وجود Cr6+ ونسبة نسبية أعلى من Cr(OH)3 (BE 586.8 إلكترون فولت) تحت الغشاء الحيوي.
تبلغ أطياف XPS الواسعة لسطح العينة 2707 HDSS في وسطين 7 و14 يومًا على التوالي.
(أ) التعرض لبكتيريا الزائفة الزنجارية لمدة 7 أيام، (ب) التعرض لبكتيريا الزائفة الزنجارية لمدة 14 يومًا، (ج) 7 أيام في بيئة غير حيوية، و(د) 14 يومًا في بيئة غير حيوية.
يُظهر HDSS مستوىً عاليًا من مقاومة التآكل في معظم البيئات. أفاد كيم وآخرون2 أن HDSS UNS S32707 قد تم تحديده على أنه DSS عالي السبائك مع PREN أكبر من 45. بلغت قيمة PREN للعينة 2707 HDSS في هذا العمل 49. ويعود ذلك إلى محتواها العالي من الكروم والموليبدينوم والنيكل، وهما مفيدان في البيئات الحمضية والبيئات ذات المحتوى العالي من الكلوريد. بالإضافة إلى ذلك، فإن التركيب المتوازن والبنية الدقيقة الخالية من العيوب مفيدان لاستقرار الهيكل ومقاومة التآكل. ومع ذلك، على الرغم من مقاومته الكيميائية الممتازة، تشير البيانات التجريبية في هذا العمل إلى أن 2707 HDSS ليس محصنًا تمامًا ضد MICs الأغشية الحيوية لـ P. aeruginosa.
أظهرت النتائج الكهروكيميائية أن معدل تآكل 2707 HDSS في مرق P. aeruginosa قد زاد بشكل ملحوظ بعد 14 يومًا مقارنة بالبيئة غير البيولوجية. في الشكل 2أ، لوحظ انخفاض في Eocp في كل من الوسط غير الحيوي وفي مرق P. aeruginosa خلال أول 24 ساعة. بعد ذلك، يغطي الغشاء الحيوي سطح العينة بالكامل، ويصبح Eocp مستقرًا نسبيًا36. ومع ذلك، كان مستوى Eocp البيولوجي أعلى بكثير من مستوى Eocp غير البيولوجي. هناك أسباب للاعتقاد بأن هذا الاختلاف مرتبط بتكوين الأغشية الحيوية لـ P. aeruginosa. في الشكل 2د، في وجود P. aeruginosa، وصلت قيمة icorr 2707 HDSS إلى 0.627 μA cm-2، وهي أعلى بمقدار مرتبة من حيث الحجم من تلك الموجودة في المجموعة الضابطة غير الحيوية (0.063 μA cm-2)، والتي كانت متسقة مع قيمة Rct المقاسة بواسطة EIS. خلال الأيام القليلة الأولى، زادت قيم المعاوقة في مرق الزائفة الزنجارية بسبب التصاق خلايا الزائفة الزنجارية وتكوين الأغشية الحيوية. ومع ذلك، عندما يغطي الغشاء الحيوي سطح العينة بالكامل، تقل المعاوقة. تتعرض الطبقة الواقية للهجوم في المقام الأول بسبب تكوين الأغشية الحيوية ومستقلبات الغشاء الحيوي. ونتيجة لذلك، انخفضت مقاومة التآكل بمرور الوقت وتسبب التصاق الزائفة الزنجارية في تآكل موضعي. كانت الاتجاهات في البيئات غير الحيوية مختلفة. كانت مقاومة التآكل للتحكم غير البيولوجي أعلى بكثير من القيمة المقابلة للعينات المعرضة لمرق الزائفة الزنجارية. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للعينات غير الحيوية، وصلت قيمة Rct 2707 HDSS إلى 489 كيلو أوم سم 2 في اليوم 14، وهو أعلى بمقدار 15 مرة من قيمة Rct (32 كيلو أوم سم 2) في وجود الزائفة الزنجارية. وبالتالي، فإن 2707 HDSS يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل في بيئة معقمة، لكنه غير مقاوم لـ MICs من الأغشية الحيوية لـ P. aeruginosa.
يمكن أيضًا ملاحظة هذه النتائج من منحنيات الاستقطاب في الشكلين 2ب. ارتبط التفرع الأنودي بتكوين الأغشية الحيوية لبكتيريا الزائفة الزنجارية وتفاعلات أكسدة المعادن. في هذه الحالة، يكون التفاعل الكاثودي هو اختزال الأكسجين. أدى وجود الزائفة الزنجارية إلى زيادة كبيرة في كثافة تيار التآكل، أعلى بحوالي مرتبة من حيث الحجم من مثيلتها في المجموعة الضابطة غير الحيوية. يشير هذا إلى أن الأغشية الحيوية لبكتيريا الزائفة الزنجارية تعزز التآكل الموضعي لـ 2707 HDSS. وجد يوان وآخرون29 أن كثافة تيار التآكل لسبائك النحاس والنيكل 70/30 قد زادت تحت تأثير الأغشية الحيوية لبكتيريا الزائفة الزنجارية. قد يكون هذا بسبب التحفيز الحيوي لاختزال الأكسجين بواسطة الأغشية الحيوية لبكتيريا الزائفة الزنجارية. قد تفسر هذه الملاحظة أيضًا MIC 2707 HDSS في هذا العمل. قد يكون هناك أيضًا أكسجين أقل تحت الأغشية الحيوية الهوائية. لذلك، فإن رفض إعادة تعقيم سطح المعدن بالأكسجين قد يكون عاملاً مساهماً في MIC في هذا العمل.
اقترح ديكنسون وآخرون (38) أن معدل التفاعلات الكيميائية والكهروكيميائية يمكن أن يتأثر بشكل مباشر بالنشاط الأيضي للبكتيريا اللاطئة على سطح العينة وطبيعة نواتج التآكل. وكما هو موضح في الشكل 5 والجدول 5، انخفض عدد الخلايا وسمك الأغشية الحيوية بعد 14 يومًا. ويمكن تفسير ذلك بشكل منطقي بأن معظم الخلايا اللاطئة على سطح 2707 HDSS ماتت بعد 14 يومًا بسبب نقص المغذيات في وسط 2216E أو إطلاق أيونات معدنية سامة من مصفوفة 2707 HDSS. وهذا أحد قيود التجارب الدفعية.
في هذا العمل، ساهم غشاء حيوي من الزائفة الزنجارية في النضوب المحلي للكروم والحديد تحت الغشاء الحيوي على سطح 2707 HDSS (الشكل 6). يوضح الجدول 6 الانخفاض في الحديد والكروم في العينة د مقارنة بالعينة ج، مما يشير إلى أن الحديد والكروم الذائبين الناتجين عن الغشاء الحيوي للزائفة الزنجارية استمروا خلال الأيام السبعة الأولى. تُستخدم بيئة 2216E لمحاكاة البيئة البحرية. تحتوي على 17700 جزء في المليون من الكلور، وهو ما يضاهي محتواها في مياه البحر الطبيعية. كان وجود 17700 جزء في المليون من الكلور هو السبب الرئيسي لانخفاض الكروم في العينات غير الحيوية التي تم تحليلها بواسطة XPS لمدة 7 و14 يومًا. وبالمقارنة مع عينات الزائفة الزنجارية، كان ذوبان الكروم في العينات غير الحيوية أقل بكثير بسبب المقاومة القوية لـ 2707 HDSS للكلور في ظل الظروف غير الحيوية. في الشكل. يوضح الشكل 9 وجود Cr6+ في الغشاء المُخمّد. قد يكون له دور في إزالة الكروم من أسطح الفولاذ بواسطة الأغشية الحيوية لبكتيريا الزائفة الزنجارية، كما اقترح تشين وكلايتون.
بسبب نمو البكتيريا، بلغت قيم الرقم الهيدروجيني للوسط قبل الزراعة 7.4 و8.2 على التوالي. وبالتالي، من غير المرجح أن يُسهم تآكل الأحماض العضوية أسفل الغشاء الحيوي للزائفة الزنجارية في هذا العمل نظرًا لارتفاع الرقم الهيدروجيني نسبيًا في الوسط السائب. لم يتغير الرقم الهيدروجيني لوسط الضبط غير البيولوجي بشكل ملحوظ (من 7.4 في البداية إلى 7.5 في النهاية) خلال فترة الاختبار التي استمرت 14 يومًا. يُعزى ارتفاع الرقم الهيدروجيني في وسط البذور بعد الحضانة إلى النشاط الأيضي للزائفة الزنجارية، وقد وُجد أن له نفس التأثير على الرقم الهيدروجيني في غياب شرائط الاختبار.
كما هو موضح في الشكل 7، بلغ أقصى عمق للحفر الناتج عن الغشاء الحيوي للزائفة الزنجارية 0.69 ميكرومتر، وهو أكبر بكثير من عمق الوسط اللاحيوي (0.02 ميكرومتر). وهذا يتوافق مع البيانات الكهروكيميائية الموضحة أعلاه. عمق الحفرة البالغ 0.69 ميكرومتر أصغر بعشر مرات من قيمة 9.5 ميكرومتر المسجلة لـ 2205 DSS في نفس الظروف. تُظهر هذه البيانات أن 2707 HDSS يُظهر مقاومة أفضل لـ MICs مقارنةً بـ 2205 DSS. ولا ينبغي أن يكون هذا مفاجئًا، إذ يحتوي 2707 HDSS على مستويات Cr أعلى، مما يوفر فترة تخميل أطول، ويصعب إزالة التخميل من الزائفة الزنجارية، وبسبب تركيبه الطوري المتوازن دون ترسب ثانوي ضار، فإنه يُسبب التنقير.
في الختام، وُجدت حفرٌ ذات تركيزٍ منخفضٍ جدًا (MIC) على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ 2707 HDSS في مرق الزائفة الزنجارية (P. aeruginosa)، مقارنةً بحفرٍ ضئيلةٍ في البيئة اللاحيوية. يُظهر هذا البحث أن الفولاذ المقاوم للصدأ 2707 HDSS يتمتع بمقاومةٍ أفضل لـ MIC مقارنةً بـ 2205 DSS، ولكنه ليس محصنًا تمامًا ضد MIC بسبب الأغشية الحيوية للزائفة الزنجارية (P. aeruginosa). تُساعد هذه النتائج في اختيار الفولاذ المقاوم للصدأ المناسب وعمره الافتراضي في البيئة البحرية.
قسيمة 2707 HDSS مقدمة من كلية علم المعادن بجامعة نورث إيسترن (NEU) في شنيانغ، الصين. يوضح الجدول 1 التركيب العنصري لـ 2707 HDSS، والذي حللته إدارة تحليل واختبار المواد في الجامعة. عولجت جميع العينات بمحلول صلب عند درجة حرارة 1180 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. قبل اختبار التآكل، صُقلت عينة 2707 HDSS على شكل عملة معدنية بمساحة سطح مفتوحة علوية تبلغ 1 سم2 إلى حبيبات 2000 باستخدام ورق صنفرة من كربيد السيليكون، ثم صُقلت بمسحوق Al2O3 بتركيز 0.05 ميكرومتر. طُليت الجوانب والقاع بطلاء خامل. بعد التجفيف، غُسلت العينات بماء معقم منزوع الأيونات، وعُقّمت بإيثانول بنسبة 75% (حجم/حجم) لمدة نصف ساعة. ثم جُففت بالهواء تحت الأشعة فوق البنفسجية لمدة نصف ساعة قبل الاستخدام.
تم شراء سلالة الزائفة الزنجارية البحرية MCCC 1A00099 من مركز شيامن لجمع الثقافات البحرية (MCCC)، الصين. زُرعت الزائفة الزنجارية في ظروف هوائية عند درجة حرارة 37 درجة مئوية في قوارير سعة 250 مل وخلايا كهروكيميائية زجاجية سعة 500 مل باستخدام وسط سائل Marine 2216E (شركة تشينغداو هوب للتكنولوجيا الحيوية المحدودة، تشينغداو، الصين). يحتوي الوسط (جم/لتر) على: 19.45 كلوريد الصوديوم، 5.98 كلوريد المغنيسيوم، 3.24 كبريتات الصوديوم، 1.8 كلوريد الكالسيوم، 0.55 كلوريد البوتاسيوم، 0.16 ثاني أكسيد الصوديوم، 0.08 بروميد البوتاسيوم، 0.034 كلوريد السترونشيوم، 0.08 بروميد السترونشيوم، 0.022 هيدروجين البورون، 0.004 أكسيد السيليكون الصوديوم، 0016 هيدروكسيد الصوديوم، 6NH26NH3، 3.0016 NH3، 5.0 ببتون، 1.0 مستخلص خميرة، و0.1 سترات حديد. حُمّص في جهاز التعقيم على درجة حرارة 121 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة قبل التلقيح. عدّ الخلايا اللاطئة والبلانتونية باستخدام عدادة خلايا دموية تحت مجهر ضوئي بتكبير 400 مرة. كان التركيز الأولي لبكتيريا Pseudomonas aeruginosa العوالقية مباشرة بعد التطعيم حوالي 106 خلية / مل.
أُجريت الاختبارات الكهروكيميائية في خلية زجاجية كلاسيكية ثلاثية الأقطاب، متوسطة الحجم، سعة 500 مل. وُصلت صفيحة البلاتين وقطب الكالوميل المشبع (SAE) بالمفاعل عبر شعيرات لوجين الشعرية المملوءة بجسور ملحية، والتي كانت بمثابة أقطاب مضادة ومرجعية على التوالي. لتصنيع أقطاب العمل، وُصل سلك نحاسي مطاطي بكل عينة وغُطي براتنج الإيبوكسي، مع ترك مساحة خالية تبلغ حوالي 1 سم2 للقطب العامل على أحد الجانبين. أثناء إجراء القياسات الكهروكيميائية، وُضعت العينات في وسط 2216E، وحُفظت عند درجة حرارة حضانة ثابتة (37 درجة مئوية) في حمام مائي. قيست بيانات OCP وLPR وEIS والاستقطاب الديناميكي المحتمل باستخدام مقياس جهد Autolab (المرجع 600TM، شركة Gamry Instruments، الولايات المتحدة الأمريكية). سُجِّلت اختبارات LPR بمعدل مسح قدره 0.125 مللي فولت/ثانية في نطاق -5 إلى 5 مللي فولت مع Eocp ومعدل أخذ عينات قدره 1 هرتز. أُجريت EIS بموجة جيبية على نطاق ترددي يتراوح بين 0.01 و10,000 هرتز باستخدام جهد مطبق قدره 5 مللي فولت عند حالة مستقرة Eocp. قبل مسح الجهد، كانت الأقطاب الكهربائية في وضع الخمول حتى الوصول إلى قيمة مستقرة لجهد التآكل الحر. ثم قيست منحنيات الاستقطاب من -0.2 إلى 1.5 فولت كدالة لـ Eocp بمعدل مسح قدره 0.166 مللي فولت/ثانية. تكرر كل اختبار ثلاث مرات مع وبدون P. aeruginosa.
صُقلت العينات المستخدمة في التحليل المعدني ميكانيكيًا باستخدام ورق SiC مبلل بحبيبات 2000، ثم صُقلت مرة أخرى باستخدام معلق مسحوق Al2O3 بتركيز 0.05 ميكرومتر للفحص البصري. أُجري التحليل المعدني باستخدام مجهر ضوئي. حُفرت العينات بمحلول هيدروكسيد البوتاسيوم 43 بتركيز 10% وزنًا.
بعد الحضانة، غُسلت العينات ثلاث مرات بمحلول ملحي منظم بالفوسفات (PBS) (درجة حموضة 7.4 ± 0.2)، ثم ثُبّتت باستخدام غلوتارالدهيد بتركيز 2.5% (حجم/حجم) لمدة 10 ساعات لتثبيت الأغشية الحيوية. ثم جُفّفت باستخدام الإيثانول المُجمّع (50%، 60%، 70%، 80%، 90%، 95% و100% حجمًا) قبل التجفيف بالهواء. وأخيرًا، وُضع غشاء ذهبي على سطح العينة لتوفير التوصيل اللازم لرصد المجهر الإلكتروني الماسح. رُكّزت صور المجهر الإلكتروني الماسح على البقع التي تحتوي على أكثر خلايا الزائفة الزنجارية استقرارًا على سطح كل عينة. أُجري تحليل EDS للكشف عن العناصر الكيميائية. استُخدم مجهر مسح ليزري متحد البؤر من زايس (CLSM) (LSM 710، زايس، ألمانيا) لقياس عمق الحفرة. لمراقبة حفر التآكل تحت الغشاء الحيوي، تم تنظيف عينة الاختبار أولاً وفقًا للمعيار الوطني الصيني (CNS) GB/T4334.4-2000 لإزالة منتجات التآكل والأغشية الحيوية من سطح عينة الاختبار.
أُجري تحليل مطيافية فوتوإلكترون الأشعة السينية (XPS، نظام تحليل الأسطح ESCALAB250، Thermo VG، الولايات المتحدة الأمريكية) باستخدام مصدر أشعة سينية أحادي اللون (خط ألومنيوم Kα بطاقة 1500 إلكترون فولت وقدرة 150 واط) ضمن نطاق واسع من طاقات الربط 0 في ظل ظروف قياسية تبلغ -1350 إلكترون فولت. سُجِّلت أطياف عالية الدقة باستخدام طاقة انتقال 50 إلكترون فولت وخطوة 0.2 إلكترون فولت.
أُزيلت العينات المُحضَّنة وغُسلت برفق باستخدام محلول فوسفات الصوديوم (PBS) (درجة حموضة 7.4 ± 0.2) لمدة 15 ثانية و45 ثانية. ولملاحظة حيوية الأغشية الحيوية البكتيرية على العينات، صُبغت الأغشية الحيوية باستخدام مجموعة اختبار حيوية البكتيريا LIVE/DEAD BacLight (إنفيتروجين، يوجين، أوريغون، الولايات المتحدة الأمريكية). تحتوي المجموعة على صبغتين فلوريتين: صبغة SYTO-9 الخضراء الفلورية وصبغة بروبيديوم يوديد (PI) الحمراء الفلورية. في CLSM، تُمثل النقاط الخضراء والحمراء الفلورية الخلايا الحية والميتة على التوالي. للتلوين، حُضِّن مل واحد من خليط يحتوي على 3 ميكرولتر من SYTO-9 و3 ميكرولتر من محلول PI لمدة 20 دقيقة في درجة حرارة الغرفة (23 درجة مئوية) في الظلام. بعد ذلك، فُحصت العينات الملطخة عند طولين موجيين (488 نانومتر للخلايا الحية و559 نانومتر للخلايا الميتة) باستخدام جهاز نيكون CLSM (C2 Plus، نيكون، اليابان). وقُيس سمك الغشاء الحيوي باستخدام وضع المسح ثلاثي الأبعاد.
كيفية الاستشهاد بهذه المقالة: لي، هـ. وآخرون. التآكل الميكروبي للفولاذ المقاوم للصدأ فائق الازدواج 2707 بواسطة الأغشية الحيوية البحرية لبكتيريا الزائفة الزنجارية. مجلة العلوم، 6، 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
زانوتو، ف.، جراسي، ف.، بالبو، أ.، مونتيسيلي، ج. وزوكي، ف. التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي للفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطبقة LDX 2101 في محاليل الكلوريد في وجود ثيوكبريتات. زانوتو، ف.، جراسي، ف.، بالبو، أ.، مونتيسيلي، ج. وزوكي، ف. التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي للفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطبقة LDX 2101 في محاليل الكلوريد في وجود ثيوكبريتات. Zanotto، F.، Grassi، V.، Balbo، A.، Monticelli، C. & Zucchi، F. التآكل تحت الضغط المزدوج المستمر في LDX 2101 الكلوريد في إنتاج الثيوسلفات. زانوتو، ف.، جراسي، ف.، بالبو، أ.، مونتيسيلي، ج. وزوكي، ف. التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج LDX 2101 في محاليل الكلوريد في وجود ثيوكبريتات. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 يمكن أن تكون هذه هي المرة الأولى التي يحدث فيها هذا الأمر. Zanotto، F.، Grassi، V.، Balbo، A.، Monticelli، C. & Zucchi، F. LDX 2101 الفولاذ المقاوم للصدأ كبريتات الفولاذ المقاوم للصدأ. Zanotto، F.، Grassi، V.، Balbo، A.، Monticelli، C. & Zucchi، F. التآكل تحت الضغط المزدوج المستمر في LDX 2101 الكلوريد في إنتاج الثيوسلفات. زانوتو، ف.، جراسي، ف.، بالبو، أ.، مونتيسيلي، ج. وزوكي، ف. التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج LDX 2101 في محلول الكلوريد في وجود ثيوكبريتات.علم كوروس 80، 205-212 (2014).
كيم، إس تي، جانج، إس إتش، لي، آي إس، وبارك، واي إس تأثير المعالجة الحرارية للمحلول والنيتروجين في غاز الحماية على مقاومة التآكل النقطي لحامات الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائية الاتجاه. كيم، إس تي، جانج، إس إتش، لي، آي إس، وبارك، واي إس تأثير المعالجة الحرارية للمحلول والنيتروجين في غاز الحماية على مقاومة التآكل النقطي لحامات الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائية الاتجاه.كيم، إس تي، وجانج، إس إتش، ولي، آي إس، وبارك، واي إس تأثير المعالجة الحرارية للمحلول والنيتروجين في غاز الحماية على مقاومة التآكل النقطي لحامات الفولاذ المقاوم للصدأ ذات الوصلات المزدوجة. Kim، ST، Jang، SH، Lee، IS & Park، YS. كيم، إس تي، جانج، إس إتش، لي، آي إس وبارك، واي إسكيم، إس تي، وجانج، إس إتش، ولي، آي إس، وبارك، واي إس تأثير المعالجة الحرارية للمحلول والنيتروجين في غاز الحماية على مقاومة التآكل الحفري لحامات الفولاذ المقاوم للصدأ فائقة الوصلة.كوروس. العلم. 53، 1939-1947 (2011).
شي، إكس، أفسي، آر، جيزر، إم، وليواندوفسكي، زد. دراسة مقارنة في الكيمياء للتآكل الناتج عن الميكروبات والكهرباء الكيميائية للفولاذ المقاوم للصدأ 316L. شي، إكس، أفسي، آر، جيزر، إم، وليواندوفسكي، زد. دراسة مقارنة في الكيمياء للتآكل الناتج عن الميكروبات والكهرباء الكيميائية للفولاذ المقاوم للصدأ 316L.شي، إكس، وأفتشي، آر، وجيسير، إم، وليواندوفسكي، زد. دراسة كيميائية مقارنة للتآكل الميكروبيولوجي والكيميائي الكهربائي للفولاذ المقاوم للصدأ 316L. Shi، X.، Avci، R.، Geiser، M. & Lewandowski، Z. شي، إكس، أفسي، آر، جيزر، إم، وليواندوفسكي، ز.شي، إكس، وأفتشي، آر، وجيسير، إم، وليواندوفسكي، زد. دراسة كيميائية مقارنة للتآكل الناتج عن العوامل الميكروبيولوجية والكيميائية الكهربائية في الفولاذ المقاوم للصدأ 316L.كوروس. العلم. 45، 2577-2595 (2003).
لوه، هـ.، دونج، سي إف، لي، إكس جي وشياو، كيه. السلوك الكهروكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 في المحاليل القلوية ذات الرقم الهيدروجيني المختلف في وجود الكلوريد. لوه، هـ.، دونج، سي إف، لي، إكس جي وشياو، كيه. السلوك الكهروكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 في المحاليل القلوية ذات الرقم الهيدروجيني المختلف في وجود الكلوريد.لوه هـ، دونغ كيه اف، لي اتش جي وشياو كيه. السلوك الكهروكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 في المحاليل القلوية ذات الرقم الهيدروجيني المختلف في وجود الكلوريد. Luo، H.، Dong، CF، Li، XG & Xiao، K.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. لوه، هـ.، دونج، سي إف، لي، إكس جي وشياو، كيه. 2205 السلوك الكهروكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ في وجود كلوريد عند درجة حموضة مختلفة في محلول قلوي.لوه هـ، دونغ كيه اف، لي اتش جي وشياو كيه. السلوك الكهروكيميائي للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج 2205 في المحاليل القلوية ذات الرقم الهيدروجيني المختلف في وجود الكلوريد.مجلة الكيمياء الكهربائية. 64، 211-220 (2012).
ليتل، بي جيه، لي، جيه إس وراي، آر آي تأثير الأغشية الحيوية البحرية على التآكل: مراجعة موجزة. ليتل، بي جيه، لي، جيه إس وراي، آر آي تأثير الأغشية الحيوية البحرية على التآكل: مراجعة موجزة.ليتل، بي جيه، لي، جيه إس وراي، آر آي تأثيرات الأغشية الحيوية البحرية على التآكل: مراجعة موجزة. Little، BJ، Lee، JS & Ray، RI. ليتل، بي جيه، لي، جيه إس وراي، رود آيلاندليتل، بي جيه، لي، جيه إس وراي، آر آي تأثيرات الأغشية الحيوية البحرية على التآكل: مراجعة موجزة.مجلة الكيمياء الكهربائية. 54، 2-7 (2008).