از بازدید شما از Nature.com متشکریم. نسخه مرورگری که استفاده می‌کنید پشتیبانی محدودی از CSS دارد. برای بهترین تجربه، توصیه می‌کنیم از یک مرورگر به‌روز استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در Internet Explorer غیرفعال کنید). در عین حال، برای اطمینان از ادامه پشتیبانی، سایت را بدون استایل‌ها و جاوا اسکریپت رندر خواهیم کرد.
خوردگی میکروبی (MIC) یک مشکل جدی در بسیاری از صنایع است، زیرا می‌تواند منجر به ضررهای اقتصادی هنگفتی شود. فولاد ضد زنگ سوپر دوپلکس ۲۷۰۷ (۲۷۰۷ HDSS) به دلیل مقاومت شیمیایی عالی در محیط‌های دریایی استفاده می‌شود. با این حال، مقاومت آن در برابر MIC به صورت تجربی نشان داده نشده است. این مطالعه رفتار MIC ۲۷۰۷ HDSS ناشی از باکتری هوازی دریایی سودوموناس آئروژینوزا را بررسی کرد. تجزیه و تحلیل الکتروشیمیایی نشان داد که در حضور بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا در محیط ۲۲۱۶E، تغییر مثبتی در پتانسیل خوردگی و افزایش چگالی جریان خوردگی رخ می‌دهد. تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) کاهش محتوای Cr را در سطح نمونه زیر بیوفیلم نشان داد. تجزیه و تحلیل بصری حفره‌ها نشان داد که بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا در طول ۱۴ روز انکوباسیون، حداکثر عمق حفره ۰.۶۹ میکرومتر را ایجاد کرده است. اگرچه این مقدار کم است، اما نشان می‌دهد که 2707 HDSS کاملاً در برابر MIC بیوفیلم‌های P. aeruginosa مصون نیست.
فولادهای زنگ نزن دوپلکس (DSS) به دلیل ترکیب کاملی از خواص مکانیکی عالی و مقاومت در برابر خوردگی، به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می‌شوند1،2. با این حال، حفره‌دار شدن موضعی هنوز هم رخ می‌دهد و بر یکپارچگی این فولاد تأثیر می‌گذارد3،4. DSS در برابر خوردگی میکروبی (MIC) مقاوم نیست5،6. با وجود طیف گسترده‌ای از کاربردهای DSS، هنوز محیط‌هایی وجود دارند که مقاومت خوردگی DSS برای استفاده طولانی مدت کافی نیست. این بدان معناست که به مواد گران‌تر با مقاومت در برابر خوردگی بالاتر نیاز است. جئون و همکارانش7 دریافتند که حتی فولادهای زنگ نزن سوپر دوپلکس (SDSS) نیز از نظر مقاومت در برابر خوردگی محدودیت‌هایی دارند. بنابراین، در برخی موارد، فولادهای زنگ نزن سوپر دوپلکس (HDSS) با مقاومت در برابر خوردگی بالاتر مورد نیاز است. این امر منجر به توسعه HDSS با آلیاژ بالا شد.
مقاومت در برابر خوردگی DSS به نسبت فازهای آلفا و گاما بستگی دارد و در نواحی 8، 9، 10 مجاور فاز دوم، در Cr، Mo و W تهی می‌شود. HDSS حاوی مقدار زیادی Cr، Mo و N11 است، بنابراین مقاومت در برابر خوردگی عالی و مقدار بالایی (45-50) از عدد مقاومت در برابر حفره‌دار شدن معادل (PREN) دارد که با درصد وزنی Cr + 3.3 (درصد وزنی Mo + 0.5 درصد وزنی W) + 16 درصد وزنی N12 تعیین می‌شود. مقاومت عالی در برابر خوردگی آن به ترکیب متعادلی بستگی دارد که حاوی تقریباً 50٪ فازهای فریتی (α) و 50٪ فازهای آستنیتی (γ) است. HDSS خواص مکانیکی بهتر و مقاومت بالاتری در برابر خوردگی کلرید دارد. مقاومت در برابر خوردگی بهبود یافته، استفاده از HDSS را در محیط‌های کلریدی تهاجمی‌تر مانند محیط‌های دریایی گسترش می‌دهد.
خوردگی‌های ناشی از خوردگی (MIC) یک مشکل عمده در بسیاری از صنایع مانند صنایع نفت و گاز و آب هستند14. خوردگی ناشی از خوردگی (MIC) 20٪ از کل آسیب‌های خوردگی را تشکیل می‌دهد15. خوردگی ناشی از خوردگی (MIC) یک خوردگی بیوالکتروشیمیایی است که در بسیاری از محیط‌ها قابل مشاهده است. بیوفیلم‌هایی که روی سطوح فلزی تشکیل می‌شوند، شرایط الکتروشیمیایی را تغییر می‌دهند و در نتیجه بر فرآیند خوردگی تأثیر می‌گذارند. اعتقاد عمومی بر این است که خوردگی ناشی از خوردگی ناشی از خوردگی ناشی از خوردگی ناشی از خوردگی ناشی از بیوفیلم‌ها است. میکروارگانیسم‌های الکتروژنیک، فلزات را می‌خورند تا انرژی مورد نیاز برای زنده ماندن خود را به دست آورند17. مطالعات اخیر در مورد خوردگی ناشی از خوردگی ناشی از خوردگی (MIC) نشان داده است که EET (انتقال الکترون خارج سلولی) عامل محدود کننده سرعت در خوردگی ناشی از خوردگی ناشی از میکروارگانیسم‌های الکتروژنیک است. ژانگ و همکاران. 18 نشان دادند که واسطه‌های الکترونی، انتقال الکترون‌ها بین سلول‌های Desulfovibrio sessificans و فولاد ضد زنگ 304 را تسریع می‌کنند و در نتیجه حمله شدیدتر خوردگی ناشی از خوردگی ناشی از خوردگی (MIC) رخ می‌دهد. آنینگ و همکاران. 19 و ونزلاف و همکاران. 20 نشان داده‌اند که بیوفیلم‌های باکتری‌های خورنده احیاکننده سولفات (SRBs) می‌توانند مستقیماً الکترون‌ها را از زیرلایه‌های فلزی جذب کنند و در نتیجه باعث ایجاد حفره‌های شدید شوند.
مشخص شده است که DSS در محیط‌های حاوی SRBها، باکتری‌های کاهنده آهن (IRBها) و غیره به MIC حساس است. 21. این باکتری‌ها باعث ایجاد حفره‌های موضعی روی سطح DSS در زیر بیوفیلم‌ها می‌شوند. 22،23. برخلاف DSS، MIC مربوط به HDSS24 به خوبی شناخته نشده است.
سودوموناس آئروژینوزا یک باکتری گرم منفی، متحرک و میله‌ای شکل است که به طور گسترده در طبیعت پراکنده است25. سودوموناس آئروژینوزا همچنین یک گروه میکروبی اصلی در محیط دریایی است که باعث افزایش غلظت MIC می‌شود. سودوموناس به طور فعال در فرآیند خوردگی نقش دارد و به عنوان یک کلونی‌ساز پیشگام در طول تشکیل بیوفیلم شناخته می‌شود. ماهات و همکاران. 28 و یوان و همکاران. 29 نشان دادند که سودوموناس آئروژینوزا تمایل به افزایش سرعت خوردگی فولاد نرم و آلیاژها در محیط‌های 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 محصولات خوردگی بود. مطالعات الکتروشیمیایی، شامل پتانسیل مدار باز (OCP)، مقاومت قطبش خطی (LPR)، طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS) و قطبش دینامیکی پتانسیل، برای مطالعه رفتار MIC 2707 HDSS انجام شد. آنالیز طیف‌سنجی پراکندگی انرژی (EDS) برای تشخیص عناصر شیمیایی روی سطح خورده شده انجام شد. علاوه بر این، از طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) برای تعیین پایداری غیرفعال‌سازی لایه اکسید تحت تأثیر محیط دریایی حاوی سودوموناس آئروژینوزا استفاده شد. عمق حفره‌ها با استفاده از میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال (CLSM) اندازه‌گیری شد.
جدول 1 ترکیب شیمیایی 2707 HDSS را نشان می‌دهد. جدول 2 نشان می‌دهد که 2707 HDSS خواص مکانیکی عالی با استحکام تسلیم 650 مگاپاسکال دارد. شکل 1 ریزساختار نوری 2707 HDSS عملیات حرارتی شده محلولی را نشان می‌دهد. در ریزساختار حاوی حدود 50٪ فاز آستنیت و 50٪ فاز فریت، نوارهای کشیده شده از فازهای آستنیت و فریت بدون فازهای ثانویه قابل مشاهده است.
شکل 2a پتانسیل مدار باز (Eocp) را در مقابل زمان قرار گرفتن در معرض 2707 HDSS در محیط کشت غیر زنده 2216E و محیط کشت P. aeruginosa به مدت 14 روز در دمای 37 درجه سانتیگراد نشان می‌دهد. این نشان می‌دهد که بزرگترین و مهمترین تغییر در Eocp در 24 ساعت اول رخ می‌دهد. مقادیر Eocp در هر دو مورد در حدود 16 ساعت در -145 میلی ولت (در مقایسه با SCE) به اوج خود رسید و سپس به شدت کاهش یافت و به ترتیب برای نمونه غیر زنده و کوپن‌های P سودوموناس آئروژینوزا به -477 میلی ولت (در مقایسه با SCE) و -236 میلی ولت (در مقایسه با SCE) رسید. پس از 24 ساعت، مقدار Eocp 2707 HDSS برای P. aeruginosa در -228 میلی ولت (در مقایسه با SCE) نسبتاً پایدار بود، در حالی که مقدار مربوطه برای نمونه‌های غیر بیولوژیکی تقریباً -442 میلی ولت (در مقایسه با SCE) بود. Eocp در حضور سودوموناس آئروژینوزا بسیار پایین بود.
مطالعه الکتروشیمیایی ۲۷۰۷ نمونه HDSS در محیط غیرزیستی و محیط کشت سودوموناس آئروژینوزا در دمای ۳۷ درجه سانتیگراد:
(الف) Eocp به عنوان تابعی از زمان نوردهی، (ب) منحنی‌های قطبش 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 که در معرض محیط‌های کشت غیرزیستی و تلقیح‌شده با سودوموناس آئروژینوزا در طول یک دوره 14 روزه قرار گرفته‌اند، نشان می‌دهد. مماس‌های منحنی‌های آند و کاتد برای به دست آوردن نقاط تقاطع که چگالی جریان خوردگی (icorr)، پتانسیل خوردگی (Ecorr) و شیب تافل (βα و βc) را طبق روش‌های استاندارد 30،31 ارائه می‌دهند، برون‌یابی شدند.
همانطور که در شکل 2b نشان داده شده است، یک تغییر رو به بالا در منحنی سودوموناس آئروژینوزا منجر به افزایش Ecorr در مقایسه با منحنی غیرزیستی شد. مقدار icorr که متناسب با سرعت خوردگی است، در نمونه سودوموناس آئروژینوزا به 0.328 میکروآمپر بر سانتی‌متر مربع افزایش یافت که چهار برابر بیشتر از نمونه غیرزیستی (0.087 میکروآمپر بر سانتی‌متر مربع) است.
LPR یک روش الکتروشیمیایی غیرمخرب کلاسیک برای تجزیه و تحلیل سریع خوردگی است. همچنین برای مطالعه MIC32 استفاده شده است. شکل 2c مقاومت قطبش (Rp) را به عنوان تابعی از زمان قرار گرفتن در معرض نشان می‌دهد. مقدار Rp بالاتر به معنای خوردگی کمتر است. در 24 ساعت اول، Rp 2707 HDSS برای نمونه‌های غیر زنده در 1955 کیلو اهم سانتی‌متر مربع و برای نمونه‌های سودوموناس آئروژینوزا در 1429 کیلو اهم سانتی‌متر مربع به اوج خود رسید. شکل 2c همچنین نشان می‌دهد که مقدار Rp پس از یک روز به سرعت کاهش یافته و سپس در 13 روز بعدی نسبتاً بدون تغییر باقی مانده است. مقدار Rp یک نمونه سودوموناس آئروژینوزا حدود 40 کیلو اهم سانتی‌متر مربع است که بسیار کمتر از مقدار 450 کیلو اهم سانتی‌متر مربع یک نمونه غیر بیولوژیکی است.
مقدار icorr متناسب با نرخ خوردگی یکنواخت است. مقدار آن را می‌توان از معادله استرن-گیری زیر محاسبه کرد:
طبق گفته‌ی زو و همکارانش ۳۳، مقدار معمول شیب تافل B در این کار ۲۶ میلی‌ولت بر دسی‌متر در نظر گرفته شد. شکل ۲d نشان می‌دهد که icorr نمونه‌ی غیربیولوژیکی ۲۷۰۷ نسبتاً پایدار باقی مانده است، در حالی که نمونه‌ی سودوموناس آئروژینوزا پس از ۲۴ ساعت اول نوسانات زیادی داشته است. مقادیر icorr نمونه‌های سودوموناس آئروژینوزا به مراتب بیشتر از نمونه‌های کنترل غیربیولوژیکی بود. این روند با نتایج مقاومت قطبش سازگار است.
EIS یکی دیگر از روش‌های غیرمخرب مورد استفاده برای توصیف واکنش‌های الکتروشیمیایی روی سطوح خورده شده است. طیف‌های امپدانس و مقادیر ظرفیت خازنی محاسبه‌شده نمونه‌های در معرض محیط غیرزیستی و محلول سودوموناس آئروژینوزا، مقاومت فیلم/بیوفیلم غیرفعال Rb تشکیل‌شده روی سطح نمونه، مقاومت انتقال بار Rct، ظرفیت لایه دوگانه الکتریکی Cdl (EDL) و پارامترهای ثابت عنصر فاز QCPE (CPE). این پارامترها با برازش داده‌ها با استفاده از یک مدل مدار معادل (EEC) بیشتر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند.
شکل 3 نمودارهای نایکوئیست (a و b) و نمودارهای بد (a' و b') معمول را برای 2707 نمونه HDSS در محیط‌های غیرزیستی و محیط کشت P. aeruginosa برای زمان‌های مختلف انکوباسیون نشان می‌دهد. قطر حلقه نایکوئیست در حضور سودوموناس آئروژینوزا کاهش می‌یابد. نمودار بد (شکل 3b') افزایش امپدانس کل را نشان می‌دهد. اطلاعات مربوط به ثابت زمان آسایش را می‌توان از حداکثر فاز به دست آورد. شکل 4 ساختارهای فیزیکی مبتنی بر تک لایه (a) و دو لایه (b) و EEC های مربوطه را نشان می‌دهد. CPE در مدل EEC معرفی شده است. ادمیتانس و امپدانس آن به شرح زیر بیان می‌شوند:
دو مدل فیزیکی و مدارهای معادل مربوطه برای برازش طیف امپدانس نمونه 2707 HDSS:
که در آن Y0 مقدار KPI، j عدد موهومی یا (-1)1/2، ω فرکانس زاویه‌ای، n شاخص توان KPI کمتر از یک است35. وارونگی مقاومت انتقال بار (یعنی 1/Rct) با نرخ خوردگی مطابقت دارد. هرچه Rct کوچکتر باشد، نرخ خوردگی بالاتر است27. پس از 14 روز انکوباسیون، Rct نمونه‌های سودوموناس آئروژینوزا به 32 کیلو اهم بر سانتی‌متر مربع رسید که بسیار کمتر از 489 کیلو اهم بر سانتی‌متر مربع نمونه‌های غیر بیولوژیکی است (جدول 4).
تصاویر CLSM و تصاویر SEM در شکل 5 به وضوح نشان می‌دهند 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 سلول‌های مرده ظاهر شدند. جدول 5 ضخامت بیوفیلم را روی نمونه‌های HDSS 2707 پس از قرار گرفتن در معرض P. aeruginosa به مدت 7 و 14 روز نشان می‌دهد. حداکثر ضخامت بیوفیلم از 23.4 میکرومتر پس از 7 روز به 18.9 میکرومتر پس از 14 روز تغییر کرد. میانگین ضخامت بیوفیلم نیز این روند را تأیید کرد. از 22.2 ± 0.7 میکرومتر پس از 7 روز به 17.8 ± 1.0 میکرومتر پس از 14 روز کاهش یافت.
(الف) تصویر سه‌بعدی CLSM در ۷ روز، (ب) تصویر سه‌بعدی CLSM در ۱۴ روز، (ج) تصویر SEM در ۷ روز، و (د) تصویر SEM در ۱۴ روز.
میدان الکترومغناطیسی (EMF) عناصر شیمیایی موجود در بیوفیلم‌ها و محصولات خوردگی را در نمونه‌هایی که به مدت ۱۴ روز در معرض سودوموناس آئروژینوزا قرار گرفته بودند، آشکار کرد. در شکل ۶ نشان داده شده است که محتوای کربن، نیتروژن، اکسیژن و فسفر در بیوفیلم‌ها و محصولات خوردگی به طور قابل توجهی بیشتر از فلزات خالص است، زیرا این عناصر با بیوفیلم‌ها و متابولیت‌های آنها مرتبط هستند. میکروب‌ها فقط به مقادیر کمی کروم و آهن نیاز دارند. مقادیر بالای کروم و آهن در بیوفیلم و محصولات خوردگی روی سطح نمونه‌ها نشان می‌دهد که ماتریس فلزی به دلیل خوردگی عناصر خود را از دست داده است.
پس از 14 روز، حفره‌هایی با و بدون P. aeruginosa در محیط کشت 2216E مشاهده شد. قبل از انکوباسیون، سطح نمونه‌ها صاف و بدون نقص بود (شکل 7a). پس از انکوباسیون و حذف بیوفیلم و محصولات خوردگی، عمیق‌ترین حفره‌های روی سطح نمونه‌ها با استفاده از CLSM بررسی شدند، همانطور که در شکل 7b و c نشان داده شده است. هیچ حفره واضحی روی سطح نمونه‌های کنترل غیر بیولوژیکی مشاهده نشد (حداکثر عمق حفره 0.02 میکرومتر). حداکثر عمق حفره ایجاد شده توسط P. aeruginosa در 7 روز 0.52 میکرومتر و در 14 روز 0.69 میکرومتر بود، که بر اساس میانگین حداکثر عمق حفره از 3 نمونه بود (10 عمق حفره حداکثر برای هر نمونه انتخاب شد). به ترتیب به 0.42 ± 0.12 میکرومتر و 0.52 ± 0.15 میکرومتر دست یافتیم (جدول 5). این مقادیر عمق سوراخ کوچک اما مهم هستند.
(الف) قبل از مواجهه، (ب) ۱۴ روز در یک محیط غیرزیستی، و (ج) ۱۴ روز در محیط کشت سودوموناس آئروژینوزا.
در شکل 8 طیف‌های XPS سطوح مختلف نمونه نشان داده شده است و ترکیب شیمیایی تجزیه و تحلیل شده برای هر سطح در جدول 6 خلاصه شده است. در جدول 6، درصد اتمی Fe و Cr در حضور P. aeruginosa (نمونه‌های A و B) بسیار کمتر از نمونه‌های کنترل غیر بیولوژیکی (نمونه‌های C و D) بود. برای یک نمونه P. aeruginosa، منحنی طیفی در سطح هسته Cr 2p با چهار جزء پیک با انرژی‌های اتصال (BE) 574.4، 576.6، 578.3 و 586.8 eV برازش داده شد که می‌توان آنها را به ترتیب به Cr، Cr2O3، CrO3 و Cr(OH)3 نسبت داد (شکل 9a و b). برای نمونه‌های غیرزیستی، طیف سطح اصلی Cr 2p شامل دو پیک اصلی برای Cr (573.80 eV برای BE) و Cr2O3 (575.90 eV برای BE) در شکل‌های 9c و d است. قابل توجه‌ترین تفاوت بین نمونه‌های غیرزیستی و نمونه‌های P. aeruginosa، وجود Cr6+ و نسبت نسبی بالاتر Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) در زیر بیوفیلم بود.
طیف‌های گسترده XPS سطح نمونه 2707 HDSS در دو محیط به ترتیب 7 و 14 روز هستند.
(الف) ۷ روز قرار گرفتن در معرض سودوموناس آئروژینوزا، (ب) ۱۴ روز قرار گرفتن در معرض سودوموناس آئروژینوزا، (ج) ۷ روز در یک محیط غیرزیستی، و (د) ۱۴ روز در یک محیط غیرزیستی.
HDSS در اکثر محیط‌ها مقاومت بالایی در برابر خوردگی نشان می‌دهد. کیم و همکارانش گزارش دادند که HDSS UNS S32707 به عنوان یک DSS با آلیاژ بالا با PREN بیشتر از ۴۵ شناسایی شد. مقدار PREN نمونه ۲۷۰۷ HDSS در این کار ۴۹ بود. این به دلیل محتوای بالای کروم و محتوای بالای مولیبدن و نیکل است که در محیط‌های اسیدی و محیط‌هایی با محتوای کلرید بالا مفید هستند. علاوه بر این، ترکیب متعادل و ریزساختار بدون نقص برای پایداری ساختاری و مقاومت در برابر خوردگی مفید هستند. با این حال، علیرغم مقاومت شیمیایی عالی آن، داده‌های تجربی در این کار نشان می‌دهد که ۲۷۰۷ HDSS به طور کامل در برابر MIC های بیوفیلم P. aeruginosa مصون نیست.
نتایج الکتروشیمیایی نشان داد که میزان خوردگی 2707 HDSS در محیط کشت P. aeruginosa پس از 14 روز در مقایسه با محیط غیربیولوژیکی به طور قابل توجهی افزایش یافت. در شکل 2a، کاهش Eocp هم در محیط غیرزیستی و هم در محیط کشت P. aeruginosa در 24 ساعت اول مشاهده شد. پس از آن، بیوفیلم به طور کامل سطح نمونه را می‌پوشاند و Eocp نسبتاً پایدار می‌شود36. با این حال، سطح Eocp بیولوژیکی بسیار بالاتر از سطح Eocp غیرزیستی بود. دلایلی وجود دارد که نشان می‌دهد این تفاوت با تشکیل بیوفیلم‌های P. aeruginosa مرتبط است. در شکل 2d در حضور P. aeruginosa، مقدار icorr 2707 HDSS به 0.627 μA cm-2 رسید که یک مرتبه بزرگتر از مقدار کنترل غیرزیستی (0.063 μA cm-2) است که با مقدار Rct اندازه‌گیری شده توسط EIS مطابقت داشت. در طول چند روز اول، مقادیر امپدانس در محیط کشت 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 می‌پوشاند، امپدانس کاهش می‌یابد. لایه محافظ در درجه اول به دلیل تشکیل بیوفیلم‌ها و متابولیت‌های بیوفیلم مورد حمله قرار می‌گیرد. در نتیجه، مقاومت در برابر خوردگی با گذشت زمان کاهش یافت و اتصال P. aeruginosa باعث خوردگی موضعی شد. روندها در محیط‌های غیرزیستی متفاوت بود. مقاومت در برابر خوردگی کنترل غیرزیستی بسیار بیشتر از مقدار متناظر نمونه‌های قرار گرفته در معرض محیط کشت P. aeruginosa بود. علاوه بر این، برای نمونه‌های غیرزیستی، مقدار Rct 2707 HDSS در روز 14 به 489 کیلو اهم بر سانتی‌متر مربع رسید که 15 برابر بیشتر از مقدار Rct (32 کیلو اهم بر سانتی‌متر مربع) در حضور P. aeruginosa است. بنابراین، 2707 HDSS مقاومت خوردگی عالی در محیط استریل دارد، اما در برابر MIC های بیوفیلم های P. aeruginosa مقاوم نیست.
این نتایج را می‌توان از منحنی‌های قطبش در شکل‌های 2b نیز مشاهده کرد. شاخه‌بندی آندی با تشکیل بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا و واکنش‌های اکسیداسیون فلز مرتبط بوده است. در این مورد، واکنش کاتدی، کاهش اکسیژن است. حضور سودوموناس آئروژینوزا چگالی جریان خوردگی را به طور قابل توجهی افزایش داد، تقریباً به اندازه‌ای بیشتر از کنترل غیرزیستی. این نشان می‌دهد که بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا خوردگی موضعی 2707 HDSS را افزایش می‌دهد. یوان و همکارانش29 دریافتند که چگالی جریان خوردگی آلیاژ Cu-Ni 70/30 تحت عمل بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا افزایش یافته است. این ممکن است به دلیل بیوکاتالیز کاهش اکسیژن توسط بیوفیلم‌های سودوموناس آئروژینوزا باشد. این مشاهده همچنین ممکن است MIC 2707 HDSS را در این کار توضیح دهد. همچنین ممکن است اکسیژن کمتری در زیر بیوفیلم‌های هوازی وجود داشته باشد. بنابراین، امتناع از غیرفعال‌سازی مجدد سطح فلز با اکسیژن ممکن است عاملی باشد که در این کار به MIC کمک می‌کند.
دیکینسون و همکاران. 38 اظهار داشتند که سرعت واکنش‌های شیمیایی و الکتروشیمیایی می‌تواند مستقیماً تحت تأثیر فعالیت متابولیکی باکتری‌های بی‌حرکت روی سطح نمونه و ماهیت محصولات خوردگی قرار گیرد. همانطور که در شکل 5 و جدول 5 نشان داده شده است، تعداد سلول‌ها و ضخامت بیوفیلم پس از 14 روز کاهش یافت. این امر را می‌توان به طور منطقی با این واقعیت توضیح داد که پس از 14 روز، بیشتر سلول‌های بی‌حرکت روی سطح 2707 HDSS به دلیل کاهش مواد مغذی در محیط 2216E یا آزاد شدن یون‌های فلزی سمی از ماتریس 2707 HDSS از بین رفتند. این یک محدودیت در آزمایش‌های دسته‌ای است.
در این کار، یک بیوفیلم P. aeruginosa به کاهش موضعی Cr و Fe در زیر بیوفیلم روی سطح 2707 HDSS کمک کرد (شکل 6). جدول 6 کاهش Fe و Cr را در نمونه D در مقایسه با نمونه C نشان می‌دهد، که نشان می‌دهد Fe و Cr محلول ناشی از بیوفیلم P. aeruginosa برای 7 روز اول ادامه داشته است. محیط 2216E برای شبیه‌سازی محیط دریایی استفاده می‌شود. این محیط حاوی 17700 ppm Cl- است که با محتوای آن در آب طبیعی دریا قابل مقایسه است. وجود 17700 ppm Cl- دلیل اصلی کاهش Cr در نمونه‌های غیر زنده 7 و 14 روزه مورد تجزیه و تحلیل XPS بود. در مقایسه با نمونه‌های P. aeruginosa، انحلال Cr در نمونه‌های غیر زنده به دلیل مقاومت قوی 2707 HDSS در برابر کلر در شرایط غیر زنده بسیار کمتر بود. در شکل 9 وجود Cr6+ در فیلم غیرفعال کننده نشان داده شده است. همانطور که چن و کلیتون پیشنهاد کرده‌اند، ممکن است در حذف کروم از سطوح فولاد توسط بیوفیلم‌های P. aeruginosa نقش داشته باشد.
به دلیل رشد باکتری، مقادیر pH محیط کشت قبل و بعد از کشت به ترتیب ۷.۴ و ۸.۲ بود. بنابراین، در زیر بیوفیلم P. aeruginosa، به دلیل pH نسبتاً بالای محیط کشت، بعید است که خوردگی اسید آلی در این کار نقش داشته باشد. pH محیط کشت کنترل غیر بیولوژیکی در طول دوره آزمایش ۱۴ روزه تغییر قابل توجهی (از ۷.۴ اولیه تا ۷.۵ نهایی) نداشت. افزایش pH در محیط کشت بذر پس از انکوباسیون به دلیل فعالیت متابولیکی P. aeruginosa بود و مشخص شد که در غیاب نوارهای آزمایش نیز همین تأثیر را بر pH دارد.
همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است، حداکثر عمق حفره ایجاد شده توسط بیوفیلم P. aeruginosa، 0.69 میکرومتر بود که بسیار بیشتر از عمق حفره ایجاد شده در محیط غیرزیستی (0.02 میکرومتر) است. این با داده‌های الکتروشیمیایی شرح داده شده در بالا مطابقت دارد. عمق حفره 0.69 میکرومتر بیش از ده برابر کوچکتر از مقدار 9.5 میکرومتر گزارش شده برای 2205 DSS تحت شرایط یکسان است. این داده‌ها نشان می‌دهند که 2707 HDSS مقاومت بهتری در برابر MICها نسبت به 2205 DSS نشان می‌دهد. این نباید تعجب‌آور باشد زیرا 2707 HDSS دارای سطوح Cr بالاتری است که باعث غیرفعال شدن طولانی‌تر، غیرفعال شدن دشوارتر P. aeruginosa می‌شود و به دلیل ساختار فاز متعادل آن بدون رسوب ثانویه مضر، باعث ایجاد حفره می‌شود.
در نتیجه، حفره‌های MIC روی سطح 2707 HDSS در محیط کشت P. aeruginosa در مقایسه با حفره‌های ناچیز در محیط غیرزیستی یافت شد. این کار نشان می‌دهد که 2707 HDSS مقاومت بهتری در برابر MIC نسبت به 2205 DSS 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 می‌کند.
کوپن تخفیف برای 2707 HDSS توسط دانشکده متالورژی دانشگاه شمال شرقی (NEU) در شنیانگ، چین ارائه شده است. 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. همه نمونه‌ها به مدت 1 ساعت در دمای 1180 درجه سانتیگراد برای محلول جامد تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. قبل از آزمایش خوردگی، یک 2707 HDSS سکه‌ای شکل با سطح باز بالای 1 سانتی‌متر مربع با کاغذ سنباده کاربید سیلیکون تا 2000 گریت صیقل داده شد و سپس با دوغاب پودری Al2O3 با ضخامت 0.05 میکرومتر صیقل داده شد. کناره‌ها و پایین آن با رنگ بی‌اثر محافظت می‌شود. پس از خشک شدن، نمونه‌ها با آب دیونیزه استریل شسته شده و به مدت 0.5 ساعت با اتانول 75٪ (حجمی/حجمی) استریل شدند. سپس قبل از استفاده به مدت 0.5 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش (UV) خشک شدند.
سویه دریایی سودوموناس آئروژینوزا MCCC 1A00099 از مرکز جمع‌آوری کشت دریایی شیامن (MCCC) چین خریداری شد. سودوموناس آئروژینوزا تحت شرایط هوازی در دمای 37 درجه سانتیگراد در فلاسک‌های 250 میلی‌لیتری و سلول‌های الکتروشیمیایی شیشه‌ای 500 میلی‌لیتری با استفاده از محیط کشت مایع Marine 2216E (شرکت بیوتکنولوژی Qingdao Hope، چینگدائو، چین) کشت داده شد. محیط کشت حاوی (گرم در لیتر): ۱۹.۴۵ NaCl، ۵.۹۸ MgCl2، ۳.۲۴ Na2SO4، ۱.۸ CaCl2، ۰.۵۵ KCl، ۰.۱۶ Na2CO3، ۰.۰۸ KBr، ۰.۰۳۴ SrCl2، ۰.۰۸ SrBr2، ۰.۰۲۲ H3BO3، ۰.۰۰۴ NaSiO3، ۰۰۱۶ ۶NH26NH3، ۳.۰۰۱۶ NH3 5.0 پپتون، ۱.۰ عصاره مخمر و ۰.۱ سیترات آهن. قبل از تلقیح، به مدت ۲۰ دقیقه در دمای ۱۲۱ درجه سانتیگراد اتوکلاو کنید. سلول‌های بی‌دندان و پلانکتونی را با هموسیتومتر زیر میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی ۴۰۰ برابر بشمارید. غلظت اولیه سودوموناس آئروژینوزای پلانکتونی بلافاصله پس از تلقیح تقریباً ۱۰۶ سلول در میلی‌لیتر بود.
آزمایش‌های الکتروشیمیایی در یک سلول شیشه‌ای سه الکترودی کلاسیک با حجم متوسط ​​۵۰۰ میلی‌لیتر انجام شد. ورق پلاتین و الکترود کالومل اشباع (SAE) از طریق مویرگ‌های لوگین پر از پل‌های نمکی که به ترتیب به عنوان الکترودهای شمارنده و مرجع عمل می‌کردند، به راکتور متصل شدند. برای ساخت الکترودهای کار، سیم مسی لاستیکی به هر نمونه متصل و با رزین اپوکسی پوشانده شد و حدود ۱ سانتی‌متر مربع از ناحیه محافظت نشده برای الکترود کار در یک طرف باقی ماند. در طول اندازه‌گیری‌های الکتروشیمیایی، نمونه‌ها در محیط ۲۲۱۶E قرار داده شدند و در دمای انکوباسیون ثابت (۳۷ درجه سانتیگراد) در حمام آب نگهداری شدند. داده‌های OCP، LPR، EIS و قطبش دینامیکی پتانسیل با استفاده از یک پتانسیواستات Autolab (Reference 600TM، Gamry Instruments, Inc.، USA) اندازه‌گیری شدند. آزمایش‌های LPR با سرعت اسکن ۰.۱۲۵ میلی‌ولت بر ثانیه در محدوده ۵- تا ۵ میلی‌ولت با Eocp و سرعت نمونه‌برداری ۱ هرتز ثبت شدند. EIS با موج سینوسی در محدوده فرکانسی 0.01 تا 10000 هرتز با استفاده از ولتاژ اعمالی 5 میلی‌ولت در حالت پایدار Eocp انجام شد. قبل از جابجایی پتانسیل، الکترودها در حالت آماده به کار بودند تا زمانی که به مقدار پایداری از پتانسیل خوردگی آزاد برسند. سپس منحنی‌های قطبش از -0.2 تا 1.5 ولت به عنوان تابعی از Eocp با سرعت اسکن 0.166 میلی‌ولت بر ثانیه اندازه‌گیری شدند. هر آزمایش 3 بار با و بدون P. aeruginosa تکرار شد.
نمونه‌های مورد نیاز برای آنالیز متالوگرافی با کاغذ SiC مرطوب با گریت ۲۰۰۰ به صورت مکانیکی صیقل داده شدند و سپس برای مشاهده نوری با سوسپانسیون پودر Al2O3 با ضخامت ۰.۰۵ میکرومتر صیقل داده شدند. آنالیز متالوگرافی با استفاده از میکروسکوپ نوری انجام شد. نمونه‌ها با محلول ۱۰ درصد وزنی هیدروکسید پتاسیم ۴۳ اچ شدند.
پس از انکوباسیون، نمونه‌ها ۳ بار با محلول نمکی فسفات بافر (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) شسته شدند و سپس به مدت ۱۰ ساعت با گلوتارآلدئید ۲.۵٪ (حجمی/حجمی) تثبیت شدند تا بیوفیلم‌ها تثبیت شوند. سپس قبل از خشک شدن در هوا، با اتانول مخلوط (۵۰٪، ۶۰٪، ۷۰٪، ۸۰٪، ۹۰٪، ۹۵٪ و ۱۰۰٪ حجمی) آبگیری شدند. در نهایت، یک لایه طلا روی سطح نمونه رسوب داده شد تا رسانایی لازم برای مشاهده SEM فراهم شود. تصاویر SEM روی نقاطی با بی‌ثبات‌ترین سلول‌های P. aeruginosa روی سطح هر نمونه متمرکز شدند. برای یافتن عناصر شیمیایی، آنالیز EDS انجام دهید. از یک میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال Zeiss (CLSM) (LSM 710، Zeiss، آلمان) برای اندازه‌گیری عمق حفره استفاده شد. برای مشاهده حفره‌های خوردگی زیر بیوفیلم، نمونه آزمایشی ابتدا طبق استاندارد ملی چین (CNS) GB/T4334.4-2000 تمیز شد تا محصولات خوردگی و بیوفیلم از سطح نمونه آزمایشی حذف شوند.
آنالیز طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS، سیستم آنالیز سطح ESCALAB250، Thermo VG، ایالات متحده) با استفاده از یک منبع اشعه ایکس تک رنگ (خط Kα آلومینیومی با انرژی 1500 eV و توان 150 W) در طیف وسیعی از انرژی‌های اتصال 0 تحت شرایط استاندارد -1350 eV انجام شد. طیف‌های با وضوح بالا با استفاده از انرژی عبوری 50 eV و گام 0.2 eV ثبت شدند.
نمونه‌های انکوبه شده برداشته شده و به مدت 15 ثانیه با PBS (pH 7.4 ± 0.2) به آرامی شسته شدند. برای مشاهده زنده بودن باکتری‌ها در بیوفیلم‌ها روی نمونه‌ها، بیوفیلم‌ها با استفاده از کیت زنده بودن باکتری LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen، یوجین، اورگان، ایالات متحده آمریکا) رنگ‌آمیزی شدند. این کیت حاوی دو رنگ فلورسنت است: رنگ فلورسنت سبز SYTO-9 و رنگ فلورسنت قرمز پروپیدیوم یدید (PI). در CLSM، نقاط سبز و قرمز فلورسنت به ترتیب نشان‌دهنده سلول‌های زنده و مرده هستند. برای رنگ‌آمیزی، 1 میلی‌لیتر از مخلوطی 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، نمونه‌های رنگ‌آمیزی شده در دو طول موج (488 نانومتر برای سلول‌های زنده و 559 نانومتر برای سلول‌های مرده) با استفاده از دستگاه Nikon CLSM (C2 Plus، نیکون، ژاپن) بررسی شدند. ضخامت بیوفیلم در حالت اسکن سه‌بعدی اندازه‌گیری شد.
نحوه استناد به این مقاله: لی، اچ. و همکاران. خوردگی میکروبی فولاد ضد زنگ سوپر دوپلکس 2707 توسط بیوفیلم دریایی سودوموناس آئروژینوزا. مجله ساینس. 6، 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
زانوتو، ف.، گراسی، و.، بالبو، آ.، مونتیچلی، سی. و زوکی، ف. ترک خوردگی تنشی فولاد ضد زنگ دوپلکس LDX 2101 در محلول‌های کلریدی در حضور تیوسولفات. زانوتو، ف.، گراسی، و.، بالبو، آ.، مونتیچلی، سی. و زوکی، ف. ترک خوردگی تنشی فولاد ضد زنگ دوپلکس LDX 2101 در محلول‌های کلریدی در حضور تیوسولفات. Zanotto، F.، Grassi، V.، Balbo، A.، Monticelli، C. & Zucchi، F. توسیلوتا. زانوتو، ف.، گراسی، و.، بالبو، آ.، مونتیچلی، سی. و زوکی، ف. ترک خوردگی تنشی فولاد ضد زنگ دوپلکس LDX 2101 در محلول‌های کلریدی در حضور تیوسولفات. 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. توسیلوتا. زانوتو، ف.، گراسی، و.، بالبو، آ.، مونتیچلی، سی. و زوکی، ف. ترک خوردگی تنشی فولاد ضد زنگ دوپلکس LDX 2101 در محلول کلرید در حضور تیوسولفات.coros Science 80، 205-212 (2014).
کیم، اس‌تی، جانگ، اس‌اچ، لی، آی‌اس و پارک، وای‌اس. اثرات عملیات حرارتی انحلالی و نیتروژن در گاز محافظ بر مقاومت به خوردگی حفره‌ای جوش‌های فولاد ضد زنگ فوق دوفازی. کیم، اس‌تی، جانگ، اس‌اچ، لی، آی‌اس و پارک، وای‌اس. اثرات عملیات حرارتی انحلالی و نیتروژن در گاز محافظ بر مقاومت به خوردگی حفره‌ای جوش‌های فولاد ضد زنگ فوق دوفازی.کیم، اس تی، جانگ، اس اچ، لی، آی اس و پارک، وای اس. تأثیر عملیات حرارتی انحلالی و نیتروژن در گاز محافظ بر مقاومت به خوردگی حفره‌ای جوش‌های فولاد ضد زنگ هایپردوپلکس. Kim، ST، Jang، SH، Lee، IS & Park، YS固溶热处理和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。 کیم، اس. تی.، جانگ، اس. اچ.، لی، آی. اس. و پارک، یو. اس.کیم، اس تی، جانگ، اس اچ، لی، آی اس و پارک، وای اس. تأثیر عملیات حرارتی انحلالی و نیتروژن در گاز محافظ بر مقاومت به خوردگی حفره‌ای جوش‌های فولاد ضد زنگ سوپر دوپلکس.کوروس. علم. 53، 1939–1947 (2011).
شی، ایکس.، آوچی، آر.، گیزر، ام. و لواندوفسکی، زد. مطالعه مقایسه‌ای شیمی حفره‌دار شدن ناشی از میکروبی و الکتروشیمیایی فولاد ضد زنگ 316L. شی، ایکس.، آوچی، آر.، گیزر، ام. و لواندوفسکی، زد. مطالعه مقایسه‌ای شیمی حفره‌دار شدن ناشی از میکروبی و الکتروشیمیایی فولاد ضد زنگ 316L.شی، ایکس.، آوچی، آر.، گیسر، ام. و لواندوفسکی، زی. مطالعه شیمیایی مقایسه‌ای خوردگی حفره‌ای میکروبیولوژیکی و الکتروشیمیایی فولاد ضد زنگ 316L. شی، ایکس، آوچی، آر.، گایزر، ام و لواندوفسکی، زی. 微生物和电化学诱导的316L شی، ایکس.، آوچی، آر.، گیزر، ام. و لواندوفسکی، زد.شی، ایکس.، آوچی، آر.، گیسر، ام. و لواندوفسکی، زی. مطالعه شیمیایی مقایسه‌ای حفره‌دار شدن میکروبیولوژیکی و الکتروشیمیایی در فولاد ضد زنگ 316L.کوروس. علم. 45، 2577–2595 (2003).
لو، اچ.، دونگ، سی‌اف، لی، ایکس‌جی و شیائو، کی. رفتار الکتروشیمیایی فولاد ضد زنگ دوپلکس ۲۲۰۵ در محلول‌های قلیایی با pH متفاوت در حضور کلرید. لو، اچ.، دونگ، سی‌اف، لی، ایکس‌جی و شیائو، کی. رفتار الکتروشیمیایی فولاد ضد زنگ دوپلکس ۲۲۰۵ در محلول‌های قلیایی با pH متفاوت در حضور کلرید.لو اچ.، دونگ کی. اف.، لی اچ. جی. و شیائو کی. رفتار الکتروشیمیایی فولاد ضد زنگ دوپلکس ۲۲۰۵ در محلول‌های قلیایی با pH متفاوت 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 لو، اچ.، دونگ، سی‌اف، لی، ایکس‌جی و شیائو، کی. ۲۲۰۵ رفتار الکتروشیمیایی فولاد ضد زنگ 双相 در حضور کلرید در pH های مختلف در محلول قلیایی.لو اچ.، دونگ کی. اف.، لی اچ. جی. و شیائو کی. رفتار الکتروشیمیایی فولاد ضد زنگ دوپلکس ۲۲۰۵ در محلول‌های قلیایی با pH متفاوت در حضور کلرید.مجله الکتروشیمی. 64، 211–220 (2012).
لیتل، بی جی، لی، جی اس و ری، آر آی. تأثیر بیوفیلم‌های دریایی بر خوردگی: یک بررسی مختصر. لیتل، بی جی، لی، جی اس و ری، آر آی. تأثیر بیوفیلم‌های دریایی بر خوردگی: یک بررسی مختصر.لیتل، بی جی، لی، جی اس و ری، آر آی. اثرات بیوفیلم‌های دریایی بر خوردگی: مروری 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، آر آیلیتل، بی جی، لی، جی اس و ری، آر آی. اثرات بیوفیلم‌های دریایی بر خوردگی: مروری مختصر.مجله الکتروشیمی. 54، 2-7 (2008).