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माइक्रोबियल जंग (MIC) कई उद्योगों में एक गंभीर समस्या है, क्योंकि इससे भारी आर्थिक नुकसान हो सकता है। सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील 2707 (2707 HDSS) का उपयोग समुद्री वातावरण में इसके उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोध के कारण किया जाता है। हालाँकि, MIC के प्रति इसके प्रतिरोध को प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित नहीं किया गया है। इस अध्ययन ने समुद्री एरोबिक जीवाणु स्यूडोमोनस एरुगिनोसा के कारण MIC 2707 HDSS के व्यवहार की जाँच की। इलेक्ट्रोकेमिकल विश्लेषण से पता चला कि 2216E माध्यम में स्यूडोमोनस एरुगिनोसा बायोफिल्म की उपस्थिति में, संक्षारण क्षमता में सकारात्मक परिवर्तन और संक्षारण धारा घनत्व में वृद्धि होती है। एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) के विश्लेषण से बायोफिल्म के तहत नमूने की सतह पर Cr सामग्री में कमी देखी गई। गड्ढों के दृश्य विश्लेषण से पता चला कि P. aeruginosa बायोफिल्म ने 14 दिनों के ऊष्मायन के दौरान 0.69 µm की अधिकतम गड्ढे की गहराई का उत्पादन किया। यद्यपि यह छोटा है, लेकिन यह दर्शाता है कि 2707 HDSS पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म्स के एमआईसी से पूरी तरह प्रतिरक्षित नहीं है।
डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील (DSS) का उपयोग विभिन्न उद्योगों में उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों और संक्षारण प्रतिरोध1,2 के सही संयोजन के कारण व्यापक रूप से किया जाता है। हालाँकि, स्थानीयकृत पिटिंग अभी भी होती है और इस स्टील3,4 की अखंडता को प्रभावित करती है। DSS माइक्रोबियल संक्षारण (MIC)5,6 के लिए प्रतिरोधी नहीं है। DSS के अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला के बावजूद, अभी भी ऐसे वातावरण हैं जहाँ DSS का संक्षारण प्रतिरोध दीर्घकालिक उपयोग के लिए पर्याप्त नहीं है। इसका मतलब है कि उच्च संक्षारण प्रतिरोध वाली अधिक महंगी सामग्री की आवश्यकता है। Jeon et al7 ने पाया कि सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील (SDSS) में भी संक्षारण प्रतिरोध के मामले में कुछ सीमाएँ हैं। इसलिए, कुछ मामलों में, उच्च संक्षारण प्रतिरोध वाले सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील (HDSS) की आवश्यकता होती है
संक्षारण प्रतिरोध DSS अल्फा और गामा चरणों के अनुपात पर निर्भर करता है और दूसरे चरण के समीप Cr, Mo और W क्षेत्रों 8, 9, 10 में समाप्त हो जाता है। HDSS में Cr, Mo और N11 की उच्च सामग्री होती है, इसलिए इसमें उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध और wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt. .%W) + 16% wt. N12 द्वारा निर्धारित समकक्ष पिटिंग प्रतिरोध संख्या (PREN) का उच्च मान (45-50) होता है। इसका उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध लगभग 50% फेरिटिक (α) और 50% ऑस्टेनिटिक (γ) चरणों वाली संतुलित संरचना पर निर्भर करता है। HDSS में बेहतर यांत्रिक गुण और क्लोराइड संक्षारण के लिए उच्च प्रतिरोध है।
एमआईसी कई उद्योगों जैसे तेल और गैस और जल उद्योगों में एक बड़ी समस्या है14। एमआईसी सभी संक्षारण क्षति का 20% हिस्सा है15। एमआईसी एक बायोइलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण है जिसे कई वातावरणों में देखा जा सकता है। धातु की सतहों पर बनने वाले बायोफिल्म्स इलेक्ट्रोकेमिकल स्थितियों को बदलते हैं, जिससे संक्षारण प्रक्रिया प्रभावित होती है। यह व्यापक रूप से माना जाता है कि एमआईसी संक्षारण बायोफिल्म के कारण होता है। इलेक्ट्रोजेनिक सूक्ष्मजीव जीवित रहने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्राप्त करने के लिए धातुओं को खाते हैं17। हाल के एमआईसी अध्ययनों से पता चला है कि ईईटी (बाह्य सेल्युलर इलेक्ट्रॉन ट्रांसफर) इलेक्ट्रोजेनिक सूक्ष्मजीवों द्वारा प्रेरित एमआईसी में दर-सीमित कारक है। झांग एट अल। 18 ने दिखाया कि इलेक्ट्रॉन मध्यस्थ डेसुल्फोविब्रियो सेसिफिकेंस कोशिकाओं और 304 स्टेनलेस स्टील के बीच इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण को तेज करते 20 ने दिखाया है कि संक्षारक सल्फेट-घटाने वाले बैक्टीरिया (एसआरबी) की बायोफिल्म्स धातु सब्सट्रेट से सीधे इलेक्ट्रॉनों को अवशोषित कर सकती है, जिसके परिणामस्वरूप गंभीर गड्ढे बनते हैं।
डीएसएस को एसआरबी, आयरन-रिड्यूसिंग बैक्टीरिया (आईआरबी) आदि युक्त मीडिया में एमआईसी के प्रति संवेदनशील माना जाता है। 21. ये बैक्टीरिया बायोफिल्म के तहत डीएसएस की सतह पर स्थानीयकृत गड्ढे बनाते हैं22,23. डीएसएस के विपरीत, एचडीएसएस24 एमआईसी अच्छी तरह से ज्ञात नहीं है।
स्यूडोमोनास एरुगिनोसा एक ग्राम-नेगेटिव, गतिशील, छड़ के आकार का जीवाणु है जो प्रकृति में व्यापक रूप से वितरित है25। स्यूडोमोनास एरुगिनोसा समुद्री वातावरण में भी एक प्रमुख सूक्ष्मजीव समूह है, जो उच्च MIC सांद्रता का कारण बनता है। स्यूडोमोनास संक्षारण प्रक्रिया में सक्रिय रूप से शामिल है और बायोफिल्म निर्माण के दौरान अग्रणी उपनिवेशक के रूप में पहचाना जाता है। महात एट अल. 28 और युआन एट अल. 29 ने प्रदर्शित किया कि स्यूडोमोनास एरुगिनोसा जलीय वातावरण में हल्के स्टील और मिश्र धातुओं की संक्षारण दर को बढ़ाता है।
इस कार्य का मुख्य उद्देश्य विद्युत रासायनिक विधियों, सतह विश्लेषण विधियों और संक्षारण उत्पाद विश्लेषण का उपयोग करके समुद्री एरोबिक जीवाणु स्यूडोमोनस एरुगिनोसा के कारण होने वाले एमआईसी 2707 एचडीएसएस के गुणों की जांच करना था। एमआईसी 2707 एचडीएसएस के व्यवहार का अध्ययन करने के लिए ओपन सर्किट पोटेंशियल (ओसीपी), रैखिक ध्रुवीकरण प्रतिरोध (एलपीआर), इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिबाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईआईएस) और संभावित गतिशील ध्रुवीकरण सहित विद्युत रासायनिक अध्ययन किए गए थे। संक्षारित सतह पर रासायनिक तत्वों का पता लगाने के लिए ऊर्जा फैलाव स्पेक्ट्रोमेट्रिक विश्लेषण (ईडीएस) किया गया था। इसके अलावा, स्यूडोमोनस एरुगिनोसा युक्त समुद्री वातावरण के प्रभाव में ऑक्साइड फिल्म निष्क्रियता की स्थिरता निर्धारित करने के लिए एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) का उपयोग किया गया था। गड्ढों की गहराई को एक कॉन्फोकल लेजर स्कैनिंग माइक्रोस्कोप (सीएलएसएम) के तहत मापा गया था।
तालिका 1 में 2707 HDSS की रासायनिक संरचना दर्शाई गई है। तालिका 2 में दर्शाया गया है कि 2707 HDSS में 650 MPa की उपज शक्ति के साथ उत्कृष्ट यांत्रिक गुण हैं। चित्र 1 में 2707 HDSS के ऊष्मा उपचारित घोल की ऑप्टिकल सूक्ष्म संरचना दर्शाई गई है। लगभग 50% ऑस्टेनाइट और 50% फेराइट चरणों वाली सूक्ष्म संरचना में, द्वितीयक चरणों के बिना ऑस्टेनाइट और फेराइट चरणों की लम्बी पट्टियाँ दिखाई देती हैं।
चित्र 2a 2216E अजैविक माध्यम और पी. एरुगिनोसा ब्रॉथ में 37°C पर 14 दिनों के लिए 2707 HDSS के लिए ओपन सर्किट पोटेंशिअल (Eocp) बनाम एक्सपोजर समय दिखाता है। यह दर्शाता है कि Eocp में सबसे बड़ा और सबसे महत्वपूर्ण परिवर्तन पहले 24 घंटों के भीतर होता है। दोनों मामलों में Eocp मान लगभग 16 घंटे में -145 mV (SCE की तुलना में) पर चरम पर पहुंच गया और फिर तेजी से गिरकर अजैविक नमूने के लिए -477 mV (SCE की तुलना में) और -236 mV (SCE की तुलना में) पर पहुंच गया। और पी स्यूडोमोनास एरुगिनोसा कूपन, क्रमशः)। 24 घंटे के बाद, पी. एरुगिनोसा के लिए Eocp 2707 HDSS मान -228 mV (SCE की तुलना में) पर अपेक्षाकृत स्थिर था पी. एरुगिनोसा की उपस्थिति में ईओसीपी काफी कम था।
37 डिग्री सेल्सियस पर अजैविक माध्यम और स्यूडोमोनास एरुगिनोसा शोरबा में 2707 एचडीएसएस नमूनों का विद्युत-रासायनिक अध्ययन:
(क) एक्सपोजर समय के आधार पर ईओसीपी, (ख) 14वें दिन ध्रुवीकरण वक्र, (ग) एक्सपोजर समय के आधार पर आरपी, और (घ) एक्सपोजर समय के आधार पर आईसीओआरआर।
तालिका 3 में 14 दिनों की अवधि में अजैविक और स्यूडोमोनास एरुगिनोसा टीकाकृत मीडिया के संपर्क में आए 2707 HDSS नमूनों के इलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण मापदंडों को दिखाया गया है। मानक विधियों30,31 के अनुसार संक्षारण धारा घनत्व (icorr), संक्षारण क्षमता (Ecorr) और टैफेल ढलान (βα और βc) देने वाले प्रतिच्छेदन प्राप्त करने के लिए एनोड और कैथोड वक्रों के स्पर्शरेखाओं का विस्तार किया गया।
जैसा कि चित्र 2बी में दिखाया गया है, पी. एरुगिनोसा वक्र में ऊपर की ओर बदलाव के परिणामस्वरूप अजैविक वक्र की तुलना में Ecorr में वृद्धि हुई। icorr मान, जो संक्षारण दर के समानुपातिक है, स्यूडोमोनास एरुगिनोसा नमूने में 0.328 µA cm-2 तक बढ़ गया, जो गैर-जैविक नमूने (0.087 µA cm-2) की तुलना में चार गुना अधिक है।
एलपीआर तेजी से जंग के विश्लेषण के लिए एक क्लासिक गैर-विनाशकारी इलेक्ट्रोकेमिकल विधि है। इसका उपयोग MIC32 का अध्ययन करने के लिए भी किया गया है। चित्र 2c में एक्सपोज़र समय के एक फ़ंक्शन के रूप में ध्रुवीकरण प्रतिरोध (Rp) दिखाया गया है। उच्च Rp मान का अर्थ है कम जंग। पहले 24 घंटों के भीतर, Rp 2707 HDSS अजैविक नमूनों के लिए 1955 kΩ cm2 और स्यूडोमोनास एरुगिनोसा नमूनों के लिए 1429 kΩ cm2 पर पहुंच गया। चित्र 2c यह भी दर्शाता है कि एक दिन के बाद Rp मान तेजी से कम हो गया और फिर अगले 13 दिनों तक अपेक्षाकृत अपरिवर्तित रहा। स्यूडोमोनास एरुगिनोसा नमूने का Rp मान लगभग 40 kΩ cm2 है, जो एक गैर-जैविक नमूने के 450 kΩ cm2 मान से बहुत कम है।
icorr का मान एकसमान संक्षारण दर के समानुपातिक होता है। इसका मान निम्नलिखित स्टर्न-गिरी समीकरण से गणना किया जा सकता है:
ज़ो एट अल. 33 के अनुसार, इस कार्य में टैफेल ढलान बी का विशिष्ट मान 26 mV/dec माना गया था। चित्र 2d दर्शाता है कि गैर-जैविक नमूने 2707 का icorr अपेक्षाकृत स्थिर रहा, जबकि P. aeruginosa नमूने में पहले 24 घंटों के बाद बहुत उतार-चढ़ाव आया। P. aeruginosa नमूनों के icorr मान गैर-जैविक नियंत्रणों की तुलना में एक क्रम के परिमाण से अधिक थे। यह प्रवृत्ति ध्रुवीकरण प्रतिरोध के परिणामों के अनुरूप है।
ईआईएस एक और गैर-विनाशकारी विधि है जिसका उपयोग संक्षारित सतहों पर विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं को चिह्नित करने के लिए किया जाता है। अजैविक वातावरण और स्यूडोमोनास एरुगिनोसा समाधान के संपर्क में आने वाले नमूनों के प्रतिबाधा स्पेक्ट्रा और गणना की गई धारिता मान, नमूना सतह पर बनी निष्क्रिय फिल्म/बायोफिल्म प्रतिरोध आरबी, चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध आरसीटी, विद्युत डबल लेयर कैपेसिटेंस सीडीएल (ईडीएल) और निरंतर क्यूसीपीई चरण तत्व पैरामीटर (सीपीई)। इन मापदंडों का आगे एक समतुल्य सर्किट (ईईसी) मॉडल का उपयोग करके डेटा को फिट करके विश्लेषण किया गया।
चित्र 3 में 2707 HDSS नमूनों के लिए अजैविक माध्यम और पी. एरुगिनोसा शोरबा में विभिन्न ऊष्मायन समय के लिए विशिष्ट नाइक्विस्ट प्लॉट (ए और बी) और बोड प्लॉट (ए' और बी') दिखाए गए हैं। नाइक्विस्ट रिंग का व्यास स्यूडोमोनास एरुगिनोसा की उपस्थिति में घटता है। बोड प्लॉट (चित्र 3बी') कुल प्रतिबाधा में वृद्धि दर्शाता है। विश्राम समय स्थिरांक के बारे में जानकारी चरण अधिकतम से प्राप्त की जा सकती है। चित्र 4 में एक मोनोलेयर (ए) और एक बाइलेयर (बी) और संबंधित ईईसी पर आधारित भौतिक संरचनाएं दिखाई गई हैं। सीपीई को ईईसी मॉडल में पेश किया गया है। इसकी प्रवेश और प्रतिबाधा को इस प्रकार व्यक्त किया जाता है:
नमूना 2707 HDSS के प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम को फिट करने के लिए दो भौतिक मॉडल और संगत समतुल्य सर्किट:
जहाँ Y0 KPI मान है, j काल्पनिक संख्या या (-1)1/2 है, ω कोणीय आवृत्ति है, n एक से कम KPI शक्ति सूचकांक है35. चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध व्युत्क्रम (यानी 1/Rct) संक्षारण दर से मेल खाता है। Rct जितना छोटा होगा, संक्षारण दर उतनी ही अधिक होगी27. ऊष्मायन के 14 दिनों के बाद, स्यूडोमोनास एरुगिनोसा नमूनों का Rct 32 kΩ cm2 तक पहुँच गया, जो गैर-जैविक नमूनों के 489 kΩ cm2 से बहुत कम है (तालिका 4)।
चित्र 5 में CLSM छवियाँ और SEM छवियाँ स्पष्ट रूप से दिखाती हैं कि 7 दिनों के बाद HDSS नमूना 2707 की सतह पर बायोफिल्म कोटिंग घनी है। हालाँकि, 14 दिनों के बाद, बायोफिल्म कवरेज खराब थी और कुछ मृत कोशिकाएँ दिखाई दीं। तालिका 5 7 और 14 दिनों के लिए पी. एरुगिनोसा के संपर्क में आने के बाद 2707 HDSS नमूनों पर बायोफिल्म की मोटाई दिखाती है। अधिकतम बायोफिल्म की मोटाई 7 दिनों के बाद 23.4 µm से बदलकर 14 दिनों के बाद 18.9 µm हो गई। औसत बायोफिल्म मोटाई ने भी इस प्रवृत्ति की पुष्टि की। यह 7 दिनों के बाद 22.2 ± 0.7 µm से घटकर 14 दिनों के बाद 17.8 ± 1.0 µm हो गई।
(क) 7 दिनों पर 3-डी सीएलएसएम छवि, (ख) 14 दिनों पर 3-डी सीएलएसएम छवि, (ग) 7 दिनों पर एसईएम छवि, और (घ) 14 दिनों पर एसईएम छवि।
ईएमएफ ने 14 दिनों तक पी. एरुगिनोसा के संपर्क में रहने वाले नमूनों पर बायोफिल्म्स और संक्षारण उत्पादों में रासायनिक तत्वों का पता लगाया। चित्र 6 में दिखाया गया है कि बायोफिल्म्स और संक्षारण उत्पादों में सी, एन, ओ और पी की मात्रा शुद्ध धातुओं की तुलना में काफी अधिक है, क्योंकि ये तत्व बायोफिल्म्स और उनके मेटाबोलाइट्स से जुड़े हैं। सूक्ष्मजीवों को केवल क्रोमियम और लोहे की थोड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है। नमूनों की सतह पर बायोफिल्म और संक्षारण उत्पादों में Cr और Fe के उच्च स्तर संकेत देते हैं कि धातु मैट्रिक्स ने संक्षारण के कारण तत्वों को खो दिया है।
14 दिनों के बाद, 2216E माध्यम में पी. एरुगिनोसा के साथ और बिना गड्ढे देखे गए। ऊष्मायन से पहले, नमूनों की सतह चिकनी और दोष-रहित थी (चित्र 7a)। ऊष्मायन और बायोफिल्म और संक्षारण उत्पादों को हटाने के बाद, नमूनों की सतह पर सबसे गहरे गड्ढों की जांच CLSM का उपयोग करके की गई, जैसा कि चित्र 7b और c में दिखाया गया है। गैर-जैविक नियंत्रणों की सतह पर कोई स्पष्ट गड्ढा नहीं पाया गया (अधिकतम गड्ढा गहराई 0.02 µm)। पी. एरुगिनोसा के कारण होने वाली अधिकतम गड्ढे की गहराई 7 दिनों में 0.52 µm और 14 दिनों में 0.69 µm थी, जो 3 नमूनों से औसत अधिकतम गड्ढे की गहराई पर आधारित थी (प्रत्येक नमूने के लिए 10 अधिकतम गड्ढे की गहराई का चयन किया गया था)। क्रमशः 0.42 ± 0.12 µm और 0.52 ± 0.15 µm की उपलब्धि (तालिका 5)। ये छेद गहराई मान छोटे लेकिन महत्वपूर्ण हैं।
(क) एक्सपोजर से पहले, (ख) अजैविक वातावरण में 14 दिन, और (ग) स्यूडोमोनास एरुगिनोसा शोरबा में 14 दिन।
चित्र में तालिका 8 विभिन्न नमूना सतहों के XPS स्पेक्ट्रा को दर्शाता है, और प्रत्येक सतह के लिए विश्लेषण की गई रासायनिक संरचना को तालिका 6 में संक्षेपित किया गया है। तालिका 6 में, P. aeruginosa (नमूने A और B) की उपस्थिति में Fe और Cr के परमाणु प्रतिशत गैर-जैविक नियंत्रण (नमूने C और D) की तुलना में बहुत कम थे। P. aeruginosa नमूने के लिए, Cr 2p नाभिक के स्तर पर स्पेक्ट्रल वक्र को 574.4, 576.6, 578.3 और 586.8 eV की बंधन ऊर्जा (BE) के साथ चार शिखर घटकों पर फिट किया गया था, जिसे क्रमशः Cr, Cr2O3, CrO3 और Cr(OH)3 के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है (चित्र 9a और b)। गैर-जैविक नमूनों के लिए, मुख्य Cr 2p स्तर के स्पेक्ट्रम में क्रमशः चित्र 9c और d में Cr (BE के लिए 573.80 eV) और Cr2O3 (BE के लिए 575.90 eV) के लिए दो मुख्य शिखर शामिल हैं। अजैविक नमूनों और P. aeruginosa नमूनों के बीच सबसे खास अंतर Cr6+ की मौजूदगी और बायोफिल्म के नीचे Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) का उच्च सापेक्ष अनुपात था।
दो मीडिया में नमूना 2707 HDSS की सतह के विस्तृत XPS स्पेक्ट्रा क्रमशः 7 और 14 दिन हैं।
(क) पी. एरुगिनोसा के संपर्क में 7 दिन, (ख) पी. एरुगिनोसा के संपर्क में 14 दिन, (ग) अजैविक वातावरण में 7 दिन, और (घ) अजैविक वातावरण में 14 दिन।
HDSS अधिकांश वातावरणों में संक्षारण प्रतिरोध का उच्च स्तर प्रदर्शित करता है। किम एट अल.2 ने बताया कि HDSS UNS S32707 को 45 से अधिक PREN के साथ अत्यधिक मिश्रधातु DSS के रूप में पहचाना गया था। इस कार्य में नमूना 2707 HDSS का PREN मान 49 था। यह उच्च क्रोमियम सामग्री और मोलिब्डेनम और निकल की उच्च सामग्री के कारण है, जो अम्लीय वातावरण में उपयोगी होते हैं। और उच्च क्लोराइड सामग्री वाले वातावरण। इसके अलावा, एक अच्छी तरह से संतुलित रचना और दोष-रहित माइक्रोस्ट्रक्चर संरचनात्मक स्थिरता और संक्षारण प्रतिरोध के लिए फायदेमंद होते हैं। हालांकि, इसके उत्कृष्ट रासायनिक प्रतिरोध के बावजूद, इस कार्य में प्रयोगात्मक डेटा से पता चलता है कि 2707 HDSS पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म एमआईसी के लिए पूरी तरह से प्रतिरक्षित नहीं है।
इलेक्ट्रोकेमिकल परिणामों से पता चला कि पी. एरुगिनोसा शोरबा में 2707 एचडीएसएस की संक्षारण दर गैर-जैविक वातावरण की तुलना में 14 दिनों के बाद काफी बढ़ गई। चित्र 2a में, पहले 24 घंटों के दौरान अजैविक माध्यम और पी. एरुगिनोसा शोरबा दोनों में ईओसीपी में कमी देखी गई। उसके बाद, बायोफिल्म पूरी तरह से नमूने की सतह को कवर करती है, और ईओसीपी अपेक्षाकृत स्थिर हो जाती है36। हालांकि, जैविक ईओसीपी का स्तर गैर-जैविक ईओसीपी स्तर से बहुत अधिक था। यह मानने के कारण हैं कि यह अंतर पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म के निर्माण से जुड़ा हुआ है। चित्र 2d पर पी. एरुगिनोसा की उपस्थिति में, icorr 2707 HDSS मान 0.627 μA cm-2 तक पहुँच गया, जो कि अजैविक नियंत्रण (0.063 μA cm-2) की तुलना में परिमाण का एक क्रम अधिक है, जो EIS द्वारा मापे गए Rct मान के अनुरूप था। पहले कुछ दिनों के दौरान, पी. एरुगिनोसा शोरबा में प्रतिबाधा मूल्य पी. एरुगिनोसा कोशिकाओं के लगाव और बायोफिल्म्स के निर्माण के कारण बढ़ गया। हालांकि, जब बायोफिल्म पूरी तरह से नमूने की सतह को कवर करती है, तो प्रतिबाधा कम हो जाती है। सुरक्षात्मक परत पर मुख्य रूप से बायोफिल्म्स और बायोफिल्म मेटाबोलाइट्स के गठन के कारण हमला होता है। नतीजतन, समय के साथ संक्षारण प्रतिरोध कम हो गया और पी. एरुगिनोसा के लगाव ने स्थानीय संक्षारण का कारण बना। अजैविक वातावरण में रुझान अलग थे। गैर-जैविक नियंत्रण का संक्षारण प्रतिरोध पी. एरुगिनोसा शोरबा के संपर्क में आने वाले नमूनों के संगत मूल्य से बहुत अधिक था। इसके अलावा, अजैविक अभिगमों के लिए, Rct 2707 HDSS मान 14वें दिन 489 kΩ cm2 तक पहुँच गया, जो कि P. एरुगिनोसा की उपस्थिति में Rct मान (32 kΩ cm2) से 15 गुना अधिक है। इस प्रकार, 2707 एचडीएसएस में रोगाणुहीन वातावरण में उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध होता है, लेकिन यह पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म्स से उत्पन्न एमआईसी के प्रति प्रतिरोधी नहीं है।
ये परिणाम चित्र 2बी में ध्रुवीकरण वक्रों से भी देखे जा सकते हैं। एनोडिक ब्रांचिंग को स्यूडोमोनस एरुगिनोसा बायोफिल्म निर्माण और धातु ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के साथ जोड़ा गया है। इस मामले में, कैथोडिक प्रतिक्रिया ऑक्सीजन की कमी है। पी. एरुगिनोसा की उपस्थिति ने संक्षारण धारा घनत्व को काफी हद तक बढ़ा दिया, जो कि अबायोटिक नियंत्रण की तुलना में लगभग एक क्रम अधिक है। यह दर्शाता है कि पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म 2707 एचडीएसएस के स्थानीयकृत संक्षारण को बढ़ाता है। युआन एट अल.29 ने पाया कि पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म की क्रिया के तहत Cu-Ni 70/30 मिश्रधातु का संक्षारण धारा घनत्व बढ़ गया। यह स्यूडोमोनस एरुगिनोसा बायोफिल्म द्वारा ऑक्सीजन की कमी के बायोकैटेलिसिस के कारण हो सकता है। यह अवलोकन इस कार्य में MIC 2707 HDSS की व्याख्या भी कर सकता है। एरोबिक बायोफिल्म के तहत कम ऑक्सीजन भी हो सकती है। इसलिए, ऑक्सीजन के साथ धातु की सतह को पुनः सक्रिय करने से इनकार करना इस कार्य में MIC में योगदान देने वाला एक कारक हो सकता है।
डिकिंसन एट अल. 38 ने सुझाव दिया कि रासायनिक और विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर सीधे नमूने की सतह पर स्थिर बैक्टीरिया की चयापचय गतिविधि और संक्षारण उत्पादों की प्रकृति से प्रभावित हो सकती है। जैसा कि चित्र 5 और तालिका 5 में दिखाया गया है, 14 दिनों के बाद कोशिकाओं की संख्या और बायोफिल्म की मोटाई कम हो गई। इसे इस तथ्य से उचित रूप से समझाया जा सकता है कि 14 दिनों के बाद, 2707 HDSS की सतह पर अधिकांश स्थिर कोशिकाएँ 2216E माध्यम में पोषक तत्वों की कमी या 2707 HDSS मैट्रिक्स से विषाक्त धातु आयनों की रिहाई के कारण मर गईं। यह बैच प्रयोगों की एक सीमा है।
इस कार्य में, पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म ने 2707 एचडीएसएस (चित्र 6) की सतह पर बायोफिल्म के तहत Cr और Fe की स्थानीय कमी में योगदान दिया। तालिका 6 नमूना C की तुलना में नमूना D में Fe और Cr में कमी को दर्शाती है, जो दर्शाता है कि पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म के कारण घुला हुआ Fe और Cr पहले 7 दिनों तक बना रहा। 2216E वातावरण का उपयोग समुद्री वातावरण का अनुकरण करने के लिए किया जाता है। इसमें 17700 पीपीएम Cl- होता है, जो प्राकृतिक समुद्री जल में इसकी सामग्री के बराबर है। XPS द्वारा विश्लेषित 7- और 14-दिवसीय अजैविक नमूनों में Cr में कमी का मुख्य कारण 17700 पीपीएम Cl- की उपस्थिति थी। पी. एरुगिनोसा नमूनों की तुलना में, अजैविक परिस्थितियों में क्लोरीन के लिए 2707 एचडीएसएस के मजबूत प्रतिरोध के कारण अजैविक नमूनों में Cr का विघटन बहुत कम था। चित्र 9 निष्क्रिय फिल्म में Cr6+ की उपस्थिति को दर्शाता है। चेन और क्लेटन द्वारा सुझाए अनुसार, यह पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म्स द्वारा स्टील सतहों से क्रोमियम को हटाने में शामिल हो सकता है।
जीवाणु वृद्धि के कारण, खेती से पहले और बाद में माध्यम के पीएच मान क्रमशः 7.4 और 8.2 थे। इस प्रकार, पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म के नीचे, कार्बनिक अम्ल संक्षारण इस कार्य में योगदान करने की संभावना नहीं है क्योंकि थोक माध्यम में अपेक्षाकृत उच्च पीएच है। गैर-जैविक नियंत्रण माध्यम का पीएच 14 दिन की परीक्षण अवधि के दौरान (प्रारंभिक 7.4 से अंतिम 7.5 तक) महत्वपूर्ण रूप से नहीं बदला। ऊष्मायन के बाद बीज माध्यम में पीएच में वृद्धि पी. एरुगिनोसा की चयापचय गतिविधि के कारण थी और परीक्षण स्ट्रिप्स की अनुपस्थिति में पीएच पर समान प्रभाव पाया गया।
जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है, पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म के कारण अधिकतम गड्ढे की गहराई 0.69 µm थी, जो कि अजैविक माध्यम (0.02 µm) की तुलना में बहुत अधिक है। यह ऊपर वर्णित विद्युत रासायनिक डेटा के अनुरूप है। 0.69 µm की गड्ढे की गहराई समान परिस्थितियों में 2205 DSS के लिए रिपोर्ट किए गए 9.5 µm मान से दस गुना से भी कम है। ये डेटा दिखाते हैं कि 2707 HDSS 2205 DSS की तुलना में MICs के लिए बेहतर प्रतिरोध प्रदर्शित करता है। यह आश्चर्य की बात नहीं होनी चाहिए क्योंकि 2707 HDSS में Cr का स्तर अधिक होता है जो लंबे समय तक निष्क्रियता प्रदान करता है, पी. एरुगिनोसा को निष्क्रिय करना अधिक कठिन होता है, और हानिकारक द्वितीयक अवक्षेपण के बिना इसकी संतुलित चरण संरचना के कारण गड्ढे बनते हैं।
निष्कर्ष में, पी. एरुगिनोसा शोरबा में 2707 एचडीएसएस की सतह पर एमआईसी गड्ढे पाए गए, जबकि अजैविक वातावरण में यह नगण्य गड्ढे थे। यह कार्य दर्शाता है कि 2707 एचडीएसएस में 2205 डीएसएस की तुलना में एमआईसी के लिए बेहतर प्रतिरोध है, लेकिन यह पी. एरुगिनोसा बायोफिल्म के कारण एमआईसी से पूरी तरह प्रतिरक्षित नहीं है। ये परिणाम समुद्री वातावरण के लिए उपयुक्त स्टेनलेस स्टील और जीवन प्रत्याशा के चयन में सहायता करते हैं।
चीन के शेनयांग में नॉर्थईस्टर्न यूनिवर्सिटी (NEU) स्कूल ऑफ मेटलर्जी द्वारा 2707 HDSS के लिए कूपन प्रदान किया गया। 2707 HDSS की तात्विक संरचना तालिका 1 में दी गई है, जिसका विश्लेषण NEU सामग्री विश्लेषण और परीक्षण विभाग द्वारा किया गया था। सभी नमूनों को 1 घंटे के लिए 1180°C पर ठोस घोल के लिए उपचारित किया गया। संक्षारण परीक्षण से पहले, 1 सेमी2 के शीर्ष खुले सतह क्षेत्र के साथ एक सिक्के के आकार का 2707 HDSS को सिलिकॉन कार्बाइड सैंडपेपर के साथ 2000 ग्रिट तक पॉलिश किया गया था और फिर 0.05 µm Al2O3 पाउडर घोल के साथ पॉलिश किया गया था। किनारे और नीचे निष्क्रिय पेंट से सुरक्षित हैं। सुखाने के बाद, नमूनों को बाँझ विआयनीकृत पानी से धोया गया और 0.5 घंटे के लिए 75% (v/v) इथेनॉल के साथ बाँझ किया गया
मरीन स्यूडोमोनस एरुगिनोसा स्ट्रेन MCCC 1A00099 को ज़ियामेन मरीन कल्चर कलेक्शन सेंटर (MCCC), चीन से खरीदा गया था। स्यूडोमोनस एरुगिनोसा को 37 डिग्री सेल्सियस पर एरोबिक परिस्थितियों में 250 मिली फ्लास्क और 500 मिली ग्लास इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में मरीन 2216E लिक्विड मीडियम (क़िंगदाओ होप बायोटेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड, क़िंगदाओ, चीन) का उपयोग करके उगाया गया था। माध्यम में शामिल है (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 पेप्टोन, 1.0 यीस्ट एक्सट्रैक्ट और 0.1 आयरन साइट्रेट। टीका लगाने से पहले 20 मिनट के लिए 121°C पर ऑटोक्लेव करें। 400x आवर्धन पर प्रकाश माइक्रोस्कोप के नीचे एक हेमोसाइटोमीटर के साथ स्थिर और प्लैंक्टोनिक कोशिकाओं की गणना करें। टीकाकरण के तुरंत बाद प्लैंक्टोनिक स्यूडोमोनास एरुगिनोसा की प्रारंभिक सांद्रता लगभग 106 कोशिकाएं/एमएल थी।
इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण 500 मिली की मध्यम मात्रा वाले एक क्लासिक तीन-इलेक्ट्रोड ग्लास सेल में किए गए थे। प्लैटिनम शीट और संतृप्त कैलोमेल इलेक्ट्रोड (SAE) को नमक पुलों से भरे लुगिन केशिकाओं के माध्यम से रिएक्टर से जोड़ा गया था, जो क्रमशः काउंटर और संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करते थे। कार्यशील इलेक्ट्रोड के निर्माण के लिए, प्रत्येक नमूने में रबरयुक्त तांबे का तार लगाया गया था और एपॉक्सी राल से ढका हुआ था, जिससे एक तरफ कार्यशील इलेक्ट्रोड के लिए लगभग 1 सेमी2 असुरक्षित क्षेत्र छोड़ दिया गया था। इलेक्ट्रोकेमिकल माप के दौरान, नमूनों को 2216E माध्यम में रखा गया और पानी के स्नान में एक स्थिर ऊष्मायन तापमान (37 डिग्री सेल्सियस) पर रखा गया। OCP, LPR, EIS और संभावित गतिशील ध्रुवीकरण डेटा को ऑटोलैब पोटेंशियोस्टेट (संदर्भ 600TM, गैमरी इंस्ट्रूमेंट्स, इंक., यूएसए) का उपयोग करके मापा गया। एलपीआर परीक्षण 0.125 mV s-1 की स्कैन दर पर -5 से 5 mV की सीमा में Eocp और 1 Hz की सैंपलिंग दर के साथ रिकॉर्ड किए गए थे। स्थिर अवस्था Eocp पर 5 mV के लागू वोल्टेज का उपयोग करके 0.01 से 10,000 Hz की आवृत्ति रेंज पर साइन वेव के साथ EIS का प्रदर्शन किया गया। संभावित स्वीप से पहले, इलेक्ट्रोड निष्क्रिय मोड में थे जब तक कि मुक्त संक्षारण क्षमता का एक स्थिर मूल्य नहीं पहुंच गया। फिर ध्रुवीकरण वक्रों को 0.166 mV/s की स्कैन दर पर Eocp के एक फ़ंक्शन के रूप में -0.2 से 1.5 V तक मापा गया। प्रत्येक परीक्षण को पी. एरुगिनोसा के साथ और उसके बिना 3 बार दोहराया गया।
मेटलोग्राफिक विश्लेषण के लिए नमूनों को गीले 2000 ग्रिट SiC पेपर से यांत्रिक रूप से पॉलिश किया गया और फिर ऑप्टिकल अवलोकन के लिए 0.05 µm Al2O3 पाउडर सस्पेंशन से पॉलिश किया गया। ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके मेटलोग्राफिक विश्लेषण किया गया। नमूनों को पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड 43 के 10 wt% घोल से नक़्काशी की गई।
ऊष्मायन के बाद, नमूनों को फॉस्फेट बफर सलाइन (पीबीएस) (पीएच 7.4 ± 0.2) से 3 बार धोया गया और फिर बायोफिल्म को ठीक करने के लिए 10 घंटे के लिए 2.5% (v/v) ग्लूटाराल्डिहाइड के साथ स्थिर किया गया। फिर इसे हवा में सुखाने से पहले बैच किए गए इथेनॉल (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% और 100% मात्रा) के साथ निर्जलित किया गया। अंत में, SEM अवलोकन के लिए चालकता प्रदान करने के लिए नमूने की सतह पर एक सोने की फिल्म जमा की जाती है। SEM छवियों को प्रत्येक नमूने की सतह पर सबसे अधिक स्थिर पी. एरुगिनोसा कोशिकाओं वाले स्थानों पर केंद्रित किया गया था। रासायनिक तत्वों को खोजने के लिए एक EDS विश्लेषण करें। गड्ढे की गहराई को मापने के लिए एक ज़ीस कॉन्फ़ोकल लेजर स्कैनिंग माइक्रोस्कोप (CLSM) (LSM 710, ज़ीस, जर्मनी) का उपयोग किया गया था। बायोफिल्म के नीचे संक्षारण गड्ढों का निरीक्षण करने के लिए, परीक्षण नमूने की सतह से संक्षारण उत्पादों और बायोफिल्म को हटाने के लिए परीक्षण नमूने को पहले चीनी राष्ट्रीय मानक (सीएनएस) जीबी/टी4334.4-2000 के अनुसार साफ किया गया।
एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस, ईएससीएएलएबी250 सरफेस एनालिसिस सिस्टम, थर्मो वीजी, यूएसए) विश्लेषण एक मोनोक्रोमैटिक एक्स-रे स्रोत (1500 ईवी की ऊर्जा और 150 डब्ल्यू की शक्ति के साथ एल्युमिनियम केα लाइन) का उपयोग करके -1350 ईवी की मानक स्थितियों के तहत बंधन ऊर्जा 0 की एक विस्तृत श्रृंखला में किया गया था। 50 ईवी की ट्रांसमिशन ऊर्जा और 0.2 ईवी के चरण का उपयोग करके उच्च रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रा रिकॉर्ड किए गए थे।
इनक्यूबेट किए गए नमूनों को निकाला गया और 15 सेकंड 45 मिनट के लिए PBS (pH 7.4 ± 0.2) से धीरे से धोया गया। नमूनों पर बायोफिल्म्स की बैक्टीरियल व्यवहार्यता का निरीक्षण करने के लिए, बायोफिल्म्स को LIVE/DEAD BacLight बैक्टीरियल व्यवहार्यता किट (इंविट्रोजन, यूजीन, OR, USA) का उपयोग करके रंगा गया। किट में दो फ्लोरोसेंट रंग होते हैं: SYTO-9 ग्रीन फ्लोरोसेंट डाई और प्रोपिडियम आयोडाइड (PI) रेड फ्लोरोसेंट डाई। CLSM में, फ्लोरोसेंट ग्रीन और रेड डॉट्स क्रमशः जीवित और मृत कोशिकाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। रंगाई के लिए, SYTO-9 के 3 µl और PI घोल के 3 µl युक्त मिश्रण के 1 ml को अंधेरे में कमरे के तापमान (23°C) पर 20 मिनट के लिए इनक्यूबेट किया गया था। इसके बाद, निकॉन सीएलएसएम उपकरण (सी2 प्लस, निकॉन, जापान) का उपयोग करके दो तरंगदैर्ध्य (जीवित कोशिकाओं के लिए 488 एनएम और मृत कोशिकाओं के लिए 559 एनएम) पर दागे गए नमूनों की जांच की गई। बायोफिल्म की मोटाई 3डी स्कैनिंग मोड में मापी गई।
इस लेख का हवाला कैसे दें: ली, एच. एट अल. स्यूडोमोनास एरुगिनोसा मरीन बायोफिल्म द्वारा 2707 सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील का माइक्रोबियल संक्षारण। विज्ञान। 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016)।
ज़ानोटो, एफ., ग्रासी, वी., बाल्बो, ए., मोंटीसेली, सी. और ज़ुची, एफ. थायोसल्फेट की उपस्थिति में क्लोराइड समाधान में एलडीएक्स 2101 डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील का तनाव संक्षारण क्रैकिंग। ज़ानोटो, एफ., ग्रासी, वी., बाल्बो, ए., मोंटीसेली, सी. और ज़ुची, एफ. थायोसल्फेट की उपस्थिति में क्लोराइड समाधान में एलडीएक्स 2101 डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील का तनाव संक्षारण क्रैकिंग। ज़ैनोटो, एफ., ग्रासी, वी., बाल्बो, ए., मोंटीसेली, सी. और ज़ुच्ची, एफ. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. ज़ानोटो, एफ., ग्रासी, वी., बाल्बो, ए., मोंटीसेली, सी. और ज़ुची, एफ. थायोसल्फेट की उपस्थिति में क्लोराइड समाधान में डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील एलडीएक्स 2101 का तनाव संक्षारण क्रैकिंग। ज़ैनोटो, एफ., ग्रासी, वी., बाल्बो, ए., मोंटीसेली, सी. और ज़ुच्ची, एफ. एलडीएक्स 2101 मेरे पास अभी भी एक बड़ा सौदा है। ज़ैनोटो, एफ., ग्रासी, वी., बाल्बो, ए., मोंटीसेली, सी. और ज़ुच्ची, एफ. एलडीएक्स 2101 स्टेनलेस स्टील सल्फेट के लिए उपयुक्त है। ज़ैनोटो, एफ., ग्रासी, वी., बाल्बो, ए., मोंटीसेली, सी. और ज़ुच्ची, एफ. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей стали LDX 2101 в растворе хлорида в присутствии थियोसल्फेटा. ज़ानोटो, एफ., ग्रासी, वी., बाल्बो, ए., मोंटीसेली, सी. और ज़ुची, एफ. थायोसल्फेट की उपस्थिति में क्लोराइड समाधान में डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील एलडीएक्स 2101 का तनाव संक्षारण क्रैकिंग।कोरोस साइंस 80, 205-212 (2014)।
किम, एसटी, जंग, एसएच, ली, आईएस और पार्क, वाईएस हाइपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील वेल्ड्स के पिटिंग संक्षारण के प्रतिरोध पर समाधान ताप-उपचार और परिरक्षण गैस में नाइट्रोजन के प्रभाव। किम, एसटी, जंग, एसएच, ली, आईएस और पार्क, वाईएस हाइपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील वेल्ड्स के पिटिंग संक्षारण के प्रतिरोध पर समाधान ताप-उपचार और परिरक्षण गैस में नाइट्रोजन के प्रभाव।किम, एसटी, जंग, एसएच, ली, आईएस और पार्क, वाईएस हाइपरडुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील वेल्ड्स के पिटिंग संक्षारण प्रतिरोध पर परिरक्षण गैस में समाधान ताप उपचार और नाइट्रोजन का प्रभाव। किम, एसटी, जैंग, एसएच, ली, आईएस और पार्क, वाईएस को इस बारे में अधिक जानकारी है। किम, एसटी, जंग, एसएच, ली, आईएस और पार्क, वाईएसकिम, एसटी, जंग, एसएच, ली, आईएस और पार्क, वाईएस सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील वेल्ड्स के पिटिंग संक्षारण प्रतिरोध पर शील्डिंग गैस में समाधान ताप उपचार और नाइट्रोजन का प्रभाव।कोरोस. विज्ञान. 53, 1939–1947 (2011).
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