תודה שביקרת ב-Nature.com.לגרסת הדפדפן שבה אתה משתמש יש תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, נעבד את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
קורוזיה מיקרוביאלית (MIC) היא בעיה רצינית בתעשיות רבות, מכיוון שהיא עלולה להוביל להפסדים כלכליים אדירים.פלדת אל חלד סופר דופלקס 2707 (2707 HDSS) משמשת בסביבות ימיות בשל עמידותה הכימית המעולה.עם זאת, העמידות שלו ל-MIC לא הוכחה בניסוי.מחקר זה בדק את ההתנהגות של MIC 2707 HDSS שנגרם על ידי החיידק האירובי הימי Pseudomonas aeruginosa.ניתוח אלקטרוכימי הראה כי בנוכחות ביופילם Pseudomonas aeruginosa במדיום 2216E מתרחשים שינוי חיובי בפוטנציאל הקורוזיה ועלייה בצפיפות זרם הקורוזיה.ניתוח של ספקטרוסקופיה של פוטואלקטרון רנטגן (XPS) הראה ירידה בתכולת Cr על פני הדגימה מתחת לביופילם.ניתוח חזותי של הבורות הראה שהביופילם של P. aeruginosa יצר עומק בור מרבי של 0.69 מיקרומטר במהלך 14 ימי הדגירה.למרות שזה קטן, זה מצביע על כך ש-2707 HDSS אינו חסין לחלוטין ל-MIC של סרטי ביופילמים של P. aeruginosa.
פלדות אל חלד דופלקס (DSS) נמצאות בשימוש נרחב בתעשיות שונות בשל השילוב המושלם של תכונות מכניות מצוינות ועמידות בפני קורוזיה1,2.עם זאת, חריפות מקומית עדיין מתרחשת ומשפיעה על שלמות הפלדה הזו3,4.DSS אינו עמיד בפני קורוזיה מיקרוביאלית (MIC)5,6.למרות המגוון הרחב של יישומים עבור DSS, עדיין קיימות סביבות שבהן העמידות בפני קורוזיה של DSS אינה מספיקה לשימוש ארוך טווח.המשמעות היא שנדרשים חומרים יקרים יותר עם עמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה.Jeon et al7 מצאו שאפילו לפלדות אל-חלד סופר דופלקס (SDSS) יש כמה מגבלות במונחים של עמידות בפני קורוזיה.לכן, במקרים מסוימים, נדרשות פלדות אל-חלד סופר דופלקס (HDSS) עם עמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה.זה הוביל לפיתוח של HDSS בעל סגסוגת גבוהה.
עמידות בפני קורוזיה DSS תלויה ביחס של שלבי אלפא וגמא ומדולדלת באזורי Cr, Mo ו-W 8, 9, 10 הסמוכים לשלב השני.HDSS מכיל תכולה גבוהה של Cr, Mo ו-N11, לכן יש לו עמידות מצוינת בפני קורוזיה וערך גבוה (45-50) של מספר התנגדות הבור המקביל (PREN) שנקבע על ידי wt.% Cr + 3.3 (wt.w.% Mo + 0.5 wt. .%W) + 16% wt.N12.העמידות המצוינת בפני קורוזיה תלויה בהרכב מאוזן המכיל כ-50% פאזות פריטיות (α) ו-50% אוסטניטיות (γ).ל-HDSS יש תכונות מכניות טובות יותר ועמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה של כלוריד.עמידות משופרת בפני קורוזיה מרחיבה את השימוש ב-HDSS בסביבות כלוריד אגרסיביות יותר כמו סביבות ימיות.
MICs הם בעיה מרכזית בתעשיות רבות כגון תעשיות הנפט והגז והמים14.MIC מהווה 20% מכלל נזקי הקורוזיה15.MIC הוא קורוזיה ביו-אלקטרוכימית שניתן לראות בסביבות רבות.סרטי ביולוגי הנוצרים על משטחי מתכת משנים את התנאים האלקטרוכימיים, ובכך משפיעים על תהליך הקורוזיה.הדעה הרווחת היא שקורוזיה MIC נגרמת על ידי סרטי ביופילם.מיקרואורגניזמים אלקטרוגניים אוכלים מתכות כדי להשיג את האנרגיה הדרושה להם כדי לשרוד17.מחקרי MIC עדכניים הראו כי EET (העברת אלקטרונים חוץ-תאית) הוא הגורם המגביל את הקצב ב-MIC המושרה על ידי מיקרואורגניזמים אלקטרוגניים.ג'אנג ואחרים.18 הדגימו כי מתווכים אלקטרונים מאיצים את העברת האלקטרונים בין תאי Desulfovibrio sessificans לבין פלדת אל-חלד 304, וכתוצאה מכך מתקפת MIC חמורה יותר.אנינג וחב'.19 ו-Wenzlaff et al.20 הראו שביופילם של חיידקים מפחיתי סולפט קורוזיביים (SRBs) יכולים לספוג ישירות אלקטרונים ממצעי מתכת, וכתוצאה מכך בור חמור.
ידוע כי DSS רגיש ל-MIC במדיה המכילה SRBs, חיידקים מפחיתי ברזל (IRBs), וכו '21.חיידקים אלה גורמים להתפרצות מקומית על פני השטח של DSS תחת biofilms22,23.שלא כמו DSS, ה-HDSS24 MIC אינו מוכר היטב.
Pseudomonas aeruginosa הוא חיידק גראם שלילי, תנועתי, בצורת מוט, המופץ באופן נרחב בטבע25.Pseudomonas aeruginosa היא גם קבוצה מיקרוביאלית מרכזית בסביבה הימית, הגורמת לריכוזי MIC מוגברים.Pseudomonas מעורב באופן פעיל בתהליך הקורוזיה ומוכר כחלוץ קולוניזטור במהלך היווצרות ביופילם.מהט וחב'.28 ו- Yuan et al.29 הוכיח כי Pseudomonas aeruginosa נוטה להגביר את קצב הקורוזיה של פלדה עדינה וסגסוגות בסביבות מימיות.
המטרה העיקרית של עבודה זו הייתה לחקור את המאפיינים של MIC 2707 HDSS שנגרמו על ידי החיידק האירובי הימי Pseudomonas aeruginosa באמצעות שיטות אלקטרוכימיות, שיטות ניתוח פני השטח וניתוח מוצרי קורוזיה.מחקרים אלקטרוכימיים, לרבות פוטנציאל מעגל פתוח (OCP), התנגדות לקיטוב ליניארי (LPR), ספקטרוסקופיה אלקטרוכימית עכבה (EIS) וקיטוב דינמי פוטנציאלי, בוצעו כדי לחקור את התנהגות ה-MIC 2707 HDSS.אנליזה ספקטרומטרית פיזור אנרגיה (EDS) בוצעה כדי לזהות יסודות כימיים על משטח אכול.בנוסף, נעשה שימוש בספקטרוסקופיה של פוטואלקטרון רנטגן (XPS) כדי לקבוע את היציבות של פסיבציה של סרט תחמוצת בהשפעת סביבה ימית המכילה Pseudomonas aeruginosa.עומק הבורות נמדד תחת מיקרוסקופ סריקה לייזר קונפוקאלי (CLSM).
טבלה 1 מציגה את ההרכב הכימי של 2707 HDSS.טבלה 2 מראה של-2707 HDSS יש תכונות מכניות מצוינות עם חוזק תפוקה של 650 MPa.על איור.1 מציג את המיקרו-מבנה האופטי של תמיסה שעברה טיפול בחום 2707 HDSS.במבנה המיקרו המכיל כ-50% אוסטניט ו-50% פאזות פריט, נראות רצועות מוארכות של פאזות אוסטניט ופריט ללא פאזות משניות.
על איור.2a מציג את פוטנציאל המעגל הפתוח (Eocp) לעומת זמן החשיפה של 2707 HDSS במדיום אביוטי 2216E ומרק P. aeruginosa למשך 14 ימים ב-37 מעלות צלזיוס.זה מראה שהשינוי הגדול והמשמעותי ביותר ב-Eocp מתרחש במהלך 24 השעות הראשונות.ערכי ה-Eocp בשני המקרים הגיעו לשיא של -145 mV (בהשוואה ל-SCE) בסביבות 16 שעות ולאחר מכן ירדו בחדות, והגיעו ל-477 mV (לעומת SCE) ול-236 mV (לעומת SCE) עבור הדגימה האביוטית.וקופונים P Pseudomonas aeruginosa, בהתאמה).לאחר 24 שעות, הערך Eocp 2707 HDSS עבור P. aeruginosa היה יציב יחסית ב-228 mV (בהשוואה ל-SCE), בעוד שהערך המקביל עבור דגימות לא ביולוגיות היה כ-442 mV (בהשוואה ל-SCE).Eocp בנוכחות P. aeruginosa היה נמוך למדי.
מחקר אלקטרוכימי של 2707 דגימות HDSS במדיום אביוטי ובמרק Pseudomonas aeruginosa ב-37 מעלות צלזיוס:
(א) Eocp כפונקציה של זמן החשיפה, (ב) עקומות קיטוב ביום 14, (ג) Rp כפונקציה של זמן החשיפה, ו-(ד) icorr כפונקציה של זמן החשיפה.
טבלה 3 מציגה את פרמטרי הקורוזיה האלקטרוכימיים של 2707 דגימות HDSS שנחשפו לחומרי חיסון אביוטיים ו-Pseudomonas aeruginosa לאורך תקופה של 14 ימים.המשיקים של עקומות האנודה והקתודה הוקצו כדי לקבל צמתים המעניקים צפיפות זרם קורוזיה (icorr), פוטנציאל קורוזיה (Ecorr) ושיפוע Tafel (βα ו-βc) לפי שיטות סטנדרטיות30,31.
כפי שמוצג באיור.2b, שינוי כלפי מעלה בעקומת P. aeruginosa הביא לעלייה ב-Ecorr בהשוואה לעקומה האביוטית.ערך ה-icorr, שהוא פרופורציונלי לקצב הקורוזיה, עלה ל-0.328 µA cm-2 בדגימת Pseudomonas aeruginosa, שהוא פי ארבעה מאשר בדגימה הלא ביולוגית (0.087 µA cm-2).
LPR היא שיטה אלקטרוכימית קלאסית לא הרסנית לניתוח קורוזיה מהיר.זה שימש גם ללימוד MIC32.על איור.2c מציג את התנגדות הקיטוב (Rp) כפונקציה של זמן החשיפה.ערך Rp גבוה יותר פירושו פחות קורוזיה.בתוך 24 השעות הראשונות, Rp 2707 HDSS הגיע לשיא של 1955 kΩ cm2 עבור דגימות אביוטיות ו-1429 kΩ cm2 עבור דגימות Pseudomonas aeruginosa.איור 2c גם מראה שערך Rp ירד במהירות לאחר יום אחד ולאחר מכן נותר ללא שינוי יחסית במהלך 13 הימים הבאים.ערך Rp של דגימת Pseudomonas aeruginosa הוא כ-40 kΩ cm2, שהוא נמוך בהרבה מערך 450 kΩ cm2 של דגימה לא ביולוגית.
הערך של icorr הוא פרופורציונלי לשיעור הקורוזיה האחיד.ניתן לחשב את ערכו מתוך משוואת שטרן-גירי הבאה:
לפי זואי וחב'.33, הערך הטיפוסי של מדרון Tafel B בעבודה זו נלקח ל-26 mV/dec.איור 2d מראה שהאיקור של המדגם הלא ביולוגי 2707 נשאר יציב יחסית, בעוד שדגימת ה-P. aeruginosa השתנתה מאוד לאחר 24 השעות הראשונות.ערכי ה-icorr של דגימות P. aeruginosa היו גבוהים בסדר גודל מאלה של בקרות לא ביולוגיות.מגמה זו עולה בקנה אחד עם תוצאות ההתנגדות לקיטוב.
EIS היא שיטה לא הרסנית נוספת המשמשת לאפיון תגובות אלקטרוכימיות על משטחים פגומים.ספקטרום עכבה וערכי קיבול מחושבים של דגימות שנחשפו לסביבה אביוטית ולתמיסת Pseudomonas aeruginosa, התנגדות סרט פסיבי/ביופילם Rb שנוצרה על פני הדגימה, התנגדות העברת מטען Rct, קיבול חשמלי כפול שכבה Cdl (EDL) ופרמטרים קבועים של אלמנט QCPE Phase (CPE).פרמטרים אלו נותחו עוד יותר על ידי התאמת הנתונים באמצעות מודל מעגל שווה (EEC).
על איור.3 מציג חלקות Nyquist טיפוסיות (a ו-b) וחלקות Bode (a' ו-b') עבור 2707 דגימות HDSS במדיה אביוטית ובמרק P. aeruginosa לזמני דגירה שונים.קוטר טבעת Nyquist יורד בנוכחות Pseudomonas aeruginosa.עלילת Bode (איור 3b') מציגה את העלייה בעכבה הכוללת.מידע על קבוע זמן הרפיה ניתן לקבל ממקסימום פאזה.על איור.4 מציג את המבנים הפיזיקליים המבוססים על חד-שכבה (א) ודו-שכבה (ב) וה-EECs המקבילים.CPE מוכנס למודל ה-EEC.הקבלה והעכבה שלו מתבטאות באופן הבא:
שני דגמים פיזיים ומעגלים מקבילים מתאימים להתאמת ספקטרום העכבה של מדגם 2707 HDSS:
כאשר Y0 הוא ערך KPI, j הוא המספר הדמיוני או (-1)1/2, ω הוא התדר הזוויתי, n הוא מדד ההספק של KPI קטן מ-one35.היפוך התנגדות העברת המטען (כלומר 1/Rct) מתאים לקצב הקורוזיה.ככל ש-Rct קטן יותר, קצב הקורוזיה גבוה יותר27.לאחר 14 ימי דגירה, Rct של דגימות Pseudomonas aeruginosa הגיע ל-32 kΩ cm2, שזה הרבה פחות מ-489 kΩ cm2 של דגימות לא ביולוגיות (טבלה 4).
תמונות CLSM ותמונות SEM באיור 5 מראים בבירור שציפוי הביופילם על פני השטח של מדגם HDSS 2707 לאחר 7 ימים צפוף.עם זאת, לאחר 14 ימים, כיסוי הביופילם היה גרוע והופיעו כמה תאים מתים.טבלה 5 מציגה את עובי הביופילם ב-2707 דגימות HDSS לאחר חשיפה ל-P. aeruginosa במשך 7 ו-14 ימים.עובי הביופילם המרבי השתנה מ-23.4 מיקרומטר לאחר 7 ימים ל-18.9 מיקרומטר לאחר 14 ימים.עובי הביופילם הממוצע אישר גם מגמה זו.זה ירד מ-22.2 ± 0.7 מיקרומטר לאחר 7 ימים ל-17.8 ± 1.0 מיקרומטר לאחר 14 ימים.
(א) תמונת CLSM תלת מימדית לאחר 7 ימים, (ב) תמונת CLSM תלת מימדית לאחר 14 ימים, (ג) תמונת SEM לאחר 7 ימים, ו-(ד) תמונת SEM לאחר 14 ימים.
EMF חשף יסודות כימיים בביופילם ובמוצרי קורוזיה בדגימות שנחשפו ל-P. aeruginosa במשך 14 ימים.על איור.איור 6 מראה כי התוכן של C, N, O ו-P בביופילם ובמוצרי קורוזיה גבוה משמעותית מאשר במתכות טהורות, מכיוון שאלמנטים אלה קשורים לביופילם ולמטבוליטים שלהם.חיידקים צריכים רק כמויות עקבות של כרום וברזל.רמות גבוהות של Cr ו-Fe בביופילם ומוצרי קורוזיה על פני הדגימות מצביעות על כך שמטריצת המתכת איבדה אלמנטים עקב קורוזיה.
לאחר 14 ימים, נצפו בורות עם ובלי P. aeruginosa במדיום 2216E.לפני הדגירה, פני הדגימות היו חלקים וללא פגמים (איור 7א).לאחר דגירה והסרה של ביופילם ומוצרי קורוזיה, הבורות העמוקים ביותר על פני הדגימות נבדקו באמצעות CLSM, כפי שמוצג באיור 7b ו-c.לא נמצאו חריצים ברורים על פני השטח של בקרות לא ביולוגיות (עומק חריפות מרבי 0.02 מיקרומטר).עומק הבור המרבי שנגרם על ידי P. aeruginosa היה 0.52 מיקרומטר ב-7 ימים ו-0.69 מיקרומטר ב-14 ימים, בהתבסס על עומק הבור המרבי הממוצע מ-3 דגימות (נבחרו 10 עומקי בור מקסימליים לכל דגימה).הישג של 0.42 ± 0.12 מיקרומטר ו-0.52 ± 0.15 מיקרומטר, בהתאמה (טבלה 5).ערכי עומק החורים הללו קטנים אך חשובים.
(א) לפני החשיפה, (ב) 14 ימים בסביבה אביוטית, ו-(ג) 14 ימים במרק Pseudomonas aeruginosa.
על איור.טבלה 8 מציגה את הספקטרום של XPS של משטחי דגימה שונים, וההרכב הכימי שנותח עבור כל משטח מסוכם בטבלה 6. בטבלה 6, האחוזים האטומיים של Fe ו- Cr בנוכחות P. aeruginosa (דגימות A ו-B) היו נמוכים בהרבה מאלו של בקרות לא ביולוגיות.(דגימות C ו-D).עבור דגימת P. aeruginosa, העקומה הספקטרלית ברמה של גרעין Cr 2p הותאמה לארבעה רכיבי שיא עם אנרגיות קשירה (BE) של 574.4, 576.6, 578.3 ו-586.8 eV, אשר ניתן לייחס ל- Cr, Cr2O3, CrO3.ו-Cr(OH)3, בהתאמה (איור 9a ו-b).עבור דגימות לא ביולוגיות, הספקטרום של רמת Cr 2p הראשית מכיל שני פסגות עיקריות עבור Cr (573.80 eV עבור BE) ו- Cr2O3 (575.90 eV עבור BE) באיורים.9c ו-d, בהתאמה.ההבדל הבולט ביותר בין דגימות אביוטיות לדגימות P. aeruginosa היה נוכחות של Cr6+ ושיעור יחסי גבוה יותר של Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) מתחת לביופילם.
ספקטרום XPS רחב של פני השטח של מדגם 2707 HDSS בשתי מדיה הם 7 ו-14 ימים, בהתאמה.
(א) חשיפה של 7 ימים ל-P. aeruginosa, (ב) חשיפה של 14 ימים ל-P. aeruginosa, (ג) 7 ימים בסביבה אביוטית, ו-(ד) 14 ימים בסביבה אביוטית.
HDSS מציג רמה גבוהה של עמידות בפני קורוזיה ברוב הסביבות.Kim et al.2 דיווחו כי HDSS UNS S32707 זוהה כ-DSS בעל סגסוגת גבוהה עם PREN גדול מ-45. ערך ה-PREN של מדגם 2707 HDSS בעבודה זו היה 49. זאת בשל תכולת הכרום הגבוהה והתכולה הגבוהה של מוליבדן וניקל, אשר שימושיים בסביבות חומציות.וסביבות עם תכולת כלוריד גבוהה.בנוסף, הרכב מאוזן היטב ומבנה מיקרו ללא פגמים מועילים ליציבות מבנית ועמידות בפני קורוזיה.עם זאת, למרות העמידות הכימית המעולה שלו, הנתונים הניסויים בעבודה זו מצביעים על כך ש-2707 HDSS אינו חסין לחלוטין ל-P. aeruginosa biofilm MICs.
תוצאות אלקטרוכימיות הראו ששיעור הקורוזיה של 2707 HDSS במרק P. aeruginosa עלה באופן משמעותי לאחר 14 ימים בהשוואה לסביבה הלא ביולוגית.באיור 2a, נצפתה ירידה ב-Eocp הן במדיום האביוטי והן במרק P. aeruginosa במהלך 24 השעות הראשונות.לאחר מכן, הביופילם מכסה לחלוטין את פני הדגימה, ו-Eocp הופך ליציב יחסית36.עם זאת, רמת ה-Eocp הביולוגית הייתה גבוהה בהרבה מרמת ה-Eocp הלא ביולוגית.ישנן סיבות להאמין שההבדל הזה קשור להיווצרות של סרטי ביולוגי של P. aeruginosa.על איור.2d בנוכחות P. aeruginosa, ערך icorr 2707 HDSS הגיע ל-0.627 μA cm-2, שהוא בסדר גודל גבוה מזה של הבקרה האביוטית (0.063 μA cm-2), מה שהיה עקבי עם ערך Rct שנמדד על ידי EIS.במהלך הימים הראשונים עלו ערכי העכבה במרק P. aeruginosa עקב התקשרות תאי P. aeruginosa והיווצרות ביופילם.עם זאת, כאשר הביופילם מכסה לחלוטין את פני הדגימה, העכבה פוחתת.שכבת ההגנה מותקפת בעיקר עקב היווצרות של ביופילמים ומטבוליטים של ביופילם.כתוצאה מכך, עמידות בפני קורוזיה ירדה עם הזמן וההצמדה של P. aeruginosa גרמה לקורוזיה מקומית.המגמות בסביבות האביוטיות היו שונות.עמידות הקורוזיה של הבקרה הלא ביולוגית הייתה גבוהה בהרבה מהערך המקביל של הדגימות שנחשפו למרק P. aeruginosa.בנוסף, עבור כניסות לאביוטיות, ערך Rct 2707 HDSS הגיע ל-489 kΩ cm2 ביום 14, שהוא פי 15 יותר מערך Rct (32 kΩ cm2) בנוכחות P. aeruginosa.לפיכך, ל-2707 HDSS יש עמידות מצוינת בפני קורוזיה בסביבה סטרילית, אך אינו עמיד בפני MICs מ-P. aeruginosa biofilms.
ניתן לראות תוצאות אלו גם מעקומות הקיטוב באיורים.2ב.הסתעפות אנודית נקשרה להיווצרות ביופילם Pseudomonas aeruginosa ותגובות חמצון מתכות.במקרה זה, התגובה הקתודית היא הפחתת החמצן.הנוכחות של P. aeruginosa הגדילה משמעותית את צפיפות זרם הקורוזיה, בערך בסדר גודל גבוה יותר מאשר בבקרה האביוטית.זה מצביע על כך שהביופילם של P. aeruginosa משפר קורוזיה מקומית של 2707 HDSS.Yuan et al.29 מצאו שצפיפות זרם הקורוזיה של סגסוגת Cu-Ni 70/30 גדלה תחת פעולת הביופילם של P. aeruginosa.ייתכן שהסיבה לכך היא ביו-קטליזה של הפחתת חמצן על ידי סרטי ביופילמים של Pseudomonas aeruginosa.תצפית זו עשויה להסביר גם את ה-MIC 2707 HDSS בעבודה זו.ייתכן גם שיש פחות חמצן מתחת לביופילם אירובי.לכן, הסירוב להפסיבי מחדש את פני המתכת עם חמצן עשוי להיות גורם התורם ל-MIC בעבודה זו.
Dickinson et al.38 הציע כי קצב התגובות הכימיות והאלקטרוכימיות יכול להיות מושפע ישירות מהפעילות המטבולית של חיידקים יושבים על פני הדגימה ומהאופי של תוצרי הקורוזיה.כפי שמוצג באיור 5 ובטבלה 5, מספר התאים ועובי הביופילם ירד לאחר 14 ימים.ניתן להסביר זאת באופן סביר על ידי העובדה שלאחר 14 ימים, רוב התאים היושבים על פני השטח של 2707 HDSS מתו עקב דלדול חומרי הזנה במדיום 2216E או שחרור יוני מתכת רעילים ממטריקס 2707 HDSS.זוהי מגבלה של ניסויים אצווה.
בעבודה זו, biofilm P. aeruginosa תרם לדלדול מקומי של Cr ו-Fe מתחת לביופילם על פני השטח של 2707 HDSS (איור 6).טבלה 6 מציגה את הירידה ב-Fe וב-Cr בדגימה D בהשוואה לדגימה C, מה שמצביע על כך שה-Fe וה-Cr המומסים שנגרמו על ידי הביופילם של P. aeruginosa נמשכו במשך 7 הימים הראשונים.סביבת 2216E משמשת כדי לדמות את הסביבה הימית.הוא מכיל 17700 ppm Cl-, אשר ניתן להשוות לתכולתו במי ים טבעיים.נוכחות של 17700 ppm Cl- הייתה הסיבה העיקרית לירידה ב-Cr בדגימות אביוטיות של 7 ו-14 ימים שנותחו על ידי XPS.בהשוואה לדגימות P. aeruginosa, פירוק Cr בדגימות אביוטיות היה הרבה פחות בגלל העמידות החזקה של 2707 HDSS לכלור בתנאים אביוטיים.על איור.9 מראה את הנוכחות של Cr6+ בסרט הפאסיבי.זה עשוי להיות מעורב בהסרה של כרום ממשטחי פלדה על ידי ביופילמים של P. aeruginosa, כפי שהציעו צ'ן וקלייטון.
עקב גידול חיידקים, ערכי ה-pH של המדיום לפני ואחרי הגידול היו 7.4 ו-8.2, בהתאמה.לפיכך, מתחת לביופילם P. aeruginosa, לא סביר שקורוזיה חומצה אורגנית תתרום לעבודה זו בשל ה-pH הגבוה יחסית במדיום בתפזורת.ה-pH של מדיום הבקרה הלא ביולוגי לא השתנה באופן משמעותי (מ-7.4 הראשוני ל-7.5 הסופי) במהלך תקופת הבדיקה של 14 יום.העלייה ב-pH במדיום הזרע לאחר הדגירה נבעה מהפעילות המטבולית של P. aeruginosa ונמצאה בעלת אותה השפעה על ה-pH בהיעדר רצועות בדיקה.
כפי שמוצג באיור 7, עומק הבור המרבי שנגרם על ידי ביופילם P. aeruginosa היה 0.69 מיקרומטר, שהוא הרבה יותר מזה של המדיום האביוטי (0.02 מיקרומטר).זה תואם את הנתונים האלקטרוכימיים שתוארו לעיל.עומק הבור של 0.69 מיקרומטר קטן יותר מפי עשרה מהערך של 9.5 מיקרומטר שדווח עבור 2205 DSS באותם תנאים.נתונים אלה מראים ש-2707 HDSS מציג עמידות טובה יותר בפני MIC מאשר 2205 DSS.זה לא אמור להפתיע מכיוון של-2707 ל-HDSS יש רמות Cr גבוהות יותר אשר מספקות פסיביות ארוכה יותר, P. aeruginosa קשה יותר לנטרל את הפאסיביות, ובגלל מבנה הפאזה המאוזן שלו ללא משקעים שניוניים מזיקים גורם לבור.
לסיכום, בורות MIC נמצאו על פני השטח של 2707 HDSS במרק P. aeruginosa בהשוואה לבורות לא משמעותיים בסביבה האביוטית.עבודה זו מראה של-2707 HDSS יש עמידות טובה יותר ל-MIC מאשר ל-2205 DSS, אך הוא אינו חסין לחלוטין ל-MIC עקב ביופילם P. aeruginosa.תוצאות אלו מסייעות בבחירת פלדות אל חלד מתאימות ותוחלת חיים עבור הסביבה הימית.
קופון עבור 2707 HDSS מסופק על ידי בית הספר למטלורגיה של אוניברסיטת Northeastern (NEU) בשניאנג, סין.הרכב היסודות של 2707 HDSS מוצג בטבלה 1, אשר נותחה על ידי מחלקת ניתוח ובדיקות חומרים של NEU.כל הדגימות טופלו לתמיסה מוצקה ב-1180 מעלות צלזיוס למשך שעה.לפני בדיקת קורוזיה, 2707 HDSS בצורת מטבע עם שטח פנים פתוח עליון של 1 ס"מ2 לוטש עד 2000 גריט עם נייר זכוכית סיליקון קרביד ולאחר מכן מלוטש עם אבקת אבקת 0.05 מיקרומטר Al2O3.הדפנות והתחתית מוגנים בצבע אינרטי.לאחר ייבוש, הדגימות נשטפו במים סטריליים מפושטים ועוקרו עם 75% (v/v) אתנול למשך 0.5 שעות.לאחר מכן הם יובשו באוויר תחת אור אולטרה סגול (UV) במשך 0.5 שעות לפני השימוש.
Marine Pseudomonas aeruginosa זן MCCC 1A00099 נרכש ממרכז איסוף התרבות הימית של שיאמן (MCCC), סין.Pseudomonas aeruginosa גדל בתנאים אירוביים ב-37 מעלות צלזיוס בצלוחיות של 250 מ"ל ובתאים אלקטרוכימיים של 500 מ"ל מזכוכית באמצעות מדיום נוזלי Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, סין).המדיום מכיל (גר'/ליטר): 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 SrBr02, 03O30S, 030402, 030302 6 6NH26NH3, 3.0016 NH3 5.0 פפטון, 1.0 תמצית שמרים ו-0.1 ברזל ציטראט.חיטוי ב-121 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות לפני החיסון.ספור תאים יושבים ופנקטוניים עם המוציטומטר תחת מיקרוסקופ אור בהגדלה של פי 400.הריכוז הראשוני של Pseudomonas aeruginosa הפלנקטוני מיד לאחר החיסון היה כ-106 תאים/מ"ל.
בדיקות אלקטרוכימיות בוצעו בתא זכוכית קלאסי בן שלוש אלקטרודות בנפח בינוני של 500 מ"ל.יריעת הפלטינה ואלקטרודת הקלומל הרוויה (SAE) חוברו לכור דרך נימי לוגין מלאים בגשרי מלח, ששימשו כאלקטרודות נגד ואלקטרודות ייחוס, בהתאמה.לייצור אלקטרודות עבודה, חוט נחושת מגומי הוצמד לכל דגימה וכוסה בשרף אפוקסי, מה שמשאיר כ-1 סמ"ר של שטח לא מוגן עבור האלקטרודה העובדת בצד אחד.במהלך מדידות אלקטרוכימיות, הדגימות הונחו במדיום 2216E ונשמרו בטמפרטורת דגירה קבועה (37 מעלות צלזיוס) באמבט מים.נתוני OCP, LPR, EIS ונתוני קיטוב דינמי פוטנציאליים נמדדו באמצעות פוטנטיוסטט Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ארה"ב).בדיקות LPR תועדו בקצב סריקה של 0.125 mV s-1 בטווח של -5 עד 5 mV עם Eocp וקצב דגימה של 1 הרץ.EIS בוצע עם גל סינוס בטווח תדרים של 0.01 עד 10,000 הרץ תוך שימוש במתח מופעל של 5 mV במצב יציב Eocp.לפני סריקת הפוטנציאל, האלקטרודות היו במצב סרק עד שהגיע לערך יציב של פוטנציאל הקורוזיה החופשי.עקומות הקיטוב נמדדו לאחר מכן מ-0.2 עד 1.5 וולט כפונקציה של Eocp בקצב סריקה של 0.166 mV/s.כל בדיקה חזרה על עצמה 3 פעמים עם ובלי P. aeruginosa.
דגימות לניתוח מטאלוגרפי לוטשו בצורה מכנית עם נייר SiC רטוב 2000 גריט ולאחר מכן לוטשו עוד עם תרחיף אבקת Al2O3 בגודל 0.05 מיקרומטר לתצפית אופטית.ניתוח מטאלוגרפי בוצע באמצעות מיקרוסקופ אופטי.הדגימות נחרטו בתמיסת 10% משקל של אשלגן הידרוקסיד 43.
לאחר הדגירה, הדגימות נשטפו 3 פעמים עם תמיסת מלח מאוחסת פוספט (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) ולאחר מכן נקבעו עם 2.5% (v/v) גלוטראלדהיד למשך 10 שעות כדי לתקן סרטי ביופילם.לאחר מכן הוא התייבש עם אתנול אצווה (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% ו-100% בנפח) לפני ייבוש אוויר.לבסוף, סרט זהב מופקד על פני הדגימה כדי לספק מוליכות לתצפית SEM.תמונות SEM התמקדו בנקודות עם תאי P. aeruginosa היושבים ביותר על פני השטח של כל דגימה.בצע ניתוח EDS כדי למצוא יסודות כימיים.מיקרוסקופ לייזר קונפוקאלי של Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, גרמניה) שימש למדידת עומק הבור.כדי לראות בורות קורוזיה מתחת לביופילם, דגימת הבדיקה נוקתה תחילה לפי התקן הלאומי הסיני (CNS) GB/T4334.4-2000 כדי להסיר מוצרי קורוזיה וביופילם מפני השטח של דגימת הבדיקה.
ניתוח ספקטרוסקופיה של פוטואלקטרון רנטגן (XPS, ESCALAB250 משטח ניתוח מערכת, Thermo VG, ארה"ב) בוצע באמצעות מקור רנטגן מונוכרומטי (קו אלומיניום Kα באנרגיה של 1500 eV והספק של 150 W) במגוון רחב של אנרגיות קישור 0 בתנאים סטנדרטיים של -1350.ספקטרום ברזולוציה גבוהה תועדו באמצעות אנרגיית שידור של 50 eV וצעד של 0.2 eV.
הדגימות המודגרות הוסרו ונשטפו בעדינות עם PBS (pH 7.4 ± 0.2) למשך 15 s45.כדי לצפות בכדאיות חיידקית של סרטי ביופילם על דגימות, סרטי ביופילם נצבעו באמצעות ערכת ה- LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, ארה"ב).הערכה מכילה שני צבעים ניאון: צבע פלואורסצנטי ירוק SYTO-9 וצבע פלואורסצנטי אדום פרופידיום יודיד (PI).ב-CLSM, נקודות פלואורסצנטיות ירוקות ואדומות מייצגות תאים חיים ומתים, בהתאמה.לצביעה, 1 מ"ל של תערובת המכילה 3 μl של SYTO-9 ו-3 μl של תמיסת PI הודגרה במשך 20 דקות בטמפרטורת החדר (23 מעלות צלזיוס) בחושך.לאחר מכן, הדגימות המוכתמות נבדקו בשני אורכי גל (488 ננומטר עבור תאים חיים ו-559 ננומטר עבור תאים מתים) באמצעות מכשיר Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, יפן).עובי הביופילם נמדד במצב סריקה תלת מימדית.
כיצד לצטט מאמר זה: Li, H. et al.קורוזיה מיקרוביאלית של פלדת אל חלד סופר דופלקס 2707 על ידי ביופילם ימי Pseudomonas aeruginosa.המדע.6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. פיצוח קורוזיה במתח של פלדת אל חלד דופלקסת ​​LDX 2101 בתמיסות כלוריד בנוכחות תיוסולפט. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. פיצוח קורוזיה במתח של פלדת אל חלד דופלקסת ​​LDX 2101 בתמיסות כלוריד בנוכחות תיוסולפט. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. идов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. פיצוח קורוזיה מתח של פלדת אל חלד דופלקס LDX 2101 בתמיסות כלוריד בנוכחות thiosulfate. 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. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相פלדת אל-חלד在福代sulfate分下下南性性生于中倾僅倧性生于中倾僅倧 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. а в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. פיצוח קורוזיה מתח של פלדת אל חלד דופלקס LDX 2101 בתמיסת כלוריד בנוכחות thiosulfate.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS השפעות של טיפול בחום בתמיסה וחנקן בגז מגן על העמידות בפני קורוזיה בבור של ריתוך היפר דופלקס מנירוסטה. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS השפעות של טיפול בחום בתמיסה וחנקן בגז מגן על העמידות בפני קורוזיה בבור של ריתוך היפר דופלקס מנירוסטה.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS and Park, YS השפעת טיפול בחום בתמיסה וחנקן בגז מגן על עמידות בפני קורוזיה של ריתוכים מפלדת אל חלד היפר-דופלקס. קים, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS and Park, YS השפעת טיפול בחום בתמיסה וחנקן בגז מגן על עמידות בפני קורוזיה של ריתוך סופר דופלקס מנירוסטה.קורוס.המדע.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. מחקר השוואתי בכימיה של פיתול מיקרוביאלי ואלקטרוכימי של פלדת אל-חלד 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. מחקר השוואתי בכימיה של פיתול מיקרוביאלי ואלקטרוכימי של פלדת אל-חלד 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. and Lewandowski, Z. מחקר כימי השוואתי של פיתול מיקרוביולוגי ואלקטרוכימי של פלדת אל-חלד 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研究。 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. and Lewandowski, Z. מחקר כימי השוואתי של פיתולים מיקרוביולוגיים ואלקטרוכימיים בפלדת אל חלד 316L.קורוס.המדע.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. ההתנהגות האלקטרוכימית של נירוסטה דופלקס 2205 בתמיסות אלקליות עם pH שונה בנוכחות כלוריד. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. ההתנהגות האלקטרוכימית של נירוסטה דופלקס 2205 בתמיסות אלקליות עם pH שונה בנוכחות כלוריד.Luo H., Dong KF, Lee HG ו- Xiao K. התנהגות אלקטרוכימית של פלדת אל חלד דופלקס 2205 בתמיסות אלקליות עם pH שונה בנוכחות כלוריד. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的唦庌 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 התנהגות אלקטרוכימית של 双相נירוסטה בנוכחות כלוריד ב-pH שונה בתמיסה אלקלית.Luo H., Dong KF, Lee HG ו- Xiao K. התנהגות אלקטרוכימית של פלדת אל חלד דופלקס 2205 בתמיסות אלקליות עם pH שונה בנוכחות כלוריד.אלקטרוכים.מגזין.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI ההשפעה של סרטי ביולוגי ימיים על קורוזיה: סקירה תמציתית. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI ההשפעה של סרטי ביולוגי ימיים על קורוזיה: סקירה תמציתית.ליטל, BJ, Lee, JS ו-Ray, RI השפעות של סרטים ביולוגיים ימיים על קורוזיה: סקירה קצרה. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述. ליטל, BJ, Lee, JS & Ray, RIליטל, BJ, Lee, JS ו-Ray, RI השפעות של סרטים ביולוגיים ימיים על קורוזיה: סקירה קצרה.אלקטרוכים.מגזין.54, 2-7 (2008).