გმადლობთ Nature.com-ის მონახულებისთვის.თქვენ იყენებთ ბრაუზერის ვერსიას შეზღუდული CSS მხარდაჭერით.საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში).გარდა ამისა, მუდმივი მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ ვაჩვენებთ საიტს სტილის და JavaScript-ის გარეშე.
აჩვენებს კარუსელს სამი სლაიდისგან ერთდროულად.გამოიყენეთ წინა და შემდეგი ღილაკები ერთდროულად სამ სლაიდში გადასაადგილებლად, ან გამოიყენეთ სლაიდერის ღილაკები ბოლოს, რომ გადაადგილდეთ სამ სლაიდზე ერთდროულად.
მიკრობული კოროზია (MIC) არის მთავარი პრობლემა მრავალ ინდუსტრიაში, რადგან მას შეუძლია გამოიწვიოს უზარმაზარი ეკონომიკური ზარალი.სუპერ დუპლექსი უჟანგავი ფოლადი 2707 (2707 HDSS) გამოიყენება საზღვაო გარემოში მისი შესანიშნავი ქიმიური წინააღმდეგობის გამო.თუმცა, მისი წინააღმდეგობა MIC-ის მიმართ ექსპერიმენტულად არ არის დადასტურებული.ამ კვლევამ შეისწავლა MIC 2707 HDSS-ის ქცევა, რომელიც გამოწვეულია ზღვის აერობული ბაქტერიით Pseudomonas aeruginosa.ელექტროქიმიურმა ანალიზმა აჩვენა, რომ Pseudomonas aeruginosa ბიოფილმის არსებობისას 2216E გარემოში, კოროზიის პოტენციალი დადებითად შეიცვალა და კოროზიის დენის სიმკვრივე გაიზარდა.რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპიის (XPS) ანალიზის შედეგებმა აჩვენა Cr შემცველობის შემცირება ნიმუშის ზედაპირზე ბიოფილმის ქვეშ.ორმოს სურათების ანალიზმა აჩვენა, რომ Pseudomonas aeruginosa-ს ბიოფილმები აწარმოებდნენ ორმოს მაქსიმალური სიღრმე 0,69 მკმ კულტივირების 14 დღის შემდეგ.მიუხედავად იმისა, რომ ეს მცირეა, ის ვარაუდობს, რომ 2707 HDSS არ არის მთლიანად იმუნური P. aeruginosa ბიოფილმების MIC-ზე ზემოქმედებისგან.
დუპლექსის უჟანგავი ფოლადი (DSS) ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში შესანიშნავი მექანიკური თვისებებისა და კოროზიის წინააღმდეგობის შესანიშნავი კომბინაციის გამო1,2.თუმცა, ლოკალიზებული ორმოები მაინც შეიძლება მოხდეს, რამაც შეიძლება გავლენა მოახდინოს ამ ფოლადის მთლიანობაზე 3, 4.DSS არ არის დაცული მიკრობული კოროზიისგან (MIC)5,6.მიუხედავად იმისა, რომ DSS-ის გამოყენების დიაპაზონი ძალიან ფართოა, ჯერ კიდევ არის გარემო, სადაც DSS-ის კოროზიის წინააღმდეგობა არ არის საკმარისი გრძელვადიანი გამოყენებისთვის.ეს ნიშნავს, რომ საჭიროა უფრო ძვირადღირებული მასალები კოროზიის წინააღმდეგობის გაზრდით.ჯეონმა და სხვებმა 7-მა დაადგინეს, რომ სუპერ დუპლექს უჟანგავი ფოლადსაც კი (SDSS) აქვს გარკვეული შეზღუდვები კოროზიის წინააღმდეგობის თვალსაზრისით.აქედან გამომდინარე, საჭიროა სუპერ დუპლექსის უჟანგავი ფოლადები (HDSS) უფრო მაღალი კოროზიის წინააღმდეგობით გარკვეულ აპლიკაციებში.ამან განაპირობა მაღალი შენადნობის HDSS-ის განვითარება.
DSS-ის კოროზიის წინააღმდეგობა განისაზღვრება α-ფაზის γ-ფაზის თანაფარდობით და მეორადი ფაზების გვერდით მდებარე Cr, Mo და W ტერიტორიებზე გამოფიტული8,9,10.HDSS შეიცავს Cr, Mo და N11-ის მაღალ შემცველობას, რაც აძლევს მას შესანიშნავი კოროზიის წინააღმდეგობას და მაღალი მნიშვნელობის (45-50) ეკვივალენტური დარტყმის წინააღმდეგობის მნიშვნელობას (PREN), რომელიც განისაზღვრება wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo). + 0, 5 wt % W) + 16 wt %.N12.მისი შესანიშნავი კოროზიის წინააღმდეგობა დამოკიდებულია დაბალანსებულ კომპოზიციაზე, რომელიც შეიცავს დაახლოებით 50% ფერიტულ (α) და 50% აუსტენიტურ (γ) ფაზებს.HDSS-ს აქვს გაუმჯობესებული მექანიკური თვისებები და უფრო მაღალი ქლორის წინააღმდეგობა ჩვეულებრივ DSS13-თან შედარებით.ქიმიური კოროზიის მახასიათებლები.გაუმჯობესებული კოროზიის წინააღმდეგობა აფართოებს HDSS-ის გამოყენებას უფრო აგრესიულ ქლორიდის გარემოში, როგორიცაა საზღვაო გარემო.
MIC არის მნიშვნელოვანი პრობლემა ბევრ ინდუსტრიაში, მათ შორის ნავთობისა და გაზისა და წყალმომარაგებისთვის14.MIC შეადგენს კოროზიის ყველა დაზიანების 20%-ს15.MIC არის ბიოელექტროქიმიური კოროზია, რომელიც შეიძლება შეინიშნოს მრავალ გარემოში16.ლითონის ზედაპირებზე ბიოფილების წარმოქმნა ცვლის ელექტროქიმიურ პირობებს და, შესაბამისად, გავლენას ახდენს კოროზიის პროცესზე.ზოგადად მიღებულია, რომ MIC კოროზია გამოწვეულია ბიოფილებით14.ელექტროგენური მიკროორგანიზმები ჭამენ ლითონებს გადარჩენისთვის ენერგიის მისაღებად17.ბოლოდროინდელმა MIC კვლევებმა აჩვენა, რომ EET (უჯრედგარე ელექტრონის გადაცემა) არის ელექტროგენური მიკროორგანიზმების მიერ გამოწვეული MIC-ის შემზღუდველი ფაქტორი.Zhang et al.18-მა აჩვენა, რომ ელექტრონული შუამავლები აჩქარებენ ელექტრონის გადაცემას Desulfovibrio vulgaris მჯდომარე უჯრედებსა და 304 უჟანგავი ფოლადს შორის, რაც იწვევს MIC-ის უფრო მძიმე შეტევას.ანინგი და სხვ.19 და Wenzlaff et al.20-მა აჩვენა, რომ კოროზიული სულფატის შემამცირებელი ბაქტერიების (SRB) ბიოფილებს შეუძლიათ ელექტრონების შთანთქმა უშუალოდ ლითონის სუბსტრატებიდან, რაც იწვევს ძლიერ ორმოებს.
ცნობილია, რომ DSS მგრძნობიარეა MIC-ის მიმართ SRB-ების, რკინის შემამცირებელი ბაქტერიების (IRBs) შემცველ მედიაში. 21 .ეს ბაქტერიები იწვევენ ლოკალიზებულ ორმოს DSS-ის ზედაპირზე ბიოფილმის ქვეშ22,23.DSS-ისგან განსხვავებით, MIC HDSS24-ის შესახებ ცოტა რამ არის ცნობილი.
Pseudomonas aeruginosa არის გრამუარყოფითი, მოძრავი, ღეროს ფორმის ბაქტერია, რომელიც ფართოდ არის გავრცელებული ბუნებაში25.Pseudomonas aeruginosa ასევე არის მთავარი მიკრობიოტა, რომელიც პასუხისმგებელია ფოლადის MIC-ზე საზღვაო გარემოში26.ფსევდომონას სახეობები უშუალოდ მონაწილეობენ კოროზიულ პროცესებში და აღიარებულნი არიან, როგორც პირველი კოლონიზატორები ბიოფილმის ფორმირებისას27.მაჰატი და სხვ.28 და იუანი და სხვ.29 აჩვენა, რომ Pseudomonas aeruginosa მიდრეკილია გაზარდოს რბილი ფოლადის და შენადნობების კოროზიის მაჩვენებელი წყლის გარემოში.
ამ სამუშაოს მთავარი მიზანია 2707 HDSS-ის MIC თვისებების შესწავლა, რომელიც გამოწვეულია ზღვის აერობული ბაქტერიით Pseudomonas aeruginosa ელექტროქიმიური მეთოდების, ზედაპირის ანალიზის მეთოდებისა და კოროზიის პროდუქტის ანალიზის გამოყენებით.ელექტროქიმიური კვლევები ღია მიკროსქემის პოტენციალის (OCP), ხაზოვანი პოლარიზაციის წინააღმდეგობის (LPR), ელექტროქიმიური წინაღობის სპექტროსკოპიის (EIS) და დინამიური პოტენციალის პოლარიზაციის ჩათვლით ჩატარდა MIC 2707 HDSS-ის ქცევის შესასწავლად.ენერგიის დისპერსიული სპექტროსკოპიის (EDS) ანალიზი ხორციელდება ქიმიური ელემენტების აღმოსაჩენად კოროზირებულ ზედაპირებზე.გარდა ამისა, ოქსიდის ფირის პასივაციის სტაბილურობა საზღვაო გარემოს გავლენის ქვეშ, რომელიც შეიცავს Pseudomonas aeruginosa-ს, განისაზღვრა რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპიით (XPS).ორმოების სიღრმე გაზომეს კონფოკალური ლაზერული სკანირების მიკროსკოპით (CLSM).
ცხრილი 1 გვიჩვენებს 2707 HDSS-ის ქიმიურ შემადგენლობას.ცხრილი 2 გვიჩვენებს, რომ 2707 HDSS-ს აქვს შესანიშნავი მექანიკური თვისებები 650 მპა.ნახ.1 გვიჩვენებს ხსნარის თერმულად დამუშავებული 2707 HDSS ოპტიკური მიკროსტრუქტურა.ავსტენიტური და ფერიტული ფაზების წაგრძელებული ზოლები მეორადი ფაზების გარეშე ჩანს მიკროსტრუქტურაში, რომელიც შეიცავს დაახლოებით 50% ავსტენიტურ და 50% ფერიტულ ფაზებს.
ნახ.2a გვიჩვენებს ღია მიკროსქემის პოტენციალს (Eocp) ექსპოზიციის დროს 2707 HDSS 2216E აბიოტურ გარემოში და Pseudomonas aeruginosa ბულიონში 14 დღის განმავლობაში 37°C ტემპერატურაზე.აღმოჩნდა, რომ Eocp-ში ყველაზე გამოხატული ცვლილებები მოხდა პირველი 24 საათის განმავლობაში.Eocp მნიშვნელობები ორივე შემთხვევაში პიკს მიაღწია -145 mV-ზე (SCE-სთან შედარებით) დაახლოებით 16 საათში და შემდეგ მკვეთრად დაეცა -477 mV-მდე (SCE-ის წინააღმდეგ) და -236 mV (SCE-ის წინააღმდეგ) არაბიოლოგიური ნიმუშებისთვის და P შედარებით. SCE) პატინის ფოთლები, შესაბამისად.24 საათის შემდეგ Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS-ის Eocp მნიშვნელობა რჩებოდა შედარებით სტაბილური -228 მვ-ზე (SCE-თან შედარებით), ხოლო არაბიოლოგიური ნიმუშის შესაბამისი მნიშვნელობა იყო დაახლოებით -442 მვ (SCE-სთან შედარებით).Eocp Pseudomonas aeruginosa-ს თანდასწრებით საკმაოდ დაბალი იყო.
2707 HDSS ნიმუშის ელექტროქიმიური ტესტირება აბიოტურ გარემოში და Pseudomonas aeruginosa ბულიონში 37°C-ზე:
(ა) Eocp-ის ცვლილება ექსპოზიციის დროს, (ბ) პოლარიზაციის მრუდი მე-14 დღეს, (გ) Rp-ის ცვლილება ექსპოზიციის დროს, (დ) კორორაციის ცვლილება ექსპოზიციის დროს.
ცხრილი 3 გვიჩვენებს 2707 HDSS ნიმუშის ელექტროქიმიური კოროზიის პარამეტრებს, რომლებიც ექვემდებარებოდნენ აბიოტურ და P. aeruginosa ინოკულირებულ მედიას 14 დღის განმავლობაში.ანოდური და კათოდური მრუდების ტანგენციალურმა ექსტრაპოლაციამ გადაკვეთის წერტილამდე შესაძლებელი გახადა კოროზიის დენის სიმკვრივის (icorr), კოროზიის პოტენციალის (Ecorr) და ტაფელის ფერდობის (βα და βc) განსაზღვრა სტანდარტული მეთოდების მიხედვით30,31.
როგორც ნაჩვენებია სურათზე 2b, P. aeruginosa მრუდის ზემოთ ცვლამ გამოიწვია Ecorr-ის ზრდა აბიოტურ მრუდთან შედარებით.Pseudomonas aeruginosa-ს შემცველი ნიმუშის icorr მნიშვნელობა, კოროზიის სიჩქარის პროპორციულად, გაიზარდა 0,328 μA სმ-2-მდე, რაც ოთხჯერ აღემატება არაბიოლოგიურ ნიმუშს (0,087 μA სმ-2).
LPR არის კლასიკური ელექტროქიმიური მეთოდი კოროზიის არა-დესტრუქციული ექსპრეს ანალიზისთვის.იგი ასევე გამოიყენებოდა MIC32-ის შესასწავლად.ნახ.2c გვიჩვენებს ცვლილებას პოლარიზაციის წინააღმდეგობის (Rp) ექსპოზიციის დროის მიხედვით.Rp უფრო მაღალი მნიშვნელობა ნიშნავს ნაკლებ კოროზიას.პირველი 24 საათის განმავლობაში, Rp 2707 HDSS პიკს მიაღწია 1955 kΩ cm2 არაბიოლოგიური ნიმუშებისთვის და 1429 kΩ cm2 Pseudomonas aeruginosa-ს ნიმუშებისთვის.სურათი 2c ასევე აჩვენებს, რომ Rp მნიშვნელობა სწრაფად შემცირდა ერთი დღის შემდეგ და შემდეგ შედარებით უცვლელი დარჩა მომდევნო 13 დღის განმავლობაში.Rp მნიშვნელობა Pseudomonas aeruginosa ტესტის ნიმუშისთვის არის დაახლოებით 40 kΩ სმ2, რაც გაცილებით დაბალია ვიდრე 450 kΩ cm2 არაბიოლოგიური ტესტის ნიმუშისთვის.
icorr-ის მნიშვნელობა არის კოროზიის ერთგვაროვანი სიჩქარის პროპორციული.მისი მნიშვნელობა შეიძლება გამოითვალოს შემდეგი შტერნ-გირის განტოლებიდან:
ზოის და სხვ.33 ტაფელის დახრილობა B აღებული იყო, როგორც ტიპიური მნიშვნელობა 26 მვ/დეკ ამ ნამუშევარში.ნახ.2d გვიჩვენებს, რომ 2707 აბიოტური შტამის icorr დარჩა შედარებით სტაბილური, ხოლო Pseudomonas aeruginosa ზოლის icorr ძლიერ მერყეობდა დიდი ნახტომით პირველი 24 საათის შემდეგ.Pseudomonas aeruginosa ტესტის ნიმუშის icorr მნიშვნელობა იყო სიდიდის რიგითობა, ვიდრე არაბიოლოგიური კონტროლის მნიშვნელობა.ეს ტენდენცია შეესაბამება პოლარიზაციის წინააღმდეგობის შედეგებს.
EIS არის კიდევ ერთი არა-დესტრუქციული მეთოდი, რომელიც გამოიყენება კოროზიის ინტერფეისზე ელექტროქიმიური რეაქციების დასახასიათებლად34.აბიოტური მედიის და Pseudomonas aeruginosa ხსნარების ზოლების წინაღობის სპექტრები და ტევადობის გამოთვლები, Rb არის პასიური/ბიოფილმის წინააღმდეგობა, რომელიც წარმოიქმნება ზოლის ზედაპირზე, Rct არის მუხტის გადაცემის წინააღმდეგობა, Cdl არის ელექტრული ორმაგი ფენა.) და QCPE მუდმივი ფაზის ელემენტის (CPE) პარამეტრები.ეს პარამეტრები შემდგომ გაანალიზდა მონაცემების ეკვივალენტური ელექტრული წრედის (EEC) მოდელთან შედარებით.
ნახ.3 გვიჩვენებს ტიპიური Nyquist ნახაზები (a და b) და Bode ნახაზები (a' და b') 2707 HDSS ნიმუშის აბიოტურ მედიაში და Pseudomonas aeruginosa ბულიონში სხვადასხვა ინკუბაციურ დროს.Pseudomonas aeruginosa-ს თანდასწრებით Nyquist მარყუჟის დიამეტრი მცირდება.ბოდეს დიაგრამა (ნახ. 3b') აჩვენებს მთლიანი წინაღობის ზრდას.რელაქსაციის დროის მუდმივის შესახებ ინფორმაციის მიღება შესაძლებელია ფაზის მაქსიმუმებიდან.ნახ.4 გვიჩვენებს ფიზიკურ სტრუქტურებს და შესაბამის EEC-ს, რომელიც ეფუძნება ერთ ფენას (a) და ორ ფენას (b).CPE დანერგილია EEC მოდელში.მისი დაშვება და წინაღობა გამოიხატება შემდეგნაირად:
ორი ფიზიკური მოდელი და შესაბამისი ეკვივალენტური სქემები 2707 HDSS კუპონის წინაღობის სპექტრის დასაყენებლად:
სადაც Y0 არის CPE-ის სიდიდე, j არის წარმოსახვითი რიცხვი ან (−1)1/2, ω არის კუთხოვანი სიხშირე და n არის CPE სიმძლავრის კოეფიციენტი ერთზე ნაკლები35.მუხტის გადაცემის წინააღმდეგობის ინვერსია (ანუ 1/Rct) შეესაბამება კოროზიის სიჩქარეს.ქვედა Rct მნიშვნელობა ნიშნავს კოროზიის მაღალ სიჩქარეს27.ინკუბაციიდან 14 დღის შემდეგ, Pseudomonas aeruginosa-ს ტესტის ნიმუშის Rct მიაღწია 32 kΩ სმ2, რაც ბევრად ნაკლებია არაბიოლოგიური ტესტის ნიმუშის 489 kΩ სმ2-ზე (ცხრილი 4).
CLSM სურათები და SEM სურათები ნახ.5 ნათლად აჩვენებს, რომ HDSS ნიმუში 2707 ზედაპირზე ბიოფილმის საფარი ძალიან მკვრივი იყო 7 დღის შემდეგ.თუმცა, 14 დღის შემდეგ ბიოფილმის საფარი მწირი გახდა და რამდენიმე მკვდარი უჯრედი გამოჩნდა.ცხრილი 5 გვიჩვენებს 2707 HDSS ნიმუშის ბიოფილმის სისქეს Pseudomonas aeruginosa-ს ზემოქმედებიდან 7 და 14 დღის შემდეგ.ბიოფილმის მაქსიმალური სისქე შეიცვალა 23,4 მკმ-დან 7 დღის შემდეგ 18,9 მკმ-მდე 14 დღის შემდეგ.ბიოფილმის საშუალო სისქემაც დაადასტურა ეს ტენდენცია.ის შემცირდა 22,2 ± 0,7 მკმ-დან 7 დღის შემდეგ 17,8 ± 1,0 მკმ-მდე 14 დღის შემდეგ.
(ა) 3-D CLSM გამოსახულება 7 დღეში, (ბ) 3-D CLSM გამოსახულება 14 დღეში, (გ) SEM გამოსახულება 7 დღეში და (დ) SEM გამოსახულება 14 დღეში.
EMF-მა გამოავლინა ქიმიური ელემენტები ბიოფილმში და კოროზიის პროდუქტებში Pseudomonas aeruginosa-ს ზემოქმედების ნიმუშებზე 14 დღის განმავლობაში.ნახ.სურათი 6 გვიჩვენებს, რომ C, N, O, P-ის შემცველობა ბიოფილმსა და კოროზიის პროდუქტებში გაცილებით მაღალია, ვიდრე სუფთა ლითონში, ვინაიდან ეს ელემენტები დაკავშირებულია ბიოფილმთან და მის მეტაბოლიტებთან.მიკროორგანიზმებს ესაჭიროებათ Cr და Fe მხოლოდ კვალი.Cr და Fe-ს მაღალი შემცველობა ბიოფილმში და კოროზიის პროდუქტებში ნიმუშის ზედაპირზე მიუთითებს ლითონის მატრიცაში ელემენტების დაკარგვაზე კოროზიის შედეგად.
14 დღის შემდეგ, ორმოები P. aeruginosa-ით და მის გარეშე დაფიქსირდა საშუალო 2216E-ში.ინკუბაციამდე ნიმუშების ზედაპირი გლუვი და დეფექტების გარეშე იყო (ნახ. 7ა).ბიოფილმისა და კოროზიის პროდუქტების ინკუბაციისა და მოცილების შემდეგ, ნიმუშის ზედაპირზე ყველაზე ღრმა ორმოები გამოიკვლიეს CLSM-ის გამოყენებით, როგორც ნაჩვენებია ნახ. 7b და c.არაბიოლოგიური კონტროლის ზედაპირზე აშკარა ორმო არ იქნა ნაპოვნი (ორმოს მაქსიმალური სიღრმე 0.02 მკმ).Pseudomonas aeruginosa-ით გამოწვეული ორმოს მაქსიმალური სიღრმე იყო 0.52 μm 7 დღის შემდეგ და 0.69 μm 14 დღის შემდეგ, 3 ნიმუშიდან საშუალო მაქსიმალური სიღრმეზე დაყრდნობით (თითო ნიმუშისთვის შერჩეული იყო 10 მაქსიმალური ორმოს სიღრმე) და მიაღწია 0.42 ± 0.12 μm. .და 0.52 ± 0.15 მკმ, შესაბამისად (ცხრილი 5).ჩაღრმავების სიღრმის ეს მნიშვნელობები მცირეა, მაგრამ მნიშვნელოვანია.
(ა) ექსპოზიციამდე;ბ) 14 დღე აბიოტურ გარემოში;(გ) 14 დღე P. aeruginosa ბულიონში.
ნახ.ცხრილი 8 გვიჩვენებს სხვადასხვა ნიმუშის ზედაპირის XPS სპექტრებს და თითოეული ზედაპირისთვის გაანალიზებული ქიმია შეჯამებულია ცხრილში 6. ცხრილში 6, Fe და Cr-ის ატომური პროცენტები გაცილებით დაბალი იყო P. aeruginosa-ს თანდასწრებით (ნიმუშები A და B ვიდრე არაბიოლოგიურ საკონტროლო ზოლებში.(ნიმუშები C და D).Pseudomonas aeruginosa-ს ნიმუშისთვის, Cr 2p ბირთვის დონის სპექტრული მრუდი მორგებული იყო ოთხ პიკ კომპონენტზე, 574.4, 576.6, 578.3 და 586.8 eV-ის შემაკავშირებელ ენერგიებთან (BE), რომლებიც მინიჭებული იყო Cr, Cr2O3, CrO3, CrO3. 3, შესაბამისად (ნახ. 9ა და ბ).არაბიოლოგიური ნიმუშებისთვის, ბირთვის დონის Cr 2p სპექტრები ნახ.9c და d შეიცავს Cr-ის (BE 573.80 eV) და Cr2O3 (BE 575.90 eV) ორ მთავარ პიკს, შესაბამისად.ყველაზე ნათელი განსხვავება აბიოტურ კუპონსა და P. aeruginosa კუპონს შორის იყო Cr6+ და Cr(OH)3 (BE 586.8 eV) შედარებით მაღალი ფრაქციის არსებობა ბიოფილმის ქვეშ.
2707 HDSS ნიმუშის ფართო ზედაპირის XPS სპექტრი ორ მედიაში 7 და 14 დღის განმავლობაში, შესაბამისად.
(ა) 7 დღიანი P. aeruginosa ექსპოზიცია, (ბ) 14 დღიანი P. aeruginosa ექსპოზიცია, (გ) 7 დღიანი აბიოტური ექსპოზიცია, (დ) 14 დღიანი აბიოტიკური ექსპოზიცია.
HDSS ავლენს კოროზიის წინააღმდეგობის მაღალ დონეს უმეტეს გარემოში.Kim et al.2 იტყობინება, რომ HDSS UNS S32707 იყო იდენტიფიცირებული, როგორც მაღალი დოპირებული DSS, PREN-ით 45-ზე მეტი. HDSS 2707 ნიმუშის PREN მნიშვნელობა ამ ნამუშევარში იყო 49. ეს გამოწვეულია Cr-ის მაღალი შემცველობით და Mo და მაღალი დონის გამო. Ni, რომლებიც სასარგებლოა მჟავე გარემოში და ქლორიდების მაღალი შემცველობით.გარდა ამისა, კარგად დაბალანსებული შემადგენლობა და დეფექტების გარეშე მიკროსტრუქტურა უზრუნველყოფს სტრუქტურის სტაბილურობას და კოროზიის წინააღმდეგობას.მიუხედავად შესანიშნავი ქიმიური წინააღმდეგობისა, ამ სამუშაოს ექსპერიმენტული მონაცემები აჩვენებს, რომ 2707 HDSS არ არის მთლიანად იმუნური Pseudomonas aeruginosa ბიოფილმის MIC-ების მიმართ.
ელექტროქიმიურმა შედეგებმა აჩვენა, რომ 2707 HDSS-ის კოროზიის მაჩვენებელი Pseudomonas aeruginosa ბულიონში მნიშვნელოვნად გაიზარდა 14 დღის შემდეგ არაბიოლოგიურ გარემოსთან შედარებით.სურათი 2a, Eocp-ის შემცირება დაფიქსირდა როგორც აბიოტურ გარემოში, ასევე P. aeruginosa ბულიონში პირველი 24 საათის განმავლობაში.ამის შემდეგ, ბიოფილმი დაფარავს ნიმუშის ზედაპირს და Eocp ხდება შედარებით სტაბილური.თუმცა, ბიოტიკური Eocp დონე გაცილებით მაღალი იყო ვიდრე აბიოტური Eocp დონე.არსებობს საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ ეს განსხვავება დაკავშირებულია P. aeruginosa-ს ბიოფილმების წარმოქმნასთან.ნახ.2 გ, 2707 HDSS-ის icorr მნიშვნელობამ მიაღწია 0,627 μA სმ-2 Pseudomonas aeruginosa-ს თანდასწრებით, რაც სიდიდის რიგით მეტია ვიდრე არაბიოლოგიური კონტროლის (0,063 μA სმ-2), რომელიც შეესაბამება Rct-ს. მნიშვნელობა, რომელიც იზომება EIS-ით.პირველი რამდენიმე დღის განმავლობაში, P. aeruginosa-ს ბულიონში წინაღობის მნიშვნელობები გაიზარდა P. aeruginosa უჯრედების მიმაგრებისა და ბიოფილმის წარმოქმნის გამო.თუმცა, წინაღობა მცირდება, როდესაც ბიოფილმი მთლიანად ფარავს ნიმუშის ზედაპირს.დამცავი ფენა თავდასხმას განიცდის ძირითადად ბიოფილმის და ბიოფილმის მეტაბოლიტების წარმოქმნის გამო.ამრიგად, კოროზიის წინააღმდეგობა დროთა განმავლობაში მცირდება და Pseudomonas aeruginosa-ს დეპოზიტები იწვევს ლოკალიზებულ კოროზიას.აბიოტურ გარემოში ტენდენციები განსხვავებულია.არაბიოლოგიური კონტროლის კოროზიის წინააღმდეგობა ბევრად აღემატებოდა Pseudomonas aeruginosa-ს ბულიონზე დაუცველი ნიმუშების შესაბამის მნიშვნელობას.გარდა ამისა, აბიოტური ნიმუშებისთვის Rct 2707 HDSS-ის მნიშვნელობამ მიაღწია 489 kΩ სმ2 მე-14 დღეს, რაც 15-ჯერ მეტია, ვიდრე Pseudomonas aeruginosa-ს (32 kΩ სმ2) თანდასწრებით.ამრიგად, 2707 HDSS-ს აქვს შესანიშნავი კოროზიის წინააღმდეგობა სტერილურ გარემოში, მაგრამ არ არის დაცული Pseudomonas aeruginosa ბიოფილმის MIC შეტევისგან.
ეს შედეგები ასევე შეიძლება შეინიშნოს პოლარიზაციის მრუდებით ნახ.2ბ.ანოდური განშტოება დაკავშირებულია Pseudomonas aeruginosa ბიოფილმის წარმოქმნასთან და ლითონის დაჟანგვის რეაქციებთან.ამავდროულად, კათოდური რეაქცია არის ჟანგბადის შემცირება.P. aeruginosa-ს არსებობამ საგრძნობლად გაზარდა კოროზიის დენის სიმკვრივე, რომელიც დაახლოებით ოდენობით აღემატებოდა აბიოტურ კონტროლს.ეს მიუთითებს იმაზე, რომ Pseudomonas aeruginosa ბიოფილმა აძლიერებს 2707 HDSS-ის ლოკალიზებულ კოროზიას.Yuan et al.29-მა დაადგინა, რომ 70/30 Cu-Ni შენადნობის კოროზიის დენის სიმკვრივე გაიზარდა Pseudomonas aeruginosa ბიოფილმით.ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს ჟანგბადის შემცირების ბიოკატალიზით Pseudomonas aeruginosa ბიოფილმით.ეს დაკვირვება ასევე შეიძლება ახსნას MIC 2707 HDSS ამ ნაშრომში.აერობულ ბიოფილებს ასევე შეუძლიათ შეამცირონ ჟანგბადის შემცველობა მათ ქვეშ.ამრიგად, ლითონის ზედაპირის ჟანგბადით რეპასივირებაზე უარი შეიძლება იყოს ამ სამუშაოში MIC-ის ხელშემწყობი ფაქტორი.
დიკინსონი და სხვ.38 ვარაუდობს, რომ ქიმიური და ელექტროქიმიური რეაქციების სიჩქარე პირდაპირ დამოკიდებულია ნიმუშის ზედაპირზე მიმაგრებული ბაქტერიების მეტაბოლურ აქტივობაზე და კოროზიის პროდუქტების ბუნებაზე.როგორც ნაჩვენებია სურათზე 5 და ცხრილში 5, უჯრედების რაოდენობა და ბიოფილმის სისქე შემცირდა 14 დღის შემდეგ.ეს გონივრულად აიხსნება იმით, რომ 14 დღის შემდეგ 2707 HDSS ზედაპირზე დამაგრებული უჯრედების უმეტესი ნაწილი გარდაიცვალა 2216E გარემოში საკვები ნივთიერებების გამოფიტვის ან 2707 HDSS მატრიციდან ტოქსიკური ლითონის იონების გამოთავისუფლების გამო.ეს არის სერიის ექსპერიმენტების შეზღუდვა.
ამ ნაშრომში, Pseudomonas aeruginosa ბიოფილმა ხელი შეუწყო Cr-ისა და Fe-ს ადგილობრივ დაქვეითებას ბიოფილმის ქვეშ 2707 HDSS-ის ზედაპირზე (ნახ. 6).ცხრილში 6, Fe და Cr შემცირდა D ნიმუშში C ნიმუშთან შედარებით, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ P. aeruginosa ბიოფილმით გამოწვეული Fe და Cr დაშლა შენარჩუნდა პირველი 7 დღის შემდეგ.2216E გარემო გამოიყენება საზღვაო გარემოს სიმულაციისთვის.იგი შეიცავს 17700 ppm Cl-, რაც შედარებულია მის შემცველობასთან ბუნებრივ ზღვის წყალში.17700 ppm Cl--ის არსებობა იყო Cr-ის შემცირების მთავარი მიზეზი XPS-ით გაანალიზებულ 7-დღიან და 14-დღიან არაბიოლოგიურ ნიმუშებში.Pseudomonas aeruginosa-ს სატესტო ნიმუშთან შედარებით, Cr-ის დაშლა აბიოტურ საცდელ ნიმუშში გაცილებით ნაკლებია აბიოტურ გარემოში ქლორის მიმართ 2707 HDSS-ის ძლიერი წინააღმდეგობის გამო.ნახ.9 გვიჩვენებს Cr6+-ის არსებობას პასივაციურ ფილმში.ეს შეიძლება დაკავშირებული იყოს Cr-ის მოცილებასთან ფოლადის ზედაპირებიდან P. aeruginosa-ს ბიოფილმებით, როგორც ვარაუდობენ ჩენი და კლეიტონი39.
ბაქტერიების ზრდის გამო, გარემოს pH მნიშვნელობები ინკუბაციამდე და ინკუბაციის შემდეგ იყო 7,4 და 8,2, შესაბამისად.ამრიგად, ორგანული მჟავების კოროზია ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ხელი შეუწყოს ამ სამუშაოს P. aeruginosa-ს ბიოფილმების პირობებში შედარებით მაღალი pH-ის გამო ნაყარ გარემოში.არაბიოლოგიური კონტროლის საშუალების pH მნიშვნელოვნად არ შეცვლილა (საწყისი 7.4-დან საბოლოო 7.5-მდე) 14 დღის სატესტო პერიოდის განმავლობაში.ინკუბაციის შემდეგ ინოკულუმის გარემოში pH-ის ზრდა დაკავშირებული იყო Pseudomonas aeruginosa-ს მეტაბოლურ აქტივობასთან და იგივე ეფექტი pH-ზე დაფიქსირდა ტესტის ზოლის არარსებობის შემთხვევაში.
როგორც ნაჩვენებია ნახ.7, Pseudomonas aeruginosa-ს ბიოფილმის მიერ გამოწვეული მაქსიმალური ორმოს სიღრმე იყო 0,69 მკმ, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება აბიოტურ გარემოში (0,02 μm).ეს ეთანხმება ზემოთ მოცემულ ელექტროქიმიურ მონაცემებს.იმავე პირობებში, ორმოს სიღრმე 0,69 მკმ ათჯერ უფრო მცირეა 2205 DSS40-ისთვის მითითებულ 9,5 μm მნიშვნელობაზე.ეს მონაცემები აჩვენებს, რომ 2707 HDSS ავლენს უკეთეს წინააღმდეგობას MIC-ების მიმართ, ვიდრე 2205 DSS.ეს გასაკვირი არ არის, რადგან 2707 HDSS-ს აქვს Cr-ის უფრო მაღალი დონე, რაც იძლევა ხანგრძლივ პასივაციას, ართულებს Pseudomonas aeruginosa-ს დეპასივაციას და იწყებს პროცესს მავნე მეორადი ნალექების გარეშე Pitting41.
დასკვნის სახით, MIC ორმოი აღმოჩნდა 2707 HDSS ზედაპირზე Pseudomonas aeruginosa ბულიონში, ხოლო ორმოები უმნიშვნელო იყო აბიოტურ გარემოში.ეს ნამუშევარი გვიჩვენებს, რომ 2707 HDSS-ს აქვს უკეთესი წინააღმდეგობა MIC-ის მიმართ, ვიდრე 2205 DSS, მაგრამ ის არ არის მთლიანად იმუნური MIC-ზე Pseudomonas aeruginosa ბიოფილმის გამო.ეს შედეგები ხელს უწყობს შესაფერისი უჟანგავი ფოლადების შერჩევას და სიცოცხლის ხანგრძლივობას საზღვაო გარემოსთვის.
2707 HDSS-ის ნიმუში მოწოდებული იქნა ჩრდილო-აღმოსავლეთის უნივერსიტეტის (NEU) მეტალურგიის სკოლის მიერ, შენიანგი, ჩინეთი.2707 HDSS-ის ელემენტარული შემადგენლობა ნაჩვენებია ცხრილში 1, რომელიც გაანალიზებულია ჩრდილო-აღმოსავლეთ უნივერსიტეტის მასალების ანალიზისა და ტესტირების დეპარტამენტის მიერ.ყველა ნიმუში დამუშავდა მყარი ხსნარისთვის 1180°C ტემპერატურაზე 1 საათის განმავლობაში.კოროზიის ტესტირებამდე, 2707 HDSS მონეტის ფოლადი, ღია ზედაპირის ფართობით 1 სმ2, გაპრიალებული იყო 2000 გრიტამდე სილიციუმის კარბიდის ქაღალდით და შემდგომ გაპრიალდა 0,05 μm Al2O3 ფხვნილის ხსნარით.გვერდები და ქვედა ნაწილი დაცულია ინერტული საღებავით.გაშრობის შემდეგ ნიმუშები გარეცხილი იქნა სტერილური დეიონიზებული წყლით და სტერილიზებული იყო 75% (ვ/ვ) ეთანოლით 0,5 საათის განმავლობაში.შემდეგ ისინი გაშრეს ჰაერში ულტრაიისფერი (UV) შუქის ქვეშ გამოყენებამდე 0,5 საათის განმავლობაში.
საზღვაო შტამი Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 შეძენილია Xiamen Marine Culture Collection-დან (MCCC), ჩინეთი.Marine 2216E თხევადი გარემო (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, ჩინეთი) გამოიყენებოდა Pseudomonas aeruginosa-ს დასამუშავებლად 250 მლ კოლბაში და 500 მლ ელექტროქიმიურ მინის უჯრედებში აერობულ პირობებში 37°C-ზე.საშუალო შეიცავს (გ/ლ): 19.45 NaCl, 5.98 MgCl2, 3.24 Na2SO4, 1.8 CaCl2, 0.55 KCl, 0.16 Na2CO3, 0.08 KBr, 0.034 SrCl2, 0.02, 300Br, 0.02, 300Br. , 0,008, 0,008 Na4F0H20PO.1.0 საფუარის ექსტრაქტი და 0.1 რკინის ციტრატი.ინოკულაციამდე 20 წუთის განმავლობაში ავტოკლავი 121 °C ტემპერატურაზე.მჯდომარე და პლანქტონური უჯრედები დაითვალეს მსუბუქი მიკროსკოპის ქვეშ ჰემოციტომეტრის გამოყენებით 400x გადიდებით.პლანქტონური P. aeruginosa უჯრედების საწყისი კონცენტრაცია ინოკულაციისთანავე იყო დაახლოებით 106 უჯრედი/მლ.
ელექტროქიმიური ტესტები ჩატარდა კლასიკურ სამ ელექტროდიან მინის უჯრედში საშუალო მოცულობით 500 მლ.პლატინის ფურცელი და გაჯერებული კალომელის ელექტროდი (SCE) დაკავშირებული იყო რეაქტორთან ლუგინის კაპილარის მეშვეობით, რომელიც სავსე იყო მარილის ხიდით და ემსახურებოდა, შესაბამისად, მრიცხველ და საცნობარო ელექტროდებს.სამუშაო ელექტროდის შესაქმნელად, თითოეულ ნიმუშს მიამაგრეს რეზინით დაფარული სპილენძის მავთული და დაფარული იყო ეპოქსიდით, რის შედეგადაც სამუშაო ელექტროდისთვის ერთ მხარეს დაახლოებით 1 სმ 2 ზედაპირის ფართობი დარჩა.ელექტროქიმიური გაზომვების დროს ნიმუშები მოთავსებული იყო 2216E გარემოში და ინახებოდა მუდმივ ინკუბაციურ ტემპერატურაზე (37°C) წყლის აბაზანაში.OCP, LPR, EIS და პოტენციური დინამიური პოლარიზაციის მონაცემები გაზომილი იყო Autolab პოტენციოსტატის გამოყენებით (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., აშშ).LPR ტესტები ჩაწერილი იყო სკანირების სიხშირით 0,125 mV s-1 -5 და 5 mV დიაპაზონში და Eocp შერჩევის სიხშირით 1 ჰც.EIS შესრულდა სტაბილურ მდგომარეობაში Eocp-ზე გამოყენებული ძაბვის გამოყენებით 5 mV სინუსოიდით 0,01-დან 10000 ჰც-მდე სიხშირის დიაპაზონში.პოტენციური გაწმენდის წინ, ელექტროდები იყო ღია მიკროსქემის რეჟიმში, სანამ არ მიიღწევა სტაბილური თავისუფალი კოროზიის პოტენციალი 42.თან.თითოეული ტესტი მეორდებოდა სამჯერ Pseudomonas aeruginosa-ით და მის გარეშე.
მეტალოგრაფიული ანალიზისთვის ნიმუშები მექანიკურად გაპრიალებული იყო 2000 გრიტიანი სველი SiC ქაღალდით და შემდეგ გაპრიალებული იყო 0.05 μm Al2O3 ფხვნილის ხსნარით ოპტიკური დაკვირვებისთვის.მეტალოგრაფიული ანალიზი ჩატარდა ოპტიკური მიკროსკოპის გამოყენებით.ნიმუში ამოღებულია კალიუმის ჰიდროქსიდის 10% წონით ხსნარით43.
ინკუბაციის შემდეგ დაიბანეთ 3-ჯერ ფოსფატის ბუფერული ფიზიოლოგიური ხსნარით (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) და შემდეგ გააჩერეთ 2,5% (ვ/ვ) გლუტარალდეჰიდით 10 საათის განმავლობაში ბიოფილმის დასამაგრებლად.შემდგომი გაუწყლოება ეთანოლით საფეხუროვანი სერიით (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% და 100% მოცულობით) ჰაერის გაშრობამდე.და ბოლოს, ოქროს ფირი დაასხით ნიმუშის ზედაპირზე, რათა უზრუნველყოს გამტარობა SEM44 დაკვირვებისთვის.SEM გამოსახულებები ფოკუსირებულია თითოეული ნიმუშის ზედაპირზე ყველაზე ჩამოყალიბებული P. aeruginosa უჯრედების მდებარეობაზე.EMF ანალიზი ჩატარდა ქიმიური ელემენტების გამოსავლენად.ორმოს სიღრმის გასაზომად გამოიყენეს Zeiss კონფოკალური ლაზერული სკანირების მიკროსკოპი (CLSM) (LSM 710, Zeiss, გერმანია).ბიოფილმის ქვეშ კოროზიული ორმოების დასაკვირვებლად, ტესტის ნიმუში პირველად გაიწმინდა ჩინეთის ეროვნული სტანდარტის (CNS) GB/T4334.4-2000 მიხედვით, რათა ამოეღოთ კოროზიის პროდუქტები და ბიოფილმი ტესტის ნიმუშის ზედაპირიდან.
რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია (XPS, ESCALAB250 Surface Analysis System, Thermo VG, აშშ) ანალიზი მონოქრომატული რენტგენის წყაროს გამოყენებით (Al Ka ხაზი 1500 eV ენერგიით და 150 W სიმძლავრით) შემაკავშირებელ ენერგიების ფართო სპექტრში. 0 ქვემოთ სტანდარტული პირობების –1350 eV.ჩაწერეთ მაღალი გარჩევადობის სპექტრები 50 eV გავლის ენერგიის და 0.2 eV ნაბიჯის ზომის გამოყენებით.
ამოიღეთ ინკუბირებული ნიმუში და ნაზად გარეცხეთ PBS-ით (pH 7,4 ± 0,2) 15 s45.ნიმუშზე ბიოფილმის ბაქტერიული სიცოცხლისუნარიანობის დასაკვირვებლად, ბიოფილმი შეიღება LIVE/DEAD BacLight ბაქტერიული სიცოცხლისუნარიანობის ნაკრების გამოყენებით (Invitrogen, Eugene, OR, USA).ნაკრები შეიცავს ორ ფლუორესცენტულ საღებავს: SYTO-9 მწვანე ფლუორესცენტურ საღებავს და პროპიდიუმის იოდიდს (PI) წითელ ფლუორესცენტულ საღებავს.CLSM-ში, ფლუორესცენტური მწვანე და წითელი წერტილები წარმოადგენენ ცოცხალ და მკვდარ უჯრედებს, შესაბამისად.შეღებვისთვის, 20 წუთის განმავლობაში სიბნელეში, ოთახის ტემპერატურაზე (23°C) შეიტანეთ 1 მლ ნარევი, რომელიც შეიცავს 3 μl SYTO-9 და 3 μl PI ხსნარს.ამის შემდეგ, შეღებილი ნიმუშები დაფიქსირდა ორ ტალღის სიგრძეზე (488 ნმ ცოცხალი უჯრედებისთვის და 559 ნმ მკვდარი უჯრედებისთვის) Nikon CLSM აპარატის გამოყენებით (C2 Plus, Nikon, იაპონია).გაზომეთ ბიოფილმის სისქე 3-D სკანირების რეჟიმში.
როგორ მოვიყვანოთ ეს სტატია: Li, H. et al.Pseudomonas aeruginosa საზღვაო ბიოფილმის ეფექტი 2707 სუპერ დუპლექსის უჟანგავი ფოლადის მიკრობულ კოროზიაზე.მეცნიერება.სახლი 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 დუპლექსის უჟანგავი ფოლადის სტრესული კოროზიის კრეკინგი ქლორიდულ ხსნარებში თიოსულფატის თანდასწრებით.კოროზიის.მეცნიერება.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS and Park, YS ხსნარის თერმული დამუშავებისა და აზოტის ეფექტი დამცავ გაზში სუპერ დუპლექსის უჟანგავი ფოლადის შედუღების კოროზიის წინააღმდეგობაზე.კოროზიის.მეცნიერება.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. and Lewandowski, Z. 316L უჟანგავი ფოლადის მიკრობული და ელექტროქიმიური ორმოების ქიმიური შედარებითი კვლევა.კოროზიის.მეცნიერება.45, 2577–2595 (2003).
Luo H., Dong KF, Li HG და Xiao K. 2205 დუპლექსის უჟანგავი ფოლადის ელექტროქიმიური ქცევა ტუტე ხსნარებში სხვადასხვა pH მნიშვნელობებზე ქლორიდის თანდასწრებით.ელექტროქიმია.ჟურნალი.64, 211–220 (2012).
გამოქვეყნების დრო: იან-09-2023