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 نمایش خواهیم داد.
خوردگی میکروبی (MIC) یک مشکل جدی در بسیاری از صنایع است زیرا می‌تواند خسارات اقتصادی هنگفتی را به بار آورد. فولاد ضد زنگ سوپر دوپلکس 2707 (2707 HDSS) به دلیل مقاومت شیمیایی عالی در محیط‌های دریایی مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، مقاومت آن در برابر MIC به صورت تجربی نشان داده نشده است. در این مطالعه، رفتار MIC 2707 HDSS ناشی از باکتری هوازی دریایی سودوموناس آئروژینوزا بررسی شد. تجزیه و تحلیل الکتروشیمیایی نشان داد که در حضور بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا در محیط 2216E، تغییر مثبتی در پتانسیل خوردگی و افزایش چگالی جریان خوردگی وجود دارد. تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) کاهش محتوای Cr را در سطح نمونه زیر بیوفیلم نشان داد. تجزیه و تحلیل تصویربرداری از حفره‌ها نشان داد که بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا در طول 14 روز انکوباسیون، حداکثر عمق حفره 0.69 میکرومتر ایجاد کرده است. اگرچه این مقدار کم است، اما نشان می‌دهد که 2707 HDSS ... کاملاً در برابر MIC بیوفیلم‌های P. aeruginosa مصون است.
فولادهای زنگ نزن دوپلکس (DSS) به دلیل ترکیب ایده‌آل خواص مکانیکی عالی و مقاومت در برابر خوردگی، به طور گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند1،2. با این حال، حفره‌دار شدن موضعی هنوز رخ می‌دهد و بر یکپارچگی این فولاد تأثیر می‌گذارد3،4. DSS در برابر خوردگی میکروبی (MIC) مقاوم نیست5،6. با وجود طیف گسترده 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، فولادهای زنگ نزن سوپر دوپلکس (HDSS) با مقاومت در برابر خوردگی بالاتر در برخی کاربردها مورد نیاز هستند. این امر منجر به توسعه HDSS با آلیاژ بالا شد.
مقاومت در برابر خوردگی DSS به نسبت فازهای آلفا و گاما و نواحی 8، 9 و 10 مجاور فاز دوم که از Cr، Mo و W تهی شده‌اند، بستگی دارد. HDSS حاوی مقدار زیادی Cr، Mo و N11 است، بنابراین مقاومت در برابر خوردگی عالی و عدد معادل مقاومت در برابر حفره‌دار شدن (PREN) بالایی (45-50) دارد که با درصد وزنی Cr + 3.3 (درصد وزنی Mo + 0.5 درصد وزنی W) + 16 درصد وزنی N12 تعیین می‌شود. مقاومت در برابر خوردگی عالی آن به ترکیبی متعادل حاوی تقریباً 50 درصد فاز فریت (α) و 50 درصد فاز آستنیت (γ) متکی است. HDSS خواص مکانیکی بهتر و مقاومت بالاتری نسبت به DSS13 معمولی دارد. خواص خوردگی کلریدی. مقاومت در برابر خوردگی بهبود یافته، استفاده از HDSS را در محیط‌های کلریدی خورنده‌تر، مانند محیط‌های دریایی، گسترش می‌دهد.
خوردگی‌های ناشی از خوردگی (MIC) یک مشکل عمده در بسیاری از صنایع مانند نفت و گاز و آب هستند14. خوردگی ناشی از خوردگی (MIC) 20٪ از کل آسیب‌های خوردگی را تشکیل می‌دهد15. خوردگی ناشی از خوردگی، نوعی 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 بر این است که خوردگی ناشی از خوردگی ناشی از خوردگی ناشی از خوردگی (MIC) توسط بیوفیلم‌ها ایجاد می‌شود. میکروارگانیسم‌های الکتروژنیک برای به دست آوردن انرژی پایدار برای زنده ماندن، فلزات را می‌خورند17. مطالعات اخیر 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 الکترون بین سلول‌های Desulfovibrio sessificans و فولاد ضد زنگ 304 را تسریع می‌کنند و منجر به حمله شدیدتر خوردگی ناشی از خوردگی (MIC) می‌شوند. انینگ و همکاران. 19 و ونزلاف و همکاران. 20 نشان دادند که بیوفیلم‌های باکتری‌های کاهنده سولفات خورنده (SRB) می‌توانند مستقیماً الکترون‌ها را از زیرلایه‌های فلزی جذب کنند و در نتیجه خوردگی حفره‌ای شدید ایجاد کنند.
مشخص شده است که DSS در محیط‌های حاوی SRB، باکتری‌های کاهنده آهن (IRB) و غیره، مستعد MIC است. 21. این باکتری‌ها باعث ایجاد حفره‌های موضعی روی سطوح DSS در زیر بیوفیلم‌ها می‌شوند. 22،23. برخلاف DSS، MIC 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 MIC در فولاد می‌شود. سودوموناس در فرآیندهای خوردگی نقش نزدیکی 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، تکنیک‌های تحلیلی 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 طیف‌سنج پراکندگی انرژی (EDS) برای یافتن عناصر شیمیایی روی سطح خورده شده انجام شد. علاوه بر این، از آنالیز طیف‌سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) برای تعیین پایداری غیرفعال‌سازی لایه اکسید تحت تأثیر محیط دریایی حاوی سودوموناس آئروژینوزا استفاده شد. عمق حفره با استفاده از میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال (CLSM) اندازه‌گیری شد.
جدول 1 ترکیب شیمیایی 2707 HDSS را فهرست می‌کند. 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. نوارهای کشیده شده فازهای آستنیت و فریت بدون فازهای ثانویه را می‌توان در ریزساختار حاوی حدود 50٪ فازهای آستنیت و 50٪ فریت مشاهده کرد.
شکل 2a داده‌های پتانسیل مدار باز (Eocp) را در مقابل زمان قرار گرفتن در معرض 2707 HDSS در محیط کشت غیرزیستی 2216E و محیط کشت P. aeruginosa به مدت 14 روز در دمای 37 درجه سانتیگراد نشان می‌دهد. این شکل نشان می‌دهد که بزرگترین و قابل توجه‌ترین تغییر در Eocp در 24 ساعت اول رخ می‌دهد. مقادیر Eocp در هر دو مورد در حدود 16 ساعت به اوج خود یعنی -145 میلی‌ولت (در مقابل SCE) رسید و سپس به شدت کاهش یافت و به ترتیب برای نمونه غیرزیستی و P به -477 میلی‌ولت (در مقابل SCE) و -236 میلی‌ولت (در مقابل SCE) رسید. به ترتیب کوپن‌های سودوموناس آئروژینوزا. پس از 24 ساعت، مقدار Eocp مربوط به 2707 HDSS برای سودوموناس آئروژینوزا در -228 میلی‌ولت (در مقابل SCE) نسبتاً پایدار بود، در حالی که مقدار مربوطه برای نمونه‌های غیربیولوژیکی تقریباً -442 میلی‌ولت (در مقابل SCE) بود. Eocp در حضور سودوموناس آئروژینوزا نسبتاً پایین بود.
آزمایش الکتروشیمیایی ۲۷۰۷ نمونه HDSS در محیط کشت 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 مقادیر پارامترهای خوردگی الکتروشیمیایی 2707 نمونه HDSS را که به مدت 14 روز در معرض محیط غیرزیستی و محیط تلقیح شده با سودوموناس آئروژینوزا قرار گرفته‌اند، فهرست می‌کند. مماس‌های منحنی‌های آندی و کاتدی برای رسیدن به نقاط تقاطع که چگالی جریان خوردگی (icorr)، پتانسیل خوردگی (Ecorr) و شیب‌های تافل (βα و βc) را طبق روش‌های استاندارد 30،31 نشان می‌دهند، برون‌یابی شدند.
همانطور که در شکل 2b نشان داده شده است، تغییر رو به بالای منحنی P. aeruginosa منجر به افزایش Ecorr در مقایسه با منحنی غیرزیستی شد. مقدار icorr که متناسب با سرعت خوردگی است، در نمونه Pseudomonas aeruginosa به 0.328 μA cm-2 افزایش یافت که چهار برابر نمونه غیرزیستی (0.087 μA cm-2) است.
LPR یک روش الکتروشیمیایی غیرمخرب کلاسیک برای تجزیه و تحلیل سریع خوردگی است. همچنین برای مطالعه MIC32 استفاده شد. 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 به حداکثر مقدار 1955 کیلو اهم سانتی‌متر مربع برای نمونه‌های غیرزیستی و 1429 کیلو اهم سانتی‌متر مربع برای نمونه‌های سودوموناس آئروژینوزا رسید. شکل 2c همچنین نشان می‌دهد که مقدار Rp پس از یک روز به سرعت کاهش یافته و سپس برای 13 روز بعدی نسبتاً بدون تغییر باقی مانده است. مقدار Rp نمونه سودوموناس آئروژینوزا حدود 40 کیلو اهم سانتی‌متر مربع است که بسیار کمتر از مقدار 450 کیلو اهم سانتی‌متر مربع نمونه غیرزیستی است.
مقدار icorr متناسب با نرخ خوردگی یکنواخت است. مقدار آن را می‌توان از معادله استرن-گری زیر محاسبه کرد:
طبق گفته‌ی زو و همکارانش، مقدار معمول شیب تافل B در این کار 26 میلی‌ولت بر دسی‌متر در نظر گرفته شد. شکل 2d نشان می‌دهد که icorr نمونه‌ی غیربیولوژیکی 2707 نسبتاً پایدار باقی مانده است، در حالی که نمونه‌ی سودوموناس آئروژینوزا پس از 24 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.
طیف‌سنجی امپدانس (EIS) یکی دیگر از تکنیک‌های غیرمخرب مورد استفاده برای توصیف واکنش‌های الکتروشیمیایی در سطوح مشترک خورده شده است. طیف امپدانس و مقادیر ظرفیت خازنی محاسبه‌شده نمونه‌های در معرض محیط‌های غیرزیستی و محلول سودوموناس آئروژینوزا، مقاومت Rb فیلم/بیوفیلم غیرفعال تشکیل‌شده روی سطح نمونه، مقاومت انتقال بار Rct، ظرفیت لایه دوگانه الکتریکی Cdl (EDL) و پارامترهای عنصر فاز ثابت 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 2707 نمونه HDSS را در محیط 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 بزرگی امپدانس کل را نشان می‌دهد. اطلاعات مربوط به ثابت زمان آسایش را می‌توان با حداکثر فاز ارائه داد. شکل 4 ساختارهای فیزیکی مبتنی بر تک لایه (a) و دو لایه (b) و EEC های مربوطه آنها 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 بزرگی CPE، j عدد موهومی یا (-1)1/2، ω فرکانس زاویه‌ای و n شاخص توان CPE کمتر از واحد است35. معکوس مقاومت انتقال بار (یعنی 1/Rct) با سرعت خوردگی مطابقت دارد. Rct کوچکتر به معنای سرعت خوردگی سریعتر است27. پس از 14 روز انکوباسیون، Rct نمونه‌های سودوموناس آئروژینوزا به 32 کیلو اهم بر سانتی‌متر مربع رسید که بسیار کوچکتر 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 2707 HDSS پس از 7 روز متراکم است. با این حال، پس از 14 روز، پوشش بیوفیلم پراکنده بود و برخی از سلول‌های مرده ظاهر شدند. جدول 5 ضخامت بیوفیلم را روی نمونه‌های 2707 HDSS 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 پس از 7 روز، (ب) تصویر سه‌بعدی CLSM پس از 14 روز، (ج) تصویر SEM پس از 7 روز و (د) تصویر SEM پس از 14 روز.
EDS عناصر شیمیایی موجود در بیوفیلم‌ها و محصولات خوردگی را در نمونه‌هایی که به مدت ۱۴ روز در معرض P. aeruginosa قرار گرفته بودند، نشان داد. شکل ۶ نشان می‌دهد که محتوای C، N، O و P در بیوفیلم‌ها و محصولات خوردگی بسیار بیشتر از فلزات بدون پوشش است، زیرا این عناصر با بیوفیلم‌ها و متابولیت‌های آنها مرتبط هستند. میکروب‌ها فقط به مقادیر کمی کروم و آهن نیاز دارند. سطوح بالای Cr و Fe 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 نمونه صاف و بدون نقص بود (شکل 7a). پس از انکوباسیون و حذف بیوفیلم و محصولات خوردگی، عمیق‌ترین حفره‌های روی سطح نمونه‌ها تحت CLSM بررسی شدند، همانطور که در شکل‌های 7b و c نشان داده شده است. هیچ حفره واضحی روی سطح نمونه‌های کنترل غیر بیولوژیکی یافت نشد (حداکثر عمق حفره 0.02 میکرومتر). حداکثر عمق حفره ایجاد شده توسط Pseudomonas aeruginosa پس از 7 روز 0.52 میکرومتر و پس از 14 روز 0.69 میکرومتر بود، بر اساس میانگین حداکثر عمق حفره 3 نمونه (10 مقدار حداکثر عمق حفره برای هر نمونه انتخاب شد) به ترتیب به 0.42 ± 0.12 میکرومتر و 0.52 ± 0.15 میکرومتر رسید (جدول 5). این عمق حفره‌ها مقادیر کوچک اما مهم هستند.
(الف) قبل از مواجهه، (ب) ۱۴ روز در محیط کشت غیرزیستی و (ج) ۱۴ روز در محیط کشت سودوموناس آئروژینوزا.
شکل 8 طیف‌های XPS سطوح مختلف نمونه را نشان می‌دهد و ترکیبات شیمیایی تجزیه و تحلیل شده برای هر سطح در جدول 6 خلاصه شده‌اند. 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 نمونه P. aeruginosa، منحنی طیفی سطح هسته Cr 2p با چهار مؤلفه پیک با مقادیر انرژی 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 غیر بیولوژیکی، طیف سطح هسته Cr 2p شامل دو پیک اصلی برای Cr (573.80 eV برای BE) و Cr2O3 (575.90 eV برای BE) در شکل‌های 9c و 9d، به ترتیب. قابل توجه‌ترین تفاوت بین نمونه‌های غیرزیستی و سودوموناس آئروژینوزا، وجود Cr6+ و کسر نسبی بالاتری از Cr(OH)3 (BE برابر با 586.8 eV) در زیر بیوفیلم بود.
طیف‌های گسترده XPS سطح نمونه 2707 HDSS در دو محیط به ترتیب 7 روز و 14 روز هستند.
(الف) 7 روز قرار گرفتن در معرض P. aeruginosa، (ب) 14 روز قرار گرفتن در معرض P. aeruginosa، (ج) 7 روز در محیط کشت غیرزیستی و (د) 14 روز در محیط کشت غیرزیستی.
HDSS در اکثر محیط‌ها مقاومت بالایی در برابر خوردگی نشان می‌دهد. کیم و همکارانش گزارش دادند که UNS S32707 HDSS به عنوان یک DSS با آلیاژ بالا با PREN بیش از ۴۵ تعریف شده است. مقدار PREN نمونه 2707 HDSS در این کار ۴۹ بود. این به دلیل محتوای بالای کروم و سطوح بالای مولیبدن و نیکل آن است که در محیط‌های اسیدی و 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 2707 HDSS به طور کامل در برابر MIC بیوفیلم‌های 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 یافته است. در شکل 2a، کاهش Eocp در هر دو محیط کشت غیرزیستی و محیط کشت P. aeruginosa در 24 ساعت اول مشاهده شد. پس از آن، بیوفیلم سطح نمونه را به طور کامل پوشانده و Eocp نسبتاً پایدار می‌شود36. با این حال، سطح Eocp بیولوژیکی بسیار بالاتر از Eocp غیرزیستی بود. دلیلی وجود دارد که باور کنیم این تفاوت به دلیل تشکیل بیوفیلم P. aeruginosa است. در شکل 2d، در حضور P. aeruginosa، مقدار icorr 2707 HDSS به 0.627 μA cm-2 رسید که به مراتب بیشتر از کنترل غیرزیستی (0.063 μA cm-2) بود، که با مقدار Rct اندازه‌گیری شده توسط EIS سازگار بود. در طول چند روز اول، امپدانس مقادیر 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 ابتدا به دلیل تشکیل بیوفیلم‌ها و متابولیت‌های بیوفیلم مورد حمله قرار می‌گیرد. بنابراین، 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 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 مقدار Rct (32 کیلو اهم بر سانتی‌متر مربع) در حضور P. aeruginosa بود. بنابراین، 2707 HDSS در محیط استریل مقاومت در برابر خوردگی عالی دارد، اما در برابر حمله MIC توسط P. aeruginosa مقاوم نیست. بیوفیلم‌های آئروژینوزا.
این نتایج را می‌توان از منحنی‌های قطبش در شکل 2b نیز مشاهده کرد. شاخه‌بندی آندی به تشکیل بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا و واکنش‌های اکسیداسیون فلز نسبت داده شد. در عین حال، واکنش کاتدی، کاهش اکسیژن است. حضور سودوموناس آئروژینوزا چگالی جریان خوردگی را به میزان زیادی افزایش داد، تقریباً به اندازه‌ای بالاتر 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 70/30 Cu-Ni تحت چالش بیوفیلم سودوموناس آئروژینوزا افزایش یافت. 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. بیوفیلم‌های هوازی نیز ممکن است اکسیژن کمتری در زیر خود داشته باشند. بنابراین، عدم غیرفعال کردن مجدد سطح فلز توسط اکسیژن ممکن است عامل مؤثری در MIC در این کار باشد.
دیکینسون و همکارانش 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، هم تعداد سلول‌ها و هم ضخامت بیوفیلم پس از 14 روز کاهش یافت. این امر را می‌توان به طور منطقی 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، بیوفیلم P. aeruginosa باعث کاهش موضعی Cr و Fe در زیر بیوفیلم روی سطح 2707 HDSS شد (شکل 6). در جدول 6، کاهش Fe و Cr در نمونه D در مقایسه با نمونه C، نشان می‌دهد که Fe و Cr محلول ناشی از بیوفیلم P. aeruginosa فراتر از 7 روز اول ادامه داشته است. محیط کشت 2216E برای شبیه‌سازی محیط‌های دریایی استفاده می‌شود. این محیط حاوی 17700 ppm Cl- است که با مقدار موجود در آب دریای طبیعی 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 Cl- در محیط‌های غیر زنده بسیار کمتر بود. شکل 9 حضور Cr6+ را در فیلم غیرفعال نشان می‌دهد. این ممکن است در حذف Cr از سطوح فولادی توسط بیوفیلم‌های P. aeruginosa، همانطور که توسط چن و کلیتون پیشنهاد شده است.
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 عامل مؤثری در این کار باشد. pH محیط کشت کنترل غیر بیولوژیکی در طول دوره آزمایش ۱۴ روزه تغییر قابل توجهی (از ۷.۴ اولیه به ۷.۵ نهایی) نداشت. افزایش pH در محیط کشت تلقیح 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 بزرگتر از عمق حفره محیط غیرزیستی (0.02 میکرومتر) بود. این با داده‌های الکتروشیمیایی شرح داده شده در بالا مطابقت دارد. عمق حفره 0.69 میکرومتری بیش از ده برابر کوچکتر از مقدار 9.5 میکرومتری گزارش شده برای 2205 DSS تحت شرایط یکسان است. این داده‌ها نشان می‌دهند که 2707 HDSS در مقایسه با 2205 DSS مقاومت MIC بهتری از خود نشان می‌دهد. این نباید جای تعجب داشته باشد، زیرا 2707 HDSS به دلیل ساختار فاز متعادل بدون رسوبات ثانویه مضر، محتوای کروم بالاتری دارد و غیرفعال‌سازی طولانی‌تری را فراهم می‌کند و این امر غیرفعال‌سازی و تحت الشعاع قرار گرفتن نقاط شروع را برای P. aeruginosa دشوارتر می‌کند.
در نتیجه، حفره‌های MIC روی سطح 2707 HDSS در محیط کشت P. aeruginosa در مقایسه با حفره‌های ناچیز در محیط‌های غیرزیستی مشاهده شد. این کار نشان می‌دهد که 2707 HDSS مقاومت MIC بهتری نسبت به 2205 DSS دارد، اما به دلیل بیوفیلم P. aeruginosa در برابر MIC کاملاً مصون نیست. این یافته‌ها به انتخاب فولادهای ضد زنگ مناسب و تخمین عمر مفید برای محیط دریایی کمک می‌کند.
کوپن مربوط به 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 تحت عملیات محلول‌سازی قرار گرفتند. قبل از آزمایش خوردگی، 2707 HDSS سکه‌ای شکل با سطح در معرض دید 1 سانتی‌متر مربع با کاغذ کاربید سیلیکون تا 2000 گریت صیقل داده شد و سپس با سوسپانسیون پودر Al2O3 با غلظت 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 به صورت هوازی در دمای 37 درجه سانتیگراد در فلاسک‌های 250 میلی‌لیتری و سلول‌های شیشه‌ای الکتروشیمیایی 500 میلی‌لیتری با استفاده از محیط کشت مایع Marine 2216E (شرکت بیوتکنولوژی Qingdao Hope، چینگدائو، چین) کشت داده شد. محیط کشت (گرم در لیتر): 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 NH3، 0016 NH3، 0016 NaH2PO4، 5.0 پپتون، 1.0 عصاره مخمر و 0.1 سیترات فریک. قبل از تلقیح، به مدت 20 دقیقه در دمای 121 درجه سانتیگراد اتوکلاو کنید. سلول‌های بی‌دندان و پلانکتونی را با استفاده از هموسیتومتر زیر میکروسکوپ نوری با بزرگنمایی 400 برابر بشمارید. غلظت اولیه سلولی سودوموناس آئروژینوزای پلانکتونی بلافاصله پس از تلقیح تقریباً 106 سلول در میلی‌لیتر بود.
آزمایش‌های الکتروشیمیایی در یک سلول شیشه‌ای سه الکترودی کلاسیک با حجم متوسط ​​۵۰۰ میلی‌لیتر انجام شد. یک ورق پلاتین و یک الکترود کالومل اشباع (SCE) از طریق لوله‌های مویین لوگین پر از پل‌های نمکی به راکتور متصل شدند و به ترتیب به عنوان الکترودهای شمارنده و مرجع عمل کردند. برای ساخت الکترودهای کار، یک سیم مسی با روکش لاستیکی به هر نمونه متصل و با اپوکسی پوشانده شد و حدود ۱ سانتی‌متر مربع از سطح یک طرفه در معرض دید برای الکترود کار 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- و ۵ میلی‌ولت با Eocp و فرکانس نمونه‌برداری ۱ هرتز ثبت شدند. EIS با موج سینوسی انجام شد. در محدوده فرکانسی 0.01 تا 10000 هرتز با استفاده از ولتاژ اعمالی 5 میلی‌ولت در حالت پایدار Eocp. قبل از روبش پتانسیل، الکترودها در حالت مدار باز بودند تا زمانی که به یک مقدار پتانسیل خوردگی آزاد پایدار برسند. سپس منحنی‌های قطبش از -0.2 تا 1.5 ولت در مقابل Eocp با سرعت اسکن 0.166 میلی‌ولت بر ثانیه رسم شدند. هر آزمایش 3 بار با و بدون P. aeruginosa تکرار شد.
نمونه‌ها برای آنالیز متالوگرافی با کاغذ SiC مرطوب با گریت 2000 صیقل مکانیکی داده شدند و سپس برای مشاهده نوری با سوسپانسیون پودر Al2O3 با غلظت 0.05 میکرومتر صیقل داده شدند. آنالیز متالوگرافی با استفاده از میکروسکوپ نوری انجام شد. نمونه‌ها با محلول 10 درصد وزنی هیدروکسید پتاسیم 43 اچ شدند.
پس از انکوباسیون، نمونه‌ها ۳ بار با محلول نمکی بافر فسفات (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) شسته شدند و سپس به مدت ۱۰ ساعت با گلوتارآلدئید ۲.۵٪ (v/v) تثبیت شدند تا بیوفیلم‌ها تثبیت شوند. سپس قبل از خشک شدن در هوا، با یک سری درجه‌بندی شده (۵۰٪، ۶۰٪، ۷۰٪، ۸۰٪، ۹۰٪، ۹۵٪ و ۱۰۰٪ v/v) اتانول، آبگیری شدند. در نهایت، سطح نمونه با یک فیلم طلا پاشیده شد تا رسانایی برای مشاهده SEM فراهم شود. تصاویر SEM بر روی نقاطی با بی‌ثبات‌ترین سلول‌های P. aeruginosa روی سطح هر نمونه متمرکز شدند. برای یافتن عناصر شیمیایی، آنالیز EDS را انجام دهید. برای اندازه‌گیری عمق حفره از میکروسکوپ اسکن لیزری کانفوکال Zeiss (CLSM) (LSM 710، Zeiss، آلمان) استفاده شد. برای مشاهده حفره‌های خوردگی زیر بیوفیلم، ابتدا قطعه آزمایش طبق دستورالعمل زیر تمیز شد. استاندارد ملی چین (CNS) GB/T4334.4-2000 برای حذف محصولات خوردگی و بیوفیلم روی سطح قطعه آزمایشی.
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 محدوده انرژی اتصال وسیع 0 تحت شرایط استاندارد -1350 eV انجام شد. طیف‌های با وضوح بالا با استفاده از انرژی عبور 50 eV و اندازه گام 0.2 eV ثبت شدند.
نمونه‌های انکوبه شده برداشته شده و به مدت 15 ثانیه و 45 ثانیه به آرامی با PBS (pH 7.4 ± 0.2) شستشو داده شدند. برای مشاهده زنده بودن باکتری‌های بیوفیلم روی نمونه‌ها، بیوفیلم‌ها با استفاده از کیت زنده بودن باکتری‌های LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen، یوجین، اورگان، ایالات متحده آمریکا) رنگ‌آمیزی شدند. این کیت دارای دو رنگ فلورسنت، یک رنگ فلورسنت سبز SYTO-9 و یک رنگ فلورسنت قرمز پروپیدیوم یدید (PI) است. در CLSM، نقاط با رنگ‌های فلورسنت سبز و قرمز به ترتیب نشان‌دهنده سلول‌های زنده و مرده هستند. برای رنگ‌آمیزی، مخلوطی 1 میلی‌لیتری 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) مشاهده شدند. ژاپن). 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 سودوموناس آئروژینوزا دریایی.ساینس.ر.پ. 6، 20190؛ doi: 10.1038/srep20190 (2016).
زانوتو، اف.، گراسی، وی.، بالبو، ای.، مونتیچلی، سی. و زوچی، اف. 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. تأثیر عملیات حرارتی انحلالی و نیتروژن در گاز محافظ بر مقاومت به خوردگی حفره‌ای جوش‌های فولاد ضد زنگ سوپر دوپلکس.coros.science.53، 1939–1947 (2011).
شی، ایکس.، آوچی، آر.، گیزر، ام. و لواندوفسکی، زد. مطالعه شیمیایی مقایسه‌ای خوردگی حفره‌ای ناشی از میکروب و الکتروشیمیایی در فولاد ضد زنگ 316L.coros.science.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 مختلف در حضور کلرید. مجله الکتروشیمی. ۶۴، ۲۱۱–۲۲۰ (۲۰۱۲).
لیتل، بی جی، لی، جی اس و ری، آر آی. تأثیر بیوفیلم‌های دریایی بر خوردگی: یک بررسی مختصر. مجله الکتروشیمی. 54، 2-7 (2008).