תודה שביקרתם באתר Nature.com. גרסת הדפדפן בה אתם משתמשים כוללת תמיכה מוגבלת ב-CSS. לחוויית המשתמש הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב התאימות ב-Internet Explorer). בינתיים, כדי להבטיח תמיכה מתמשכת, נציג את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
קורוזיה מיקרוביאלית (MIC) היא בעיה חמורה בתעשיות רבות, מכיוון שהיא עלולה להוביל להפסדים כלכליים עצומים. פלדת אל-חלד סופר דופלקס 2707 (2707 HDSS) משמשת בסביבות ימיות בשל עמידותה הכימית המצוינת. עם זאת, עמידותה ל-MIC לא הודגמה בניסוי. מחקר זה בחן את התנהגות MIC 2707 HDSS הנגרמת על ידי החיידק האירובי הימי Pseudomonas aeruginosa. ניתוח אלקטרוכימי הראה כי בנוכחות ביופילם של Pseudomonas aeruginosa במדיום 2216E, מתרחשים שינוי חיובי בפוטנציאל הקורוזיה ועלייה בצפיפות זרם הקורוזיה. ניתוח ספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים של קרני רנטגן (XPS) הראה ירידה בתכולת ה-Cr על פני הדגימה מתחת לביופילם. ניתוח חזותי של הבורות הראה כי ביופילם של P. aeruginosa ייצר עומק בורות מרבי של 0.69 מיקרומטר במהלך 14 ימי דגירה. למרות שזה קטן, זה מצביע על כך ש-2707 HDSS אינו חסין לחלוטין ל-MIC של 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, עדיין מתרחשת גומות מקומיות המשפיעות על שלמות הפלדה3,4. DSS אינה עמידה בפני קורוזיה מיקרוביאלית (MIC)5,6. למרות מגוון היישומים הרחב של DSS, עדיין ישנן סביבות בהן עמידות הקורוזיה של DSS אינה מספיקה לשימוש ארוך טווח. משמעות הדבר היא שנדרשים חומרים יקרים יותר בעלי עמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה. ג'ון ועמיתיו7 מצאו כי אפילו לפלדות אל-חלד סופר דופלקס (SDSS) יש מגבלות מסוימות מבחינת עמידות בפני קורוזיה. לכן, במקרים מסוימים, נדרשות פלדות אל-חלד סופר דופלקס (HDSS) בעלות עמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה. עובדה זו הוביל לפיתוח HDSS בסגסוגות גבוהות.
עמידות בפני קורוזיה: DSS תלויה ביחס בין פאזות אלפא וגמא, ומדולדלת באזורי Cr, Mo ו-W 8, 9, 10 הסמוכים לפאזה השנייה. HDSS מכיל תכולה גבוהה של Cr, Mo ו-N11, לכן יש לו עמידות מצוינת בפני קורוזיה וערך גבוה (45-50) של מספר ההתנגדות המקביל לבור (PREN) שנקבע על ידי wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt.%W) + 16% wt. N12. עמידות הקורוזיה המצוינת שלו תלויה בהרכב מאוזן המכיל כ-50% פאזות פריטיות (α) ו-50% אוסטניטיות (γ). ל-HDSS תכונות מכניות טובות יותר ועמידות גבוהה יותר בפני קורוזיה של כלוריד. עמידות משופרת בפני קורוזיה מרחיבה את השימוש ב-HDSS בסביבות כלוריד אגרסיביות יותר, כגון סביבות ימיות.
מיקרואורגניזמים אלקטרוכימיים (MICs) מהווים בעיה מרכזית בתעשיות רבות כמו תעשיות הנפט, הגז והמים14. MIC מהווה 20% מכלל נזקי הקורוזיה15. MIC היא קורוזיה ביו-אלקטרוכימית שניתן לצפות בה בסביבות רבות. ביופילמים הנוצרים על משטחי מתכת משנים את התנאים האלקטרוכימיים, ובכך משפיעים על תהליך הקורוזיה. מקובל לחשוב שקורוזיה של MIC נגרמת על ידי ביופילמים. מיקרואורגניזמים אלקטרוגניים אוכלים מתכות כדי להשיג את האנרגיה הדרושה להם כדי לשרוד17. מחקרים אחרונים של MIC הראו ש-EET (העברת אלקטרונים חוץ-תאית) הוא הגורם המגביל את קצב ה-MIC המושרה על ידי מיקרואורגניזמים אלקטרוגניים. Zhang ועמיתיו18 הדגימו כי מתווכים אלקטרונים מאיצים את העברת האלקטרונים בין תאי Desulfovibrio sessificans לבין פלדת אל-חלד 304, מה שמביא להתקפת MIC חמורה יותר. Anning ועמיתיו19 ו-Wenzlaff ועמיתיו20 הראו כי ביופילמים של חיידקים קורוזיביים מפחיתי סולפט (SRBs) יכולים לספוג אלקטרונים ישירות ממצעי מתכת, וכתוצאה מכך להיווצרות גורים חמורה.
ידוע כי DSS רגיש ל-MIC במדיום המכיל SRBs, חיידקים מפחיתי ברזל (IRBs) וכו'. 21. חיידקים אלה גורמים לגורים מקומיים על פני השטח של DSS מתחת לביופילמים 22,23. שלא כמו DSS, ה-HDSS24 MIC אינו ידוע היטב.
Pseudomonas aeruginosa הוא חיידק גראם-שלילי, נייד, בצורת מוט, הנפוץ בטבע25. Pseudomonas aeruginosa הוא גם קבוצה מיקרוביאלית מרכזית בסביבה הימית, הגורמת לריכוזי MIC מוגברים. Pseudomonas מעורב באופן פעיל בתהליך הקורוזיה ומוכר כחלוץ בתהליך היווצרות הביופילם. Mahat et al.28 ו-Yuan et al.29 הדגימו כי Pseudomonas aeruginosa נוטה להגביר את קצב הקורוזיה של פלדה רכה וסגסוגות בסביבות מימיות.
המטרה העיקרית של עבודה זו הייתה לחקור את תכונותיו של MIC 2707 HDSS הנגרם על ידי החיידק האירובי הימי Pseudomonas aeruginosa באמצעות שיטות אלקטרוכימיות, שיטות ניתוח פני שטח וניתוח תוצרי קורוזיה. מחקרים אלקטרוכימיים, כולל פוטנציאל מעגל פתוח (OCP), התנגדות קיטוב ליניארית (LPR), ספקטרוסקופיית עכבה אלקטרוכימית (EIS) וקיטוב דינמי פוטנציאלי, בוצעו כדי לחקור את התנהגותו של MIC 2707 HDSS. ניתוח ספקטרומטרי פיזור אנרגיה (EDS) בוצע כדי לזהות יסודות כימיים על פני שטח חלוד. בנוסף, נעשה שימוש בספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים בקרני רנטגן (XPS) כדי לקבוע את יציבות הפסיבציה של סרט התחמוצת תחת השפעת סביבה ימית המכילה Pseudomonas aeruginosa. עומק הבורות נמדד תחת מיקרוסקופ סורק לייזר קונפוקלי (CLSM).
טבלה 1 מציגה את ההרכב הכימי של 2707 HDSS. טבלה 2 מראה כי ל-2707 HDSS תכונות מכניות מצוינות עם חוזק כניעה של 650 MPa. באיור 1 מוצג המיקרו-מבנה האופטי של 2707 HDSS שטופל בחום בתמיסה. במיקרו-מבנה המכיל כ-50% פאזות אוסטניט ו-50% פאזות פריט, נראים פסים מוארכים של פאזות אוסטניט ופריט ללא פאזות משניות.
איור 2א מציג את פוטנציאל המעגל הפתוח (Eocp) כנגד זמן החשיפה עבור 2707 HDSS במדיום אביוטי 2216E ובציר P. aeruginosa במשך 14 ימים ב-37°C. השינוי הגדול והמשמעותי ביותר ב-Eocp מתרחש בתוך 24 השעות הראשונות. ערכי ה-Eocp בשני המקרים הגיעו לשיא של -145 mV (בהשוואה ל-SCE) כעבור כ-16 שעות ולאחר מכן ירדו בחדות, והגיעו ל- -477 mV (בהשוואה ל-SCE) ו- -236 mV (בהשוואה ל-SCE) עבור הדגימה האביוטית. וקופוני P Pseudomonas aeruginosa, בהתאמה. לאחר 24 שעות, ערך ה-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). רמת ה-Eocp בנוכחות P. aeruginosa הייתה נמוכה למדי.
מחקר אלקטרוכימי של 2707 דגימות HDSS במצע אביוטי ובציר Pseudomonas aeruginosa ב-37 מעלות צלזיוס:
(א) Eocp כפונקציה של זמן חשיפה, (ב) עקומות קיטוב ביום 14, (ג) Rp כפונקציה של זמן חשיפה, ו-(ד) icorr כפונקציה של זמן חשיפה.
טבלה 3 מציגה את פרמטרי הקורוזיה האלקטרוכימיים של 2707 דגימות HDSS שנחשפו למדיה מחוסנת אביוטית ופסאודומונס אירוגינוזה במשך תקופה של 14 ימים. המשיקים של עקומות האנודה והקתודה עברו אקסטרפולציה כדי לקבל חיתוכים המעניקים צפיפות זרם קורוזיה (icorr), פוטנציאל קורוזיה (Ecorr) ושיפוע טאפל (βα ו-βc) בהתאם לשיטות סטנדרטיות30,31.
כפי שמוצג באיור 2b, תזוזה כלפי מעלה בעקומת P. aeruginosa הביאה לעלייה ב-Ecorr בהשוואה לעקומה האביוטית. ערך ה-icorr, שהוא פרופורציונלי לקצב הקורוזיה, עלה ל-0.328 µA cm-2 בדגימת Pseudomonas aeruginosa, שהוא גדול פי ארבעה מאשר בדגימה הלא-ביולוגית (0.087 µA cm-2).
LPR היא שיטה אלקטרוכימית קלאסית לא הרסנית לניתוח קורוזיה מהיר. היא שימשה גם לחקר MIC32. 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 מראה גם שערך ה-Rp ירד במהירות לאחר יום אחד ולאחר מכן נותר ללא שינוי יחסי במהלך 13 הימים הבאים. ערך ה-Rp של דגימה של Pseudomonas aeruginosa הוא כ-40 kΩ cm2, שהוא נמוך בהרבה מערך 450 kΩ cm2 של דגימה לא ביולוגית.
ערך ה-icorr פרופורציונלי לקצב הקורוזיה האחיד. ניתן לחשב את ערכו באמצעות משוואת שטרן-גירי הבאה:
על פי זואי ואחרים. 33, הערך הטיפוסי של שיפוע Tafel B בעבודה זו נלקח כ-26 mV/dec. איור 2d מראה כי ה-icorr של הדגימה הלא-ביולוגית 2707 נותר יציב יחסית, בעוד שדגימה של P. aeruginosa השתנתה מאוד לאחר 24 השעות הראשונות. ערכי ה-icorr של דגימות P. aeruginosa היו גבוהים בסדר גודל מאלה של קבוצת הביקורת הלא-ביולוגית. מגמה זו עולה בקנה אחד עם תוצאות התנגדות הקיטוב.
EIS היא שיטה נוספת שאינה הרסנית המשמשת לאפיון תגובות אלקטרוכימיות על משטחים חלודים. ספקטרום עכבה וערכי קיבול מחושבים של דגימות שנחשפו לסביבה אביוטית ולתמיסת Pseudomonas aeruginosa, התנגדות סרט פסיבי/ביופילם Rb שנוצרה על פני הדגימה, התנגדות להעברת מטען Rct, קיבול חשמלי כפול שכבה Cdl (EDL) ופרמטרי אלמנט פאזה קבועים של QCPE (CPE). פרמטרים אלה נותחו עוד על ידי התאמת הנתונים באמצעות מודל מעגל שווה ערך (EEC).
איור 3 מציג דיאגרמות נייקוויסט אופייניות (a ו-b) ודיאגרמות בוד (a' ו-b') עבור 2707 דגימות HDSS במדיה אביוטית ובציר P. aeruginosa עבור זמני דגירה שונים. קוטר טבעת נייקוויסט יורד בנוכחות Pseudomonas aeruginosa. דיאגרמת בוד (איור 3b') מציגה את העלייה בעכבה הכוללת. ניתן לקבל מידע על קבוע זמן הרלקסציה ממקסימום הפאזה. איור 4 מציג את המבנים הפיזיקליים המבוססים על שכבה חד-שכבתית (a) ושכבה דו-שכבתית (b) ועל מעגלי ה-EEC המתאימים. CPE מוכנס למודל ה-EEC. האדידות והעכבה שלו מבוטאות כדלקמן:
שני מודלים פיזיקליים ומעגלים שקולים תואמים להתאמת ספקטרום העכבה של דגימה 2707 HDSS:
כאשר Y0 הוא ערך ה-KPI, j הוא המספר המדומה או (-1)1/2, ω הוא התדר הזוויתי, n הוא מדד ההספק של ה-KPI הקטן מאחד35. היפוך התנגדות העברת המטען (כלומר 1/Rct) מתאים לקצב הקורוזיה. ככל ש-Rct קטן יותר, כך קצב הקורוזיה גבוה יותר27. לאחר 14 ימי דגירה, ה-Rct של דגימות Pseudomonas aeruginosa הגיע ל-32 kΩ cm2, שהוא הרבה פחות מ-489 kΩ cm2 של דגימות לא ביולוגיות (טבלה 4).
תמונות ה-CLSM וה-SEM באיור 5 מראות בבירור שציפוי הביופילם על פני השטח של דגימת HDSS 2707 לאחר 7 ימים היה צפוף. עם זאת, לאחר 14 ימים, כיסוי הביופילם היה דל וכמה תאים מתים הופיעו. טבלה 5 מציגה את עובי הביופילם על דגימות HDSS 2707 לאחר חשיפה ל-P. aeruginosa במשך 7 ו-14 ימים. עובי הביופילם המקסימלי השתנה מ-23.4 מיקרומטר לאחר 7 ימים ל-18.9 מיקרומטר לאחר 14 ימים. גם עובי הביופילם הממוצע אישר מגמה זו. הוא ירד מ-22.2 ± 0.7 מיקרומטר לאחר 7 ימים ל-17.8 ± 1.0 מיקרומטר לאחר 14 ימים.
(א) תמונת CLSM תלת-ממדית לאחר 7 ימים, (ב) תמונת CLSM תלת-ממדית לאחר 14 ימים, (ג) תמונת SEM לאחר 7 ימים, ו-(ד) תמונת SEM לאחר 14 ימים.
קרינת אלקטרומגנטית (EMF) חשפה יסודות כימיים בביופילם ובתוצרי קורוזיה בדגימות שנחשפו ל-P. aeruginosa במשך 14 ימים. איור 6 מראה שתכולת ה-C, N, O ו-P בביופילם ובתוצרי קורוזיה גבוהה משמעותית מאשר במתכות טהורות, מכיוון שיסודות אלה קשורים לביופילם ולמטבוליטים שלהם. חיידקים זקוקים רק לכמויות זעירות של כרום וברזל. רמות גבוהות של Cr ו-Fe בביופילם ובתוצרי הקורוזיה על פני הדגימות מעידות על כך שמטריצת המתכת איבדה יסודות עקב קורוזיה.
לאחר 14 ימים, נצפו בורות עם ובלי P. aeruginosa במדיום 2216E. לפני הדגירה, פני השטח של הדגימות היו חלקים וללא פגמים (איור 7א). לאחר הדגירה והסרת ביופילם ותוצרי קורוזיה, נבדקו הבורות העמוקים ביותר על פני הדגימות באמצעות CLSM, כפי שמוצג באיור 7ב' ו-7ג'. לא נמצאו בורות ברורים על פני השטח של ביקורת לא ביולוגית (עומק בורות מקסימלי 0.02 מיקרומטר). עומק הבורות המקסימלי שנגרם על ידי P. aeruginosa היה 0.52 מיקרומטר ב-7 ימים ו-0.69 מיקרומטר ב-14 ימים, בהתבסס על עומק הבורות המקסימלי הממוצע מ-3 דגימות (נבחרו 10 עומקים מקסימליים של בורות עבור כל דגימה). השגת 0.42 ± 0.12 מיקרומטר ו-0.52 ± 0.15 מיקרומטר, בהתאמה (טבלה 5). ערכי עומק בורות אלה קטנים אך חשובים.
(א) לפני החשיפה, (ב) 14 ימים בסביבה אביוטית, ו-(ג) 14 ימים במרק Pseudomonas aeruginosa.
באיור, טבלה 8 מציגה את ספקטרום ה-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 מאלה של קבוצות ביקורת לא ביולוגיות (דגימות C ו-D). עבור דגימה של P. aeruginosa, עקומת הספקטרלים ברמת גרעין Cr 2p הותאמה לארבעה רכיבי שיא עם אנרגיות קישור (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-9b). עבור דגימות לא ביולוגיות, הספקטרום של רמת Cr 2p העיקרית מכיל שני שיאים עיקריים 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 ה-XPS הרחב של פני השטח של דגימה 2707 HDSS בשני מצע הם 7 ו-14 ימים, בהתאמה.
(א) 7 ימים של חשיפה ל-P. aeruginosa, (ב) 14 ימים של חשיפה ל-P. aeruginosa, (ג) 7 ימים בסביבה אביוטית, ו-(ד) 14 ימים בסביבה אביוטית.
HDSS מפגין רמה גבוהה של עמידות בפני קורוזיה ברוב הסביבות. קים ועמיתיו2 דיווחו כי HDSS UNS S32707 זוהה כ-DSS בעל סגסוגת גבוהה עם PREN גדול מ-45. ערך ה-PREN של דגימה 2707 HDSS בעבודה זו היה 49. זאת בשל תכולת הכרום הגבוהה ותכולת המוליבדן והניקל הגבוהה, אשר שימושיים בסביבות חומציות ובסביבות עם תכולת כלוריד גבוהה. בנוסף, הרכב מאוזן היטב ומיקרו-מבנה נטול פגמים מועילים ליציבות מבנית ועמידות בפני קורוזיה. עם זאת, למרות עמידותו הכימית המצוינת, הנתונים הניסויים בעבודה זו מצביעים על כך ש-2707 HDSS אינו חסין לחלוטין בפני מיקרו-סיביות (MICs) של ביופילם P. aeruginosa.
תוצאות אלקטרוכימיות הראו שקצב הקורוזיה של 2707 HDSS במרק P. aeruginosa עלה משמעותית לאחר 14 ימים בהשוואה לסביבה הלא-ביולוגית. באיור 2א', נצפתה ירידה ב-Eocp הן במצע האביוטי והן במרק P. aeruginosa במהלך 24 השעות הראשונות. לאחר מכן, הביופילם מכסה לחלוטין את פני השטח של הדגימה, ו-Eocp הופך יציב יחסית36. עם זאת, רמת ה-Eocp הביולוגית הייתה גבוהה בהרבה מרמת ה-Eocp הלא-ביולוגית. ישנן סיבות להאמין שהבדל זה קשור להיווצרות ביופילמים של P. aeruginosa. באיור 2ד', בנוכחות P. aeruginosa, ערך ה-icorr 2707 HDSS הגיע ל-0.627 μA cm-2, שהוא בסדר גודל גבוה יותר מזה של הבקרה האביוטית (0.063 μA cm-2), אשר היה עקבי עם ערך ה-Rct שנמדד על ידי EIS. במהלך הימים הראשונים, ערכי העכבה במרק P. aeruginosa עלו עקב הצמדת תאי P. aeruginosa והיווצרות ביופילמים. עם זאת, כאשר הביופילם מכסה לחלוטין את פני השטח של הדגימה, העכבה יורדת. שכבת המגן מותקפת בעיקר עקב היווצרות ביופילמים ומטבוליטים של ביופילם. כתוצאה מכך, עמידות הקורוזיה ירדה עם הזמן והצמדת P. aeruginosa גרמה לקורוזיה מקומית. המגמות בסביבות אביוטיות היו שונות. עמידות הקורוזיה של הבקרה הלא-ביולוגית הייתה גבוהה בהרבה מהערך המקביל של הדגימות שנחשפו למרק P. aeruginosa. בנוסף, עבור אקססיות אביוטיות, ערך Rct 2707 HDSS הגיע ל-489 kΩ cm2 ביום 14, שהוא פי 15 גבוה יותר מערך Rct (32 kΩ cm2) בנוכחות P. aeruginosa. לפיכך, ל-2707 HDSS עמידות מצוינת בפני קורוזיה בסביבה סטרילית, אך אינו עמיד בפני MIC מביופילמים של P. aeruginosa.
ניתן לראות תוצאות אלו גם מעקומות הקיטוב באיורים 2b. הסתעפות אנודית נקשרה להיווצרות ביופילם של Pseudomonas aeruginosa ולתגובות חמצון מתכת. במקרה זה, התגובה הקתודית היא חיזור של חמצן. נוכחותו של P. aeruginosa הגדילה משמעותית את צפיפות זרם הקורוזיה, בערך בסדר גודל גבוה יותר מאשר בבקרה האביוטית. ממצא זה מצביע על כך שהביופילם של P. aeruginosa מגביר את הקורוזיה המקומית של 2707 HDSS. יואן ועמיתיו29 מצאו שצפיפות זרם הקורוזיה של סגסוגת Cu-Ni 70/30 גדלה תחת פעולת הביופילם של P. aeruginosa. ייתכן שזה נובע מביו-קטליזה של חיזור חמצן על ידי ביופילמים של Pseudomonas aeruginosa. תצפית זו עשויה גם להסביר את MIC 2707 HDSS בעבודה זו. ייתכן שיש גם פחות חמצן תחת ביופילמים אירוביים. לכן, הסירוב לבצע פסיבציה מחדש של פני המתכת עם חמצן עשוי להיות גורם התורם ל-MIC בעבודה זו.
דיקינסון ועמיתיו 38 הציעו כי קצב התגובות הכימיות והאלקטרוכימיות יכול להיות מושפע ישירות מהפעילות המטבולית של חיידקים נייחים על פני הדגימה ומאופי תוצרי הקורוזיה. כפי שמוצג באיור 5 ובטבלה 5, מספר התאים ועובי הביופילם ירדו לאחר 14 ימים. ניתן להסביר זאת באופן סביר על ידי העובדה שלאחר 14 ימים, רוב התאים הנייחים על פני השטח של 2707 HDSS מתו עקב דלדול חומרים מזינים במדיום 2216E או שחרור יוני מתכת רעילים ממטריצת 2707 HDSS. זוהי מגבלה של ניסויי אצווה.
בעבודה זו, ביופילם של 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 ו-Cr בדגימה D בהשוואה לדגימה C, דבר המצביע על כך שה-Fe וה-Cr המומסים הנגרמים על ידי הביופילם של P. aeruginosa נמשכו במשך 7 הימים הראשונים. סביבת 2216E משמשת לסימולציה של הסביבה הימית. היא מכילה 17700 ppm Cl-, נתון דומה לתכולתה במי ים טבעיים. נוכחות של 17700 ppm Cl- הייתה הסיבה העיקרית לירידה ב-Cr בדגימות אביוטיות שנותחו לאחר 7 ו-14 ימים על ידי XPS. בהשוואה לדגימות P. aeruginosa, המסת ה-Cr בדגימות אביוטיות הייתה נמוכה בהרבה עקב העמידות החזקה של 2707 HDSS לכלור בתנאים אביוטיים. איור 9 מציג את נוכחותו של Cr6+ בסרט הפסיבציה. ייתכן שהוא מעורב בהסרת כרום ממשטחי פלדה על ידי ביופילמים של P. aeruginosa, כפי שהוצע על ידי צ'ן וקלייטון.
עקב גדילת חיידקים, ערכי ה-pH של המדיום לפני ואחרי הגידול היו 7.4 ו-8.2, בהתאמה. לפיכך, מתחת לביופילם של P. aeruginosa, לא סביר שקורוזיה של חומצה אורגנית תתרום לעבודה זו עקב ה-pH הגבוה יחסית במדיום המלא. ה-pH של מדיום הבקרה הלא-ביולוגי לא השתנה באופן משמעותי (מ-7.4 התחלתי ל-7.5 סופי) במהלך תקופת הבדיקה בת 14 הימים. העלייה ב-pH במדיום הזרעים לאחר הדגירה נבעה מפעילות מטבולית של P. aeruginosa ונמצא כי יש לה השפעה זהה על ה-pH בהיעדר רצועות בדיקה.
כפי שמוצג באיור 7, עומק הגומה המרבי שנגרם על ידי הביופילם של P. aeruginosa היה 0.69 מיקרומטר, שהוא גדול בהרבה מזה של המצע האביוטי (0.02 מיקרומטר). ממצא זה עולה בקנה אחד עם הנתונים האלקטרוכימיים שתוארו לעיל. עומק הגומה של 0.69 מיקרומטר קטן פי עשרה מערך 9.5 מיקרומטר שדווח עבור 2205 DSS באותם תנאים. נתונים אלה מראים כי 2707 HDSS מציג עמידות טובה יותר ל-MICs מאשר 2205 DSS. אין זה מפתיע מכיוון של-2707 HDSS רמות Cr גבוהות יותר המספקות פסיבציה ארוכה יותר, קשה יותר להסיר את הפסיבציה של P. aeruginosa, ובגלל מבנה הפאזה המאוזן שלו ללא משקעים משניים מזיקים גורם לגומות.
לסיכום, נמצאו בורות MIC על פני השטח של 2707 HDSS במרק P. aeruginosa בהשוואה לבורות לא משמעותיים בסביבה אביוטית. עבודה זו מראה כי ל-2707 HDSS עמידות טובה יותר ל-MIC מאשר ל-2205 DSS, אך הוא אינו חסין לחלוטין ל-MIC עקב ביופילם של P. aeruginosa. תוצאות אלו מסייעות בבחירת פלדות אל חלד מתאימות ותוחלת חיים לסביבה הימית.
קופון עבור 2707 HDSS סופק על ידי בית הספר למטלורגיה של אוניברסיטת נורת'איסטרן (NEU) בשניאנג, סין. ההרכב היסודי של 2707 HDSS מוצג בטבלה 1, אשר נותחה על ידי מחלקת ניתוח ובדיקה של חומרים של NEU. כל הדגימות טופלו לתמיסה מוצקה ב-1180 מעלות צלזיוס למשך שעה אחת. לפני בדיקת הקורוזיה, 2707 HDSS בצורת מטבע עם שטח פנים פתוח עליון של 1 סמ"ר לוטש ל-2000 גריט בעזרת נייר זכוכית סיליקון קרביד ולאחר מכן לוטש בעזרת אבקת תרחיף Al2O3 במשקל 0.05 מיקרומטר. הצדדים והתחתית מוגנים בצבע אינרטי. לאחר הייבוש, הדגימות נשטפו במים סטריליים מזוקקים ועוקרו באתנול 75% (v/v) למשך 0.5 שעות. לאחר מכן הן יובשו באוויר תחת אור אולטרה סגול (UV) למשך 0.5 שעות לפני השימוש.
זן MCCC 1A00099 של Pseudomonas aeruginosa ימי נרכש ממרכז איסוף התרבויות הימיות של שיאמן (MCCC), סין. Pseudomonas aeruginosa גודל בתנאים אירוביים בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס בבקבוקונים של 250 מ"ל ובתאים אלקטרוכימיים מזכוכית של 500 מ"ל באמצעות מצע נוזלי Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., צ'ינגדאו, סין). המדיום מכיל (גרם/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 SrBr2, 0.022 H3BO3, 0.004 NaSiO3, 0.016 6NH26NH3, 3.0016 NH3 5.0 פפטון, 1.0 תמצית שמרים ו-0.1 ברזל ציטרט. יש לחמם באוטוקלב ב-121°C למשך 20 דקות לפני ההזרקה. יש לספור תאים נייחים ותאים פלנקטוניים בעזרת הומוציטומטרי תחת מיקרוסקופ אור בהגדלה של פי 400. הריכוז ההתחלתי של Pseudomonas aeruginosa פלנקטוני מיד לאחר ההזרקה היה כ-106 תאים/מ"ל.
בדיקות אלקטרוכימיות בוצעו בתא זכוכית קלאסי בעל שלוש אלקטרודות בנפח בינוני של 500 מ"ל. יריעת הפלטינה ואלקטרודת הקלומל הרוויה (SAE) חוברו לכור דרך נימים של Luggin מלאים בגשרי מלח, ששימשו כאלקטרודות נגד ואלקטרודות ייחוס, בהתאמה. לייצור אלקטרודות העבודה, חוט נחושת מצופה גומי חובר לכל דגימה וכוסה בשרף אפוקסי, תוך השארת כ-1 סמ"ר של שטח לא מוגן עבור אלקטרודת העבודה בצד אחד. במהלך המדידות האלקטרוכימיות, הדגימות הונחו במדיום 2216E ונשמרו בטמפרטורת דגירה קבועה (37°C) באמבט מים. נתוני OCP, LPR, EIS וקיטוב דינמי פוטנציאלי נמדדו באמצעות פוטנציוסטט Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ארה"ב). בדיקות LPR נרשמו בקצב סריקה של 0.125 mV s-1 בטווח של -5 עד 5 mV עם Eocp וקצב דגימה של 1 הרץ. בדיקת EIS בוצעה עם גל סינוס בטווח תדרים של 0.01 עד 10,000 הרץ תוך שימוש במתח מופעל של 5 mV במצב יציב של Eocp. לפני סריקת הפוטנציאל, האלקטרודות היו במצב סרק עד שהושג ערך יציב של פוטנציאל הקורוזיה החופשי. לאחר מכן נמדדו עקומות הקיטוב מ-0.2- עד 1.5 V כפונקציה של Eocp בקצב סריקה של 0.166 mV/s. כל בדיקה חזרה על עצמה 3 פעמים עם ובלי P. aeruginosa.
דגימות לניתוח מטלוגרפי לוטשו מכנית עם נייר SiC רטוב 2000 גריט ולאחר מכן לוטשו עוד יותר עם תרחיף אבקה Al2O3 בריכוז 0.05 מיקרומטר לצורך תצפית אופטית. ניתוח מטלוגרפי בוצע באמצעות מיקרוסקופ אופטי. הדגימות נחרטו בתמיסה של 10% משקלי של אשלגן הידרוקסיד 43.
לאחר הדגירה, הדגימות נשטפו 3 פעמים בתמיסת מלח פוספטית (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) ולאחר מכן קובעו עם 2.5% (v/v) גלוטראלדהיד למשך 10 שעות כדי לקבע את הביופילם. לאחר מכן הן יובשו באתנול מצומצם (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% ו-100% לפי נפח) לפני ייבוש באוויר. לבסוף, שכבת זהב הופקדה על פני הדגימה כדי לספק מוליכות לתצפית ב-SEM. תמונות SEM התמקדו בנקודות עם הכי הרבה תאי P. aeruginosa נייחים על פני כל דגימה. בצעו ניתוח EDS כדי למצוא יסודות כימיים. מיקרוסקופ סורק לייזר קונפוקלי Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, גרמניה) שימש למדידת עומק הגומה. כדי לצפות בבורות קורוזיה מתחת לביופילם, נוקתה תחילה דגימת הבדיקה בהתאם לתקן הלאומי הסיני (CNS) GB/T4334.4-2000 כדי להסיר תוצרי קורוזיה וביופילם מפני השטח של דגימת הבדיקה.
ניתוח ספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים של קרני רנטגן (XPS, מערכת ניתוח שטח ESCALAB250, Thermo VG, ארה"ב) בוצע באמצעות מקור קרני רנטגן מונוכרומטי (קו אלומיניום Kα עם אנרגיה של 1500 eV והספק של 150 W) בטווח רחב של אנרגיות קישור 0 בתנאים סטנדרטיים של -1350 eV. ספקטרומים ברזולוציה גבוהה תועדו באמצעות אנרגיית העברה של 50 eV וצעד של 0.2 eV.
הדגימות המודגרות הוצאו ונשטפו בעדינות עם PBS (pH 7.4 ± 0.2) למשך 15 שניות ו-45 דקות. כדי לבחון את הכדאיות החיידקית של הביופילם על הדגימות, הביופילם נצבע באמצעות ערכת הכדאיות החיידקית LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, יוג'ין, אורגון, ארה"ב). הערכה מכילה שני צבעים פלואורסצנטיים: צבע פלואורסצנטי ירוק SYTO-9 וצבע פלואורסצנטי אדום פרופידיום יודיד (PI). ב-CLSM, נקודות ירוקות ואדומות פלואורסצנטיות מייצגות תאים חיים ומתים, בהתאמה. לצורך צביעה, 1 מ"ל של תערובת המכילה 3 מיקרוליטר של SYTO-9 ו-3 מיקרוליטר של תמיסת PI הודגרו למשך 20 דקות בטמפרטורת החדר (23°C) בחושך. לאחר מכן, הדגימות המוצבעות נבדקו בשני אורכי גל (488 ננומטר לתאים חיים ו-559 ננומטר לתאים מתים) באמצעות מכשיר CLSM של Nikon (C2 Plus, Nikon, יפן). עובי הביופילם נמדד במצב סריקה תלת-ממדית.
כיצד לצטט מאמר זה: Li, H. et al. קורוזיה מיקרוביאלית של פלדת אל-חלד סופר דופלקס 2707 על ידי ביופילם ימי מסוג Pseudomonas aeruginosa. the science. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
זנוטו, פ., גראסי, ו., באלבו, א., מונטיצ'לי, ק. וזוצ'י, פ. סדקים בקורוזיית מאמץ של פלדת אל-חלד דופלקס LDX 2101 בתמיסות כלוריד בנוכחות תיוסולפט. זנוטו, פ., גראסי, ו., באלבו, א., מונטיצ'לי, ק. וזוצ'י, פ. סדקים בקורוזיית מאמץ של פלדת אל-חלד דופלקס LDX 2101 בתמיסות כלוריד בנוכחות תיוסולפט. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. хлоридов в присутствии тиосульфата. זנוטו, פ., גראסי, ו., באלבו, א., מונטיצ'לי, ק. וזוצ'י, פ. סדקים בקורוזיית מאמץ של נירוסטה דופלקס LDX 2101 בתמיסות כלוריד בנוכחות תיוסולפט. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相פלדה אל-חלד在福代sulfate分下下南性性生于中倾僅倧性生于中倾僅傉 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. хлорида в присутствии тиосульфата. זנוטו, פ., גראסי, ו., באלבו, א., מונטיצ'לי, ק. וזוצ'י, פ. סדקים בקורוזיית מאמץ של נירוסטה דופלקס LDX 2101 בתמיסת כלוריד בנוכחות תיוסולפט.coros science 80, 205–212 (2014).
קים, ST, ג'אנג, SH, לי, IS ופארק, YS השפעות טיפול בחום בתמיסה וחנקן בגז מגן על העמידות בפני קורוזיה באמצעות פטינג בריתוכים היפר-דופלקס מפלדת אל-חלד. קים, ST, ג'אנג, SH, לי, IS ופארק, YS השפעות טיפול בחום בתמיסה וחנקן בגז מגן על העמידות בפני קורוזיה באמצעות פטינג בריתוכים היפר-דופלקס מפלדת אל-חלד.קים, ST, ג'אנג, SH, לי, IS ופארק, YS השפעת טיפול בחום בתמיסה וחנקן בגז מגן על עמידות בפני קורוזיה של ריתוכים היפר-דופלקס מפלדת אל-חלד. קים, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS. קים, ST, ג'אנג, SH, לי, IS ופארק, YSקים, ST, ג'אנג, SH, לי, IS ופארק, YS השפעת טיפול בחום בתמיסה וחנקן בגז מגן על עמידות בפני קורוזיה באמצעות ליטוש (pitting) בריתוכים מפלדת אל-חלד סופר-דופלקס.קורוס. המדע. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. מחקר השוואתי בכימיה של פיטינג המושרה מיקרוביאלית ואלקטרוכימית של פלדת אל-חלד 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. מחקר השוואתי בכימיה של פיטינג המושרה מיקרוביאלית ואלקטרוכימית של פלדת אל-חלד 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. and Lewandowski, Z. מחקר כימי השוואתי של פיטינג 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。 שי, X., Avci, R., גייזר, M. ולבנדובסקי, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. and Lewandowski, Z. מחקר כימי השוואתי של פיטינג המושרה מיקרוביולוגית ואלקטרוכימית בפלדת אל-חלד 316L.קורוס. המדע. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. ההתנהגות האלקטרוכימית של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 בתמיסות אלקליות עם pH שונה בנוכחות כלוריד. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. ההתנהגות האלקטרוכימית של פלדת אל-חלד דופלקס 2205 בתמיסות אלקליות עם pH שונה בנוכחות כלוריד.Luo H., Dong KF, Lee HG ו- Xiao K. התנהגות אלקטרוכימית של נירוסטה 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 נירוסטה בנוכחות כלוריד ב-pH שונה בתמיסה בסיסית.Luo H., Dong KF, Lee HG ו- Xiao K. התנהגות אלקטרוכימית של נירוסטה דופלקס 2205 בתמיסות אלקליות עם pH שונה בנוכחות כלוריד.מגזין אלקטרוכימיה. 64, 211–220 (2012).
ליטל, בי ג'יי, לי, ג'יי.אס וריי, רי.איי. השפעת הביופילם הימי על קורוזיה: סקירה תמציתית. ליטל, בי ג'יי, לי, ג'יי.אס וריי, רי.איי. השפעת הביופילם הימי על קורוזיה: סקירה תמציתית.ליטל, בי ג'יי, לי, ג'יי.אס וריי, רי. השפעות ביופילמים 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, בי ג'יי, לי, ג'יי.אס וריי, רוד איילנדליטל, בי ג'יי, לי, ג'יי.אס וריי, רי. השפעות ביופילמים ימיים על קורוזיה: סקירה קצרה.מגזין אלקטרוכימיה. 54, 2-7 (2008).