გმადლობთ, რომ ეწვიეთ Nature.com-ს. თქვენს მიერ გამოყენებულ ბრაუზერის ვერსიას CSS-ის შეზღუდული მხარდაჭერა აქვს. საუკეთესო გამოცდილებისთვის გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში). ამასობაში, მხარდაჭერის უწყვეტი უზრუნველყოფის მიზნით, საიტს სტილებისა და JavaScript-ის გარეშე ვაჩვენებთ.
მიკრობული კოროზია (MIC) სერიოზულ პრობლემას წარმოადგენს მრავალ ინდუსტრიაში, რადგან მას შეუძლია უზარმაზარი ეკონომიკური დანაკარგების გამოწვევა. 2707 სუპერ დუპლექსის უჟანგავი ფოლადი (2707 HDSS) გამოიყენება საზღვაო გარემოში მისი შესანიშნავი ქიმიური მდგრადობის გამო. თუმცა, მისი მდგრადობა MIC-ის მიმართ ექსპერიმენტულად არ არის დემონსტრირებული. ამ კვლევაში გამოკვლეული იქნა 2707 HDSS-ის MIC ქცევა, რომელიც გამოწვეულია საზღვაო აერობული ბაქტერიით Pseudomonas aeruginosa. ელექტროქიმიურმა ანალიზმა აჩვენა, რომ Pseudomonas aeruginosa ბიოაპკის თანაარსებობისას 2216E გარემოში, კოროზიის პოტენციალის დადებითი ცვლილება და კოროზიის დენის სიმკვრივის ზრდა დაფიქსირდა. რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპიის (XPS) ანალიზმა აჩვენა Cr შემცველობის შემცირება ბიოაპკის ქვეშ ნიმუშის ზედაპირზე. ორმოების ვიზუალიზაციის ანალიზმა აჩვენა, რომ P. aeruginosa ბიოაპკმა 14-დღიანი ინკუბაციის განმავლობაში წარმოქმნა ორმოს მაქსიმალური სიღრმე 0.69 μm. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მცირეა, ეს მიუთითებს, რომ 2707 HDSS სრულად არ არის იმუნური P. aeruginosa-ს MIC-ის მიმართ. aeruginosa-ს ბიოფილმები.
დუპლექსური უჟანგავი ფოლადები (DSS) ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში შესანიშნავი მექანიკური თვისებებისა და კოროზიისადმი მდგრადობის იდეალური კომბინაციის გამო1,2. თუმცა, ლოკალიზებული ორმოები მაინც ხდება და ეს გავლენას ახდენს ამ ფოლადის მთლიანობაზე3,4. DSS არ არის მდგრადი მიკრობული კოროზიის (MIC) მიმართ5,6. DSS-ის ფართო გამოყენების მიუხედავად, ჯერ კიდევ არსებობს გარემო, სადაც DSS-ის კოროზიისადმი მდგრადობა არ არის საკმარისი ხანგრძლივი გამოყენებისთვის. ეს ნიშნავს, რომ საჭიროა უფრო ძვირი მასალები უფრო მაღალი კოროზიისადმი მდგრადობით. ჯეონმა და სხვებმა7 აღმოაჩინეს, რომ სუპერდუპლექსურ უჟანგავ ფოლადებსაც კი (SDSS) აქვთ გარკვეული შეზღუდვები კოროზიისადმი მდგრადობის თვალსაზრისით. ამიტომ, ზოგიერთ გამოყენებაში საჭიროა უფრო მაღალი კოროზიისადმი მდგრადობის მქონე სუპერდუპლექსური უჟანგავი ფოლადები (HDSS). ამან გამოიწვია მაღალი შენადნობის HDSS-ის განვითარება.
DSS-ის კოროზიისადმი მდგრადობა დამოკიდებულია ალფა და გამა ფაზების თანაფარდობაზე და მეორე ფაზის მიმდებარე Cr, Mo და W-ით გაღარიბებულ რეგიონებზე 8, 9, 10. HDSS შეიცავს Cr, Mo და N11-ის მაღალ შემცველობას, ამიტომ მას აქვს შესანიშნავი კოროზიისადმი მდგრადობა და მაღალი (45-50) მნიშვნელობა ორმოებისადმი წინააღმდეგობის ეკვივალენტური რიცხვი (PREN), რომელიც განისაზღვრება წონითი % Cr + 3.3 (წონითი % Mo + 0.5 წონითი % W) + 16 წონითი % N12-ით. მისი შესანიშნავი კოროზიისადმი მდგრადობა ეფუძნება დაბალანსებულ შემადგენლობას, რომელიც შეიცავს დაახლოებით 50% ფერიტის (α) და 50% აუსტენიტის (γ) ფაზებს. HDSS-ს აქვს უკეთესი მექანიკური თვისებები და უფრო მაღალი მდგრადობა, ვიდრე ჩვეულებრივ DSS13-ს. ქლორიდის კოროზიის თვისებები. გაუმჯობესებული კოროზიისადმი მდგრადობა აფართოებს HDSS-ის გამოყენებას უფრო კოროზიულ ქლორიდულ გარემოში, როგორიცაა საზღვაო გარემო.
მიკროელექტროქიმიური კოროზიები (MIC) მნიშვნელოვან პრობლემას წარმოადგენს მრავალ ინდუსტრიაში, როგორიცაა ნავთობისა და გაზის და წყალმომარაგების კომპანიები14. MIC კოროზიით გამოწვეული ყველა დაზიანების 20%-ს შეადგენს15. MIC არის ბიოელექტროქიმიური კოროზია, რომელიც შეიძლება შეინიშნოს მრავალ გარემოში. ლითონის ზედაპირებზე წარმოქმნილი ბიოფილმები ცვლის ელექტროქიმიურ პირობებს, რითაც გავლენას ახდენს კოროზიის პროცესზე. ფართოდ არის გავრცელებული მოსაზრება, რომ MIC კოროზია გამოწვეულია ბიოფილმებით. ელექტროგენული მიკროორგანიზმები კოროდირებენ ლითონებს გადარჩენისთვის საჭირო ენერგიის მისაღებად17. MIC-ის ბოლოდროინდელმა კვლევებმა აჩვენა, რომ EET (უჯრედგარე ელექტრონების გადაცემა) არის სიჩქარის შემზღუდველი ფაქტორი ელექტროგენული მიკროორგანიზმების მიერ გამოწვეული MIC-ის დროს. ჟანგმა და სხვებმა18 აჩვენეს, რომ ელექტრონული მედიატორები აჩქარებენ ელექტრონების გადაცემას Desulfovibrio sessificans უჯრედებსა და 304 უჟანგავ ფოლადს შორის, რაც იწვევს უფრო მძიმე MIC შეტევას. ენინგმა და სხვებმა19 და ვენზლაფმა და სხვებმა20 აჩვენეს, რომ კოროზიული სულფატის შემამცირებელი ბაქტერიების (SRB) ბიოფილმებს შეუძლიათ პირდაპირ შთანთქან ელექტრონები ლითონის სუბსტრატებიდან, რაც იწვევს მძიმე ორმოებიან კოროზიას.
ცნობილია, რომ DSS მგრძნობიარეა მიკროელემენტების დაბალი კონცენტრაციის (MIC) მიმართ SRB-ის, რკინის აღმდგენი ბაქტერიების (IRB) და ა.შ. შემცველ გარემოში.21 ეს ბაქტერიები იწვევს ლოკალიზებულ ჩაღრმავებებს DSS-ის ზედაპირებზე ბიოფილმების ქვეშ22,23. DSS-ისგან განსხვავებით, HDSS-ის MIC24 ნაკლებად არის ცნობილი.
Pseudomonas aeruginosa გრამუარყოფითი მოძრავი ჩხირისებრი ბაქტერიაა, რომელიც ფართოდ არის გავრცელებული ბუნებაში25. Pseudomonas aeruginosa ასევე წარმოადგენს საზღვაო გარემოს ძირითად მიკრობულ ჯგუფს, რომელიც იწვევს ფოლადის მიკროელემენტების დაშლას. Pseudomonas მჭიდროდ არის ჩართული კოროზიის პროცესებში და აღიარებულია, როგორც პიონერი კოლონიზატორი ბიოაპკის ფორმირების დროს. მაჰატმა და სხვებმა28 და იუანმა და სხვებმა29 აჩვენეს, რომ Pseudomonas aeruginosa-ს აქვს მიდრეკილება გაზარდოს რბილი ფოლადისა და შენადნობების კოროზიის სიჩქარე წყლიან გარემოში.
ამ ნაშრომის მთავარი მიზანი იყო 2707 HDSS-ის MIC თვისებების შესწავლა, რომლებიც გამოწვეულია საზღვაო აერობული ბაქტერიით Pseudomonas aeruginosa, ელექტროქიმიური მეთოდების, ზედაპირული ანალიტიკური ტექნიკის და კოროზიის პროდუქტის ანალიზის გამოყენებით. 2707 HDSS-ის MIC ქცევის შესასწავლად ჩატარდა ელექტროქიმიური კვლევები, მათ შორის ღია წრედის პოტენციალი (OCP), ხაზოვანი პოლარიზაციის წინააღმდეგობა (LPR), ელექტროქიმიური წინაღობის სპექტროსკოპია (EIS) და პოტენციური დინამიური პოლარიზაცია. კოროზირებულ ზედაპირზე ქიმიური ელემენტების მოსაძებნად ჩატარდა ენერგიის დისპერსიული სპექტრომეტრის (EDS) ანალიზი. გარდა ამისა, რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპიის (XPS) ანალიზი გამოყენებული იქნა Pseudomonas aeruginosa-ს შემცველი საზღვაო გარემოს გავლენის ქვეშ ოქსიდური ფენის პასივაციის სტაბილურობის დასადგენად. ორმოს სიღრმე გაიზომა კონფოკალური ლაზერული სკანირების მიკროსკოპით (CLSM).
ცხრილი 1 აჩვენებს 2707 HDSS-ის ქიმიურ შემადგენლობას. ცხრილი 2 აჩვენებს, რომ 2707 HDSS-ს აქვს შესანიშნავი მექანიკური თვისებები 650 მპა დენადობის ზღვარით. სურათი 1 გვიჩვენებს ხსნარით თერმულად დამუშავებული 2707 HDSS-ის ოპტიკურ მიკროსტრუქტურას. მიკროსტრუქტურაში, რომელიც შეიცავს დაახლოებით 50% აუსტენიტს და 50% ფერიტის ფაზებს, ჩანს აუსტენიტის და ფერიტის ფაზების წაგრძელებული ზოლები მეორადი ფაზების გარეშე.
სურათი 2ა გვიჩვენებს ღია წრედის პოტენციალს (Eocp) ექსპოზიციის დროის მონაცემებთან შედარებით 2707 HDSS-ისთვის აბიოტურ 2216E გარემოში და P. aeruginosa-ს ბულიონში 14 დღის განმავლობაში 37°C ტემპერატურაზე. ის აჩვენებს, რომ Eocp-ის ყველაზე დიდი და მნიშვნელოვანი ცვლილება ხდება პირველი 24 საათის განმავლობაში. ორივე შემთხვევაში Eocp მნიშვნელობები პიკს -145 mV-ზე (SCE-სთან შედარებით) დაახლოებით 16 საათის შემდეგ მიაღწია, შემდეგ კი მკვეთრად დაეცა, აბიოტური ნიმუშისა და P-სთვის შესაბამისად -477 mV-ს (SCE-სთან შედარებით) და -236 mV-ს (SCE-სთან შედარებით) მიაღწია. Pseudomonas aeruginosa-ს კუპონები, შესაბამისად. 24 საათის შემდეგ, P. aeruginosa-სთვის 2707 HDSS Eocp მნიშვნელობა შედარებით სტაბილური იყო -228 mV-ზე (SCE-სთან შედარებით), ხოლო არაბიოლოგიური ნიმუშებისთვის შესაბამისი მნიშვნელობა დაახლოებით -442 mV იყო (SCE-სთან შედარებით). P. aeruginosa-ს თანაობისას Eocp საკმაოდ დაბალი იყო.
2707 HDSS ნიმუშის ელექტროქიმიური ტესტირება აბიოტურ გარემოში და Pseudomonas aeruginosa-ს ბულიონში 37°C ტემპერატურაზე:
(ა) Eocp, როგორც ექსპოზიციის დროის ფუნქცია, (ბ) პოლარიზაციის მრუდები მე-14 დღეს, (გ) Rp, როგორც ექსპოზიციის დროის ფუნქცია და (დ) icorr, როგორც ექსპოზიციის დროის ფუნქცია.
ცხრილი 3-ში მოცემულია 2707 HDSS ნიმუშის ელექტროქიმიური კოროზიის პარამეტრების მნიშვნელობები, რომლებიც 14 დღის განმავლობაში აბიოტურ გარემოში და Pseudomonas aeruginosa-თი ინოკულირებულ გარემოში იმყოფებოდნენ. ანოდური და კათოდური მრუდების ტანგენსები ექსტრაპოლირებული იქნა გადაკვეთის წერტილების მისაღებად, რაც სტანდარტული მეთოდების მიხედვით კოროზიის დენის სიმკვრივის (icorr), კოროზიის პოტენციალის (Ecorr) და ტაფელის დახრილობის (βα და βc) მიღებას გულისხმობს.
როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 2ბ-ზე, P. aeruginosa-ს მრუდის ზემოთ გადაადგილებამ გამოიწვია Ecorr-ის ზრდა აბიოტურ მრუდთან შედარებით. icorr-ის მნიშვნელობა, რომელიც კოროზიის სიჩქარის პროპორციულია, Pseudomonas aeruginosa-ს ნიმუშში გაიზარდა 0.328 μA cm-2-მდე, რაც ოთხჯერ მეტია არაბიოლოგიურ ნიმუშთან შედარებით (0.087 μA cm-2).
LPR არის კლასიკური არადესტრუქციული ელექტროქიმიური მეთოდი სწრაფი კოროზიის ანალიზისთვის. ის ასევე გამოყენებული იქნა MIC32-ის შესასწავლად. სურათი 2c გვიჩვენებს პოლარიზაციის წინააღმდეგობას (Rp) ექსპოზიციის დროის ფუნქციად. უფრო მაღალი Rp მნიშვნელობა ნიშნავს ნაკლებ კოროზიას. პირველი 24 საათის განმავლობაში, 2707 HDSS-ის Rp-მ მიაღწია მაქსიმალურ მნიშვნელობას 1955 kΩ cm2 აბიოტური 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 შემდეგი 13 დღის განმავლობაში. Pseudomonas aeruginosa-ს ნიმუშის Rp მნიშვნელობა დაახლოებით 40 kΩ cm2-ია, რაც გაცილებით დაბალია, ვიდრე არაბიოლოგიური ნიმუშის 450 kΩ cm2 მნიშვნელობა.
icorr-ის მნიშვნელობა ერთგვაროვანი კოროზიის სიჩქარის პროპორციულია. მისი მნიშვნელობა შეიძლება გამოითვალოს შემდეგი შტერნ-გირის განტოლებიდან:
Zou და სხვ. 33-ის მიხედვით, ამ ნაშრომში ტაფელის დახრილობის B ტიპიური მნიშვნელობა 26 mV/dec-ის ტოლი იყო. სურათი 2d გვიჩვენებს, რომ არაბიოლოგიური 2707 ნიმუშის icorr შედარებით სტაბილური დარჩა, ხოლო P. aeruginosa-ს ნიმუშის icorr მნიშვნელობები პირველი 24 საათის შემდეგ მნიშვნელოვნად მერყეობდა. P. aeruginosa-ს ნიმუშების icorr მნიშვნელობები არაბიოლოგიურ საკონტროლო ნიმუშებთან შედარებით რამდენჯერმე მაღალი იყო. ეს ტენდენცია შეესაბამება პოლარიზაციის წინააღმდეგობის შედეგებს.
ელექტრომაგნიტური ინდექსირება (EIS) კიდევ ერთი არადესტრუქციული ტექნიკაა, რომელიც გამოიყენება კოროზირებულ ზედაპირებზე ელექტროქიმიური რეაქციების დასახასიათებლად. აბიოტურ გარემოსა და Pseudomonas aeruginosa-ს ხსნართან ზემოქმედების ქვეშ მყოფი ნიმუშების წინაღობის სპექტრები და გამოთვლილი ტევადობის მნიშვნელობები, ნიმუშის ზედაპირზე წარმოქმნილი პასიური აპკის/ბიოაპკის Rb წინააღმდეგობა, Rct მუხტის გადაცემის წინააღმდეგობა, Cdl ელექტრული ორშრიანი ტევადობა (EDL) და QCPE მუდმივი ფაზის ელემენტის (CPE) პარამეტრები. ეს პარამეტრები შემდგომში გაანალიზდა მონაცემების ეკვივალენტური წრედის (EEC) მოდელის გამოყენებით მორგებით.
სურათი 3 გვიჩვენებს 2707 HDSS ნიმუშის ტიპურ ნაიკვისტის დიაგრამებს (a და b) და ბოდის დიაგრამებს (a' და b') აბიოტურ გარემოში და P. aeruginosa-ს ბულიონში სხვადასხვა ინკუბაციის დროის მიხედვით. ნაიკვისტის რგოლის დიამეტრი მცირდება Pseudomonas aeruginosa-ს თანაარსებობისას. ბოდის დიაგრამა (სურ. 3b') აჩვენებს საერთო წინაღობის სიდიდის ზრდას. რელაქსაციის დროის მუდმივას შესახებ ინფორმაციის მოწოდება შესაძლებელია ფაზის მაქსიმუმის მეშვეობით. სურათი 4 გვიჩვენებს ერთშრეულ (a) და ორშრეულ (b) ფიზიკურ სტრუქტურებს და მათ შესაბამის EEC-ებს. CPE შეყვანილია EEC მოდელში. მისი ადმანტაცია და წინაღობა გამოიხატება შემდეგნაირად:
2707 HDSS ნიმუშის წინაღობის სპექტრის მორგების ორი ფიზიკური მოდელი და შესაბამისი ეკვივალენტური სქემები:
სადაც Y0 არის CPE-ს სიდიდე, j არის წარმოსახვითი რიცხვი ან (-1)1/2, ω არის კუთხური სიხშირე და n არის CPE-ს სიმძლავრის ინდექსი, რომელიც ერთზე ნაკლებია35. მუხტის გადაცემის წინააღმდეგობის შებრუნებული მნიშვნელობა (ანუ 1/Rct) შეესაბამება კოროზიის სიჩქარეს. უფრო მცირე Rct ნიშნავს კოროზიის უფრო სწრაფ სიჩქარეს27. 14-დღიანი ინკუბაციის შემდეგ, Pseudomonas aeruginosa-ს ნიმუშების Rct-მა მიაღწია 32 kΩ სმ2-ს, რაც გაცილებით ნაკლებია არაბიოლოგიური ნიმუშების 489 kΩ სმ2-ზე (ცხრილი 4).
ნახაზ 5-ზე მოცემული CLSM და SEM სურათები ნათლად აჩვენებს, რომ 2707 HDSS ნიმუშის ზედაპირზე ბიოაპკის დაფარვა 7 დღის შემდეგ მკვრივია. თუმცა, 14 დღის შემდეგ, ბიოაპკის დაფარვა იშვიათი გახდა და რამდენიმე მკვდარი უჯრედი გამოჩნდა. ცხრილი 5 აჩვენებს 2707 HDSS ნიმუშზე ბიოაპკის სისქეს P. aeruginosa-ს ზემოქმედების შემდეგ 7 და 14 დღის განმავლობაში. ბიოაპკის მაქსიმალური სისქე შეიცვალა 23.4 μm-დან 7 დღის შემდეგ 18.9 μm-მდე 14 დღის შემდეგ. ბიოაპკის საშუალო სისქემაც დაადასტურა ეს ტენდენცია. ის შემცირდა 22.2 ± 0.7 μm-დან 14 დღის შემდეგ 17.8 ± 1.0 μm-მდე.
(ა) 3-D CLSM გამოსახულება 7 დღის შემდეგ, (ბ) 3-D CLSM გამოსახულება 14 დღის შემდეგ, (გ) SEM გამოსახულება 7 დღის შემდეგ და (დ) SEM გამოსახულება 14 დღის შემდეგ.
EDS-მა გამოავლინა ქიმიური ელემენტები ბიოფილმებსა და კოროზიის პროდუქტებში 14 დღის განმავლობაში P. aeruginosa-ს ზემოქმედების ქვეშ მყოფ ნიმუშებზე. სურათი 6 აჩვენებს, რომ C, N, O და P-ის შემცველობა ბიოფილმებსა და კოროზიის პროდუქტებში გაცილებით მაღალია, ვიდრე შიშველ ლითონებში, რადგან ეს ელემენტები ასოცირდება ბიოფილმებთან და მათ მეტაბოლიტებთან. მიკრობებს მხოლოდ ქრომისა და რკინის კვალი სჭირდებათ. Cr-ისა და Fe-ს მაღალი დონე ბიოფილმსა და ნიმუშების ზედაპირზე კოროზიის პროდუქტებში მიუთითებს, რომ ლითონის მატრიცამ დაკარგა ელემენტები კოროზიის გამო.
14 დღის შემდეგ, 2216E გარემოში დაფიქსირდა P. aeruginosa-თი და მის გარეშე ორმოების არსებობა. ინკუბაციამდე, ნიმუშის ზედაპირი გლუვი და დეფექტების გარეშე იყო (სურ. 7ა). ინკუბაციისა და ბიოაპკისა და კოროზიის პროდუქტების მოცილების შემდეგ, ნიმუშების ზედაპირზე ყველაზე ღრმა ორმოები შემოწმდა CLSM-ის ქვეშ, როგორც ეს ნაჩვენებია სურათ 7ბ და გ-ზე. არაბიოლოგიური საკონტროლო ნიმუშების ზედაპირზე აშკარა ორმოები არ აღმოჩნდა (ორმოების მაქსიმალური სიღრმე 0.02 მკმ). Pseudomonas aeruginosa-თი გამოწვეული ორმოების მაქსიმალური სიღრმე 7 დღის შემდეგ 0.52 მკმ და 14 დღის შემდეგ 0.69 მკმ იყო, 3 ნიმუშის საშუალო მაქსიმალური სიღრმის მიხედვით (თითოეული ნიმუშისთვის შეირჩა ორმოების მაქსიმალური სიღრმის 10 მნიშვნელობა), მიაღწია შესაბამისად 0.42 ± 0.12 მკმ და 0.52 ± 0.15 მკმ-ს (ცხრილი 5). ორმოების სიღრმის ეს მნიშვნელობები მცირეა, მაგრამ მნიშვნელოვანია.
(ა) ზემოქმედებამდე, (ბ) 14 დღე აბიოტურ გარემოში და (გ) 14 დღე Pseudomonas aeruginosa-ს ბულიონში.
სურათი 8 გვიჩვენებს სხვადასხვა ნიმუშის ზედაპირის XPS სპექტრებს, ხოლო თითოეული ზედაპირისთვის გაანალიზებული ქიმიური შემადგენლობები შეჯამებულია ცხრილში 6. ცხრილში 6, Fe და Cr-ის ატომური პროცენტული მაჩვენებლები P. aeruginosa-ს თანაობისას (ნიმუშები A და B) გაცილებით დაბალი იყო, ვიდრე არაბიოლოგიური საკონტროლო ნიმუშების (ნიმუშები C და D). P. aeruginosa-ს ნიმუშისთვის, Cr 2p ბირთვის დონის სპექტრული მრუდი მორგებული იყო ოთხ პიკურ კომპონენტზე, შეკავშირების ენერგიის (BE) მნიშვნელობებით 574.4, 576.6, 578.3 და 586.8 eV, რაც შეიძლება მივაწეროთ Cr, Cr2O3, CrO3 და Cr(OH)3-ს, შესაბამისად (სურ. 9ა და ბ). არაბიოლოგიური ნიმუშებისთვის, Cr 2p ბირთვის დონის სპექტრი შეიცავს ორ მთავარ პიკს Cr-ისთვის (573.80 eV BE-სთვის) და Cr2O3-ისთვის (575.90 eV BE-სთვის) სურათზე. შესაბამისად, 9c და d. აბიოტურ და P. aeruginosa-ს ნიმუშებს შორის ყველაზე თვალშისაცემი განსხვავება იყო Cr6+-ის და Cr(OH)3-ის (BE 586.8 eV) უფრო მაღალი ფარდობითი ფრაქციის არსებობა ბიოაპკის ქვეშ.
2707 HDSS ნიმუშის ზედაპირის ფართო XPS სპექტრები ორ გარემოში, შესაბამისად, 7 და 14 დღეა.
(ა) P. aeruginosa-სთან 7 დღე კონტაქტი, (ბ) P. aeruginosa-სთან 14 დღე კონტაქტი, (გ) აბიოტურ გარემოში 7 დღე და (დ) აბიოტურ გარემოში 14 დღე.
HDSS ავლენს კოროზიისადმი მაღალ მდგრადობას უმეტეს გარემოში. კიმმა და სხვებმა 2 აღნიშნეს, რომ UNS S32707 HDSS განისაზღვრა, როგორც მაღალშენადნობი DSS 45-ზე მეტი PREN-ით. ამ ნაშრომში 2707 HDSS ნიმუშის PREN მნიშვნელობა იყო 49. ეს განპირობებულია მისი მაღალი ქრომის შემცველობით და მოლიბდენისა და Ni-ის მაღალი დონით, რაც სასარგებლოა მჟავე და მაღალი ქლორიდის შემცველ გარემოში. გარდა ამისა, კარგად დაბალანსებული შემადგენლობა და დეფექტებისგან თავისუფალი მიკროსტრუქტურა სასარგებლოა სტრუქტურული სტაბილურობისა და კოროზიისადმი მდგრადობისთვის. თუმცა, შესანიშნავი ქიმიური მდგრადობის მიუხედავად, ამ ნაშრომში მოცემული ექსპერიმენტული მონაცემები მიუთითებს, რომ 2707 HDSS არ არის სრულიად იმუნური P. aeruginosa ბიოფილმების MIC-ის მიმართ.
ელექტროქიმიურმა შედეგებმა აჩვენა, რომ P. aeruginosa-ს ბულიონში 2707 HDSS-ის კოროზიის სიჩქარე მნიშვნელოვნად გაიზარდა 14 დღის შემდეგ არაბიოლოგიურ გარემოსთან შედარებით. ნახაზი 2a-ზე, Eocp-ის შემცირება დაფიქსირდა როგორც აბიოტურ გარემოში, ასევე P. aeruginosa-ს ბულიონში პირველი 24 საათის განმავლობაში. ამის შემდეგ, ბიოაპკი სრულად ფარავს ნიმუშის ზედაპირს და Eocp შედარებით სტაბილური ხდება36. თუმცა, ბიოლოგიური Eocp-ის დონე გაცილებით მაღალი იყო, ვიდრე არაბიოლოგიური Eocp-ის. არსებობს საფუძველი ვივარაუდოთ, რომ ეს განსხვავება განპირობებულია P. aeruginosa-ს ბიოაპკის ფორმირებით. ნახაზი 2d-ზე, P. aeruginosa-ს თანაობისას, 2707 HDSS-ის icorr მნიშვნელობამ მიაღწია 0.627 μA cm-2-ს, რაც მნიშვნელოვნად მაღალი იყო აბიოტურ კონტროლთან შედარებით (0.063 μA cm-2), რაც შეესაბამებოდა EIS-ით გაზომილ Rct მნიშვნელობას. პირველი რამდენიმე დღის განმავლობაში, P-ში იმპედანსის მნიშვნელობები... aeruginosa-ს ბულიონის დონე გაიზარდა P. aeruginosa-ს უჯრედების მიმაგრებისა და ბიოაპკების წარმოქმნის გამო. თუმცა, როდესაც ბიოაპკი მთლიანად ფარავს ნიმუშის ზედაპირს, წინაღობა მცირდება. დამცავი ფენა პირველი დაზიანდება ბიოაპკებისა და ბიოაპკების მეტაბოლიტების წარმოქმნის გამო. შესაბამისად, კოროზიისადმი მდგრადობა დროთა განმავლობაში შემცირდა და P. aeruginosa-ს მიმაგრებამ გამოიწვია ლოკალიზებული კოროზია. აბიოტურ გარემოში ტენდენციები განსხვავებული იყო. არაბიოლოგიური კონტროლის კოროზიისადმი მდგრადობა გაცილებით მაღალი იყო, ვიდრე P. aeruginosa-ს ბულიონის ზემოქმედების ქვეშ მყოფი ნიმუშების შესაბამისი მნიშვნელობა. გარდა ამისა, აბიოტური ნიმუშებისთვის, 2707 HDSS-ის Rct მნიშვნელობამ მე-14 დღეს მიაღწია 489 kΩ cm2-ს, რაც 15-ჯერ მეტი იყო Rct მნიშვნელობაზე (32 kΩ cm2) P. aeruginosa-ს თანაობისას. შესაბამისად, 2707 HDSS-ს აქვს შესანიშნავი კოროზიისადმი მდგრადობა სტერილურ გარემოში, მაგრამ არ არის მდგრადი P. aeruginosa-ს ბიოაპკების მიერ გამოწვეული MIC შეტევის მიმართ.
ეს შედეგები ასევე შეიძლება დავინახოთ ნახ. 2b-ზე მოცემული პოლარიზაციის მრუდებიდან. ანოდური განშტოება მიეწერება Pseudomonas aeruginosa-ს ბიოაპკის ფორმირებას და ლითონის დაჟანგვის რეაქციებს. ამავდროულად, კათოდური რეაქცია ჟანგბადის აღდგენაა. P. aeruginosa-ს არსებობამ მნიშვნელოვნად გაზარდა კოროზიის დენის სიმკვრივე, დაახლოებით ერთი რიგის სიდიდით მეტი, ვიდრე აბიოტური კონტროლი. ეს მიუთითებს, რომ P. aeruginosa-ს ბიოაპკი ზრდის 2707 HDSS-ის ლოკალიზებულ კოროზიას. იუანმა და სხვებმა29 აღმოაჩინეს, რომ 70/30 Cu-Ni შენადნობის კოროზიის დენის სიმკვრივე გაიზარდა P. aeruginosa-ს ბიოაპკის ზემოქმედების ქვეშ. ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს Pseudomonas aeruginosa-ს ბიოაპკების მიერ ჟანგბადის შემცირების ბიოკატალიზით. ეს დაკვირვება ასევე შეიძლება ხსნიდეს 2707 HDSS-ის მიკროცირკულაციურ ზღვრულ კონცენტრაციას ამ ნაშრომში. აერობულ ბიოაპკებს ასევე შეიძლება ჰქონდეთ ნაკლები ჟანგბადი მათ ქვეშ. ამიტომ, ლითონის ზედაპირის ჟანგბადით ხელახალი პასივაციის შეუძლებლობა შეიძლება იყოს მიკროცირკულაციურ ზღვრულ კონცენტრაციაზე ხელშემწყობი ფაქტორი ამ ნაშრომში.
დიკინსონმა და სხვებმა 38 ივარაუდეს, რომ ქიმიური და ელექტროქიმიური რეაქციების სიჩქარეზე პირდაპირ გავლენას ახდენს ნიმუშის ზედაპირზე არსებული უძრავ-მოძრავი ბაქტერიების მეტაბოლური აქტივობა და კოროზიის პროდუქტების ბუნება. როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 5-სა და ცხრილ 5-ში, უჯრედების რაოდენობაც და ბიოაპკის სისქეც 14 დღის შემდეგ შემცირდა. ეს შეიძლება გონივრულად აიხსნას იმით, რომ 14 დღის შემდეგ, 2707 HDSS-ის ზედაპირზე არსებული უძრავ-მოძრავი უჯრედების უმეტესობა კვდება 2216E გარემოში საკვები ნივთიერებების შემცირების ან 2707 HDSS მატრიციდან ტოქსიკური ლითონის იონების გამოყოფის გამო. ეს პარტიული ექსპერიმენტების შეზღუდვაა.
ამ ნაშრომში, P. aeruginosa-ს ბიოაპკმა ხელი შეუწყო Cr-ის და Fe-ს ლოკალურ გამოფიტვას ბიოაპკის ქვეშ, 2707 HDSS ზედაპირზე (სურ. 6). ცხრილში 6, Fe-სა და Cr-ის შემცირება D ნიმუშში C ნიმუშთან შედარებით, რაც მიუთითებს, რომ P. aeruginosa-ს ბიოაპკის მიერ გამოწვეული გახსნილი Fe და Cr პირველი 7 დღის შემდეგაც შენარჩუნდა. 2216E გარემო გამოიყენება საზღვაო გარემოს სიმულირებისთვის. იგი შეიცავს 17700 ppm Cl-ს, რაც შედარებადია ბუნებრივ ზღვის წყალში არსებულთან. 17700 ppm Cl-ს არსებობა იყო Cr-ის შემცირების მთავარი მიზეზი XPS-ით გაანალიზებულ 7 და 14 დღიან აბიოტურ ნიმუშებში. P. aeruginosa-ს ნიმუშებთან შედარებით, Cr-ის გახსნა აბიოტურ ნიმუშებში გაცილებით ნაკლები იყო 2707 HDSS-ის Cl− ძლიერი რეზისტენტობის გამო აბიოტურ გარემოში. სურათი 9 გვიჩვენებს Cr6+-ის არსებობას პასივაციის ფენაში. ის შეიძლება მონაწილეობდეს Cr-ის მოცილებაში. ფოლადის ზედაპირები P. aeruginosa-ს ბიოფილმებით, როგორც ეს ჩენმა და კლეიტონმა შემოგვთავაზეს.
ბაქტერიული ზრდის გამო, ნიადაგის pH-ის მნიშვნელობები კულტივაციამდე და კულტივაციის შემდეგ შესაბამისად 7.4 და 8.2 იყო. ამიტომ, P. aeruginosa-ს ბიოაპკის ქვემოთ, ორგანული მჟავების კოროზია ნაკლებად სავარაუდოა, რომ იყოს ამ სამუშაოს ხელშემწყობი ფაქტორი, მოცულობითი ნიადაგის შედარებით მაღალი pH-ის გამო. არაბიოლოგიური საკონტროლო ნიადაგის pH მნიშვნელოვნად არ შეცვლილა (საწყისი 7.4-დან საბოლოო 7.5-მდე) 14-დღიანი ტესტირების პერიოდში. ინკუბაციის შემდეგ ინოკულაციის ნიადაგში pH-ის ზრდა განპირობებული იყო P. aeruginosa-ს მეტაბოლური აქტივობით და აღმოჩნდა, რომ იგივე გავლენას ახდენს pH-ზე სატესტო ზოლების არარსებობის შემთხვევაშიც.
როგორც ნაჩვენებია ნახაზ 7-ში, P. aeruginosa-ს ბიოფილმით გამოწვეული ორმოს მაქსიმალური სიღრმე იყო 0.69 მკმ, რაც გაცილებით დიდი იყო აბიოტური გარემოს სიღრმეზე (0.02 მკმ). ეს შეესაბამება ზემოთ აღწერილ ელექტროქიმიურ მონაცემებს. ორმოს 0.69 მკმ სიღრმე ათჯერ უფრო მცირეა, ვიდრე 2205 DSS-ისთვის იმავე პირობებში დაფიქსირებული 9.5 მკმ მნიშვნელობა. ეს მონაცემები აჩვენებს, რომ 2707 HDSS 2205 DSS-თან შედარებით უკეთეს MIC წინააღმდეგობას ავლენს. ეს გასაკვირი არ უნდა იყოს, რადგან 2707 HDSS-ს აქვს უფრო მაღალი ქრომის შემცველობა, რაც უზრუნველყოფს უფრო ხანგრძლივ პასივაციას, დაბალანსებული ფაზური სტრუქტურის გამო, მავნე მეორადი ნალექების გარეშე, რაც ართულებს P. aeruginosa-სთვის დეპასივაციას და საწყისი წერტილების დაბნელებას.
დასკვნის სახით, P. aeruginosa-ს ბულიონში 2707 HDSS-ის ზედაპირზე აღმოჩენილი იქნა მიკროელემენტების შემცველი ორმოები, აბიოტურ გარემოში კი მათი უმნიშვნელო რაოდენობასთან შედარებით. ეს ნაშრომი აჩვენებს, რომ 2707 HDSS-ს 2205 DSS-თან შედარებით უკეთესი მიკროელემენტების შემცველი რეზისტენტობა აქვს, თუმცა P. aeruginosa-ს ბიოაპკის გამო ის სრულად იმუნური არ არის მიკროელემენტების შემცველი ფოლადების მიმართ. ეს დასკვნები ხელს უწყობს საზღვაო გარემოსთვის შესაფერისი უჟანგავი ფოლადების შერჩევას და მათი მომსახურების ვადის შეფასებას.
2707 HDSS-ის კუპონს გასცემს ჩინეთის ქალაქ შენიანგში მდებარე ჩრდილო-აღმოსავლეთის უნივერსიტეტის (NEU) მეტალურგიის სკოლა. 2707 HDSS-ის ელემენტარული შემადგენლობა ნაჩვენებია ცხრილში 1, რომელიც გაანალიზდა NEU-ს მასალების ანალიზისა და ტესტირების დეპარტამენტის მიერ. ყველა ნიმუში დამუშავდა ხსნარში 1180 °C ტემპერატურაზე 1 საათის განმავლობაში. კოროზიის ტესტირებამდე, მონეტის ფორმის 2707 HDSS, რომლის ზედა ზედაპირი 1 სმ2 იყო, გაპრიალდა 2000 გრიტამდე სილიციუმის კარბიდის ქაღალდით და შემდგომ გაპრიალდა 0.05 μm Al2O3 ფხვნილის სუსპენზიით. გვერდები და ქვედა ნაწილი დაცულია ინერტული საღებავით. გაშრობის შემდეგ, ნიმუშები გაირეცხა სტერილური დეიონიზებული წყლით და სტერილიზებული იქნა 75% (v/v) ეთანოლით 0.5 საათის განმავლობაში. შემდეგ ისინი გამოყენებამდე გაშრეს ჰაერზე ულტრაიისფერი (UV) სხივების ქვეშ 0.5 საათის განმავლობაში.
საზღვაო Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 შტამი შეძენილი იქნა Xiamen Marine Culture Collection Center-დან (MCCC), ჩინეთი. Pseudomonas aeruginosa გაიზარდა აერობულად 37°C ტემპერატურაზე 250 მლ კოლბებში და 500 მლ ელექტროქიმიურ მინის უჯრედებში, Marine 2216E თხევადი გარემოს გამოყენებით (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, ჩინეთი). გარემო (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, 0.08 SrBr2, 0.022 H3BO3, 0.004 NaSiO3, 0016 NH3, 0016 NH3, 0016 NaH2PO4. , 5.0 პეპტონი, 1.0 საფუარის ექსტრაქტი და 0.1 რკინის ციტრატი. ინოკულაციამდე 20 წუთის განმავლობაში ავტოკლავირება 121°C ტემპერატურაზე. 400X გადიდებით სინათლის მიკროსკოპის ქვეშ ჰემოციტომეტრის გამოყენებით დაითვალეთ უძრავად და პლანქტონურ უჯრედებს. ინოკულაციისთანავე პლანქტონური Pseudomonas aeruginosa-ს საწყისი უჯრედული კონცენტრაცია დაახლოებით 106 უჯრედი/მლ იყო.
ელექტროქიმიური ტესტები ჩატარდა კლასიკურ სამელექტროდიან შუშის უჯრედში, 500 მლ საშუალო მოცულობით. პლატინის ფურცელი და გაჯერებული კალომელის ელექტროდი (SCE) რეაქტორს უერთდებოდა მარილის ხიდებით სავსე ლუგინის კაპილარების მეშვეობით, რომლებიც შესაბამისად საპირწონე და საცნობარო ელექტროდების როლს ასრულებდნენ. სამუშაო ელექტროდების დასამზადებლად, თითოეულ ნიმუშზე მიმაგრებული იყო რეზინით დაფარული სპილენძის მავთული და დაფარული იყო ეპოქსიდური ფისით, რის შედეგადაც სამუშაო ელექტროდისთვის დაახლოებით 1 სმ2 ღია ცალმხრივი ზედაპირის ფართობი დარჩა. ელექტროქიმიური გაზომვების დროს, ნიმუშები მოათავსეს 2216E გარემოში და შეინარჩუნეს მუდმივი ინკუბაციის ტემპერატურა (37 °C) წყლის აბაზანაში. OCP, LPR, EIS და პოტენციური დინამიური პოლარიზაციის მონაცემები გაიზომა Autolab პოტენციოსტატის (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA) გამოყენებით. LPR ტესტები ჩაიწერა 0.125 mV s-1 სკანირების სიჩქარით -5 და 5 mV დიაპაზონში Eocp-ით და 1 Hz შერჩევის სიხშირით. EIS ჩატარდა სინუსოიდური ტალღით 0.01 სიხშირის დიაპაზონში. 10,000 ჰც-მდე 5 mV გამოყენებული ძაბვის გამოყენებით სტაბილური მდგომარეობის Eocp-ზე. პოტენციალის გაწმენდამდე, ელექტროდები ღია წრედის რეჟიმში იმყოფებოდნენ სტაბილური თავისუფალი კოროზიის პოტენციალის მნიშვნელობის მიღწევამდე. პოლარიზაციის მრუდები შემდეგ გაიყვანეს -0.2-დან 1.5 ვ-მდე Eocp-თან შედარებით 0.166 mV/s სკანირების სიჩქარით. თითოეული ტესტი განმეორდა 3-ჯერ P. aeruginosa-თი და მის გარეშე.
მეტალოგრაფიული ანალიზისთვის ნიმუშები მექანიკურად იქნა გაპრიალებული 2000 მარცვლოვანი სველი SiC ქაღალდით და შემდეგ ოპტიკური დაკვირვებისთვის დამატებით გაპრიალდა 0.05 μm Al2O3 ფხვნილის სუსპენზიით. მეტალოგრაფიული ანალიზი ჩატარდა ოპტიკური მიკროსკოპის გამოყენებით. ნიმუშები დამუშავებული იქნა 10 წონითი%-იანი კალიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარით 43.
ინკუბაციის შემდეგ, ნიმუშები 3-ჯერ გაირეცხა ფოსფატ-ბუფერული ფიზიოლოგიური ხსნარით (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) და შემდეგ 10 საათის განმავლობაში დააფიქსირეს 2.5%-იანი (v/v) გლუტარალდეჰიდით ბიოაპკების დასაფიქსირებლად. შემდგომში, ჰაერზე გაშრობამდე, ნიმუშები დეჰიდრატირებული იქნა ეთანოლის გრადუირებული სერიით (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% და 100% v/v). დაბოლოს, ნიმუშის ზედაპირი გაფრქვეულია ოქროს აპკით, რათა უზრუნველყოფილი იყოს SEM დაკვირვებისთვის გამტარობა. SEM გამოსახულებები ფოკუსირებული იყო იმ ლაქებზე, სადაც თითოეული ნიმუშის ზედაპირზე ყველაზე მეტად უძრაო P. aeruginosa უჯრედები იყო. ქიმიური ელემენტების მოსაძებნად ჩატარდა EDS ანალიზი. ორმოს სიღრმის გასაზომად გამოყენებული იქნა Zeiss-ის კონფოკალური ლაზერული სკანირების მიკროსკოპი (CLSM) (LSM 710, Zeiss, გერმანია). ბიოაპკის ქვეშ კოროზიის ორმოების დასაკვირვებლად, საცდელი ნიმუში თავდაპირველად გაიწმინდა ჩინეთის ეროვნული სტანდარტის შესაბამისად. (CNS) GB/T4334.4-2000 საცდელი ნაწილის ზედაპირზე კოროზიის პროდუქტებისა და ბიოაპკის მოსაშორებლად.
რენტგენის ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპიის (XPS, ESCALAB250 ზედაპირის ანალიზის სისტემა, Thermo VG, აშშ) ანალიზი ჩატარდა მონოქრომატული რენტგენის წყაროს (ალუმინის Kα ხაზი 1500 eV ენერგიით და 150 W სიმძლავრით) გამოყენებით ფართო შეკავშირების ენერგიის დიაპაზონში 0 სტანდარტული პირობების –1350 eV გამოყენებით. მაღალი გარჩევადობის სპექტრები ჩაიწერა 50 eV გამტარობის ენერგიისა და 0.2 eV საფეხურის ზომის გამოყენებით.
ინკუბირებული ნიმუშები ამოიღეს და ფრთხილად გაირეცხა PBS-ით (pH 7.4 ± 0.2) 15 წამის განმავლობაში 45 წუთის განმავლობაში. ნიმუშებზე ბიოაპკების ბაქტერიული სიცოცხლისუნარიანობის დასაკვირვებლად, ბიოაპკები შეღებილი იქნა LIVE/DEAD BacLight ბაქტერიული სიცოცხლისუნარიანობის ნაკრების (Invitrogen, ევგენი, ორეგონი, აშშ) გამოყენებით. ნაკრებს აქვს ორი ფლუორესცენტული საღებავი, მწვანე ფლუორესცენტული SYTO-9 საღებავი და წითელი ფლუორესცენტული პროპიდიუმის იოდიდის (PI) საღებავი. CLSM-ის პირობებში, ფლუორესცენტული მწვანე და წითელი წერტილები წარმოადგენს შესაბამისად ცოცხალ და მკვდარ უჯრედებს. შეღებვისთვის, 1 მლ ნარევი, რომელიც შეიცავს 3 μl SYTO-9-ს და 3 μl PI ხსნარს, ინკუბირებული იქნა 20 წუთის განმავლობაში ოთახის ტემპერატურაზე (23 oC) სიბნელეში. შემდეგ, შეღებილი ნიმუშები დაკვირვებული იქნა ორ ტალღის სიგრძეზე (488 ნმ ცოცხალი უჯრედებისთვის და 559 ნმ მკვდარი უჯრედებისთვის) Nikon CLSM აპარატის (C2 Plus, Nikon, იაპონია) გამოყენებით. ბიოაპკის სისქე გაიზომა 3-D სკანირების რეჟიმში.
როგორ მოვიყვანოთ ეს სტატია: ლი, ჰ. და სხვ. 2707 სუპერ დუპლექსის უჟანგავი ფოლადის მიკრობული კოროზია ზღვის Pseudomonas aeruginosa biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
ზანოტო, ფ., გრასი, ვ., ბალბო, ა., მონტიჩელი, ს. და ზუჩი, ფ. LDX 2101 დუპლექსური უჟანგავი ფოლადის დაძაბულობით გამოწვეული კოროზიული ბზარები ქლორიდის ხსნარში თიოსულფატის თანაობისას. coros.science.80, 205–212 (2014).
კიმი, ს.ტ., ჯანგი, ს.ჰ., ლი, აი.ს. და პარკი, ი.ს. ხსნარის თერმული დამუშავებისა და დამცავ აირში არსებული აზოტის გავლენა სუპერდუპლექსური უჟანგავი ფოლადის შედუღებული ნაკეთობების ორმოების კოროზიისადმი მდგრადობაზე.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
ში, X., ავჩი, რ., გეიზერი, მ. და ლევანდოვსკი, ზ. 316L უჟანგავი ფოლადის მიკრობული და ელექტროქიმიურად გამოწვეული ორმოებით გამოწვეული კოროზიის შედარებითი ქიმიური კვლევა. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
ლუო, ჰ., დონგი, ს.ფ., ლი, ს.გ. და სიაო, კ. 2205 დუპლექსური უჟანგავი ფოლადის ელექტროქიმიური ქცევა სხვადასხვა pH-ის ტუტე ხსნარებში ქლორიდის თანაობისას. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
ლიტლი, ბ.ჯ., ლი, ჯ.ს. და რეი, რი. ზღვის ბიოფილმების გავლენა კოროზიაზე: მოკლე მიმოხილვა. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).