Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рақмет. Сіз пайдаланып отырған браузер нұсқасында CSS қолдауы шектеулі. Ең жақсы тәжірибе алу үшін жаңартылған браузерді пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer бағдарламасында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Сонымен қатар, үздіксіз қолдауды қамтамасыз ету үшін біз сайтты стильдерсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Микробтық коррозия (MIC) көптеген салаларда күрделі мәселе болып табылады, себебі ол үлкен экономикалық шығындарға әкелуі мүмкін. 2707 супердуплексті тот баспайтын болат (2707 HDSS) тамаша химиялық төзімділігіне байланысты теңіз ортасында қолданылған. Дегенмен, оның MIC-ке төзімділігі эксперименталды түрде көрсетілмеген. Бұл зерттеуде теңіз аэробты бактериясы Pseudomonas aeruginosa тудырған 2707 HDSS-тің MIC мінез-құлқы зерттелді. Электрохимиялық талдау көрсеткендей, 2216E ортасында Pseudomonas aeruginosa биоүлбірі болған кезде коррозия потенциалында оң өзгеріс және коррозия ток тығыздығының артуы байқалды. Рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия (XPS) талдауы биоүлбірдің астындағы үлгінің бетінде Cr мөлшерінің төмендеуін көрсетті. Шұңқырларды бейнелеу талдауы P. aeruginosa биоүлбірі 14 күндік инкубация кезінде шұңқырдың максималды тереңдігін 0,69 мкм құрағанын көрсетті. Бұл аз болса да, бұл 2707 HDSS-тің ...-қа толық иммунитетке ие емес екенін көрсетеді. P. aeruginosa биофильмдерінің MIC.
Дуплексті тот баспайтын болаттар (DSS) әртүрлі салаларда тамаша механикалық қасиеттер мен коррозияға төзімділіктің тамаша үйлесімі үшін кеңінен қолданылады1,2. Дегенмен, жергілікті шұңқырлар әлі де пайда болады және бұл болаттың тұтастығына әсер етеді3,4.DSS микробтық коррозияға (MIC) төзімді емес5,6.DSS қолдану аясының кеңдігіне қарамастан, DSS коррозияға төзімділігі ұзақ мерзімді пайдалану үшін жеткіліксіз болатын орталар әлі де бар. Бұл коррозияға төзімділігі жоғары қымбат материалдар қажет екенін білдіреді.Jeon және т.б.7 тіпті супердуплексті тот баспайтын болаттардың (SDSS) коррозияға төзімділігі тұрғысынан кейбір шектеулері бар екенін анықтады. Сондықтан кейбір қолданбаларда коррозияға төзімділігі жоғары супердуплексті тот баспайтын болаттар (HDSS) қажет. Бұл жоғары легирленген HDSS-тің дамуына әкелді.
DSS коррозияға төзімділігі альфа және гамма фазаларының арақатынасына және екінші фазаға іргелес орналасқан Cr, Mo және W 8, 9, 10 сарқылған аймақтарына байланысты. HDSS құрамында Cr, Mo және N11 көп мөлшерде болады, сондықтан ол коррозияға тамаша төзімділікке және жоғары мәнге (45-50) ие, ол салмақтық% Cr + 3,3 (салмақтық% Mo + 0,5 салмақтық% W) + 16 салмақтық% N12 арқылы анықталады. Оның тамаша коррозияға төзімділігі шамамен 50% феррит (α) және 50% аустенит (γ) фазаларын қамтитын теңдестірілген құрамға негізделген, HDSS дәстүрлі DSS13-ке қарағанда жақсы механикалық қасиеттерге және жоғары кедергіге ие. Хлоридтің коррозияға төзімділігі. Жақсартылған коррозияға төзімділік HDSS-ті теңіз ортасы сияқты коррозиялық хлоридті ортада қолдануды кеңейтеді.
MIC мұнай-газ және су шаруашылығы сияқты көптеген салаларда үлкен мәселе болып табылады14. MIC барлық коррозия зақымдануының 20%-ын құрайды15. MIC - көптеген ортада байқалуы мүмкін биоэлектрохимиялық коррозия. Металл беттерінде пайда болатын биоүлбірлер электрохимиялық жағдайларды өзгертеді, осылайша коррозия процесіне әсер етеді. MIC коррозиясы биоүлбірлерден туындайды деген пікір кең таралған. Электрогенді микроорганизмдер тіршілік ету үшін тұрақты энергия алу үшін металдарды коррозияға ұшыратады17. Жақында жүргізілген MIC зерттеулері EET (жасушадан тыс электрон тасымалы) электрогенді микроорганизмдер тудыратын MIC жылдамдығын шектейтін фактор екенін көрсетті. Чжан және т.б. 18 электрон медиаторлары Desulfovibrio sessificans жасушалары мен 304 тот баспайтын болат арасындағы электрон тасымалын жеделдететінін, бұл MIC шабуылының ауырлауына әкелетінін көрсетті. Эннинг және т.б. 19 және Вензлафф және т.б. 20 коррозиялық сульфатты тотықсыздандыратын бактериялар (SRB) биоүлбірлері металл субстраттардан электрондарды тікелей сіңіре алатынын, нәтижесінде қатты шұңқырлы коррозияға әкелетінін көрсетті.
DSS құрамында SRB, темірді қалпына келтіретін бактериялар (IRB) және т.б. бар орталарда MIC-ке сезімтал екені белгілі. 21 Бұл бактериялар биоүлбірлердің астында DSS беттерінде локализацияланған шұңқырлардың пайда болуына себеп болады. 22, 23. DSS-тен айырмашылығы, HDSS24 MIC-і аз белгілі.
Pseudomonas aeruginosa - табиғатта кең таралған грам-теріс қозғалмалы таяқша тәрізді бактерия25. Pseudomonas aeruginosa сонымен қатар теңіз ортасындағы негізгі микробтық топ болып табылады, ол болатқа MIC тудырады. Pseudomonas коррозия процестеріне тығыз қатысады және биоқабаттың пайда болуы кезінде алғашқы колонизатор ретінде танылады. Махат және т.б. 28 және Юань және т.б. 29 Pseudomonas aeruginosa сулы ортада жұмсақ болат пен қорытпалардың коррозия жылдамдығын арттыруға бейім екенін көрсетті.
Бұл жұмыстың негізгі мақсаты электрохимиялық әдістерді, беттік аналитикалық әдістерді және коррозия өнімдерін талдауды қолдана отырып, теңіз аэробты Pseudomonas aeruginosa бактериясынан туындаған 2707 HDSS микроскопының МИК қасиеттерін зерттеу болды. 2707 HDSS микроскопының МИК мінез-құлқын зерттеу үшін ашық тізбек потенциалын (OCP), сызықтық поляризация кедергісін (LPR), электрохимиялық импеданс спектроскопиясын (EIS) және потенциал динамикалық поляризациясын қамтитын электрохимиялық зерттеулер жүргізілді. Коррозияланған беттегі химиялық элементтерді табу үшін энергия дисперсиялық спектрометр (EDS) талдауы жүргізілді. Сонымен қатар, Pseudomonas aeruginosa бар теңіз ортасының әсерінен оксид қабықшасының пассивациясының тұрақтылығын анықтау үшін рентгендік фотоэлектрондық спектроскопия (XPS) талдауы қолданылды. Шұңқырдың тереңдігі конфокальды лазерлік сканерлеу микроскопымен (CLSM) өлшенді.
1-кестеде 2707 HDSS химиялық құрамы келтірілген. 2-кестеде 2707 HDSS тамаша механикалық қасиеттерге ие екені және 650 МПа беріктігі бар екені көрсетілген. 1-суретте ерітіндінің термиялық өңделген 2707 HDSS оптикалық микроқұрылымы көрсетілген. Екінші фазасыз аустенит және феррит фазаларының созылған жолақтарын шамамен 50% аустенит және 50% феррит фазалары бар микроқұрылымда көруге болады.
2a-суретте абиотикалық 2216E ортасында және P. aeruginosa сорпасында 37 °C температурада 14 күн бойы 2707 HDSS үшін ашық тізбек потенциалы (Eocp) экспозиция уақыты деректерімен салыстырғанда көрсетілген. Бұл Eocp-дегі ең үлкен және маңызды өзгеріс алғашқы 24 сағат ішінде болатынын көрсетеді. Екі жағдайда да Eocp мәндері шамамен 16 сағат ішінде -145 мВ (SCE-мен салыстырғанда) деңгейіне жетті, содан кейін күрт төмендеп, абиотикалық үлгі және P үшін сәйкесінше -477 мВ (SCE-мен салыстырғанда) және -236 мВ (SCE-мен салыстырғанда) мәндеріне жетті. Pseudomonas aeruginosa купондары сәйкесінше. 24 сағаттан кейін P. aeruginosa үшін 2707 HDSS Eocp мәні -228 мВ (SCE-мен салыстырғанда) деңгейінде салыстырмалы түрде тұрақты болды, ал биологиялық емес үлгілер үшін сәйкес мән шамамен -442 мВ (SCE-мен салыстырғанда) болды. P. aeruginosa қатысуындағы Eocp өте төмен болды.
Абиотикалық ортадағы және Pseudomonas aeruginosa сорпасындағы 2707 HDSS үлгісін 37 °C температурада электрохимиялық сынау:
(a) Eocp экспозиция уақытының функциясы ретінде, (b) 14-ші күндегі поляризация қисықтары, (c) Rp экспозиция уақытының функциясы ретінде және (d) icorr экспозиция уақытының функциясы ретінде.
3-кестеде абиотикалық ортаға және Pseudomonas aeruginosa егілген ортаға 14 күн бойы ұшыраған 2707 HDSS үлгілерінің электрохимиялық коррозия параметрлерінің мәндері келтірілген. Анодтық және катодтық қисықтардың жанамалары стандартты әдістерге сәйкес коррозия тогының тығыздығын (icorr), коррозия потенциалын (Ecorr) және Тафель беткейлерін (βα және βc) беретін қиылыстарға жету үшін экстраполяцияланды30,31.
2b суретте көрсетілгендей, P. aeruginosa қисығының жоғары қарай ығысуы абиотикалық қисықпен салыстырғанда Ecorr мәнін арттырды. Коррозия жылдамдығына пропорционалды icorr мәні Pseudomonas aeruginosa үлгісінде 0,328 мкА см-2 дейін өсті, бұл биологиялық емес үлгіге қарағанда төрт есе көп (0,087 мкА см-2).
LPR - коррозияны жылдам талдауға арналған классикалық бұзбайтын электрохимиялық әдіс. Ол сондай-ақ MIC32 зерттеу үшін қолданылды. 2c суретте поляризацияға төзімділік (Rp) экспозиция уақытының функциясы ретінде көрсетілген. Rp мәні жоғары болған сайын коррозия аз болады. Алғашқы 24 сағат ішінде 2707 HDSS Rp абиотикалық үлгілер үшін 1955 кΩ см2 және Pseudomonas aeruginosa үлгілері үшін 1429 кΩ см2 ең жоғары мәніне жетті. 2c суретте сонымен қатар Rp мәні бір күннен кейін тез төмендеп, содан кейін келесі 13 күн ішінде салыстырмалы түрде өзгеріссіз қалғаны көрсетілген. Pseudomonas aeruginosa үлгісінің Rp мәні шамамен 40 кΩ см2 құрайды, бұл биологиялық емес үлгінің 450 кΩ см2 мәнінен әлдеқайда төмен.
icorr мәні біркелкі коррозия жылдамдығына пропорционалды. Оның мәнін келесі Стерн-Гири теңдеуінен есептеуге болады,
Зоу және т.б. 33-ке сәйкес, осы жұмыста Тафель көлбеуінің B типтік мәні 26 мВ/дс деп есептелді. 2d-суретте биологиялық емес 2707 үлгісінің icorr мәні салыстырмалы түрде тұрақты болып қалғаны, ал P. aeruginosa үлгісі алғашқы 24 сағаттан кейін айтарлықтай ауытқығаны көрсетілген. P. aeruginosa үлгілерінің icorr мәндері биологиялық емес бақылауға қарағанда бірнеше есе жоғары болды. Бұл үрдіс поляризацияға төзімділік нәтижелеріне сәйкес келеді.
EIS - коррозияланған интерфейстердегі электрохимиялық реакцияларды сипаттау үшін қолданылатын тағы бір бұзбайтын әдіс. Абиотикалық орта мен Pseudomonas aeruginosa ерітіндісіне ұшыраған үлгілердің импеданс спектрлері және есептелген сыйымдылық мәндері, үлгінің бетінде пайда болған пассивті пленканың/биопленканың Rb кедергісі, Rct зарядтың берілуіне кедергі, Cdl электрлік қос қабатты сыйымдылық (EDL) және QCPE тұрақты фазалық элементінің (CPE) параметрлері. Бұл параметрлер эквивалентті тізбек (EEC) моделін пайдаланып деректерді сәйкестендіру арқылы одан әрі талданды.
3-суретте абиотикалық ортадағы және P. aeruginosa сорпасындағы 2707 HDSS үлгілерінің әртүрлі инкубация уақыттары үшін типтік Найквист графиктері (a және b) және Боде графиктері (a' және b') көрсетілген. Найквист сақинасының диаметрі Pseudomonas aeruginosa қатысуымен азаяды. Боде графикінде (3b' сурет) жалпы кедергінің шамасының артуы көрсетілген. Релаксация уақытының тұрақтысы туралы ақпаратты фазалық максимумдар арқылы беруге болады. 4-суретте монокабатты (a) және қосқабатты (b) физикалық құрылымдар және оларға сәйкес келетін EEC көрсетілген. CPE EEC моделіне енгізілген. Оның кіруі мен кедергісі келесідей көрінеді:
2707 HDSS үлгісінің импеданс спектрін сәйкестендіруге арналған екі физикалық модель және сәйкес баламалы тізбектер:
мұндағы Y0 - CPE шамасы, j - жорамал сан немесе (-1)1/2, ω - бұрыштық жиілік, ал n - бірліктен аз CPE қуат индексі35. Зарядтың берілуіне кедергінің кері мәні (яғни 1/Rct) коррозия жылдамдығына сәйкес келеді. Rct кішірек болса, коррозия жылдамдығы жоғарырақ болады27. 14 күндік инкубациядан кейін Pseudomonas aeruginosa үлгілерінің Rct мөлшері 32 кΩ см2-ге жетті, бұл биологиялық емес үлгілердің 489 кΩ см2-ден әлдеқайда аз (4-кесте).
5-суреттегі CLSM және SEM кескіндері 7 күннен кейін 2707 HDSS үлгісінің бетіндегі биоүлбір жабыны тығыз екенін анық көрсетеді. Дегенмен, 14 күннен кейін биоүлбір жабыны сирек болды және кейбір өлі жасушалар пайда болды. 5-кестеде P. aeruginosa-ға 7 және 14 күн әсер еткеннен кейінгі 2707 HDSS үлгілеріндегі биоүлбір қалыңдығы көрсетілген. Биопленканың максималды қалыңдығы 7 күннен кейін 23,4 мкм-ден 14 күннен кейін 18,9 мкм-ге дейін өзгерді. Биопленканың орташа қалыңдығы да бұл үрдісті растады. Ол 7 күннен кейін 22,2 ± 0,7 мкм-ден 14 күннен кейін 17,8 ± 1,0 мкм-ге дейін төмендеді.
(a) 7 күннен кейінгі 3D CLSM кескіні, (b) 14 күннен кейінгі 3D CLSM кескіні, (c) 7 күннен кейінгі SEM кескіні және (d) 14 күннен кейінгі SEM кескіні.
ЭҚТ 14 күн бойы P. aeruginosa әсеріне ұшыраған үлгілердегі биоүлбірлер мен коррозия өнімдерінде химиялық элементтерді анықтады. 6-суретте биоүлбірлер мен коррозия өнімдеріндегі C, N, O және P мөлшері жалаңаш металдарға қарағанда әлдеқайда жоғары екені көрсетілген, себебі бұл элементтер биоүлбірлермен және олардың метаболиттерімен байланысты. Микробтарға тек хром мен темірдің іздік мөлшері қажет. Үлгілер бетіндегі биоүлбірлер мен коррозия өнімдеріндегі Cr және Fe деңгейінің жоғары болуы металл матрицасының коррозияға байланысты элементтерін жоғалтқанын көрсетеді.
14 күннен кейін 2216E ортасында P. aeruginosa-мен және онсыз шұңқырлардың пайда болуы байқалды. Инкубация алдында үлгінің беті тегіс және ақаусыз болды (7a-сурет). Инкубациядан және биоүлбір мен коррозия өнімдерін алып тастағаннан кейін, үлгілердің бетіндегі ең терең шұңқырлар 7b және c суреттерінде көрсетілгендей CLSM астында тексерілді. Биологиялық емес бақылау үлгілерінің бетінде айқын шұңқырлар табылған жоқ (шұңқырдың максималды тереңдігі 0,02 мкм). Pseudomonas aeruginosa тудырған шұңқырдың максималды тереңдігі 7 күннен кейін 0,52 мкм және 14 күннен кейін 0,69 мкм болды, бұл 3 үлгінің орташа максималды шұңқыр тереңдігіне негізделген (әр үлгі үшін 10 максималды шұңқыр тереңдігінің мәні таңдалды) сәйкесінше 0,42 ± 0,12 мкм және 0,52 ± 0,15 мкм-ге жетті (5-кесте). Шұңқыр тереңдігінің бұл мәндері аз, бірақ маңызды.
(a) Әсер ету алдында, (b) абиотикалық ортада 14 күн және (c) Pseudomonas aeruginosa сорпасында 14 күн.
8-суретте әртүрлі үлгі беттерінің XPS спектрлері көрсетілген, ал әрбір бет үшін талданған химиялық құрамдар 6-кестеде қорытындыланған. 6-кестеде P. aeruginosa қатысуындағы Fe және Cr атомдық пайыздары (А және В үлгілері) биологиялық емес бақылау үлгілерінен (С және D үлгілері) әлдеқайда төмен болды. P. aeruginosa үлгісі үшін Cr 2p ядролық деңгейдегі спектрлік қисығы байланыстырушы энергия (BE) мәндері 574,4, 576,6, 578,3 және 586,8 эВ болатын төрт шың компонентіне сәйкестендірілді, оларды сәйкесінше Cr, Cr2O3, CrO3 және Cr(OH)3-ке жатқызуға болады (9a және b суреттер). Биологиялық емес үлгілер үшін Cr 2p ядролық деңгейдегі спектрінде 1-суретте көрсетілгендей Cr (BE үшін 573,80 эВ) және Cr2O3 (BE үшін 575,90 эВ) үшін екі негізгі шың бар. сәйкесінше 9c және d. Абиотикалық және P. aeruginosa үлгілері арасындағы ең айқын айырмашылық биоүлбірдің астында Cr6+ және Cr(OH)3 салыстырмалы үлесінің жоғары болуы (BE 586,8 эВ) болды.
2707 HDSS үлгісінің бетінің екі ортадағы кең XPS спектрлері сәйкесінше 7 күн және 14 күнді құрайды.
(a) P. aeruginosa әсеріне 7 күн, (b) P. aeruginosa әсеріне 14 күн, (c) абиотикалық ортада 7 күн және (d) абиотикалық ортада 14 күн.
HDSS көптеген орталарда коррозияға төзімділіктің жоғары деңгейін көрсетеді. Ким және т.б. 2 UNS S32707 HDSS PREN мәні 45-тен асатын жоғары легирленген DSS ретінде анықталғанын хабарлады. Бұл жұмыстағы 2707 HDSS үлгісінің PREN мәні 49 болды. Бұл оның құрамындағы хромның жоғары мөлшерімен және қышқыл және хлоридті ортада пайдалы молибден мен Ni деңгейінің жоғары болуымен байланысты. Сонымен қатар, жақсы теңдестірілген құрамы және ақаусыз микроқұрылымы құрылымдық тұрақтылық пен коррозияға төзімділік үшін пайдалы. Дегенмен, тамаша химиялық төзімділігіне қарамастан, осы жұмыстағы эксперименттік деректер 2707 HDSS P. aeruginosa биоүлбірлерінің MIC-іне толықтай иммунитетке ие емес екенін көрсетеді.
Электрохимиялық нәтижелер P. aeruginosa сорпасындағы 2707 HDSS коррозия жылдамдығының 14 күннен кейін биологиялық емес ортамен салыстырғанда айтарлықтай жоғарылағанын көрсетті. 2a-суретте алғашқы 24 сағат ішінде абиотикалық ортада да, P. aeruginosa сорпасында да Eocp төмендеуі байқалды. Кейіннен биоүлбір үлгінің бетін жауып болды және Eocp салыстырмалы түрде тұрақты болады36. Дегенмен, биологиялық Eocp деңгейі биологиялық емес Eocp деңгейінен әлдеқайда жоғары болды. Бұл айырмашылық P. aeruginosa биоүлбірінің пайда болуына байланысты деп санауға негіз бар. 2d-суретте P. aeruginosa қатысуымен 2707 HDSS мәні 0,627 мкА см-2-ге жетті, бұл абиотикалық бақылаудағыдан (0,063 мкА см-2) бірнеше есе жоғары болды, бұл EIS арқылы өлшенген Rct мәніне сәйкес келді. Алғашқы бірнеше күнде P-дегі импеданс мәндері. aeruginosa сорпасы P. aeruginosa жасушаларының жабысуы және биоүлбірлердің пайда болуына байланысты артты. Дегенмен, биоүлбір үлгінің бетін толығымен жапқан кезде, кедергі төмендейді. Биопленкалар мен биоүлбір метаболиттерінің пайда болуына байланысты алдымен қорғаныс қабатына шабуыл жасалады. Сондықтан коррозияға төзімділік уақыт өте келе төмендеді, ал P. aeruginosa жабысуы жергілікті коррозияны тудырды. Абиотикалық ортадағы үрдістер әртүрлі болды. Биологиялық емес бақылаудың коррозияға төзімділігі P. aeruginosa сорпасына ұшыраған үлгілердің сәйкес мәнінен әлдеқайда жоғары болды. Сонымен қатар, абиотикалық үлгілер үшін 2707 HDSS Rct мәні 14-ші күні 489 кΩ см2-ге жетті, бұл P. aeruginosa қатысуымен Rct мәнінен (32 кΩ см2) 15 есе көп болды. Сондықтан, 2707 HDSS стерильді ортада тамаша коррозияға төзімділікке ие, бірақ P. aeruginosa биоүлбірлерінің MIC шабуылына төзімді емес.
Бұл нәтижелерді 2b-суреттегі поляризация қисықтарынан да байқауға болады. Анодтық тармақталу Pseudomonas aeruginosa биоқабатының түзілуіне және металл тотығу реакцияларына байланысты болды. Сонымен қатар катодтық реакция оттегінің тотықсыздануы болып табылады. P. aeruginosa-ның болуы коррозия тогының тығыздығын айтарлықтай арттырды, бұл абиотикалық бақылаудан шамамен бір есе жоғары. Бұл P. aeruginosa биоқабатының 2707 HDSS локализацияланған коррозиясын арттыратынын көрсетеді. Yuan және т.б.29 70/30 Cu-Ni қорытпасының коррозия тогының тығыздығы P. aeruginosa биоқабатының әсерінен артқанын анықтады. Бұл Pseudomonas aeruginosa биоқабаттарының оттегінің тотықсыздануының биокатализіне байланысты болуы мүмкін. Бұл бақылау осы жұмыстағы 2707 HDSS MIC-ін де түсіндіруі мүмкін. Аэробты биоқабаттардың астында оттегі аз болуы мүмкін. Сондықтан металл бетін оттегімен қайта пассивтендірудің сәтсіздігі осы жұмыстағы MIC-ке ықпал ететін фактор болуы мүмкін.
Дикинсон және т.б. 38 химиялық және электрохимиялық реакциялардың жылдамдығына үлгі бетіндегі отырықшы бактериялардың метаболикалық белсенділігі және коррозия өнімдерінің табиғаты тікелей әсер етуі мүмкін деп болжады. 5-суретте және 5-кестеде көрсетілгендей, жасуша саны да, биоүлбір қалыңдығы да 14 күннен кейін азайды. Мұны 14 күннен кейін 2707 HDSS бетіндегі отырықшы жасушалардың көпшілігі 2216E ортасындағы қоректік заттардың сарқылуына немесе 2707 HDSS матрицасынан улы металл иондарының бөлінуіне байланысты өлгенін негізді түрде түсіндіруге болады. Бұл топтық эксперименттердің шектеуі.
Бұл жұмыста P. aeruginosa биоүлбірі 2707 HDSS бетіндегі биоүлбірдің астындағы Cr және Fe жергілікті азаюына ықпал етті (6-сурет). 6-кестеде D үлгісіндегі Fe және Cr азаюы C үлгісімен салыстырғанда, P. aeruginosa биоүлбірінің әсерінен еріген Fe және Cr алғашқы 7 күннен артық сақталғанын көрсетеді. 2216E ортасы теңіз ортасын модельдеу үшін қолданылады. Оның құрамында 17700 ppm Cl- бар, бұл табиғи теңіз суындағымен салыстыруға болады. XPS арқылы талданған 7 және 14 күндік абиотикалық үлгілерде Cr азаюының негізгі себебі 17700 ppm Cl- болды. P. aeruginosa үлгілерімен салыстырғанда, абиотикалық үлгілердегі Cr еруі абиотикалық ортадағы 2707 HDSS-тің күшті Cl− кедергісіне байланысты әлдеқайда аз болды. 9-суретте пассивациялық пленкада Cr6+ болуы көрсетілген. Ол ... жоюға қатысуы мүмкін. Чен мен Клейтон ұсынғандай, P. aeruginosa биофильмдерінің болат беттерінен алынған Cr.
Бактериялардың өсуіне байланысты, өсіру алдындағы және кейінгі ортаның рН мәндері сәйкесінше 7,4 және 8,2 болды. Сондықтан, P. aeruginosa биоүлбірінен төмен, органикалық қышқыл коррозиясы бұл жұмысқа ықпал ететін фактор болуы екіталай, себебі көлемді ортадағы рН салыстырмалы түрде жоғары. Биологиялық емес бақылау ортасының рН мәні 14 күндік сынақ кезеңінде айтарлықтай өзгерген жоқ (бастапқы 7,4-тен соңғы 7,5-ке дейін). Инкубациядан кейін инокуляция ортасындағы рН-ның жоғарылауы P. aeruginosa метаболикалық белсенділігіне байланысты болды және сынақ жолақтары болмаған кезде рН-ға дәл осындай әсер ететіні анықталды.
7-суретте көрсетілгендей, P. aeruginosa биоүлбірінің тудырған максималды шұңқыр тереңдігі 0,69 мкм болды, бұл абиотикалық ортаның шұңқыр тереңдігінен (0,02 мкм) әлдеқайда үлкен. Бұл жоғарыда сипатталған электрохимиялық деректерге сәйкес келеді. 0,69 мкм шұңқыр тереңдігі 2205 DSS үшін дәл осындай жағдайларда хабарланған 9,5 мкм мәнінен он еседен астам аз. Бұл деректер 2707 HDSS 2205 DSS-пен салыстырғанда жақсы MIC кедергісін көрсететінін көрсетеді. Бұл таңқаларлық емес, себебі 2707 HDSS құрамында хром мөлшері жоғары, бұл зиянды екінші реттік тұнбаларсыз теңгерімді фазалық құрылымға байланысты ұзақ уақытқа созылатын пассивацияны қамтамасыз етеді, бұл P. aeruginosa-ның пассивтенуін және тұтылу нүктелерін бастауын қиындатады.
Қорытындылай келе, абиотикалық ортадағы елеусіз шұңқырлармен салыстырғанда, P. aeruginosa сорпасындағы 2707 HDSS бетінде MIC шұңқырлары табылған. Бұл жұмыс 2707 HDSS-тің 2205 DSS-ке қарағанда MIC-ке төзімділігі жақсы екенін, бірақ P. aeruginosa биоүлбірінің арқасында MIC-ке толық иммунитеті жоқ екенін көрсетеді. Бұл зерттеулер теңіз ортасы үшін қолайлы тот баспайтын болаттарды таңдауға және қызмет ету мерзімін болжауға көмектеседі.
2707 HDSS купонын Қытайдың Шэньян қаласындағы Солтүстік-шығыс университетінің (NEU) металлургия мектебі ұсынады. 2707 HDSS элементтік құрамы NEU материалдарын талдау және сынау бөлімі талдаған 1-кестеде көрсетілген. Барлық үлгілер ерітіндіде 1 сағат бойы 1180 °C температурада өңделді. Коррозияға қарсы сынақтан өткізбес бұрын, үстіңгі ашық беті 1 см2 болатын тиын тәрізді 2707 HDSS кремний карбидті қағазымен 2000 ұнтаққа дейін жылтыратылып, одан әрі 0,05 мкм Al2O3 ұнтақ суспензиясымен жылтыратылды. Бүйірлері мен түбі инертті бояумен қорғалған. Кептіргеннен кейін үлгілер стерильді деиондалған сумен шайылып, 75% (көлем/көлем) этанолмен 0,5 сағат бойы зарарсыздандырылды. Содан кейін олар қолданар алдында ультракүлгін (УК) сәуле астында 0,5 сағат бойы ауада кептірілді.
Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 штаммы Қытайдың Сямынь теңіз дақылдарын жинау орталығынан (MCCC) сатып алынды. Pseudomonas aeruginosa Marine 2216E сұйық ортасын (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Циндао, Қытай) пайдаланып, 37°C температурада 250 мл колбаларда және 500 мл электрохимиялық шыны ұяшықтарда аэробты түрде өсірілді. Орта (г/л): 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 пептон, 1,0 ашытқы сығындысы және 0,1 темір цитраты. Егу алдында 121°C температурада 20 минут автоклавтаңыз. Гемоцитометрді пайдаланып, жарық микроскопымен 400 есе үлкейтіп, отырықшы және планктонды жасушаларды санаңыз. Егуден кейін бірден планктонды Pseudomonas aeruginosa бастапқы жасуша концентрациясы шамамен 106 жасуша/мл болды.
Электрохимиялық сынақтар орташа көлемі 500 мл болатын классикалық үш электродты шыны ұяшықта жүргізілді. Платина парағы және қаныққан каломель электроды (SCE) реакторға тұз көпірлерімен толтырылған Луггин капиллярлары арқылы қосылды, олар сәйкесінше қарсы және салыстырмалы электродтар ретінде қызмет етті. Жұмыс электродтарын жасау үшін әрбір үлгіге резеңкемен қапталған мыс сым бекітіліп, эпоксидті шайырмен жабылды, жұмыс электроды үшін шамамен 1 см2 ашық бір жақты беткі аудан қалды. Электрохимиялық өлшеулер кезінде үлгілер 2216E ортасына орналастырылды және су моншасында тұрақты инкубация температурасында (37 °C) ұсталды. OCP, LPR, EIS және потенциалды динамикалық поляризация деректері Autolab потенциостатын (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., АҚШ) пайдаланып өлшенді. LPR сынақтары -5 және 5 мВ диапазонында Eocp көмегімен және 1 Гц іріктеу жиілігімен 0,125 мВ s-1 сканерлеу жылдамдығымен жазылды. EIS жиілік диапазонында синусоидалы толқынмен жүргізілді. Тұрақты күйдегі Eocp кезінде 5 мВ кернеуді қолдану арқылы 0,01-ден 10 000 Гц-ке дейін. Потенциалды сыпыруға дейін электродтар тұрақты еркін коррозия потенциалы мәніне жеткенше ашық тізбек режимінде болды. Содан кейін поляризация қисықтары Eocp-ге қарсы -0,2-ден 1,5 В-қа дейін 0,166 мВ/с сканерлеу жылдамдығымен жүргізілді. Әрбір сынақ P. aeruginosa-мен және онсыз 3 рет қайталанды.
Металлографиялық талдауға арналған үлгілер 2000 ұнтақты ылғалды SiC қағазымен механикалық түрде жылтыратылды, содан кейін оптикалық бақылау үшін 0,05 мкм Al2O3 ұнтақ суспензиясымен жылтыратылды. Металлографиялық талдау оптикалық микроскопты қолдану арқылы жүргізілді. Үлгілер 10 салмақтық% калий гидроксиді ерітіндісімен ойылды 43.
Инкубациядан кейін үлгілер фосфат-буферлі тұзды (PBS) ерітіндісімен (рН 7,4 ± 0,2) 3 рет жуылды, содан кейін биоүлбірлерді бекіту үшін 10 сағат бойы 2,5% (көлем/көлем) глутаральдегидпен бекітілді. Кейін ауада кептірмес бұрын этанолдың градуирленген сериясымен (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% және 100% көлем/көлем) кептірілді. Соңында, SEM бақылауы үшін өткізгіштікті қамтамасыз ету үшін үлгінің беті алтын үлбірмен бүркіледі. SEM кескіндері әрбір үлгінің бетінде ең отырықшы P. aeruginosa жасушалары бар нүктелерге бағытталды. Химиялық элементтерді табу үшін EDS талдауын орындаңыз. Шұңқыр тереңдігін өлшеу үшін Zeiss конфокальды лазерлік сканерлеу микроскопы (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Германия) пайдаланылды. Биопленка астындағы коррозия шұңқырларын бақылау үшін алдымен сынақ бөлігі Қытайдың ұлттық стандартына сәйкес тазартылды. Сынақ бөлігінің бетіндегі коррозия өнімдерін және биоүлбірді кетіруге арналған стандарт (CNS) GB/T4334.4-2000.
Рентген фотоэлектронды спектроскопиясын (XPS, ESCALAB250 беттік талдау жүйесі, Thermo VG, АҚШ) талдау монохроматикалық рентген көзін (1500 эВ энергиядағы және 150 Вт қуаттағы алюминий Kα желісі) пайдаланып, стандартты шарттарда –1350 эВ кең байланыс энергиясы диапазонында жүргізілді. Жоғары ажыратымдылықтағы спектрлер 50 эВ өту энергиясын және 0,2 эВ қадам өлшемін пайдаланып жазылды.
Инкубацияланған үлгілер алынып, PBS (рН 7,4 ± 0,2) ерітіндісімен 15 с45 бойы ақырын шайылды. Үлгілердегі биоүлдірлердің бактериялық тіршілік қабілетін бақылау үшін биоүлдірлер LIVE/DEAD BacLight бактериялық тіршілік қабілеті жинағын (Invitrogen, Юджин, Орегон, АҚШ) пайдаланып боялды. Жиынтықта екі флуоресцентті бояғыш бар: жасыл флуоресцентті SYTO-9 бояуы және қызыл флуоресцентті пропидий йодид (PI) бояуы. CLSM астында флуоресцентті жасыл және қызыл нүктелер сәйкесінше тірі және өлі жасушаларды білдіреді. Бояу үшін 3 мкл SYTO-9 және 3 мкл PI ерітіндісі бар 1 мл қоспа бөлме температурасында (23 oC) қараңғыда 20 минут бойы инкубацияланды. Содан кейін боялған үлгілер Nikon CLSM машинасын (C2 Plus, Nikon, Жапония) пайдаланып екі толқын ұзындығында (тірі жасушалар үшін 488 нм және өлі жасушалар үшін 559 нм) бақыланды. Биопленканың қалыңдығы 3D сканерлеу режимінде өлшенді.
Бұл мақаланы қалай дәйексөз ретінде келтіруге болады: Li, H. және т.б. Marine Pseudomonas aeruginosa biofilm арқылы 2707 супердуплексті тот баспайтын болаттың микробтық коррозиясы. science. Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 дуплексті тот баспайтын болаттың хлорид ерітіндісіндегі тиосульфат қатысуымен кернеулі коррозиялық крекинг.coros.science.80, 205–212 (2014).
Ким, СТ, Джанг, Ш.Х., Ли, И.С. және Парк, Ю.С. Ерітіндіні термиялық өңдеудің және қорғаныш газындағы азоттың супердуплексті тот баспайтын болаттан жасалған дәнекерлеудің коррозияға төзімділігіне әсері.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Ши, Х., Авчи, Р., Гейзер, М. және Левандовски, З. 316L тот баспайтын болаттағы микробтық және электрохимиялық индукцияланған шұңқыр коррозиясының салыстырмалы химиялық зерттеуі. coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Луо, Х., Донг, КФ, Ли, XG және Сяо, К. Хлорид қатысуымен әртүрлі рН сілтілі ерітінділеріндегі 2205 дуплексті тот баспайтын болаттың электрохимиялық әрекеті. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Литтл, Б.Дж., Ли, Дж.С. және Рэй, РИ Теңіз биоүлдірлерінің коррозияға әсері: қысқаша шолу. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).