Faleminderit që vizituat Nature.com. Versioni i shfletuesit që po përdorni ka mbështetje të kufizuar për CSS. Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose të çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer). Ndërkohë, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne do ta shfaqim faqen pa stile dhe JavaScript.
Korozioni mikrobial (MIC) është një problem serioz në shumë industri pasi mund të shkaktojë humbje të mëdha ekonomike. Çeliku inox super duplex 2707 (2707 HDSS) është përdorur në mjedise detare për shkak të rezistencës së tij të shkëlqyer kimike. Megjithatë, rezistenca e tij ndaj MIC nuk është demonstruar eksperimentalisht. Në këtë studim, u hetua sjellja e MIC e 2707 HDSS e shkaktuar nga bakteri aerob detar Pseudomonas aeruginosa. Analiza elektrokimike tregoi se në prani të biofilmit Pseudomonas aeruginosa në mjedisin 2216E, kishte një ndryshim pozitiv në potencialin e korrozionit dhe një rritje në dendësinë e rrymës së korrozionit. Analiza e spektroskopisë së fotoelektroneve me rreze X (XPS) tregoi një rënie në përmbajtjen e Cr në sipërfaqen e mostrës nën biofilm. Analiza e imazhit të gropave tregoi se biofilmi i P. aeruginosa prodhoi një thellësi maksimale të gropës prej 0.69 μm gjatë 14 ditëve të inkubacionit. Edhe pse kjo është e vogël, tregon se 2707 HDSS nuk është plotësisht imun ndaj MIC të P. biofilmet e aeruginosa.
Çeliqet inox dupleks (DSS) përdoren gjerësisht në industri të ndryshme për kombinimin e tyre ideal të vetive të shkëlqyera mekanike dhe rezistencës ndaj korrozionit1,2. Megjithatë, gropëzat e lokalizuara ende ndodhin dhe ndikojnë në integritetin e këtij çeliku3,4. DSS nuk është rezistent ndaj korrozionit mikrobik (MIC)5,6. Pavarësisht gamës së gjerë të aplikimeve të DSS, ende ka mjedise ku rezistenca ndaj korrozionit e DSS nuk është e mjaftueshme për përdorim afatgjatë. Kjo do të thotë që kërkohen materiale më të shtrenjta me rezistencë më të lartë ndaj korrozionit. Jeon et al.7 zbuluan se edhe çelikët inox super dupleks (SDSS) kanë disa kufizime në aspektin e rezistencës ndaj korrozionit. Prandaj, çelikët inox super dupleks (HDSS) me rezistencë më të lartë ndaj korrozionit kërkohen në disa aplikime. Kjo çoi në zhvillimin e HDSS shumë të lidhur.
Rezistenca ndaj korrozionit e DSS varet nga raporti i fazave alfa dhe gama dhe rajoneve të varfëra të Cr, Mo dhe W 8, 9, 10 ngjitur me fazën e dytë. HDSS përmban përmbajtje të lartë të Cr, Mo dhe N11, kështu që ka rezistencë të shkëlqyer ndaj korrozionit dhe një vlerë të lartë (45-50) të Numrit Ekuivalent të Rezistencës ndaj Gropëzimit (PREN), të përcaktuar nga wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt% W) + 16 wt% N12. Rezistenca e tij e shkëlqyer ndaj korrozionit mbështetet në një përbërje të ekuilibruar që përmban afërsisht 50% faza ferriti (α) dhe 50% austeniti (γ). HDSS ka veti mekanike më të mira dhe rezistencë më të lartë se DSS13 konvencional. Vetitë e korrozionit të klorurit. Rezistenca e përmirësuar ndaj korrozionit zgjeron përdorimin e HDSS në mjedise më korrozive të klorurit, siç janë mjediset detare.
MIC-të janë një problem i madh në shumë industri, të tilla si shërbimet e naftës, gazit dhe ujit14. MIC përbën 20% të të gjitha dëmtimeve nga korrozioni15. MIC është korrozioni bioelektrokimik që mund të vërehet në shumë mjedise. Biofilmat që formohen në sipërfaqet metalike ndryshojnë kushtet elektrokimike, duke ndikuar kështu në procesin e korrozionit. Besohet gjerësisht se korrozioni MIC shkaktohet nga biofilmat. Mikroorganizmat elektrogjenë korrodojnë metalet për të marrë energji të qëndrueshme për të mbijetuar17. Studimet e fundit mbi MIC kanë treguar se EET (transferimi jashtëqelizor i elektroneve) është faktori kufizues i shpejtësisë në MIC të shkaktuar nga mikroorganizmat elektrogjenë. Zhang et al. 18 demonstruan se ndërmjetësit e elektroneve përshpejtojnë transferimin e elektroneve midis qelizave Desulfovibrio sessificans dhe çelikut inox 304, duke çuar në një sulm më të rëndë të MIC. Enning et al. 19 dhe Venzlaff et al. 20 treguan se biofilmat e baktereve korrozive që reduktojnë sulfatet (SRB) mund të thithin drejtpërdrejt elektronet nga substratet metalike, duke rezultuar në korrozion të rëndë me gropëza.
DSS dihet se është i ndjeshëm ndaj MIC në mjedise që përmbajnë SRB, baktere që reduktojnë hekurin (IRB), etj. 21. Këto baktere shkaktojnë gropëza të lokalizuara në sipërfaqet e DSS nën biofilma 22,23. Ndryshe nga DSS, MIC e HDSS 24 është pak i njohur.
Pseudomonas aeruginosa është një bakter gram-negativ lëvizës në formë shufre që është i shpërndarë gjerësisht në natyrë25. Pseudomonas aeruginosa është gjithashtu një grup i madh mikrobik në mjedisin detar, duke shkaktuar MIC në çelik. Pseudomonas është i përfshirë ngushtë në proceset e korrozionit dhe njihet si një kolonizator pionier gjatë formimit të biofilmit. Mahat et al. 28 dhe Yuan et al. 29 demonstruan se Pseudomonas aeruginosa ka një tendencë për të rritur shkallën e korrozionit të çelikut të butë dhe lidhjeve në mjedise ujore.
Objektivi kryesor i kësaj pune ishte të hetonte vetitë MIC të 2707 HDSS të shkaktuara nga bakteri aerob detar Pseudomonas aeruginosa duke përdorur metoda elektrokimike, teknika analitike sipërfaqësore dhe analizë të produktit të korrozionit. Studime elektrokimike duke përfshirë Potencialin e Qarkut të Hapur (OCP), Rezistencën e Polarizimit Linear (LPR), Spektroskopinë e Impedancës Elektrokimike (EIS) dhe Polarizimin Dinamik Potencial u kryen për të studiuar sjelljen MIC të 2707 HDSS. Analiza e spektrometrit shpërndarës të energjisë (EDS) u krye për të gjetur elementë kimikë në sipërfaqen e korroduar. Përveç kësaj, analiza e spektroskopisë së fotoelektroneve me rreze X (XPS) u përdor për të përcaktuar stabilitetin e pasivizimit të filmit të oksidit nën ndikimin e një mjedisi detar që përmban Pseudomonas aeruginosa. Thellësia e gropës u mat nën një mikroskop skanimi lazer konfokal (CLSM).
Tabela 1 rendit përbërjen kimike të 2707 HDSS. Tabela 2 tregon se 2707 HDSS ka veti të shkëlqyera mekanike me një kufi të rrjedhshmërisë prej 650 MPa. Figura 1 tregon mikrostrukturën optike të 2707 HDSS të trajtuar me nxehtësi në tretësirë. Në mikrostrukturën që përmban rreth 50% austenit dhe 50% faza ferriti mund të shihen breza të zgjatur.
Figura 2a tregon të dhënat e potencialit të qarkut të hapur (Eocp) kundrejt kohës së ekspozimit për 2707 HDSS në mjedisin abiotik 2216E dhe lëngun e P. aeruginosa për 14 ditë në 37 °C. Tregon se ndryshimi më i madh dhe domethënës në Eocp ndodh brenda 24 orëve të para. Vlerat Eocp në të dyja rastet arritën kulmin në -145 mV (kundrejt SCE) rreth 16 orëve dhe më pas ranë ndjeshëm, duke arritur përkatësisht në -477 mV (kundrejt SCE) dhe -236 mV (kundrejt SCE) për mostrën abiotike dhe P, përkatësisht). Kuponët e Pseudomonas aeruginosa, përkatësisht. Pas 24 orësh, vlera Eocp e 2707 HDSS për P. aeruginosa ishte relativisht e qëndrueshme në -228 mV (kundrejt SCE), ndërsa vlera përkatëse për mostrat jo-biologjike ishte afërsisht -442 mV (kundrejt SCE). Eocp në prani të P. aeruginosa ishte mjaft e ulët.
Testimi elektrokimik i 2707 mostrave HDSS në mjedis abiotik dhe lëng Pseudomonas aeruginosa në 37 °C:
(a) Eocp si funksion i kohës së ekspozimit, (b) kurbat e polarizimit në ditën e 14-të, (c) Rp si funksion i kohës së ekspozimit dhe (d) icorr si funksion i kohës së ekspozimit.
Tabela 3 rendit vlerat e parametrave të korrozionit elektrokimik të 2707 mostrave HDSS të ekspozuara ndaj mjedisit abiotik dhe mjedisit të inokuluar me Pseudomonas aeruginosa për 14 ditë. Tangjentet e kurbave anodike dhe katodike u ekstrapoluan për të arritur në kryqëzimet duke dhënë dendësinë e rrymës së korrozionit (icorr), potencialin e korrozionit (Ecorr) dhe pjerrësitë Tafel (βα dhe βc) sipas metodave standarde30,31.
Siç tregohet në Figurën 2b, zhvendosja lart e kurbës së P. aeruginosa rezultoi në një rritje të Ecorr krahasuar me kurbën abiotike. Vlera e icorr, e cila është proporcionale me shkallën e korrozionit, u rrit në 0.328 μA cm-2 në mostrën Pseudomonas aeruginosa, katër herë më e lartë se ajo e mostrës jo-biologjike (0.087 μA cm-2).
LPR është një metodë klasike elektrokimike jo-shkatërruese për analizën e shpejtë të korrozionit. Është përdorur gjithashtu për të studiuar MIC32. Figura 2c tregon rezistencën e polarizimit (Rp) si një funksion i kohës së ekspozimit. Një vlerë më e lartë e Rp do të thotë më pak korrozion. Brenda 24 orëve të para, Rp e 2707 HDSS arriti një vlerë maksimale prej 1955 kΩ cm2 për mostrat abiotike dhe 1429 kΩ cm2 për mostrat Pseudomonas aeruginosa. Figura 2c tregon gjithashtu se vlera e Rp u ul me shpejtësi pas një dite dhe më pas mbeti relativisht e pandryshuar për 13 ditët e ardhshme. Vlera Rp e mostrës Pseudomonas aeruginosa është rreth 40 kΩ cm2, që është shumë më e ulët se vlera 450 kΩ cm2 e mostrës jo-biologjike.
Vlera e icorr është proporcionale me shkallën uniforme të korrozionit. Vlera e saj mund të llogaritet nga ekuacioni i mëposhtëm Stern-Geary,
Sipas Zou et al. 33, një vlerë tipike e pjerrësisë Tafel B në këtë punim u supozua të ishte 26 mV/dec. Figura 2d tregon se icorr i mostrës jo-biologjike 2707 mbeti relativisht i qëndrueshëm, ndërsa mostra P. aeruginosa luhatet shumë pas 24 orëve të para. Vlerat e icorr të mostrave P. aeruginosa ishin një rend madhësie më të larta se kontrollet jo-biologjike. Ky trend është në përputhje me rezultatet e rezistencës së polarizimit.
EIS është një teknikë tjetër jo-destruktive që përdoret për të karakterizuar reaksionet elektrokimike në ndërfaqet e korroduara. Spektrat e impedancës dhe vlerat e llogaritura të kapacitetit të mostrave të ekspozuara ndaj mjedisit abiotik dhe tretësirës Pseudomonas aeruginosa, rezistenca Rb e filmit/biofilmit pasiv të formuar në sipërfaqen e mostrës, rezistenca e transferimit të ngarkesës Rct, kapaciteti elektrik me shtresë të dyfishtë Cdl (EDL) dhe parametrat e Elementit të Fazës Konstante QCPE (CPE). Këta parametra u analizuan më tej duke përshtatur të dhënat duke përdorur një model qarku ekuivalent (EEC).
Figura 3 tregon grafikët tipikë Nyquist (a dhe b) dhe grafikët Bode (a' dhe b') të 2707 mostrave HDSS në mjedis abiotik dhe lëng P. aeruginosa për kohë të ndryshme inkubimi. Diametri i unazës Nyquist zvogëlohet në prani të Pseudomonas aeruginosa. Grafiku Bode (Fig. 3b') tregon një rritje në madhësinë e impedancës totale. Informacioni mbi konstanten e kohës së relaksimit mund të jepet nga maksimumet e fazës. Figura 4 tregon strukturat fizike të bazuara në një shtresë (a) dhe dy shtresa (b) dhe EEC-të e tyre përkatëse. CPE futet në modelin EEC. Admitenca dhe impedanca e tij shprehen si më poshtë:
Dy modele fizike dhe qarqe ekuivalente përkatëse për përshtatjen e spektrit të impedancës së mostrës HDSS 2707:
ku Y0 është madhësia e CPE-së, j është numri imagjinar ose (-1)1/2, ω është frekuenca këndore dhe n është indeksi i fuqisë së CPE-së më i vogël se njësia35. E kundërta e rezistencës së transferimit të ngarkesës (domethënë 1/Rct) korrespondon me shkallën e korrozionit. Rct më i vogël do të thotë shkallë më e shpejtë e korrozionit27. Pas 14 ditësh inkubimi, Rct e mostrave Pseudomonas aeruginosa arriti 32 kΩ cm2, shumë më e vogël se 489 kΩ cm2 e mostrave jo-biologjike (Tabela 4).
Imazhet CLSM dhe imazhet SEM në Figurën 5 tregojnë qartë se mbulimi i biofilmit në sipërfaqen e mostrës 2707 HDSS pas 7 ditësh është i dendur. Megjithatë, pas 14 ditësh, mbulimi i biofilmit ishte i rrallë dhe u shfaqën disa qeliza të ngordhura. Tabela 5 tregon trashësinë e biofilmit në mostrat 2707 HDSS pas ekspozimit ndaj P. aeruginosa për 7 dhe 14 ditë. Trashësia maksimale e biofilmit ndryshoi nga 23.4 μm pas 7 ditësh në 18.9 μm pas 14 ditësh. Trashësia mesatare e biofilmit gjithashtu e konfirmoi këtë trend. Ajo ra nga 22.2 ± 0.7 μm pas 7 ditësh në 17.8 ± 1.0 μm pas 14 ditësh.
(a) Imazh 3-D CLSM pas 7 ditësh, (b) Imazh 3-D CLSM pas 14 ditësh, (c) Imazh SEM pas 7 ditësh dhe (d) Imazh SEM pas 14 ditësh.
EDS zbuloi elementë kimikë në biofilm dhe produkte korrozioni në mostrat e ekspozuara ndaj P. aeruginosa për 14 ditë. Figura 6 tregon se përmbajtja e C, N, O dhe P në biofilm dhe produkte korrozioni është shumë më e lartë se ajo në metalet e zhveshura, sepse këta elementë janë të lidhur me biofilm dhe metabolitët e tyre. Mikrobet kanë nevojë vetëm për sasi gjurmë kromi dhe hekuri. Nivelet e larta të Cr dhe Fe në biofilm dhe produktet e korrozionit në sipërfaqen e mostrave tregojnë se matrica metalike ka humbur elementë për shkak të korrozionit.
Pas 14 ditësh, në mjedisin 2216E u vunë re gropëza me dhe pa P. aeruginosa. Para inkubimit, sipërfaqja e mostrës ishte e lëmuar dhe pa defekte (Fig. 7a). Pas inkubimit dhe heqjes së biofilmit dhe produkteve të korrozionit, gropëzat më të thella në sipërfaqen e mostrave u ekzaminuan nën CLSM, siç tregohet në Figurën 7b dhe c. Nuk u gjetën gropëza të dukshme në sipërfaqen e mostrave të kontrollit jo-biologjik (thellësia maksimale e gropës 0.02 μm). Thellësia maksimale e gropës së shkaktuar nga Pseudomonas aeruginosa ishte 0.52 μm pas 7 ditësh dhe 0.69 μm pas 14 ditësh, bazuar në thellësinë mesatare maksimale të gropës së 3 mostrave (10 vlera maksimale të thellësisë së gropës u zgjodhën për secilën mostër) arritën përkatësisht 0.42 ± 0.12 μm dhe 0.52 ± 0.15 μm (Tabela 5). Këto vlera të thellësisë së gropës janë të vogla, por të rëndësishme.
(a) Para ekspozimit, (b) 14 ditë në mjedis abiotik dhe (c) 14 ditë në lëngun e Pseudomonas aeruginosa.
Figura 8 tregon spektrat XPS të sipërfaqeve të ndryshme të mostrave, dhe përbërjet kimike të analizuara për secilën sipërfaqe janë përmbledhur në Tabelën 6. Në Tabelën 6, përqindjet atomike të Fe dhe Cr në prani të P. aeruginosa (mostrat A dhe B) ishin shumë më të ulëta se ato të mostrave të kontrollit jo-biologjik (mostrat C dhe D). Për mostrën P. aeruginosa, kurba spektrale e nivelit të bërthamës Cr2p u përshtat në katër komponentë të kulmit me vlera të energjisë së lidhjes (BE) prej 574.4, 576.6, 578.3 dhe 586.8 eV, të cilat mund t'i atribuohen përkatësisht Cr, Cr2O3, CrO3 dhe Cr(OH)3 (Fig. 9a dhe b). Për mostrat jo-biologjike, spektri i nivelit të bërthamës Cr2p përmban dy maja kryesore për Cr (573.80 eV për BE) dhe Cr2O3 (575.90 eV për BE) në Fig. 9c dhe d, përkatësisht. Dallimi më i habitshëm midis mostrave abiotike dhe P. aeruginosa ishte prania e Cr6+ dhe një fraksion relativ më i lartë i Cr(OH)3 (BE prej 586.8 eV) nën biofilm.
Spektrat e gjerë XPS të sipërfaqes së mostrës 2707 HDSS në të dy mjediset janë përkatësisht 7 ditë dhe 14 ditë.
(a) 7 ditë ekspozim ndaj P. aeruginosa, (b) 14 ditë ekspozim ndaj P. aeruginosa, (c) 7 ditë në mjedis abiotik dhe (d) 14 ditë në mjedis abiotik.
HDSS shfaq nivele të larta rezistence ndaj korrozionit në shumicën e mjediseve. Kim et al. 2 raportuan se UNS S32707 HDSS u përcaktua si një DSS shumë i lidhur me një PREN prej më shumë se 45. Vlera PREN e mostrës 2707 HDSS në këtë punim ishte 49. Kjo për shkak të përmbajtjes së lartë të kromit dhe niveleve të larta të molibdenit dhe Ni, të cilat janë të dobishme në mjedise acidike dhe me klorur të lartë. Përveç kësaj, një përbërje e ekuilibruar mirë dhe mikrostrukturë pa defekte janë të dobishme për stabilitetin strukturor dhe rezistencën ndaj korrozionit. Megjithatë, pavarësisht rezistencës së shkëlqyer kimike, të dhënat eksperimentale në këtë punim sugjerojnë që 2707 HDSS nuk është plotësisht imun ndaj MIC të biofilmave të P. aeruginosa.
Rezultatet elektrokimike treguan se shkalla e korrozionit të 2707 HDSS në lëngun e P. aeruginosa u rrit ndjeshëm pas 14 ditësh krahasuar me mjedisin jo-biologjik. Në Figurën 2a, u vu re një reduktim në Eocp si në mjedisin abiotik ashtu edhe në lëngun e P. aeruginosa gjatë 24 orëve të para. Më pas, biofilmi ka përfunduar mbulimin e sipërfaqes së mostrës dhe Eocp bëhet relativisht i qëndrueshëm36. Megjithatë, niveli i Eocp biologjik ishte shumë më i lartë se ai i Eocp jo-biologjik. Ka arsye për të besuar se ky ndryshim është për shkak të formimit të biofilmit të P. aeruginosa. Në Fig. 2d, në prani të P. aeruginosa, vlera icorr e 2707 HDSS arriti në 0.627 μA cm-2, që ishte një rend madhësie më i lartë se ai i kontrollit abiotik (0.063 μA cm-2), i cili ishte në përputhje me vlerën Rct të matur nga EIS. Gjatë ditëve të para, vlerat e impedancës në P. Lëngu i aeruginosa u rrit për shkak të ngjitjes së qelizave P. aeruginosa dhe formimit të biofilmeve. Megjithatë, kur biofilmi mbulon plotësisht sipërfaqen e mostrës, impedanca zvogëlohet. Shtresa mbrojtëse sulmohet e para për shkak të formimit të biofilmeve dhe metabolitëve të biofilmit. Prandaj, rezistenca ndaj korrozionit u ul me kalimin e kohës, dhe ngjitja e P. aeruginosa shkaktoi korrozion të lokalizuar. Trendet në mediat abiotike ishin të ndryshme. Rezistenca ndaj korrozionit të kontrollit jo-biologjik ishte shumë më e lartë se vlera përkatëse e mostrave të ekspozuara ndaj lëngut të P. aeruginosa. Për më tepër, për mostrat abiotike, vlera Rct e 2707 HDSS arriti në 489 kΩ cm2 në ditën e 14-të, që ishte 15 herë vlera Rct (32 kΩ cm2) në prani të P. aeruginosa. Prandaj, 2707 HDSS ka rezistencë të shkëlqyer ndaj korrozionit në një mjedis steril, por nuk është rezistent ndaj sulmit MIC nga biofilmet e P. aeruginosa.
Këto rezultate mund të vërehen edhe nga kurbat e polarizimit në Fig. 2b. Degëzimi anodik iu atribuua formimit të biofilmit të Pseudomonas aeruginosa dhe reaksioneve të oksidimit të metaleve. Në të njëjtën kohë, reaksioni katodik është reduktimi i oksigjenit. Prania e P. aeruginosa rriti shumë dendësinë e rrymës së korrozionit, afërsisht një rend madhësie më të lartë se kontrolli abiotik. Kjo tregon se biofilmi i P. aeruginosa rrit korrozionin e lokalizuar të 2707 HDSS. Yuan et al. 29 zbuluan se dendësia e rrymës së korrozionit të lidhjes 70/30 Cu-Ni u rrit nën sfidën e biofilmit të P. aeruginosa. Kjo mund të jetë për shkak të biokatalizës së reduktimit të oksigjenit nga biofilmet e Pseudomonas aeruginosa. Ky vëzhgim mund të shpjegojë gjithashtu MIC të 2707 HDSS në këtë punim. Biofilmet aerobe mund të kenë gjithashtu më pak oksigjen poshtë tyre. Prandaj, dështimi për të ri-pasivizuar sipërfaqen metalike nga oksigjeni mund të jetë një faktor kontribues në MIC në këtë punim.
Dickinson et al. 38 sugjeruan që shpejtësitë e reaksioneve kimike dhe elektrokimike mund të ndikohen drejtpërdrejt nga aktiviteti metabolik i baktereve sesile në sipërfaqen e mostrës dhe natyra e produkteve të korrozionit. Siç tregohet në Figurën 5 dhe Tabelën 5, si numri i qelizave ashtu edhe trashësia e biofilmit u ulën pas 14 ditësh. Kjo mund të shpjegohet në mënyrë të arsyeshme se pas 14 ditësh, shumica e qelizave sesile në sipërfaqen e 2707 HDSS vdiqën për shkak të pakësimit të lëndëve ushqyese në mjedisin 2216E ose çlirimit të joneve metalike toksike nga matrica 2707 HDSS. Ky është një kufizim i eksperimenteve në seri.
Në këtë punim, biofilmi i P. aeruginosa nxiti pakësimin lokal të Cr dhe Fe nën biofilm në sipërfaqen e 2707 HDSS (Fig. 6). Në Tabelën 6, reduktimi i Fe dhe Cr në mostrën D krahasuar me mostrën C, duke treguar se Fe dhe Cr i tretur i shkaktuar nga biofilmi i P. aeruginosa vazhdoi përtej 7 ditëve të para. Mjedisi 2216E përdoret për të simuluar mjediset detare. Ai përmban 17700 ppm Cl-, i cili është i krahasueshëm me atë që gjendet në ujin natyror të detit. Prania e 17700 ppm Cl- ishte arsyeja kryesore për reduktimin e Cr në mostrat abiotike 7- dhe 14-ditore të analizuara nga XPS. Krahasuar me mostrat e P. aeruginosa, tretja e Cr në mostrat abiotike ishte shumë më e vogël për shkak të rezistencës së fortë Cl− të 2707 HDSS në mjedise abiotike. Figura 9 tregon praninë e Cr6+ në filmin e pasivizimit. Mund të jetë i përfshirë në heqjen e Cr nga sipërfaqet e çelikut nga biofilmat e P. aeruginosa, siç sugjerohet nga Chen dhe Clayton.
Për shkak të rritjes bakteriale, vlerat e pH-it të mediumit para dhe pas kultivimit ishin përkatësisht 7.4 dhe 8.2. Prandaj, nën biofilmin e P. aeruginosa, korrozioni i acidit organik nuk ka gjasa të jetë një faktor kontribues në këtë punë për shkak të pH-it relativisht të lartë në mediumin kryesor. pH i mediumit të kontrollit jo-biologjik nuk ndryshoi ndjeshëm (nga një 7.4 fillestar në një 7.5 përfundimtar) gjatë periudhës së testimit 14-ditor. Rritja e pH-it në mediumin e inokulimit pas inkubacionit ishte për shkak të aktivitetit metabolik të P. aeruginosa dhe u zbulua se kishte të njëjtin efekt në pH në mungesë të shiritave të testimit.
Siç tregohet në Figurën 7, thellësia maksimale e gropës së shkaktuar nga biofilmi i P. aeruginosa ishte 0.69 μm, që ishte shumë më e madhe se ajo e mjedisit abiotik (0.02 μm). Kjo është në përputhje me të dhënat elektrokimike të përshkruara më sipër. Thellësia e gropës prej 0.69 μm është më shumë se dhjetë herë më e vogël se vlera prej 9.5 μm e raportuar për 2205 DSS në të njëjtat kushte. Këto të dhëna tregojnë se 2707 HDSS shfaq rezistencë më të mirë ndaj MIC krahasuar me 2205 DSS. Kjo nuk duhet të jetë surprizë, pasi 2707 HDSS ka një përmbajtje më të lartë kromi, duke siguruar pasivizim më të qëndrueshëm, për shkak të strukturës së ekuilibruar të fazës pa precipitate sekondare të dëmshme, duke e bërë më të vështirë për P. aeruginosa të depasivizohet dhe të fillojë eklipsin.
Si përfundim, gropëza MIC u gjetën në sipërfaqen e 2707 HDSS në lëngun e P. aeruginosa krahasuar me gropëza të papërfillshme në mjedisin abiotik. Ky punim tregon se 2707 HDSS ka rezistencë më të mirë ndaj MIC sesa 2205 DSS, por nuk është plotësisht imun ndaj MIC për shkak të biofilmit të P. aeruginosa. Këto gjetje ndihmojnë në përzgjedhjen e çelikëve inox të përshtatshëm dhe jetëgjatësinë e vlerësuar të shërbimit për mjedisin detar.
Kuponi për 2707 HDSS ofrohet nga Shkolla e Metalurgjisë e Universitetit Verilindor (NEU) në Shenyang, Kinë. Përbërja elementare e 2707 HDSS është treguar në Tabelën 1, e cila u analizua nga Departamenti i Analizës dhe Testimit të Materialeve të NEU. Të gjitha mostrat u trajtuan në tretësirë ​​në 1180 °C për 1 orë. Përpara testimit të korrozionit, 2707 HDSS në formë monedhe me një sipërfaqe të ekspozuar nga sipërfaqja e sipërme prej 1 cm2 u lëmua në 2000 grit me letër karbidi silikoni dhe u lëmua më tej me një pezullim pluhuri Al2O3 0.05 μm. Anët dhe fundi janë të mbrojtura nga bojë inerte. Pas tharjes, mostrat u shpëlanë me ujë steril të deionizuar dhe u sterilizuan me etanol 75% (v/v) për 0.5 orë. Më pas ato u thanë në ajër nën dritë ultravjollcë (UV) për 0.5 orë para përdorimit.
Lloji Detar Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 u ble nga Qendra e Koleksionimit të Kulturave Detare në Xiamen (MCCC), Kinë. Pseudomonas aeruginosa u rrit në mënyrë aerobe në 37°C në shishe 250 ml dhe qeliza qelqi elektrokimike 500 ml duke përdorur mjedis të lëngshëm Detar 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Kinë). Mjedisi (g/L): 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 pepton, 1.0 ekstrakt majaje dhe 0.1 citrat ferrik. Autoklavë në 121°C për 20 minuta para inokulimit. Numëroni qelizat sesile dhe planktonike duke përdorur një hemocitometër nën një mikroskop me dritë me zmadhim 400X. Përqendrimi fillestar qelizor i Pseudomonas aeruginosa planktonike menjëherë pas inokulimit ishte afërsisht 106 qeliza/ml.
Testet elektrokimike u kryen në një qelizë qelqi klasike me tre elektroda me një vëllim mesatar prej 500 ml. Një fletë platini dhe një elektrodë e ngopur kalomeli (SCE) u lidhën me reaktorin nëpërmjet kapilarëve Luggin të mbushur me ura kripe, duke shërbyer përkatësisht si elektroda kundër dhe referuese. Për të bërë elektrodat e punës, një tel bakri i veshur me gome u lidh në secilin mostër dhe u mbulua me epoksi, duke lënë rreth 1 cm2 sipërfaqe të ekspozuar nga njëra anë për elektrodën e punës. Gjatë matjeve elektrokimike, mostrat u vendosën në një mjedis 2216E dhe u mbajtën në një temperaturë konstante inkubimi (37 °C) në një banjë uji. Të dhënat e OCP, LPR, EIS dhe polarizimit dinamik potencial u matën duke përdorur një potenciostat Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., SHBA). Testet LPR u regjistruan me një shpejtësi skanimi prej 0.125 mV s-1 në diapazonin -5 dhe 5 mV me Eocp dhe një frekuencë mostrimi prej 1 Hz. EIS u krye me një valë sinusoide në diapazonin e frekuencave 0.01 deri në 10,000 Hz duke përdorur një tension të aplikuar prej 5 mV në gjendje të qëndrueshme Eocp. Përpara spastrimit të potencialit, elektrodat ishin në modalitetin e qarkut të hapur derisa u arrit një vlerë e qëndrueshme e potencialit të korrozionit të lirë. Kurbat e polarizimit u ekzekutuan më pas nga -0.2 në 1.5 V kundrejt Eocp me një shpejtësi skanimi prej 0.166 mV/s. Çdo test u përsërit 3 herë me dhe pa P. aeruginosa.
Mostrat për analizën metalografike u lëmuan mekanikisht me letër SiC të lagur me trashësi 2000 grit dhe më pas u lëmuan më tej me pezullim pluhuri Al2O3 0.05 μm për vëzhgim optik. Analiza metalografike u krye duke përdorur një mikroskop optik. Mostrat u gdhendën me tretësirë ​​hidroksidi kaliumi 43 me 10% në peshë.
Pas inkubimit, mostrat u lanë 3 herë me tretësirë ​​fiziologjike të tamponuar me fosfat (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) dhe më pas u fiksuan me 2.5% (v/v) glutaraldehid për 10 orë për të fiksuar biofilmet. Më pas u dehidratuan me një seri të graduar (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% dhe 100% v/v) etanoli para tharjes në ajër. Së fundmi, sipërfaqja e mostrës spërkatet me një film ari për të siguruar përçueshmëri për vëzhgimin SEM. Imazhet SEM u përqendruan në pikat me qelizat më të palëvizshme P. aeruginosa në sipërfaqen e secilës mostër. Kryeni analizën EDS për të gjetur elementë kimikë. Një Mikroskop Skanues Lazer Konfokal Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Gjermani) u përdor për të matur thellësinë e gropës. Për të vëzhguar gropat e korrozionit nën biofilm, pjesa e provës u pastrua së pari sipas Standardit Kombëtar Kinez. (CNS) GB/T4334.4-2000 për të hequr produktet e korrozionit dhe biofilmin në sipërfaqen e pjesës së provës.
Analiza e spektroskopisë së fotoelektroneve me rreze X (XPS, sistemi i analizës sipërfaqësore ESCALAB250, Thermo VG, SHBA) u krye duke përdorur një burim monokromatik të rrezeve X (linja alumini Kα me energji 1500 eV dhe fuqi 150 W) në një diapazon të gjerë të energjisë së lidhjes 0 në kushte standarde –1350 eV. Spektrat me rezolucion të lartë u regjistruan duke përdorur energji kalimi 50 eV dhe madhësi hapi 0.2 eV.
Mostrat e inkubuara u hoqën dhe u shpëlanë butësisht me PBS (pH 7.4 ± 0.2) për 15 s45. Për të vëzhguar qëndrueshmërinë bakteriale të biofilmeve në mostra, biofilmet u ngjyrosën duke përdorur Kit-in e Qëndrueshmërisë Bakteriale LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, SHBA). Kit-i ka dy ngjyra fluoreshente, një ngjyrë fluoreshente jeshile SYTO-9 dhe një ngjyrë fluoreshente të kuqe jodur propidiumi (PI). Nën CLSM, pikat me jeshile dhe të kuqe fluoreshente përfaqësojnë përkatësisht qelizat e gjalla dhe të vdekura. Për ngjyrosje, një përzierje 1 ml që përmbante 3 μl tretësirë ​​SYTO-9 dhe 3 μl PI u inkubua për 20 minuta në temperaturën e dhomës (23 °C) në errësirë. Më pas, mostrat e ngjyrosura u vëzhguan në dy gjatësi vale (488 nm për qelizat e gjalla dhe 559 nm për qelizat e vdekura) duke përdorur një makinë Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Japoni). Trashësia e biofilmit u mat në modalitetin e skanimit 3-D.
Si ta citoni këtë artikull: Li, H. et al. Korozioni mikrobial i çelikut inox super duplex 2707 nga Pseudomonas aeruginosa detare biofilm.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Plasaritja nga korrozioni i stresit i çelikut inox dupleks LDX 2101 në tretësirë ​​kloruri në prani të tiosulfatit.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Efekti i trajtimit termik të tretësirës dhe azotit në gazin mbrojtës në rezistencën ndaj korrozionit të gropëzuar të saldimeve të çelikut inox super dupleks.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Një studim kimik krahasues i korrozionit mikrobial dhe elektrokimik të shkaktuar nga gropëzat në çelik inox 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Sjellja elektrokimike e çelikut inox dupleks 2205 në tretësira alkaline me pH të ndryshëm në prani të klorurit. Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Efekti i biofilmave detarë në korrozion: një përmbledhje koncize. Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).