ขอบคุณที่เข้าชม Nature.com เบราว์เซอร์ที่คุณใช้อยู่มีการรองรับ CSS อย่างจำกัด เพื่อประสบการณ์การใช้งานที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันล่าสุด (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าเว็บไซต์จะยังคงได้รับการสนับสนุนต่อไป เราจะแสดงเว็บไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
การกัดกร่อนจากจุลินทรีย์ (MIC) เป็นปัญหาสำคัญในหลายอุตสาหกรรม เนื่องจากสามารถก่อให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจอย่างมหาศาล เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์พิเศษ 2707 (2707 HDSS) ถูกนำมาใช้ในสภาพแวดล้อมทางทะเลเนื่องจากมีความทนทานต่อสารเคมีได้ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการสาธิตความต้านทานต่อ MIC ในเชิงทดลอง ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ทำการตรวจสอบพฤติกรรม MIC ของ 2707 HDSS ที่เกิดจากแบคทีเรียแอโรบิกในทะเล Pseudomonas aeruginosa การวิเคราะห์ทางไฟฟ้าเคมีแสดงให้เห็นว่า ในการมีอยู่ของไบโอฟิล์ม Pseudomonas aeruginosa ในตัวกลาง 2216E มีการเปลี่ยนแปลงในเชิงบวกของศักยภาพการกัดกร่อนและการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นกระแสการกัดกร่อน การวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนเอ็กซ์เรย์ (XPS) แสดงให้เห็นว่าปริมาณ Cr บนพื้นผิวของชิ้นงานใต้ไบโอฟิล์มลดลง การวิเคราะห์ภาพของหลุมกัดกร่อนแสดงให้เห็นว่า ไบโอฟิล์ม P. aeruginosa ทำให้เกิดหลุมกัดกร่อนที่มีความลึกสูงสุด 0.69 ไมโครเมตร ในระหว่างการบ่ม 14 วัน แม้ว่า ค่านี้มีขนาดเล็ก ซึ่งบ่งชี้ว่า 2707 HDSS ไม่ได้มีภูมิคุ้มกันอย่างสมบูรณ์ต่อค่า MIC ของไบโอฟิล์ม P. aeruginosa
เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ (DSS) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เนื่องจากมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม1,2 อย่างไรก็ตาม การกัดกร่อนแบบเฉพาะจุดยังคงเกิดขึ้นและส่งผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของเหล็กกล้าชนิดนี้3,4 DSS ไม่ทนต่อการกัดกร่อนจากจุลินทรีย์ (MIC)5,6 แม้ว่า DSS จะมีการใช้งานที่หลากหลาย แต่ก็ยังมีสภาพแวดล้อมบางอย่างที่ความทนต่อการกัดกร่อนของ DSS ไม่เพียงพอสำหรับการใช้งานในระยะยาว ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีราคาแพงกว่าและทนต่อการกัดกร่อนได้สูงกว่า Jeon et al7 พบว่าแม้แต่เหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์ดูเพล็กซ์ (SDSS) ก็ยังมีข้อจำกัดบางประการในแง่ของความทนต่อการกัดกร่อน ดังนั้น เหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์ดูเพล็กซ์ (HDSS) ที่มีความทนต่อการกัดกร่อนสูงกว่าจึงเป็นที่ต้องการในบางการใช้งาน ซึ่งนำไปสู่การพัฒนา HDSS ที่มีส่วนผสมของโลหะผสมสูง
ความต้านทานการกัดกร่อนของ DSS ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของเฟสอัลฟาและแกมมา และบริเวณที่ขาด Cr, Mo และ W 8, 9, 10 ที่อยู่ติดกับเฟสที่สอง HDSS มีปริมาณ Cr, Mo และ N สูง 11 ดังนั้นจึงมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมและมีค่า Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) สูง (45-50) ซึ่งกำหนดโดย wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt% W) + 16 wt% N 12 ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่สมดุลซึ่งประกอบด้วยเฟสเฟอร์ไรต์ (α) ประมาณ 50% และเฟสออสเทนไนต์ (γ) ประมาณ 50% HDSS มีคุณสมบัติทางกลที่ดีกว่าและมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนของคลอไรด์สูงกว่า DSS ทั่วไป 13 ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้นช่วยขยายการใช้งานของ HDSS ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์กัดกร่อนมากขึ้น เช่น สภาพแวดล้อมทางทะเล
MIC เป็นปัญหาสำคัญในหลายอุตสาหกรรม เช่น น้ำมันและก๊าซ และสาธารณูปโภคน้ำ14 MIC คิดเป็น 20% ของความเสียหายจากการกัดกร่อนทั้งหมด15 MIC เป็นการกัดกร่อนทางชีวไฟฟ้าเคมีที่สามารถพบได้ในหลายสภาพแวดล้อม ฟิล์มชีวภาพที่ก่อตัวบนพื้นผิวโลหะจะเปลี่ยนแปลงสภาวะทางไฟฟ้าเคมี ซึ่งส่งผลต่อกระบวนการกัดกร่อน เป็นที่เชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าการกัดกร่อน MIC เกิดจากฟิล์มชีวภาพ จุลินทรีย์ที่สร้างกระแสไฟฟ้าจะกัดกร่อนโลหะเพื่อรับพลังงานในการดำรงชีวิต17 การศึกษา MIC ล่าสุดแสดงให้เห็นว่า EET (การถ่ายโอนอิเล็กตรอนนอกเซลล์) เป็นปัจจัยจำกัดอัตราใน MIC ที่เกิดจากจุลินทรีย์ที่สร้างกระแสไฟฟ้า Zhang et al. 18 แสดงให้เห็นว่าตัวกลางอิเล็กตรอนเร่งการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างเซลล์ Desulfovibrio sessificans และเหล็กกล้าไร้สนิม 304 ทำให้เกิดการโจมตี MIC ที่รุนแรงมากขึ้น Enning et al. 19 และ Venzlaff et al. งานวิจัยหมายเลข 20 แสดงให้เห็นว่าไบโอฟิล์มของแบคทีเรียลดซัลเฟตที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน (SRB) สามารถดูดซับอิเล็กตรอนจากพื้นผิวโลหะได้โดยตรง ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมอย่างรุนแรง
DSS เป็นที่ทราบกันดีว่าไวต่อ MIC ในสภาพแวดล้อมที่มี SRB, แบคทีเรียลดธาตุเหล็ก (IRB) เป็นต้น 21 แบคทีเรียเหล่านี้ทำให้เกิดหลุมเล็กๆ เฉพาะที่บนพื้นผิว DSS ภายใต้ไบโอฟิล์ม22,23 ซึ่งแตกต่างจาก DSS MIC ของ HDSS24 ยังไม่เป็นที่รู้จักดีนัก
Pseudomonas aeruginosa เป็นแบคทีเรียแกรมลบรูปแท่งที่เคลื่อนที่ได้และพบได้ทั่วไปในธรรมชาติ25 Pseudomonas aeruginosa ยังเป็นกลุ่มจุลินทรีย์หลักในสิ่งแวดล้อมทางทะเล ทำให้เกิด MIC กับเหล็ก Pseudomonas มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับกระบวนการกัดกร่อนและได้รับการยอมรับว่าเป็นผู้บุกเบิกในการก่อตัวของไบโอฟิล์ม Mahat et al. 28 และ Yuan et al. 29 แสดงให้เห็นว่า Pseudomonas aeruginosa มีแนวโน้มที่จะเพิ่มอัตราการกัดกร่อนของเหล็กกล้าอ่อนและโลหะผสมในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ
วัตถุประสงค์หลักของงานวิจัยนี้คือการศึกษาคุณสมบัติการกัดกร่อนแบบไมโครคอร์เนอร์ (MIC) ของเหล็กกล้าไร้สนิม 2707 HDSS ที่เกิดจากแบคทีเรียแอโรบิกในทะเล Pseudomonas aeruginosa โดยใช้วิธีทางเคมีไฟฟ้า เทคนิคการวิเคราะห์พื้นผิว และการวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน การศึกษาทางเคมีไฟฟ้า ได้แก่ ศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิด (OCP) ความต้านทานการโพลาไรซ์เชิงเส้น (LPR) สเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์ทางเคมีไฟฟ้า (EIS) และการโพลาไรซ์แบบไดนามิกศักย์ไฟฟ้า ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาพฤติกรรม MIC ของเหล็กกล้าไร้สนิม 2707 HDSS การวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรเมตรแบบกระจายพลังงาน (EDS) ถูกนำมาใช้เพื่อค้นหาองค์ประกอบทางเคมีบนพื้นผิวที่ถูกกัดกร่อน นอกจากนี้ การวิเคราะห์ด้วยสเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนเอ็กซ์เรย์ (XPS) ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบความเสถียรของการเกิดฟิล์มออกไซด์ภายใต้อิทธิพลของสภาพแวดล้อมทางทะเลที่มี Pseudomonas aeruginosa ความลึกของหลุมกัดกร่อนถูกวัดภายใต้กล้องจุลทรรศน์เลเซอร์สแกนนิ่งแบบคอนโฟคอล (CLSM)
ตารางที่ 1 แสดงองค์ประกอบทางเคมีของ 2707 HDSS ตารางที่ 2 แสดงให้เห็นว่า 2707 HDSS มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม โดยมีค่าความแข็งแรงคราค (yield strength) เท่ากับ 650 MPa รูปที่ 1 แสดงโครงสร้างจุลภาคด้วยกล้องจุลทรรศน์ของ 2707 HDSS ที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อน จะเห็นแถบยาวของเฟสออสเทนไนต์และเฟอร์ไรต์โดยไม่มีเฟสรองในโครงสร้างจุลภาค ซึ่งประกอบด้วยเฟสออสเทนไนต์ประมาณ 50% และเฟสเฟอร์ไรต์ประมาณ 50%
รูปที่ 2a แสดงข้อมูลศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิด (Eocp) เทียบกับเวลาสัมผัสสำหรับ 2707 HDSS ในอาหารเลี้ยงเชื้อ 2216E ที่ปราศจากสิ่งมีชีวิตและน้ำซุป P. aeruginosa เป็นเวลา 14 วันที่อุณหภูมิ 37 °C แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่ที่สุดและมีนัยสำคัญของ Eocp เกิดขึ้นภายใน 24 ชั่วโมงแรก ค่า Eocp ในทั้งสองกรณีสูงสุดที่ -145 mV (เทียบกับ SCE) ประมาณ 16 ชั่วโมง จากนั้นลดลงอย่างรวดเร็ว โดยลดลงเหลือ -477 mV (เทียบกับ SCE) และ -236 mV (เทียบกับ SCE) สำหรับตัวอย่างที่ปราศจากสิ่งมีชีวิตและ P ตามลำดับ คูปอง Pseudomonas aeruginosa ตามลำดับ หลังจาก 24 ชั่วโมง ค่า Eocp ของ 2707 HDSS สำหรับ P. aeruginosa ค่อนข้างคงที่ที่ -228 mV (เทียบกับ SCE) ในขณะที่ค่าที่สอดคล้องกันสำหรับตัวอย่างที่ไม่ใช่ชีวภาพอยู่ที่ประมาณ -442 mV (เทียบกับ SCE) ค่า Eocp ในการมีอยู่ของ P. aeruginosa ค่อนข้างต่ำ
การทดสอบทางเคมีไฟฟ้าของตัวอย่าง HDSS จำนวน 2707 ตัวอย่าง ในตัวกลางที่ปราศจากสิ่งมีชีวิตและในน้ำซุปของแบคทีเรีย Pseudomonas aeruginosa ที่อุณหภูมิ 37 °C:
(a) ค่า Eocp เทียบกับเวลาที่ได้รับแสง (b) กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าโพลาไรเซชันกับเวลาที่ได้รับแสงในวันที่ 14 (c) ค่า Rp เทียบกับเวลาที่ได้รับแสง และ (d) ค่า icorr เทียบกับเวลาที่ได้รับแสง
ตารางที่ 3 แสดงค่าพารามิเตอร์การกัดกร่อนทางไฟฟ้าเคมีของตัวอย่าง HDSS จำนวน 2707 ตัวอย่างที่สัมผัสกับตัวกลางที่ไม่มีชีวิตและตัวกลางที่เพาะเชื้อ Pseudomonas aeruginosa เป็นเวลา 14 วัน เส้นสัมผัสของเส้นโค้งแอโนดและแคโทดถูกขยายออกไปเพื่อหาจุดตัดซึ่งให้ค่าความหนาแน่นกระแสการกัดกร่อน (icorr) ศักย์การกัดกร่อน (Ecorr) และความชันของ Tafel (βα และ βc) ตามวิธีการมาตรฐาน30,31
ดังแสดงในรูปที่ 2b การเลื่อนขึ้นของเส้นโค้ง P. aeruginosa ส่งผลให้ค่า Ecorr เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับเส้นโค้งที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต ค่า Ecorr ซึ่งเป็นสัดส่วนกับอัตราการกัดกร่อน เพิ่มขึ้นเป็น 0.328 μA cm-2 ในตัวอย่าง Pseudomonas aeruginosa ซึ่งมากกว่าตัวอย่างที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตถึงสี่เท่า (0.087 μA cm-2)
LPR เป็นวิธีการทางเคมีไฟฟ้าแบบไม่ทำลายตัวอย่างแบบคลาสสิกสำหรับการวิเคราะห์การกัดกร่อนอย่างรวดเร็ว วิธีการนี้ยังถูกนำมาใช้ในการศึกษา MIC32 ด้วย รูปที่ 2c แสดงค่าความต้านทานการโพลาไรซ์ (Rp) เป็นฟังก์ชันของเวลาในการสัมผัส ค่า Rp ที่สูงขึ้นหมายถึงการกัดกร่อนที่น้อยลง ภายใน 24 ชั่วโมงแรก ค่า Rp ของ 2707 HDSS มีค่าสูงสุดถึง 1955 kΩ cm² สำหรับตัวอย่างที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต และ 1429 kΩ cm² สำหรับตัวอย่างที่มีเชื้อ Pseudomonas aeruginosa รูปที่ 2c ยังแสดงให้เห็นว่าค่า Rp ลดลงอย่างรวดเร็วหลังจากหนึ่งวัน และจากนั้นคงที่ค่อนข้างคงที่ในอีก 13 วันถัดมา ค่า Rp ของตัวอย่างที่มีเชื้อ Pseudomonas aeruginosa อยู่ที่ประมาณ 40 kΩ cm² ซึ่งต่ำกว่าค่า 450 kΩ cm² ของตัวอย่างที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตมาก
ค่า icorr เป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการกัดกร่อนสม่ำเสมอ สามารถคำนวณค่าได้จากสมการ Stern-Geary ต่อไปนี้
ตาม Zou et al. 33 ค่าทั่วไปของความชัน Tafel B ในงานนี้ถือว่าเท่ากับ 26 mV/dec รูปที่ 2d แสดงให้เห็นว่า icorr ของตัวอย่าง 2707 ที่ไม่ใช่ชีวภาพยังคงค่อนข้างคงที่ ในขณะที่ตัวอย่าง P. aeruginosa ผันผวนอย่างมากหลังจาก 24 ชั่วโมงแรก ค่า icorr ของตัวอย่าง P. aeruginosa สูงกว่าตัวควบคุมที่ไม่ใช่ชีวภาพถึงหนึ่งอันดับ ซึ่งแนวโน้มนี้สอดคล้องกับผลลัพธ์ความต้านทานการโพลาไรซ์
EIS เป็นอีกหนึ่งเทคนิคที่ไม่ทำลายชิ้นงานที่ใช้ในการวิเคราะห์ปฏิกิริยาทางเคมีไฟฟ้าที่บริเวณรอยสึกกร่อน โดยวัดสเปกตรัมอิมพีแดนซ์และค่าความจุที่คำนวณได้ของชิ้นงานที่สัมผัสกับตัวกลางที่ไม่มีชีวิตและสารละลาย Pseudomonas aeruginosa, ความต้านทาน Rb ของฟิล์มพาสซีฟ/ไบโอฟิล์มที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวของชิ้นงาน, ความต้านทานการถ่ายโอนประจุ Rct, ความจุของชั้นไฟฟ้าคู่ (EDL) Cdl และพารามิเตอร์องค์ประกอบเฟสคงที่ (CPE) QCPE พารามิเตอร์เหล่านี้ได้รับการวิเคราะห์เพิ่มเติมโดยการปรับข้อมูลให้เข้ากับแบบจำลองวงจรสมมูล (EEC)
รูปที่ 3 แสดงกราฟ Nyquist ทั่วไป (a และ b) และกราฟ Bode (a' และ b') ของตัวอย่าง HDSS จำนวน 2707 ตัวอย่างในตัวกลางที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตและน้ำซุป P. aeruginosa สำหรับเวลาการบ่มที่แตกต่างกัน เส้นผ่านศูนย์กลางของวงแหวน Nyquist ลดลงเมื่อมี Pseudomonas aeruginosa อยู่ กราฟ Bode (รูปที่ 3b') แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของขนาดของอิมพีแดนซ์รวม ข้อมูลเกี่ยวกับค่าคงที่เวลาการผ่อนคลายสามารถให้ได้โดยใช้ค่าสูงสุดของเฟส รูปที่ 4 แสดงโครงสร้างทางกายภาพแบบชั้นเดียว (a) และสองชั้น (b) และ EEC ที่สอดคล้องกัน CPE ถูกนำมาใช้ในแบบจำลอง EEC ค่าแอดมิตแทนซ์และอิมพีแดนซ์ของมันแสดงได้ดังนี้:
แบบจำลองทางกายภาพสองแบบและวงจรสมมูลที่สอดคล้องกันสำหรับการปรับสเปกตรัมอิมพีแดนซ์ของชิ้นงาน 2707 HDSS:
โดยที่ Y0 คือขนาดของ CPE, j คือจำนวนจินตนาการหรือ (-1)1/2, ω คือความถี่เชิงมุม และ n คือดัชนีกำลัง CPE ที่น้อยกว่าหนึ่ง35 ค่าผกผันของความต้านทานการถ่ายโอนประจุ (เช่น 1/Rct) สอดคล้องกับอัตราการกัดกร่อน ค่า Rct ที่น้อยลงหมายถึงอัตราการกัดกร่อนที่เร็วขึ้น27 หลังจากบ่มเป็นเวลา 14 วัน ค่า Rct ของตัวอย่าง Pseudomonas aeruginosa มีค่าถึง 32 kΩ cm2 ซึ่งน้อยกว่า 489 kΩ cm2 ของตัวอย่างที่ไม่ใช่ชีวภาพมาก (ตารางที่ 4)
ภาพ CLSM และภาพ SEM ในรูปที่ 5 แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการปกคลุมของไบโอฟิล์มบนพื้นผิวของตัวอย่าง 2707 HDSS หลังจาก 7 วันมีความหนาแน่น อย่างไรก็ตาม หลังจาก 14 วัน การปกคลุมของไบโอฟิล์มกลับเบาบางลงและพบเซลล์ที่ตายแล้วบางส่วน ตารางที่ 5 แสดงความหนาของไบโอฟิล์มบนตัวอย่าง 2707 HDSS หลังจากสัมผัสกับ P. aeruginosa เป็นเวลา 7 และ 14 วัน ความหนาของไบโอฟิล์มสูงสุดเปลี่ยนจาก 23.4 μm หลังจาก 7 วัน เป็น 18.9 μm หลังจาก 14 วัน ความหนาของไบโอฟิล์มเฉลี่ยก็ยืนยันแนวโน้มนี้เช่นกัน โดยลดลงจาก 22.2 ± 0.7 μm หลังจาก 7 วัน เป็น 17.8 ± 1.0 μm หลังจาก 14 วัน
(a) ภาพ CLSM สามมิติหลังจาก 7 วัน (b) ภาพ CLSM สามมิติหลังจาก 14 วัน (c) ภาพ SEM หลังจาก 7 วัน และ (d) ภาพ SEM หลังจาก 14 วัน
การวิเคราะห์ด้วย EDS เผยให้เห็นองค์ประกอบทางเคมีในไบโอฟิล์มและผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนบนตัวอย่างที่สัมผัสกับ P. aeruginosa เป็นเวลา 14 วัน รูปที่ 6 แสดงให้เห็นว่าปริมาณของ C, N, O และ P ในไบโอฟิล์มและผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนนั้นสูงกว่าในโลหะเปล่ามาก เนื่องจากองค์ประกอบเหล่านี้เกี่ยวข้องกับไบโอฟิล์มและเมตาบอไลต์ของพวกมัน จุลินทรีย์ต้องการเพียงโครเมียมและเหล็กในปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น ระดับ Cr และ Fe ที่สูงในไบโอฟิล์มและผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนบนพื้นผิวของชิ้นงานบ่งชี้ว่าเมทริกซ์โลหะสูญเสียองค์ประกอบไปเนื่องจากการกัดกร่อน
หลังจาก 14 วัน พบการเกิดหลุมบนผิวชิ้นงานทั้งที่มีและไม่มีเชื้อ P. aeruginosa ในอาหารเลี้ยงเชื้อ 2216E ก่อนการบ่ม ผิวชิ้นงานเรียบและไม่มีตำหนิ (รูปที่ 7a) หลังจากบ่มและกำจัดไบโอฟิล์มและผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนแล้ว ได้ทำการตรวจสอบหลุมที่ลึกที่สุดบนผิวชิ้นงานด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบคอนโฟคอลเลเซอร์สแกนนิง (CLSM) ดังแสดงในรูปที่ 7b และ c ไม่พบหลุมที่เห็นได้ชัดบนผิวชิ้นงานตัวอย่างควบคุมที่ไม่มีเชื้อ (ความลึกของหลุมสูงสุด 0.02 ไมโครเมตร) ความลึกของหลุมสูงสุดที่เกิดจากเชื้อ Pseudomonas aeruginosa คือ 0.52 ไมโครเมตรหลังจาก 7 วัน และ 0.69 ไมโครเมตรหลังจาก 14 วัน โดยอิงจากความลึกของหลุมสูงสุดเฉลี่ยของตัวอย่าง 3 ตัวอย่าง (เลือกค่าความลึกของหลุมสูงสุด 10 ค่าสำหรับแต่ละตัวอย่าง) ซึ่งได้ค่า 0.42 ± 0.12 ไมโครเมตร และ 0.52 ± 0.15 ไมโครเมตร ตามลำดับ (ตารางที่ 5) หลุมเหล่านี้ ค่าความลึกมีขนาดเล็กแต่มีความสำคัญ
(a) ก่อนการสัมผัส (b) 14 วันในอาหารเลี้ยงเชื้อที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต และ (c) 14 วันในน้ำซุปของ Pseudomonas aeruginosa
รูปที่ 8 แสดงสเปกตรัม XPS ของพื้นผิวตัวอย่างต่างๆ และองค์ประกอบทางเคมีที่วิเคราะห์สำหรับแต่ละพื้นผิวสรุปไว้ในตารางที่ 6 ในตารางที่ 6 เปอร์เซ็นต์อะตอมของ Fe และ Cr ในการมีอยู่ของ P. aeruginosa (ตัวอย่าง A และ B) ต่ำกว่าตัวอย่างควบคุมที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต (ตัวอย่าง C และ D) มาก สำหรับตัวอย่าง P. aeruginosa เส้นโค้งสเปกตรัมระดับแกน Cr 2p ถูกปรับให้เข้ากับส่วนประกอบยอดสี่ส่วนที่มีค่าพลังงานพันธะ (BE) เท่ากับ 574.4, 576.6, 578.3 และ 586.8 eV ซึ่งสามารถระบุได้ว่าเป็น Cr, Cr2O3, CrO3 และ Cr(OH)3 ตามลำดับ (รูปที่ 9a และ b) สำหรับตัวอย่างที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต สเปกตรัมระดับแกน Cr 2p ประกอบด้วยยอดหลักสองยอดสำหรับ Cr (573.80 eV สำหรับ BE) และ Cr2O3 (575.90 eV สำหรับ BE) ในรูปที่ 9c และ d ตามลำดับ ความแตกต่างที่เด่นชัดที่สุดระหว่างตัวอย่างที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตและตัวอย่างที่มี P. aeruginosa คือการมีอยู่ของ Cr6+ และสัดส่วนสัมพัทธ์ที่สูงกว่าของ Cr(OH)3 (BE เท่ากับ 586.8 eV) ใต้ไบโอฟิล์ม
สเปกตรัม XPS แบบกว้างของพื้นผิวชิ้นงาน 2707 HDSS ในตัวกลางทั้งสองชนิด คือ ชิ้นงานที่เก็บรักษาไว้ 7 วัน และ 14 วัน ตามลำดับ
(a) สัมผัสกับ P. aeruginosa เป็นเวลา 7 วัน (b) สัมผัสกับ P. aeruginosa เป็นเวลา 14 วัน (c) อยู่ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตเป็นเวลา 7 วัน และ (d) อยู่ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตเป็นเวลา 14 วัน
HDSS แสดงให้เห็นถึงความต้านทานการกัดกร่อนในระดับสูงในสภาพแวดล้อมส่วนใหญ่ Kim et al. 2 รายงานว่า UNS S32707 HDSS ถูกกำหนดให้เป็น DSS ที่มีส่วนผสมของโลหะผสมสูง โดยมีค่า PREN มากกว่า 45 ค่า PREN ของตัวอย่าง 2707 HDSS ในงานวิจัยนี้คือ 49 ซึ่งเป็นผลมาจากปริมาณโครเมียมสูง ระดับโมลิบเดนัมและนิกเกลสูง ซึ่งเป็นประโยชน์ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและมีคลอไรด์สูง นอกจากนี้ องค์ประกอบที่สมดุลและโครงสร้างจุลภาคที่ปราศจากข้อบกพร่องยังเป็นประโยชน์ต่อความเสถียรของโครงสร้างและความต้านทานการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความต้านทานทางเคมีที่ดีเยี่ยม ข้อมูลการทดลองในงานวิจัยนี้ชี้ให้เห็นว่า 2707 HDSS ไม่ได้มีภูมิคุ้มกันต่อ MIC ของไบโอฟิล์ม P. aeruginosa อย่างสมบูรณ์
ผลการทดสอบทางเคมีไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่า อัตราการกัดกร่อนของ 2707 HDSS ในน้ำซุป P. aeruginosa เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญหลังจาก 14 วัน เมื่อเทียบกับตัวกลางที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต ในรูปที่ 2a พบว่า Eocp ลดลงทั้งในตัวกลางที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตและน้ำซุป P. aeruginosa ในช่วง 24 ชั่วโมงแรก หลังจากนั้น ไบโอฟิล์มได้ปกคลุมพื้นผิวของชิ้นงานอย่างสมบูรณ์ และ Eocp ก็คงที่ค่อนข้างคงที่36 อย่างไรก็ตาม ระดับ Eocp ทางชีวภาพนั้นสูงกว่า Eocp ที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตมาก มีเหตุผลให้เชื่อว่าความแตกต่างนี้เกิดจากการก่อตัวของไบโอฟิล์ม P. aeruginosa ในรูปที่ 2d ในการมีอยู่ของ P. aeruginosa ค่า icorr ของ 2707 HDSS สูงถึง 0.627 μA cm-2 ซึ่งสูงกว่าค่าควบคุมที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต (0.063 μA cm-2) ถึงหนึ่งอันดับ ซึ่งสอดคล้องกับค่า Rct ที่วัดโดย EIS ในช่วงไม่กี่ชั่วโมงแรก เมื่อเวลาผ่านไป ค่าความต้านทานในน้ำซุป P. aeruginosa เพิ่มขึ้นเนื่องจากการเกาะติดของเซลล์ P. aeruginosa และการก่อตัวของไบโอฟิล์ม อย่างไรก็ตาม เมื่อไบโอฟิล์มปกคลุมพื้นผิวของชิ้นงานอย่างสมบูรณ์ ค่าความต้านทานจะลดลง ชั้นป้องกันจะถูกทำลายก่อนเนื่องจากการก่อตัวของไบโอฟิล์มและเมตาบอไลต์ของไบโอฟิล์ม ดังนั้น ความต้านทานการกัดกร่อนจึงลดลงเมื่อเวลาผ่านไป และการเกาะติดของ P. aeruginosa ทำให้เกิดการกัดกร่อนเฉพาะจุด แนวโน้มในตัวกลางที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตนั้นแตกต่างกัน ความต้านทานการกัดกร่อนของตัวควบคุมที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตนั้นสูงกว่าค่าที่สอดคล้องกันของตัวอย่างที่สัมผัสกับน้ำซุป P. aeruginosa มาก นอกจากนี้ สำหรับตัวอย่างที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต ค่า Rct ของ 2707 HDSS สูงถึง 489 kΩ cm2 ในวันที่ 14 ซึ่งสูงกว่าค่า Rct (32 kΩ cm2) ในการมีอยู่ของ P. aeruginosa ถึง 15 เท่า ดังนั้น 2707 HDSS จึงมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมปลอดเชื้อ แต่ไม่ทนต่อการโจมตีของ MIC จากไบโอฟิล์มของ P. aeruginosa
ผลลัพธ์เหล่านี้สามารถสังเกตได้จากเส้นโค้งโพลาไรเซชันในรูปที่ 2b การแตกแขนงของขั้วบวกเกิดจากการก่อตัวของไบโอฟิล์ม Pseudomonas aeruginosa และปฏิกิริยาออกซิเดชันของโลหะ ในขณะเดียวกัน ปฏิกิริยาขั้วลบคือการลดออกซิเจน การมีอยู่ของ P. aeruginosa ทำให้ความหนาแน่นของกระแสการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นอย่างมาก ประมาณหนึ่งอันดับสูงกว่ากลุ่มควบคุมที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต ซึ่งบ่งชี้ว่าไบโอฟิล์ม P. aeruginosa เพิ่มการกัดกร่อนเฉพาะที่ของ 2707 HDSS Yuan et al29 พบว่าความหนาแน่นของกระแสการกัดกร่อนของโลหะผสม 70/30 Cu-Ni เพิ่มขึ้นภายใต้การท้าทายของไบโอฟิล์ม P. aeruginosa นี่อาจเป็นเพราะการเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพของการลดออกซิเจนโดยไบโอฟิล์ม Pseudomonas aeruginosa การสังเกตนี้อาจอธิบาย MIC ของ 2707 HDSS ในงานนี้ได้เช่นกัน ไบโอฟิล์มแบบใช้ออกซิเจนอาจมีออกซิเจนน้อยกว่าใต้พวกมัน ดังนั้นจึงทำให้ไม่สามารถสร้างพาสซิเวชันใหม่บนพื้นผิวโลหะได้ ออกซิเจนอาจเป็นปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อค่า MIC ในงานวิจัยนี้
Dickinson et al. 38 แนะนำว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีและทางไฟฟ้าเคมีอาจได้รับผลกระทบโดยตรงจากกิจกรรมการเผาผลาญของแบคทีเรียที่เกาะอยู่บนพื้นผิวของชิ้นงานและลักษณะของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน ดังแสดงในรูปที่ 5 และตารางที่ 5 ทั้งจำนวนเซลล์และความหนาของไบโอฟิล์มลดลงหลังจาก 14 วัน ซึ่งสามารถอธิบายได้อย่างสมเหตุสมผลว่าหลังจาก 14 วัน เซลล์ที่เกาะอยู่บนพื้นผิวของ 2707 HDSS ส่วนใหญ่ตายลงเนื่องจากการหมดไปของสารอาหารในตัวกลาง 2216E หรือการปล่อยไอออนโลหะที่เป็นพิษจากเมทริกซ์ 2707 HDSS นี่เป็นข้อจำกัดของการทดลองแบบแบทช์
ในงานวิจัยนี้ ฟิล์มชีวภาพของ P. aeruginosa ส่งเสริมการลดลงของ Cr และ Fe ในบริเวณใต้ฟิล์มชีวภาพบนพื้นผิว 2707 HDSS (รูปที่ 6) ในตารางที่ 6 การลดลงของ Fe และ Cr ในตัวอย่าง D เมื่อเทียบกับตัวอย่าง C แสดงให้เห็นว่า Fe และ Cr ที่ละลายซึ่งเกิดจากฟิล์มชีวภาพของ P. aeruginosa ยังคงอยู่เกิน 7 วันแรก ตัวกลาง 2216E ใช้เพื่อจำลองสภาพแวดล้อมทางทะเล ประกอบด้วย Cl- 17700 ppm ซึ่งเทียบได้กับที่พบในน้ำทะเลธรรมชาติ การมีอยู่ของ Cl- 17700 ppm เป็นสาเหตุหลักของการลดลงของ Cr ในตัวอย่างที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต 7 และ 14 วันที่วิเคราะห์โดย XPS เมื่อเทียบกับตัวอย่าง P. aeruginosa การละลายของ Cr ในตัวอย่างที่ไม่มีสิ่งมีชีวิตนั้นน้อยกว่ามากเนื่องจาก 2707 HDSS มีความต้านทานต่อ Cl- สูงในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต รูปที่ 9 แสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของ Cr6+ ในกระบวนการพาสซิเวชัน ฟิล์มนี้อาจมีส่วนเกี่ยวข้องในการกำจัดโครเมียมออกจากพื้นผิวเหล็กโดยไบโอฟิล์มของ P. aeruginosa ดังที่ Chen และ Clayton ได้เสนอไว้
เนื่องจากการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ค่า pH ของอาหารเลี้ยงเชื้อก่อนและหลังการเพาะเลี้ยงอยู่ที่ 7.4 และ 8.2 ตามลำดับ ดังนั้น การกัดกร่อนจากกรดอินทรีย์ใต้ไบโอฟิล์มของ P. aeruginosa จึงไม่น่าจะเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่อการทำงานนี้ เนื่องจากค่า pH ในอาหารเลี้ยงเชื้อโดยรวมค่อนข้างสูง ค่า pH ของอาหารเลี้ยงเชื้อควบคุมที่ไม่มีจุลินทรีย์ไม่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ (จากค่าเริ่มต้น 7.4 เป็นค่าสุดท้าย 7.5) ในช่วงระยะเวลาทดสอบ 14 วัน การเพิ่มขึ้นของค่า pH ในอาหารเลี้ยงเชื้อหลังการบ่มเกิดจากกิจกรรมเมตาบอลิซึมของ P. aeruginosa และพบว่ามีผลต่อค่า pH เหมือนกันแม้ในกรณีที่ไม่มีแถบวัดค่า pH
ดังแสดงในรูปที่ 7 ความลึกของหลุมสูงสุดที่เกิดจากไบโอฟิล์มของ P. aeruginosa คือ 0.69 ไมโครเมตร ซึ่งใหญ่กว่าของตัวกลางที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต (0.02 ไมโครเมตร) มาก ซึ่งสอดคล้องกับข้อมูลทางเคมีไฟฟ้าที่อธิบายไว้ข้างต้น ความลึกของหลุม 0.69 ไมโครเมตรนั้นน้อยกว่าค่า 9.5 ไมโครเมตรที่รายงานสำหรับ 2205 DSS ภายใต้สภาวะเดียวกันมากกว่าสิบเท่า ข้อมูลเหล่านี้แสดงให้เห็นว่า 2707 HDSS มีความต้านทานต่อ MIC ที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับ 2205 DSS ซึ่งไม่น่าแปลกใจ เนื่องจาก 2707 HDSS มีปริมาณโครเมียมสูงกว่า ทำให้เกิดการสร้างชั้นป้องกันได้ยาวนานขึ้น เนื่องจากโครงสร้างเฟสที่สมดุลโดยปราศจากตะกอนทุติยภูมิที่เป็นอันตราย ทำให้ P. aeruginosa ทำลายชั้นป้องกันและเกิดการบดบังได้ยากขึ้น
โดยสรุป พบการเกิดหลุมกัดกร่อนจากการกัดกร่อนระดับจุลภาค (MIC pitting) บนพื้นผิวของเหล็กกล้าไร้สนิม 2707 HDSS ในน้ำซุปที่มีเชื้อ P. aeruginosa เมื่อเปรียบเทียบกับการเกิดหลุมกัดกร่อนเพียงเล็กน้อยในอาหารเลี้ยงเชื้อที่ไม่มีสิ่งมีชีวิต งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าเหล็กกล้าไร้สนิม 2707 HDSS มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนระดับจุลภาค (MIC) ดีกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม 2205 DSS แต่ก็ไม่ได้มีความต้านทานต่อการกัดกร่อนระดับจุลภาค (MIC) อย่างสมบูรณ์เนื่องจากไบโอฟิล์มของเชื้อ P. aeruginosa ผลการค้นพบเหล่านี้ช่วยในการเลือกเหล็กกล้าไร้สนิมที่เหมาะสมและประมาณอายุการใช้งานในสภาพแวดล้อมทางทะเล
ตัวอย่างทดสอบ 2707 HDSS จัดทำโดยคณะโลหะวิทยา มหาวิทยาลัยตะวันออกเฉียงเหนือ (NEU) เมืองเสิ่นหยาง ประเทศจีน องค์ประกอบทางเคมีของ 2707 HDSS แสดงในตารางที่ 1 ซึ่งวิเคราะห์โดยแผนกวิเคราะห์และทดสอบวัสดุของ NEU ตัวอย่างทั้งหมดได้รับการอบชุบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิ 1180 °C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง ก่อนการทดสอบการกัดกร่อน ตัวอย่าง 2707 HDSS รูปทรงเหรียญที่มีพื้นที่ผิวสัมผัสด้านบน 1 cm² ถูกขัดด้วยกระดาษทรายซิลิคอนคาร์ไบด์เบอร์ 2000 และขัดเพิ่มเติมด้วยผง Al2O3 ขนาด 0.05 μm ด้านข้างและด้านล่างได้รับการปกป้องด้วยสีเฉื่อย หลังจากแห้งแล้ว ตัวอย่างถูกล้างด้วยน้ำปราศจากไอออนที่ผ่านการฆ่าเชื้อ และฆ่าเชื้อด้วยเอทานอล 75% (v/v) เป็นเวลา 0.5 ชั่วโมง จากนั้นจึงผึ่งลมให้แห้งภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต (UV) เป็นเวลา 0.5 ชั่วโมงก่อนใช้งาน
เชื้อ Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 จากทะเล ได้รับการจัดซื้อจากศูนย์รวบรวมพันธุ์จุลินทรีย์ทางทะเลเซียะเหมิน (MCCC) ประเทศจีน เชื้อ Pseudomonas aeruginosa ถูกเพาะเลี้ยงแบบใช้ออกซิเจนที่อุณหภูมิ 37°C ในขวดขนาด 250 มล. และเซลล์แก้วไฟฟ้าเคมีขนาด 500 มล. โดยใช้สารอาหารเหลว Marine 2216E (บริษัท Qingdao Hope Biotechnology จำกัด, ชิงเต่า ประเทศจีน) ส่วนประกอบของสารอาหาร (กรัม/ลิตร): 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 NH3, 0.016 NH3 0.016 NaH2PO4, 5.0 เพปโทน, 1.0 สารสกัดจากยีสต์ และ 0.1 เฟอร์ริกซิเตรต นึ่งฆ่าเชื้อที่ 121°C เป็นเวลา 20 นาทีก่อนการเพาะเชื้อ นับเซลล์ที่เกาะติดและเซลล์ที่ลอยอยู่ในของเหลวโดยใช้ฮีโมไซโตมิเตอร์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่กำลังขยาย 400 เท่า ความเข้มข้นของเซลล์เริ่มต้นของ Pseudomonas aeruginosa ที่ลอยอยู่ในของเหลวทันทีหลังการเพาะเชื้ออยู่ที่ประมาณ 10⁶ เซลล์/มล.
การทดสอบทางเคมีไฟฟ้าดำเนินการในเซลล์แก้วแบบสามขั้วคลาสสิกที่มีปริมาตรตัวกลาง 500 มล. แผ่นแพลทินัมและขั้วไฟฟ้าคาโลเมลอิ่มตัว (SCE) เชื่อมต่อกับเครื่องปฏิกรณ์ผ่านท่อแคปิลลารีลักกินที่บรรจุด้วยสะพานเกลือ ทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าเคาน์เตอร์และขั้วไฟฟ้าอ้างอิงตามลำดับ ในการสร้างขั้วไฟฟ้าทำงาน ลวดทองแดงเคลือบยางถูกติดเข้ากับชิ้นงานแต่ละชิ้นและหุ้มด้วยอีพ็อกซี โดยเว้นพื้นที่ผิวสัมผัสด้านเดียวประมาณ 1 ตารางเซนติเมตรสำหรับขั้วไฟฟ้าทำงาน ในระหว่างการวัดทางเคมีไฟฟ้า ตัวอย่างถูกวางในตัวกลาง 2216E และรักษาไว้ที่อุณหภูมิการบ่มคงที่ (37 °C) ในอ่างน้ำ ข้อมูล OCP, LPR, EIS และการโพลาไรเซชันแบบไดนามิกศักย์ถูกวัดโดยใช้โพเทนซิโอสแตท Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA) การทดสอบ LPR ถูกบันทึกที่อัตราการสแกน 0.125 mV s-1 ในช่วง -5 และ 5 mV ด้วย Eocp และความถี่การสุ่มตัวอย่าง 1 Hz การทดสอบ EIS ดำเนินการ โดยใช้คลื่นไซน์ในช่วงความถี่ 0.01 ถึง 10,000 เฮิรตซ์ โดยใช้แรงดันไฟฟ้า 5 มิลลิโวลต์ที่สภาวะคงที่ Eocp ก่อนการกวาดศักย์ไฟฟ้า อิเล็กโทรดจะอยู่ในโหมดวงจรเปิดจนกว่าจะถึงค่าศักย์การกัดกร่อนอิสระที่เสถียร จากนั้นจึงทำการวัดเส้นโค้งโพลาไรเซชันจาก -0.2 ถึง 1.5 โวลต์เทียบกับ Eocp ที่อัตราการสแกน 0.166 มิลลิโวลต์/วินาที การทดสอบแต่ละครั้งทำซ้ำ 3 ครั้ง ทั้งแบบมีและไม่มีเชื้อ P. aeruginosa
ตัวอย่างสำหรับการวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาได้รับการขัดเงาด้วยกระดาษทรายซิลิกาเปียกเบอร์ 2000 จากนั้นจึงขัดเงาเพิ่มเติมด้วยผง Al2O3 ขนาด 0.05 μm เพื่อการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์ การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาทำโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ ตัวอย่างได้รับการกัดด้วยสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ 10 wt.% 43
หลังจากบ่มแล้ว ตัวอย่างจะถูกล้าง 3 ครั้งด้วยสารละลายฟอสเฟตบัฟเฟอร์ (PBS) (pH 7.4 ± 0.2) จากนั้นตรึงด้วยกลูตารัลดีไฮด์ 2.5% (v/v) เป็นเวลา 10 ชั่วโมงเพื่อตรึงไบโอฟิล์ม ต่อมาทำการกำจัดน้ำด้วยเอทานอลความเข้มข้นต่างๆ (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% และ 100% v/v) ก่อนที่จะผึ่งลมให้แห้ง สุดท้าย พื้นผิวของตัวอย่างจะถูกเคลือบด้วยฟิล์มทองคำเพื่อให้มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสำหรับการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ภาพ SEM จะเน้นไปที่จุดที่มีเซลล์ P. aeruginosa เกาะอยู่มากที่สุดบนพื้นผิวของแต่ละตัวอย่าง ทำการวิเคราะห์ EDS เพื่อหาองค์ประกอบทางเคมี ใช้กล้องจุลทรรศน์เลเซอร์สแกนแบบคอนโฟคอล (CLSM) ของ Zeiss (LSM 710, Zeiss, เยอรมนี) ในการวัดความลึกของหลุมกัดกร่อน เพื่อสังเกตหลุมกัดกร่อนภายใต้ ก่อนการทดสอบ ชิ้นงานทดสอบจะต้องได้รับการทำความสะอาดตามมาตรฐานแห่งชาติจีน (CNS) GB/T4334.4-2000 เพื่อกำจัดผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนและไบโอฟิล์มบนพื้นผิวของชิ้นงานทดสอบ
การวิเคราะห์ด้วยเทคนิค X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, ระบบวิเคราะห์พื้นผิว ESCALAB250, Thermo VG, สหรัฐอเมริกา) ดำเนินการโดยใช้แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์แบบโมโนโครมาติก (เส้นอะลูมิเนียม Kα ที่พลังงาน 1500 eV และกำลังไฟ 150 W) ในช่วงพลังงานพันธะกว้าง 0 – 1350 eV ภายใต้สภาวะมาตรฐาน บันทึกสเปกตรัมความละเอียดสูงโดยใช้พลังงานผ่าน 50 eV และขนาดขั้นตอน 0.2 eV
นำตัวอย่างที่บ่มไว้แล้วออกและล้างเบาๆ ด้วย PBS (pH 7.4 ± 0.2) เป็นเวลา 15 วินาที45 เพื่อสังเกตความมีชีวิตของแบคทีเรียในไบโอฟิล์มบนตัวอย่าง ไบโอฟิล์มจะถูกย้อมโดยใช้ชุดตรวจความมีชีวิตของแบคทีเรีย LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, USA) ชุดตรวจนี้มีสีย้อมเรืองแสงสองชนิด คือ สีย้อมเรืองแสงสีเขียว SYTO-9 และสีย้อมเรืองแสงสีแดง propidium iodide (PI) ภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบคอนโฟคอลเลเซอร์สแกนนิง (CLSM) จุดที่มีสีเขียวและสีแดงเรืองแสงจะแสดงถึงเซลล์ที่มีชีวิตและเซลล์ที่ตายแล้วตามลำดับ สำหรับการย้อมสี ผสมสารละลาย 1 มล. ที่ประกอบด้วย SYTO-9 3 ไมโครลิตร และสารละลาย PI 3 ไมโครลิตร แล้วบ่มเป็นเวลา 20 นาทีที่อุณหภูมิห้อง (23 องศาเซลเซียส) ในที่มืด หลังจากนั้น สังเกตตัวอย่างที่ย้อมแล้วที่สองความยาวคลื่น (488 นาโนเมตรสำหรับเซลล์ที่มีชีวิต และ 559 นาโนเมตรสำหรับเซลล์ที่ตายแล้ว) โดยใช้เครื่อง CLSM ของ Nikon (C2 Plus, Nikon, Japan) วัดความหนาของไบโอฟิล์มใน โหมดการสแกน 3 มิติ
วิธีการอ้างอิงบทความนี้: Li, H. et al. การกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์ดูเพล็กซ์ 2707 โดยไบโอฟิล์มของแบคทีเรีย Pseudomonas aeruginosa จากทะเล Science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016)
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. การแตกร้าวจากการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ LDX 2101 ในสารละลายคลอไรด์ในที่ที่มีไทโอซัลเฟต coros.science.80, 205–212 (2014)
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS ผลของกระบวนการอบชุบด้วยความร้อนและไนโตรเจนในก๊าซปกคลุมต่อความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุมของรอยเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์ดูเพล็กซ์ coros.science.53, 1939–1947 (2011)
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. และ Lewandowski, Z. การศึกษาเปรียบเทียบทางเคมีของการกัดกร่อนแบบหลุมที่เกิดจากจุลินทรีย์และกระบวนการทางไฟฟ้าเคมีในเหล็กกล้าไร้สนิม 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003)
Luo, H., Dong, CF, Li, XG และ Xiao, K. พฤติกรรมทางไฟฟ้าเคมีของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ 2205 ในสารละลายด่างที่มีค่า pH ต่างกันในสภาวะที่มีคลอไรด์ Electrochim.Journal.64, 211–220 (2012)
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI ผลกระทบของไบโอฟิล์มในทะเลต่อการกัดกร่อน: บทวิจารณ์โดยย่อ Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008)