Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümünde CSS desteği sınırlıdır. En iyi deneyim için güncel bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da uyumluluk modunu kapatmanızı) öneririz. Bu arada, sürekli desteğin sağlanması için siteyi stiller ve JavaScript olmadan görüntüleyeceğiz.
Mikrobiyal korozyon (MK), büyük ekonomik kayıplara neden olabileceğinden birçok endüstride ciddi bir sorundur. 2707 süper dupleks paslanmaz çelik (2707 HDSS), mükemmel kimyasal direnci nedeniyle deniz ortamlarında kullanılmıştır. Ancak, MK'ye direnci deneysel olarak gösterilmemiştir. Bu çalışmada, deniz aerobik bakterisi Pseudomonas aeruginosa'nın neden olduğu 2707 HDSS'nin MK davranışı incelenmiştir. Elektrokimyasal analiz, 2216E ortamında Pseudomonas aeruginosa biyofilminin varlığında korozyon potansiyelinde pozitif bir değişiklik ve korozyon akım yoğunluğunda bir artış olduğunu göstermiştir. X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizi, biyofilmin altındaki numunenin yüzeyinde Cr içeriğinde bir azalma olduğunu göstermiştir. Çukurların görüntüleme analizi, P. aeruginosa biyofilminin 14 günlük inkübasyon sırasında maksimum 0,69 μm çukur derinliği ürettiğini göstermiştir. Bu küçük olmasına rağmen, 2707 HDSS'nin P. aeruginosa biyofilmlerinin MİK'ine karşı tam olarak bağışık olmadığını göstermektedir.
Dubleks paslanmaz çelikler (DSS), mükemmel mekanik özellikler ve korozyon direncinin ideal kombinasyonu nedeniyle çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır1,2.Ancak, lokal çukurlaşma hala meydana gelir ve bu çeliğin bütünlüğünü etkiler3,4.DSS mikrobiyal korozyona (MIC) dayanıklı değildir5,6.DSS'nin geniş uygulama yelpazesine rağmen, DSS'nin korozyon direncinin uzun vadeli kullanım için yeterli olmadığı ortamlar hala mevcuttur. Bu, daha yüksek korozyon direncine sahip daha pahalı malzemeler gerektiği anlamına gelir.Jeon ve arkadaşları7, süper dubleks paslanmaz çeliklerin (SDSS) bile korozyon direnci açısından bazı sınırlamalara sahip olduğunu bulmuşlardır.Bu nedenle, bazı uygulamalarda daha yüksek korozyon direncine sahip süper dubleks paslanmaz çelikler (HDSS) gereklidir.Bu, yüksek alaşımlı HDSS'nin geliştirilmesine yol açmıştır.
DSS'nin korozyon direnci alfa ve gama fazlarının oranına ve ikinci faza bitişik Cr, Mo ve W'den arındırılmış bölgeler 8, 9, 10'a bağlıdır. HDSS yüksek Cr, Mo ve N11 içeriğine sahiptir, bu nedenle mükemmel korozyon direncine ve ağırlıkça % Cr + 3,3 (ağırlıkça % Mo + 0,5 ağırlıkça % W) + ağırlıkça % 16 N12 ile belirlenen yüksek bir değere (45-50) sahip Çukur Direnci Eşdeğer Sayısı'na (PREN) sahiptir. Mükemmel korozyon direnci, yaklaşık % 50 ferrit (α) ve % 50 ostenit (γ) fazları içeren dengeli bir bileşime dayanır, HDSS geleneksel DSS'den daha iyi mekanik özelliklere ve daha yüksek dirence sahiptir13. Klorür korozyon özellikleri. Geliştirilmiş korozyon direnci, HDSS'nin deniz ortamları gibi daha aşındırıcı klorür ortamlarında kullanımını genişletir.
MİK'ler petrol, gaz ve su tesisleri gibi birçok endüstride büyük bir sorundur.14. MİK tüm korozyon hasarının %20'sini oluşturur.15. MİK, birçok ortamda gözlemlenebilen biyoelektrokimyasal korozyondur. Metal yüzeylerde oluşan biyofilmler elektrokimyasal koşulları değiştirerek korozyon sürecini etkiler. MİK korozyonunun biyofilmlerden kaynaklandığına yaygın olarak inanılmaktadır. Elektrojenik mikroorganizmalar hayatta kalmak için gerekli enerjiyi elde etmek amacıyla metalleri aşındırır.17. Son MİK çalışmaları, EET'nin (hücre dışı elektron transferi) elektrojenik mikroorganizmalar tarafından oluşturulan MİK'te hız sınırlayıcı faktör olduğunu göstermiştir. Zhang ve arkadaşları, 18 elektron aracılarının Desulfovibrio sessificans hücreleri ile 304 paslanmaz çelik arasındaki elektron transferini hızlandırdığını ve daha şiddetli MİK saldırısına yol açtığını göstermiştir.Enning ve arkadaşları, 19 ve Venzlaff ve arkadaşları. 20, aşındırıcı sülfat indirgeyici bakteri (SRB) biyofilmlerinin metal substratlardan doğrudan elektronları emebileceğini ve bunun da ciddi çukurlaşma korozyonuna yol açabileceğini göstermiştir.
DSS'nin, SRB, demir indirgeyici bakteriler (IRB) vb. içeren ortamlarda MİK'e duyarlı olduğu bilinmektedir.21 Bu bakteriler, biyofilmlerin altında DSS yüzeylerinde lokalize çukurlaşmaya neden olur22,23. DSS'den farklı olarak, HDSS24'ün MİK'i çok az bilinmektedir.
Pseudomonas aeruginosa doğada yaygın olarak bulunan gram-negatif hareketli çubuk şeklinde bir bakteridir25. Pseudomonas aeruginosa aynı zamanda deniz ortamında çelikte MIC'e neden olan önemli bir mikrobiyal gruptur. Pseudomonas korozyon süreçlerinde yakından yer alır ve biyofilm oluşumu sırasında öncü bir kolonizatör olarak kabul edilir. Mahat vd. 28 ve Yuan vd. 29, Pseudomonas aeruginosa'nın sulu ortamlarda yumuşak çelik ve alaşımların korozyon oranını artırma eğiliminde olduğunu göstermiştir.
Bu çalışmanın temel amacı, elektrokimyasal yöntemler, yüzey analitik teknikleri ve korozyon ürünü analizi kullanarak deniz aerobik bakterisi Pseudomonas aeruginosa'nın neden olduğu 2707 HDSS'nin MİK özelliklerini araştırmaktır. 2707 HDSS'nin MİK davranışını incelemek için Açık Devre Potansiyeli (OCP), Doğrusal Polarizasyon Direnci (LPR), Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS) ve Potansiyel Dinamik Polarizasyon dahil olmak üzere elektrokimyasal çalışmalar gerçekleştirildi. Korozyona uğramış yüzeydeki kimyasal elementleri bulmak için enerji dağılımlı spektrometre (EDS) analizi yapıldı. Ayrıca, Pseudomonas aeruginosa içeren bir deniz ortamının etkisi altında oksit film pasifleşmesinin kararlılığını belirlemek için X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizi kullanıldı. Çukur derinliği, konfokal lazer taramalı mikroskop (CLSM) altında ölçüldü.
Tablo 1'de 2707 HDSS'nin kimyasal bileşimi listelenmiştir. Tablo 2, 2707 HDSS'nin 650 MPa akma dayanımıyla mükemmel mekanik özelliklere sahip olduğunu göstermektedir. Şekil 1, çözeltiye alma ısıl işlemine tabi tutulmuş 2707 HDSS'nin optik mikro yapısını göstermektedir. Yaklaşık %50 ostenit ve %50 ferrit fazları içeren mikro yapıda, ikincil fazlar olmaksızın ostenit ve ferrit fazlarının uzun bantları görülebilir.
Şekil 2a, 37 °C'de 14 gün boyunca abiyotik 2216E besiyerinde ve P. aeruginosa besiyerinde 2707 HDSS için açık devre potansiyeli (Eocp) ile maruz kalma süresi verilerini göstermektedir. Eocp'deki en büyük ve önemli değişimin ilk 24 saat içinde meydana geldiğini göstermektedir. Her iki durumda da Eocp değerleri yaklaşık 16 saatte -145 mV'de (SCE'ye kıyasla) zirve yapmış ve daha sonra keskin bir düşüş göstererek abiyotik örnek ve P için sırasıyla -477 mV'ye (SCE'ye kıyasla) ve -236 mV'ye (SCE'ye kıyasla) ulaşmıştır. Pseudomonas aeruginosa kuponları sırasıyla. 24 saat sonra, P. aeruginosa için 2707 HDSS'lik Eocp değeri -228 mV'de (SCE'ye kıyasla) nispeten sabit kalırken, biyolojik olmayan örnekler için karşılık gelen değer yaklaşık olarak -442 mV'dir (SCE'ye kıyasla). P. aeruginosa varlığında Eocp oldukça düşüktü.
2707 HDSS numunesinin abiyotik ortamda ve 37 °C'de Pseudomonas aeruginosa besiyerinde elektrokimyasal testi:
(a) Eocp, pozlama süresinin bir fonksiyonu olarak, (b) 14. günde polarizasyon eğrileri, (c) Rp, pozlama süresinin bir fonksiyonu olarak ve (d) icorr, pozlama süresinin bir fonksiyonu olarak.
Tablo 3'te 14 gün boyunca abiyotik ortama ve Pseudomonas aeruginosa aşılanmış ortama maruz bırakılan 2707 HDSS numunesinin elektrokimyasal korozyon parametre değerleri listelenmiştir. Anodik ve katodik eğrilerin teğetleri, standart yöntemlere göre korozyon akım yoğunluğu (icorr), korozyon potansiyeli (Ecorr) ve Tafel eğimlerini (βα ve βc) veren kesişim noktalarına ulaşmak için ekstrapole edilmiştir30,31.
Şekil 2b'de görüldüğü gibi, P. aeruginosa eğrisinin yukarı doğru kayması, abiyotik eğriye kıyasla Ecorr'de bir artışa neden oldu. Korozyon hızıyla orantılı olan icorr değeri, Pseudomonas aeruginosa örneğinde 0,328 μA cm-2'ye çıkarak biyolojik olmayan örneğin (0,087 μA cm-2) dört katına çıktı.
LPR, hızlı korozyon analizi için klasik bir tahribatsız elektrokimyasal yöntemdir. Ayrıca MIC32'yi incelemek için de kullanılmıştır. Şekil 2c, polarizasyon direncini (Rp) maruz kalma süresinin bir fonksiyonu olarak göstermektedir. Daha yüksek bir Rp değeri daha az korozyon anlamına gelir. İlk 24 saat içinde, 2707 HDSS'nin Rp'si abiyotik numuneler için 1955 kΩ cm2 ve Pseudomonas aeruginosa numuneleri için 1429 kΩ cm2'lik maksimum değere ulaşmıştır. Şekil 2c ayrıca Rp değerinin bir gün sonra hızla azaldığını ve sonraki 13 gün boyunca nispeten değişmeden kaldığını göstermektedir. Pseudomonas aeruginosa numunesinin Rp değeri yaklaşık 40 kΩ cm2'dir ve bu, biyolojik olmayan numunenin 450 kΩ cm2 değerinden çok daha düşüktür.
Doğru değer, düzgün korozyon hızına orantılıdır. Değeri, aşağıdaki Stern-Geary denkleminden hesaplanabilir:
Zou vd. 33'e göre, bu çalışmada Tafel eğimi B'nin tipik değeri 26 mV/dec olarak varsayılmıştır. Şekil 2d, biyolojik olmayan 2707 örneğinin icorr'unun nispeten sabit kaldığını, P. aeruginosa örneğinin ise ilk 24 saatten sonra büyük ölçüde dalgalandığını göstermektedir. P. aeruginosa örneklerinin icorr değerleri, biyolojik olmayan kontrollerden bir büyüklük sırası daha yüksekti. Bu eğilim, polarizasyon direnci sonuçlarıyla tutarlıdır.
EIS, korozyona uğramış arayüzlerdeki elektrokimyasal reaksiyonları karakterize etmek için kullanılan bir diğer tahribatsız tekniktir. Abiotik ortam ve Pseudomonas aeruginosa çözeltisine maruz bırakılan numunelerin empedans spektrumları ve hesaplanan kapasitans değerleri, numunenin yüzeyinde oluşan pasif film/biyofilmin Rb direnci, Rct yük transfer direnci, Cdl elektriksel çift katman kapasitansı (EDL) ve QCPE Sabit Faz Elemanı (CPE) parametreleri. Bu parametreler, eşdeğer devre (EEC) modeli kullanılarak verilerin uygulanmasıyla daha ileri analiz edilmiştir.
Şekil 3, farklı inkübasyon süreleri için abiyotik ortamda ve P. aeruginosa besiyerinde 2707 HDSS örneğinin tipik Nyquist çizimlerini (a ve b) ve Bode çizimlerini (a' ve b') göstermektedir. Nyquist halkasının çapı, Pseudomonas aeruginosa varlığında azalmaktadır. Bode çizimi (Şekil 3b'), toplam empedansın büyüklüğünde bir artış göstermektedir. Gevşeme zaman sabiti hakkındaki bilgi, faz maksimumları ile sağlanabilir. Şekil 4, tek tabaka (a) ve çift tabaka (b) bazlı fiziksel yapıları ve bunlara karşılık gelen EEC'leri göstermektedir. CPE, EEC modeline dahil edilmiştir. admitansı ve empedansı aşağıdaki gibi ifade edilir:
2707 HDSS numunesinin empedans spektrumuna uyum sağlamak için iki fiziksel model ve karşılık gelen eşdeğer devreler:
Burada Y0 CPE'nin büyüklüğü, j sanal sayı veya (-1)1/2, ω açısal frekans ve n birlikten küçük CPE güç endeksidir35. Yük transfer direncinin tersi (yani 1/Rct), korozyon hızına karşılık gelir. Daha küçük Rct, daha hızlı korozyon hızı anlamına gelir27. 14 günlük inkübasyondan sonra, Pseudomonas aeruginosa örneklerinin Rct'si 32 kΩ cm2'ye ulaştı; bu, biyolojik olmayan örneklerin 489 kΩ cm2'sinden çok daha küçüktür (Tablo 4).
Şekil 5'teki CLSM görüntüleri ve SEM görüntüleri, 2707 HDSS numunesinin yüzeyindeki biyofilm örtüsünün 7 gün sonra yoğun olduğunu açıkça göstermektedir. Ancak, 14 gün sonra biyofilm örtüsü seyrekleşmiş ve bazı ölü hücreler ortaya çıkmıştır. Tablo 5, 2707 HDSS numunelerindeki biyofilm kalınlığını 7 ve 14 gün boyunca P. aeruginosa'ya maruz bırakıldıktan sonra göstermektedir. Maksimum biyofilm kalınlığı 7 gün sonra 23,4 μm'den 14 gün sonra 18,9 μm'ye değişmiştir. Ortalama biyofilm kalınlığı da bu eğilimi doğrulamıştır. 7 gün sonra 22,2 ± 0,7 μm'den 14 gün sonra 17,8 ± 1,0 μm'ye düşmüştür.
(a) 7 gün sonra 3 boyutlu CLSM görüntüsü, (b) 14 gün sonra 3 boyutlu CLSM görüntüsü, (c) 7 gün sonra SEM görüntüsü ve (d) 14 gün sonra SEM görüntüsü.
EDS, P. aeruginosa'ya 14 gün boyunca maruz bırakılan numunelerdeki biyofilmlerde ve korozyon ürünlerinde kimyasal elementler ortaya çıkardı. Şekil 6, biyofilmlerde ve korozyon ürünlerindeki C, N, O ve P içeriğinin çıplak metallerdekinden çok daha yüksek olduğunu göstermektedir, çünkü bu elementler biyofilmler ve metabolitleriyle ilişkilidir. Mikropların sadece eser miktarda krom ve demire ihtiyacı vardır. Numunelerin yüzeyindeki biyofilm ve korozyon ürünlerindeki yüksek Cr ve Fe seviyeleri, metal matrisin korozyon nedeniyle element kaybettiğini göstermektedir.
14 gün sonra, P. aeruginosa ile ve P. aeruginosa olmadan çukurlaşma 2216E besiyerinde gözlemlendi. İnkübasyondan önce, numune yüzeyi pürüzsüz ve kusursuzdu (Şekil 7a). İnkübasyon ve biyofilm ve korozyon ürünlerinin uzaklaştırılmasından sonra, numunelerin yüzeyindeki en derin çukurlar, Şekil 7b ve c'de gösterildiği gibi CLSM altında incelendi. Biyolojik olmayan kontrol numunelerinin yüzeyinde belirgin çukur bulunamadı (maksimum çukur derinliği 0,02 μm). Pseudomonas aeruginosa'nın neden olduğu maksimum çukur derinliği, 7 gün sonra 0,52 μm ve 14 gün sonra 0,69 μm idi, 3 numunenin ortalama maksimum çukur derinliğine dayanarak (her numune için 10 maksimum çukur derinliği değeri seçildi) sırasıyla 0,42 ± 0,12 μm ve 0,52 ± 0,15 μm'ye ulaştı (Tablo 5).Bu çukur derinliği değerleri küçük ama önemlidir.
(a) Maruz kalmadan önce, (b) abiyotik ortamda 14 gün ve (c) Pseudomonas aeruginosa et suyunda 14 gün.
Şekil 8, farklı numune yüzeylerinin XPS spektrumlarını göstermektedir ve her yüzey için analiz edilen kimyasal bileşimler Tablo 6'da özetlenmiştir. Tablo 6'da, P. aeruginosa varlığında (numuneler A ve B) Fe ve Cr'nin atomik yüzdeleri, biyolojik olmayan kontrol numunelerinin (numuneler C ve D)kinden çok daha düşüktü. P. aeruginosa numunesi için, Cr 2p çekirdek seviyesi spektral eğrisi, sırasıyla Cr, Cr2O3, CrO3 ve Cr(OH)3'e atfedilebilen, 574,4, 576,6, 578,3 ve 586,8 eV'lik bağlanma enerjisi (BE) değerlerine sahip dört tepe bileşenine oturtulmuştur (Şekil 9a ve b). Biyolojik olmayan numuneler için, Cr 2p çekirdek seviyesi spektrumu, Cr (BE için 573,80 eV) ve Cr2O3 için iki ana tepe içerir Şekil 9c ve d'de sırasıyla BE için 575,90 eV. Abiotik ve P. aeruginosa örnekleri arasındaki en çarpıcı fark, biyofilmin altında Cr6+ varlığı ve daha yüksek oranda Cr(OH)3 (BE için 586,8 eV) olmasıydı.
2707 HDSS numunesinin yüzeyinin iki ortamdaki geniş XPS spektrumları sırasıyla 7 gün ve 14 gündür.
(a) P. aeruginosa'ya 7 gün maruz kalma, (b) P. aeruginosa'ya 14 gün maruz kalma, (c) abiyotik ortamda 7 gün ve (d) abiyotik ortamda 14 gün.
HDSS, çoğu ortamda yüksek seviyelerde korozyon direnci gösterir. Kim ve ark. 2, UNS S32707 HDSS'nin 45'ten fazla PREN değerine sahip yüksek alaşımlı bir DSS olarak tanımlandığını bildirmiştir. Bu çalışmadaki 2707 HDSS numunesinin PREN değeri 49'dur. Bunun nedeni, asidik ve yüksek klorürlü ortamlarda faydalı olan yüksek krom içeriği ve yüksek molibden ve Ni seviyeleridir. Ek olarak, iyi dengelenmiş bir bileşim ve kusursuz bir mikro yapı, yapısal kararlılık ve korozyon direnci için faydalıdır. Bununla birlikte, mükemmel kimyasal direncine rağmen, bu çalışmadaki deneysel veriler, 2707 HDSS'nin P. aeruginosa biyofilmlerinin MIC'sine tamamen bağışık olmadığını düşündürmektedir.
Elektrokimyasal sonuçlar, P. aeruginosa besiyerindeki 2707 HDSS'nin korozyon hızının, biyolojik olmayan ortama kıyasla 14 gün sonra önemli ölçüde arttığını gösterdi. Şekil 2a'da, ilk 24 saat boyunca hem abiyotik ortamda hem de P. aeruginosa besiyerinde Eocp'de bir azalma gözlemlendi. Daha sonra, biyofilm numunenin yüzeyini kaplamayı tamamladı ve Eocp nispeten kararlı hale geldi36. Ancak, biyolojik Eocp seviyesi biyolojik olmayan Eocp'den çok daha yüksekti. Bu farkın P. aeruginosa biyofilm oluşumundan kaynaklandığına inanmak için nedenler var. Şekil 2d'de, P. aeruginosa'nın varlığında, 2707 HDSS'nin iCorr değeri, abiyotik kontrolün (0,063 μA cm-2) değerinden bir mertebe daha yüksek olan 0,627 μA cm-2'ye ulaştı ve bu, EIS ile ölçülen Rct değeriyle tutarlıydı. İlk birkaç günlerde, P. aeruginosa hücrelerinin tutunması ve biyofilm oluşumu nedeniyle P. aeruginosa besiyerindeki empedans değerleri artmıştır. Ancak, biyofilm numunenin yüzeyini tamamen kapladığında empedans düşmektedir. Biyofilm ve biyofilm metabolitlerinin oluşumu nedeniyle ilk önce koruyucu tabaka saldırıya uğramaktadır. Bu nedenle, korozyon direnci zamanla azalmış ve P. aeruginosa'nın tutunması lokalize korozyona neden olmuştur. Abiotik ortamlardaki eğilimler farklıydı. Biyolojik olmayan kontrolün korozyon direnci, P. aeruginosa besiyerine maruz kalan numunelerin karşılık gelen değerinden çok daha yüksekti. Ayrıca, abiyotik numuneler için 2707 HDSS'nin Rct değeri, 14. günde 489 kΩ cm2'ye ulaşmış olup, bu, P. aeruginosa varlığındaki Rct değerinin (32 kΩ cm2) 15 katıdır. Bu nedenle, 2707 HDSS steril bir ortamda mükemmel korozyon direncine sahiptir, ancak P. aeruginosa'nın MIC saldırısına karşı dirençli değildir. aeruginosa biyofilmleri.
Bu sonuçlar ayrıca Şekil 2b'deki polarizasyon eğrilerinden de gözlemlenebilir. Anodik dallanma, Pseudomonas aeruginosa biyofilm oluşumu ve metal oksidasyon reaksiyonlarına atfedilmiştir. Aynı zamanda katodik reaksiyon oksijenin indirgenmesidir. P. aeruginosa'nın varlığı, korozyon akımı yoğunluğunu, abiyotik kontrolden yaklaşık olarak bir mertebe daha yüksek olacak şekilde büyük ölçüde artırmıştır. Bu, P. aeruginosa biyofilminin 2707 HDSS'nin lokalize korozyonunu artırdığını göstermektedir. Yuan ve arkadaşları29, 70/30 Cu-Ni alaşımının korozyon akımı yoğunluğunun, P. aeruginosa biyofilminin tehdidi altında arttığını bulmuşlardır. Bu, Pseudomonas aeruginosa biyofilmleri tarafından oksijen indirgemesinin biyokatalizinden kaynaklanıyor olabilir. Bu gözlem, bu çalışmadaki 2707 HDSS'nin MİK'ini de açıklayabilir. Aerobik biyofilmlerin altında daha az oksijen de olabilir. Bu nedenle, metal yüzeyinin oksijen tarafından yeniden pasifleştirilememesi, MİK'e katkıda bulunan bir faktör olabilir. Bu çalışma.
Dickinson ve ark. 38, kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonların oranlarının, numunenin yüzeyindeki yerleşik bakterilerin metabolik aktivitesi ve korozyon ürünlerinin doğası tarafından doğrudan etkilenebileceğini öne sürmüştür. Şekil 5 ve Tablo 5'te gösterildiği gibi, hem hücre sayısı hem de biyofilm kalınlığı 14 gün sonra azalmıştır. Bu, 14 gün sonra 2707 HDSS yüzeyindeki yerleşik hücrelerin çoğunun, 2216E ortamındaki besin tükenmesi veya 2707 HDSS matrisinden toksik metal iyonlarının salınması nedeniyle öldüğü şeklinde makul bir şekilde açıklanabilir. Bu, toplu deneylerin bir sınırlamasıdır.
Bu çalışmada, P. aeruginosa biyofilmi, 2707 HDSS yüzeyindeki biyofilmin altında yerel Cr ve Fe tükenmesini destekledi (Şekil 6). Tablo 6'da, örnek D'deki Fe ve Cr'nin örnek C'ye kıyasla azalması, P. aeruginosa biyofilminin neden olduğu çözünmüş Fe ve Cr'nin ilk 7 günden sonra da devam ettiğini göstermektedir. 2216E ortamı deniz ortamlarını simüle etmek için kullanılır. Doğal deniz suyunda bulunanla karşılaştırılabilir olan 17700 ppm Cl- içerir. 17700 ppm Cl- varlığı, XPS ile analiz edilen 7 ve 14 günlük abiyotik örneklerdeki Cr'deki azalmanın ana nedeniydi. P. aeruginosa örnekleriyle karşılaştırıldığında, abiyotik örneklerdeki Cr'nin çözünmesi, 2707 HDSS'nin abiyotik ortamlardaki güçlü Cl- direnci nedeniyle çok daha azdı. Şekil 9, pasifleştirmede Cr6+ varlığını göstermektedir Chen ve Clayton'ın öne sürdüğü gibi, P. aeruginosa biyofilmleri tarafından çelik yüzeylerden Cr'nin uzaklaştırılmasında rol oynayabilir.
Bakteriyel büyüme nedeniyle, yetiştirme öncesi ve sonrası ortamın pH değerleri sırasıyla 7,4 ve 8,2 idi. Bu nedenle, P. aeruginosa biyofilminin altında, toplu ortamdaki nispeten yüksek pH nedeniyle, organik asit korozyonunun bu çalışmaya katkıda bulunan bir faktör olması olası değildir. Biyolojik olmayan kontrol ortamının pH'ı, 14 günlük test süresi boyunca önemli ölçüde değişmedi (başlangıçtaki 7,4'ten son 7,5'e). İnkübasyondan sonra aşılama ortamındaki pH'daki artış, P. aeruginosa'nın metabolik aktivitesinden kaynaklandı ve test şeritlerinin yokluğunda pH üzerinde aynı etkiye sahip olduğu bulundu.
Şekil 7'de görüldüğü gibi, P. aeruginosa biyofilminin neden olduğu maksimum çukur derinliği, abiyotik ortamdan (0,02 μm) çok daha büyük olan 0,69 μm'dir. Bu, yukarıda açıklanan elektrokimyasal verilerle tutarlıdır. 0,69 μm çukur derinliği, aynı koşullar altında 2205 DSS için bildirilen 9,5 μm değerinden on kat daha küçüktür. Bu veriler, 2707 HDSS'nin 2205 DSS'ye kıyasla daha iyi MİK direnci gösterdiğini göstermektedir. Bu şaşırtıcı olmamalıdır, çünkü 2707 HDSS daha yüksek bir krom içeriğine sahiptir ve zararlı ikincil çökeltiler olmadan dengeli faz yapısı nedeniyle daha uzun süreli pasifleşme sağlar ve bu da P. aeruginosa'nın pasifliğini kaybetmesini ve başlangıç ​​noktalarının tutulmasını zorlaştırır.
Sonuç olarak, P. aeruginosa besiyerinde 2707 HDSS yüzeyinde, abiyotik ortamda ihmal edilebilir düzeyde çukurlaşmaya kıyasla MİK çukurlaşması bulundu. Bu çalışma, 2707 HDSS'nin 2205 DSS'den daha iyi MİK direncine sahip olduğunu, ancak P. aeruginosa biyofilmi nedeniyle MİK'e karşı tamamen bağışık olmadığını göstermektedir. Bu bulgular, uygun paslanmaz çeliklerin seçilmesine ve deniz ortamı için tahmini hizmet ömrünün belirlenmesine yardımcı olmaktadır.
2707 HDSS için kupon, Çin'in Shenyang kentindeki Northeastern Üniversitesi (NEU) Metalurji Okulu tarafından sağlanmaktadır. 2707 HDSS'nin temel bileşimi, NEU Malzeme Analizi ve Test Bölümü tarafından analiz edilen Tablo 1'de gösterilmiştir. Tüm numuneler, 1 saat boyunca 1180 °C'de çözeltiye tabi tutuldu. Korozyon testinden önce, üst yüzey alanı 1 cm2 olan madeni para şeklindeki 2707 HDSS, silisyum karbür kağıtla 2000 grit'e kadar parlatıldı ve ardından 0,05 μm Al2O3 toz süspansiyonu ile daha fazla parlatıldı. Kenarlar ve taban, inert boya ile korunmaktadır. Kurutma işleminden sonra, numuneler steril deiyonize su ile durulandı ve %75 (h/h) etanol ile 0,5 saat sterilize edildi. Daha sonra kullanılmadan önce 0,5 saat boyunca ultraviyole (UV) ışık altında hava ile kurutuldu.
Deniz Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 suşu, Çin'deki Xiamen Deniz Kültürü Toplama Merkezi'nden (MCCC) satın alındı. Pseudomonas aeruginosa, 250 ml'lik şişelerde ve 500 ml'lik elektrokimyasal cam hücrelerde 37°C'de aerobik olarak Marine 2216E sıvı ortamı (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Çin) kullanılarak büyütüldü. Ortam (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 maya özütü ve 0.1 ferrik sitrat. Aşılamadan önce 121°C'de 20 dakika otoklavlayın. 400X büyütmede bir ışık mikroskobu altında bir hemositometre kullanarak hareketsiz ve planktonik hücreleri sayın. Aşılamadan hemen sonra planktonik Pseudomonas aeruginosa'nın başlangıç ​​hücre konsantrasyonu yaklaşık 106 hücre/ml idi.
Elektrokimyasal testler, 500 ml ortam hacmine sahip klasik üç elektrotlu cam hücrede gerçekleştirildi. Bir platin levha ve doymuş bir kalomel elektrot (SCE), sırasıyla karşıt ve referans elektrotlar olarak hizmet eden tuz köprüleriyle doldurulmuş Luggin kılcalları aracılığıyla reaktöre bağlandı. Çalışma elektrotlarını yapmak için, her numuneye kauçuk kaplı bir bakır tel bağlandı ve epoksi ile kaplandı, çalışma elektrodu için yaklaşık 1 cm2'lik tek taraflı açık yüzey alanı bırakıldı. Elektrokimyasal ölçümler sırasında, numuneler 2216E ortamına yerleştirildi ve bir su banyosunda sabit bir inkübasyon sıcaklığında (37 °C) tutuldu. OCP, LPR, EIS ve potansiyel dinamik polarizasyon verileri bir Autolab potansiyostatı (Referans 600TM, Gamry Instruments, Inc., ABD) kullanılarak ölçüldü. LPR testleri, -5 ve 5 mV aralığında 0,125 mV s-1 tarama hızında, Eocp ve 1 Hz.EIS, 0,01 ila 10.000 Hz frekans aralığındaki bir sinüs dalgası ile sabit durum Eocp'de 5 mV uygulanan voltaj kullanılarak gerçekleştirildi. Potansiyel taramasından önce, elektrotlar sabit bir serbest korozyon potansiyeli değerine ulaşılana kadar açık devre modundaydı. Polarizasyon eğrileri daha sonra 0,166 mV/s tarama hızında Eocp'ye göre -0,2 ila 1,5 V arasında çalıştırıldı. Her test P. aeruginosa ile ve P. aeruginosa olmadan 3 kez tekrarlandı.
Metalografik analiz için numuneler 2000 grit ıslak SiC kağıdı ile mekanik olarak parlatıldı ve daha sonra optik gözlem için 0,05 μm Al2O3 toz süspansiyonu ile daha fazla parlatıldı. Metalografik analiz optik mikroskop kullanılarak gerçekleştirildi. Numuneler %10 ağırlıkça potasyum hidroksit çözeltisi ile aşındırıldı.
Kuluçkadan sonra, örnekler fosfat tamponlu tuzlu su (PBS) çözeltisi (pH 7,4 ± 0,2) ile 3 kez yıkandı ve daha sonra biyofilmleri sabitlemek için 10 saat boyunca %2,5 (h/h) glutaraldehit ile sabitlendi. Daha sonra hava ile kurutulmadan önce derecelendirilmiş bir dizi (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% ve 100% h/h) etanol ile dehidrate edildi. Son olarak, numunenin yüzeyi SEM gözlemi için iletkenlik sağlamak üzere bir altın film ile püskürtüldü. SEM görüntüleri, her numunenin yüzeyinde en fazla hareketsiz P. aeruginosa hücresi bulunan noktalara odaklandı. Kimyasal elementleri bulmak için EDS analizi gerçekleştirin. Çukur derinliğini ölçmek için bir Zeiss Konfokal Lazer Tarama Mikroskobu (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Almanya) kullanıldı. Biyofilm altındaki korozyon çukurlarını gözlemlemek için, Test parçası ilk olarak, test parçasının yüzeyindeki korozyon ürünlerini ve biyofilmi çıkarmak için Çin Ulusal Standardı (CNS) GB/T4334.4-2000'e göre temizlendi.
X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS, ESCALAB250 yüzey analiz sistemi, Thermo VG, ABD) analizi, standart koşullar altında -1350 eV geniş bir bağlanma enerjisi aralığında (1500 eV enerji ve 150 W güçte alüminyum Kα çizgisi) tek renkli bir X-ışını kaynağı kullanılarak gerçekleştirildi. Yüksek çözünürlüklü spektrumlar 50 eV geçiş enerjisi ve 0,2 eV adım boyutu kullanılarak kaydedildi.
İnkübe edilen örnekler çıkarıldı ve 15 saniye boyunca PBS (pH 7,4 ± 0,2) ile nazikçe yıkandı. Örneklerdeki biyofilmlerin bakteriyel canlılığını gözlemlemek için biyofilmler LIVE/DEAD BacLight Bakteriyel Canlılık Kiti (Invitrogen, Eugene, OR, ABD) kullanılarak boyandı. Kitte iki floresan boya vardır, yeşil floresan SYTO-9 boyası ve kırmızı floresan propidyum iyodür (PI) boyası. CLSM altında, floresan yeşil ve kırmızı noktalar sırasıyla canlı ve ölü hücreleri temsil eder. Boyama için, 3 μl SYTO-9 ve 3 μl PI çözeltisi içeren 1 ml karışım, karanlıkta oda sıcaklığında (23 oC) 20 dakika inkübe edildi. Daha sonra, boyanmış örnekler iki dalga boyunda (canlı hücreler için 488 nm ve ölü hücreler için 559 nm) gözlendi. Nikon CLSM makinesi (C2 Plus, Nikon, Japonya) kullanılarak gerçekleştirildi.Biyofilm kalınlığı 3 boyutlu tarama modunda ölçüldü.
Bu makaleye atıfta bulunma şekli: Li, H. ve diğerleri. 2707 süper dupleks paslanmaz çeliğin deniz Pseudomonas aeruginosa biyofilmi tarafından mikrobiyal korozyonu. Bilim. 6. Cumhuriyet, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. ve Zucchi, F. Tiyosülfat varlığında klorür çözeltisinde LDX 2101 dupleks paslanmaz çeliğin gerilim korozyon çatlaması.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ve Park, YS Çözelti ısıl işleminin ve koruyucu gazdaki nitrojenin süper dubleks paslanmaz çelik kaynaklarının çukurlaşma korozyon direncine etkisi.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. ve Lewandowski, Z. 316L Paslanmaz Çelikte Mikrobiyal ve Elektrokimyasal Olarak Oluşan Çukurlaşma Korozyonunun Karşılaştırmalı Kimyasal Çalışması.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG ve Xiao, K. Klorür varlığında farklı pH'daki alkali çözeltilerde 2205 dupleks paslanmaz çeliğin elektrokimyasal davranışı. Electrochim. Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS ve Ray, RI Deniz biyofilmlerinin korozyon üzerindeki etkisi: kısa bir inceleme. Electrochim. Dergi.54, 2-7 (2008).