Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümünün CSS desteği sınırlıdır. En iyi deneyim için, güncel bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Bu süre zarfında, desteğin devamlılığını sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan görüntüleyeceğiz.
Mikrobiyal korozyon (MIC), büyük ekonomik kayıplara yol açabildiği için birçok endüstride ciddi bir sorundur. Süper dubleks paslanmaz çelik 2707 (2707 HDSS), mükemmel kimyasal direnci nedeniyle deniz ortamlarında kullanılmaktadır. Bununla birlikte, MIC'ye karşı direnci deneysel olarak kanıtlanmamıştır. Bu çalışma, deniz aerobik bakterisi Pseudomonas aeruginosa'nın neden olduğu MIC 2707 HDSS'nin davranışını incelemiştir. Elektrokimyasal analiz, 2216E ortamında Pseudomonas aeruginosa biyofilm varlığında korozyon potansiyelinde pozitif bir değişim ve korozyon akım yoğunluğunda bir artış olduğunu göstermiştir. X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizi, biyofilm altında numunenin yüzeyinde Cr içeriğinde bir azalma olduğunu göstermiştir. Çukurların görsel analizi, P. aeruginosa biyofilminin 14 günlük inkübasyon süresi boyunca maksimum 0,69 µm çukur derinliği oluşturduğunu göstermiştir. Bu oran küçük olsa da, 2707 HDSS'nin P. aeruginosa biyofilmlerinin MIC değerine karşı tamamen bağışık olmadığını göstermektedir.
Dubleks paslanmaz çelikler (DSS), mükemmel mekanik özellikler ve korozyon direncinin mükemmel birleşimi nedeniyle çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır1,2. Bununla birlikte, lokal çukurlaşma hala meydana gelir ve bu çeliğin bütünlüğünü etkiler3,4. DSS, mikrobiyal korozyona (MIC) karşı dirençli değildir5,6. DSS'nin geniş uygulama yelpazesine rağmen, DSS'nin korozyon direncinin uzun süreli kullanım için yeterli olmadığı ortamlar hala mevcuttur. Bu, daha yüksek korozyon direncine sahip daha pahalı malzemelerin gerekli olduğu anlamına gelir. Jeon ve ark.7, süper dubleks paslanmaz çeliklerin (SDSS) bile korozyon direnci açısından bazı sınırlamalara sahip olduğunu bulmuştur. Bu nedenle, bazı durumlarda, daha yüksek korozyon direncine sahip süper dubleks paslanmaz çelikler (HDSS) gereklidir. Bu da yüksek alaşımlı HDSS'nin geliştirilmesine yol açmıştır.
DSS'nin korozyon direnci, alfa ve gama fazlarının oranına bağlıdır ve ikinci faza bitişik 8, 9, 10 numaralı bölgelerde Cr, Mo ve W bakımından fakirdir. HDSS, yüksek oranda Cr, Mo ve N11 içerir; bu nedenle mükemmel korozyon direncine ve ağırlıkça % Cr + 3,3 (ağırlıkça % Mo + 0,5 ağırlıkça % W) + 16 ağırlıkça % N12 ile belirlenen yüksek bir eşdeğer çukurlaşma direnci numarası (PREN) değerine (45-50) sahiptir. Mükemmel korozyon direnci, yaklaşık %50 ferritik (α) ve %50 östenitik (γ) faz içeren dengeli bir bileşime bağlıdır. HDSS, daha iyi mekanik özelliklere ve klorür korozyonuna karşı daha yüksek dirence sahiptir. Geliştirilmiş korozyon direnci, HDSS'nin deniz ortamları gibi daha agresif klorür ortamlarında kullanımını genişletir.
Mikrobiyal kaynaklı korozyon (MIC), petrol ve gaz ile su endüstrileri gibi birçok sektörde büyük bir sorundur¹⁴. MIC, tüm korozyon hasarlarının %20'sini oluşturmaktadır¹⁵. MIC, birçok ortamda gözlemlenebilen biyoelektrokimyasal bir korozyondur. Metal yüzeylerde oluşan biyofilmler, elektrokimyasal koşulları değiştirerek korozyon sürecini etkiler. MIC korozyonunun biyofilmlerden kaynaklandığı yaygın olarak kabul edilmektedir. Elektrojeneik mikroorganizmalar, hayatta kalmak için ihtiyaç duydukları enerjiyi elde etmek için metalleri aşındırır¹⁷. Son MIC çalışmaları, elektrojeneik mikroorganizmaların neden olduğu MIC'de hız sınırlayıcı faktörün EET (hücre dışı elektron transferi) olduğunu göstermiştir. Zhang vd.¹⁸, elektron aracı maddelerinin Desulfovibrio sessificans hücreleri ile 304 paslanmaz çelik arasındaki elektron transferini hızlandırdığını ve daha şiddetli MIC saldırısına neden olduğunu göstermiştir. Anning vd.¹⁹ ve Wenzlaff vd. 20 çalışma, aşındırıcı sülfat indirgeyici bakterilerin (SRB'ler) biyofilmlerinin metal yüzeylerden doğrudan elektron emebildiğini ve bunun da ciddi aşınmaya yol açtığını göstermiştir.
DSS'nin, SRB'ler, demir indirgeyici bakteriler (IRB'ler) vb. içeren ortamlarda MIC'ye duyarlı olduğu bilinmektedir. 21 Bu bakteriler, biyofilmler altında DSS yüzeyinde lokalize çukurlaşmaya neden olur.22,23 DSS'nin aksine, HDSS24'ün MIC'si iyi bilinmemektedir.
Pseudomonas aeruginosa, doğada yaygın olarak bulunan, Gram-negatif, hareketli, çubuk şeklinde bir bakteridir.25 Pseudomonas aeruginosa aynı zamanda deniz ortamında da önemli bir mikrobiyal gruptur ve yüksek MIC konsantrasyonlarına neden olur. Pseudomonas, korozyon sürecinde aktif olarak yer alır ve biyofilm oluşumu sırasında öncü bir kolonizatör olarak bilinir. Mahat vd. 28 ve Yuan vd. 29, Pseudomonas aeruginosa'nın su ortamlarında yumuşak çelik ve alaşımların korozyon oranını artırma eğiliminde olduğunu göstermiştir.
Bu çalışmanın temel amacı, elektrokimyasal yöntemler, yüzey analiz yöntemleri ve korozyon ürünü analizi kullanılarak, deniz aerobik bakterisi Pseudomonas aeruginosa'nın neden olduğu MIC 2707 HDSS'nin özelliklerini araştırmaktı. MIC 2707 HDSS'nin davranışını incelemek için açık devre potansiyeli (OCP), doğrusal polarizasyon direnci (LPR), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve potansiyel dinamik polarizasyon dahil olmak üzere elektrokimyasal çalışmalar yapıldı. Korozyona uğramış yüzeydeki kimyasal elementleri tespit etmek için enerji dağılımlı spektrometrik analiz (EDS) gerçekleştirildi. Ek olarak, Pseudomonas aeruginosa içeren deniz ortamının etkisi altında oksit film pasivasyonunun stabilitesini belirlemek için X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) kullanıldı. Çukurların derinliği, konfokal lazer tarama mikroskobu (CLSM) altında ölçüldü.
Tablo 1, 2707 HDSS'nin kimyasal bileşimini göstermektedir. Tablo 2, 2707 HDSS'nin 650 MPa akma dayanımı ile mükemmel mekanik özelliklere sahip olduğunu göstermektedir. Şekil 1'de, çözelti ısıl işlemine tabi tutulmuş 2707 HDSS'nin optik mikroyapısı gösterilmektedir. Yaklaşık %50 östenit ve %50 ferrit fazı içeren mikroyapıda, ikincil fazlar olmadan, uzamış östenit ve ferrit faz bantları görülebilmektedir.
Şekil 2a'da, 2707 HDSS'nin 2216E abiyotik ortamında ve P. aeruginosa besiyerinde 37°C'de 14 gün boyunca maruz kalma süresine karşı açık devre potansiyeli (Eocp) gösterilmektedir. Eocp'deki en büyük ve en önemli değişimin ilk 24 saat içinde meydana geldiği görülmektedir. Her iki durumda da Eocp değerleri yaklaşık 16 saatte -145 mV'de (SCE'ye göre) zirve yapmış ve ardından keskin bir şekilde düşerek abiyotik örnek için -477 mV'ye (SCE'ye göre) ve P. aeruginosa numuneleri için -236 mV'ye (SCE'ye göre) ulaşmıştır. 24 saat sonra, P. aeruginosa için 2707 HDSS'nin Eocp değeri -228 mV'de (SCE'ye göre) nispeten sabit kalırken, biyolojik olmayan örnekler için karşılık gelen değer yaklaşık -442 mV (SCE'ye göre) olmuştur. P. aeruginosa varlığında Eocp oldukça düşüktü.
37 °C'de abiyotik ortamda ve Pseudomonas aeruginosa besiyerinde 2707 HDSS örneğinin elektrokimyasal incelenmesi:
(a) Maruz kalma süresine bağlı olarak Eocp, (b) 14. gündeki polarizasyon eğrileri, (c) Maruz kalma süresine bağlı olarak Rp ve (d) Maruz kalma süresine bağlı olarak icorr.
Tablo 3, 14 günlük bir süre boyunca abiyotik ve Pseudomonas aeruginosa ile aşılanmış ortamlara maruz bırakılan 2707 HDSS numunesinin elektrokimyasal korozyon parametrelerini göstermektedir. Anot ve katot eğrilerinin teğetleri, standart yöntemlere göre korozyon akım yoğunluğunu (icorr), korozyon potansiyelini (Ecorr) ve Tafel eğimini (βα ve βc) veren kesişim noktalarını elde etmek için ekstrapole edilmiştir30,31.
Şekil 2b'de gösterildiği gibi, P. aeruginosa eğrisindeki yukarı doğru kayma, abiyotik eğriye kıyasla Ecorr'da bir artışa neden oldu. Korozyon oranıyla orantılı olan icorr değeri, Pseudomonas aeruginosa örneğinde 0,328 µA cm-2'ye yükseldi; bu, biyolojik olmayan örnekteki değerin (0,087 µA cm-2) dört katıdır.
LPR, hızlı korozyon analizi için klasik, tahribatsız bir elektrokimyasal yöntemdir. Ayrıca MIC32'yi incelemek için de kullanılmıştır. Şekil 2c'de polarizasyon direnci (Rp) maruz kalma süresinin bir fonksiyonu olarak gösterilmektedir. Daha yüksek bir Rp değeri, daha az korozyon anlamına gelir. İlk 24 saat içinde, Rp 2707 HDSS, abiyotik numuneler için 1955 kΩ cm2 ve Pseudomonas aeruginosa numuneleri için 1429 kΩ cm2'de zirve yapmıştır. Şekil 2c ayrıca, Rp değerinin bir gün sonra hızla azaldığını ve daha sonraki 13 gün boyunca nispeten değişmeden kaldığını göstermektedir. Bir Pseudomonas aeruginosa numunesinin Rp değeri yaklaşık 40 kΩ cm2 olup, biyolojik olmayan bir numunenin 450 kΩ cm2 değerinden çok daha düşüktür.
icorr değeri, düzgün korozyon hızıyla orantılıdır. Değeri aşağıdaki Stern-Giri denkleminden hesaplanabilir:
Zoe ve ark. 33'e göre, bu çalışmada Tafel eğimi B'nin tipik değeri 26 mV/dek olarak alınmıştır. Şekil 2d, biyolojik olmayan 2707 örneğinin icorr değerinin nispeten sabit kaldığını, P. aeruginosa örneğinin ise ilk 24 saatten sonra büyük ölçüde dalgalandığını göstermektedir. P. aeruginosa örneklerinin icorr değerleri, biyolojik olmayan kontrol örneklerinin değerlerinden bir mertebe daha yüksektir. Bu eğilim, polarizasyon direnci sonuçlarıyla tutarlıdır.
EIS, aşınmış yüzeylerdeki elektrokimyasal reaksiyonları karakterize etmek için kullanılan bir diğer tahribatsız yöntemdir. Abiyotik ortama ve Pseudomonas aeruginosa çözeltisine maruz kalan numunelerin empedans spektrumları ve hesaplanan kapasitans değerleri, numune yüzeyinde oluşan pasif film/biyofilm direnci Rb, yük transfer direnci Rct, elektriksel çift katman kapasitansı Cdl (EDL) ve sabit QCPE Faz elemanı parametreleri (CPE) incelenmiştir. Bu parametreler, eşdeğer devre (EEC) modeli kullanılarak verilerin uyarlanmasıyla daha ayrıntılı olarak analiz edilmiştir.
Şekil 3'te, farklı inkübasyon süreleri için abiyotik ortamda ve P. aeruginosa besiyerinde 2707 HDSS örneği için tipik Nyquist grafikleri (a ve b) ve Bode grafikleri (a' ve b') gösterilmektedir. Pseudomonas aeruginosa varlığında Nyquist halkasının çapı azalmaktadır. Bode grafiği (Şekil 3b'), toplam empedansın artışını göstermektedir. Gevşeme zaman sabiti hakkında bilgi, faz maksimumlarından elde edilebilir. Şekil 4'te, tek katmanlı (a) ve çift katmanlı (b) yapılara dayalı fiziksel yapılar ve bunlara karşılık gelen EEC'ler gösterilmektedir. CPE, EEC modeline dahil edilmiştir. İletkenliği ve empedansı aşağıdaki gibi ifade edilir:
2707 HDSS örneğinin empedans spektrumuna uyum sağlamak için iki fiziksel model ve bunlara karşılık gelen eşdeğer devreler:
Burada Y0, KPI değeridir, j sanal sayı veya (-1)1/2'dir, ω açısal frekanstır, n ise birden küçük KPI güç indeksidir35. Şarj transfer direncinin ters çevrilmesi (yani 1/Rct), korozyon oranına karşılık gelir. Rct ne kadar küçükse, korozyon oranı o kadar yüksektir27. 14 günlük inkübasyondan sonra, Pseudomonas aeruginosa örneklerinin Rct değeri 32 kΩ cm2'ye ulaşmıştır; bu, biyolojik olmayan örneklerin 489 kΩ cm2 değerinden çok daha düşüktür (Tablo 4).
Şekil 5'teki CLSM ve SEM görüntüleri, 7 gün sonra HDSS numunesi 2707'nin yüzeyindeki biyofilm kaplamasının yoğun olduğunu açıkça göstermektedir. Bununla birlikte, 14 gün sonra biyofilm örtüsü zayıflamış ve bazı ölü hücreler ortaya çıkmıştır. Tablo 5, 2707 HDSS numunelerinin P. aeruginosa'ya 7 ve 14 gün maruz kaldıktan sonraki biyofilm kalınlığını 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. gündeki 3 boyutlu CLSM görüntüsü, (b) 14. gündeki 3 boyutlu CLSM görüntüsü, (c) 7. gündeki SEM görüntüsü ve (d) 14. gündeki SEM görüntüsü.
EMF, 14 gün boyunca P. aeruginosa'ya maruz bırakılan numunelerdeki biyofilm ve korozyon ürünlerinde kimyasal elementleri ortaya çıkardı. Şekil 6'da, biyofilm ve korozyon ürünlerindeki C, N, O ve P içeriğinin saf metallere göre önemli ölçüde daha yüksek olduğu gösterilmektedir, çünkü bu elementler biyofilmler ve metabolitleriyle ilişkilidir. Mikroorganizmalar yalnızca eser miktarda krom ve demire ihtiyaç duyar. Numunelerin yüzeyindeki biyofilm ve korozyon ürünlerinde yüksek Cr ve Fe seviyeleri, metal matrisin korozyon nedeniyle element kaybettiğini göstermektedir.
14 gün sonra, 2216E ortamında P. aeruginosa içeren ve içermeyen çukurlar gözlemlendi. İnkübasyondan önce, numunelerin yüzeyi pürüzsüz ve kusursuzdu (Şekil 7a). İnkübasyondan ve biyofilm ve korozyon ürünlerinin uzaklaştırılmasından sonra, numunelerin yüzeyindeki en derin çukurlar, Şekil 7b ve c'de gösterildiği gibi CLSM kullanılarak incelendi. Biyolojik olmayan kontrollerin yüzeyinde belirgin bir çukurlaşma bulunmadı (maksimum çukurlaşma derinliği 0,02 µm). P. aeruginosa'nın neden olduğu maksimum çukurlaşma derinliği, 3 numuneden elde edilen ortalama maksimum çukurlaşma derinliğine dayanarak (her numune için 10 maksimum çukurlaşma derinliği seçildi), 7 günde 0,52 µm ve 14 günde 0,69 µm olarak belirlendi (Tablo 5). Bu delik derinliği değerleri küçük ama önemlidir.
(a) maruz kalmadan önce, (b) cansız bir ortamda 14 gün ve (c) Pseudomonas aeruginosa besiyerinde 14 gün.
Şekil 8'de çeşitli numune yüzeylerinin XPS spektrumları gösterilmekte ve her yüzey için analiz edilen kimyasal bileşim Tablo 6'da özetlenmektedir. Tablo 6'da, P. aeruginosa varlığında (A ve B numuneleri) Fe ve Cr'nin atomik yüzdeleri, biyolojik olmayan kontrollere (C ve D numuneleri) göre çok daha düşüktür. Bir P. aeruginosa numunesi için, Cr 2p çekirdeği seviyesindeki spektral eğri, sırasıyla Cr, Cr2O3, CrO3 ve Cr(OH)3'e atfedilebilen 574,4, 576,6, 578,3 ve 586,8 eV bağlanma enerjilerine (BE) sahip dört tepe bileşenine uydurulmuştur (Şekil 9a ve b). Biyolojik olmayan örnekler için, ana Cr 2p seviyesinin spektrumu, Şekil 9c ve d'de sırasıyla Cr (BE için 573,80 eV) ve Cr2O3 (BE için 575,90 eV) için iki ana tepe noktası içermektedir. Abiyotik örnekler ile P. aeruginosa örnekleri arasındaki en çarpıcı fark, biyofilm altında Cr6+ varlığı ve daha yüksek oranda Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) bulunmasıydı.
2707 HDSS numunesinin yüzeyinin geniş XPS spektrumları, sırasıyla 7 ve 14 günlük iki ortamda elde edilmiştir.
(a) 7 gün boyunca P. aeruginosa'ya maruz kalma, (b) 14 gün boyunca P. aeruginosa'ya maruz kalma, (c) 7 gün boyunca cansız bir ortamda bulunma ve (d) 14 gün boyunca cansız bir ortamda bulunma.
HDSS, çoğu ortamda yüksek düzeyde korozyon direnci sergiler. Kim ve ark.² HDSS UNS S32707'nin 45'ten büyük bir PREN değerine sahip yüksek alaşımlı bir DSS olarak tanımlandığını bildirmiştir. Bu çalışmada kullanılan 2707 HDSS numunesinin PREN değeri 49'dur. Bu, asidik ortamlarda ve yüksek klorür içeriğine sahip ortamlarda faydalı olan yüksek krom içeriği ve yüksek molibden ve nikel içeriğinden kaynaklanmaktadır. Ayrıca, 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 biyofilm MIC'lerine karşı tamamen bağışık olmadığını göstermektedir.
Elektrokimyasal sonuçlar, 2707 HDSS'nin P. aeruginosa besiyerinde korozyon oranının, biyolojik olmayan ortama kıyasla 14 gün sonra önemli ölçüde arttığını göstermiştir. Şekil 2a'da, hem abiyotik ortamda hem de P. aeruginosa besiyerinde ilk 24 saat boyunca Eocp'de bir azalma gözlemlenmiştir. Bundan sonra, biyofilm numunenin yüzeyini tamamen kaplar ve Eocp nispeten stabil hale gelir36. Bununla birlikte, biyolojik Eocp seviyesi, biyolojik olmayan Eocp seviyesinden çok daha yüksektir. Bu farkın P. aeruginosa biyofilmlerinin oluşumuyla ilişkili olduğuna inanmak için nedenler vardır. Şekil 2d'de, P. aeruginosa varlığında, icorr 2707 HDSS değeri 0,627 μA cm-2'ye ulaşmıştır; bu, abiyotik kontrolün (0,063 μA cm-2) değerinden bir büyüklük mertebesi daha yüksektir ve EIS ile ölçülen Rct değeriyle tutarlıdır. İlk birkaç gün boyunca, P. aeruginosa hücrelerinin yapışması ve biyofilm oluşumu nedeniyle P. aeruginosa besiyerinde empedans değerleri arttı. Ancak, biyofilm numune yüzeyini tamamen kapladığında empedans azalır. Koruyucu tabaka, öncelikle biyofilm oluşumu ve biyofilm metabolitleri nedeniyle saldırıya uğrar. Sonuç olarak, korozyon direnci zamanla azalır ve P. aeruginosa'nın yapışması lokal korozyona neden olur. Abiyotik ortamlardaki eğilimler farklıydı. Biyolojik olmayan kontrolün korozyon direnci, P. aeruginosa besiyerine maruz kalan numunelerin karşılık gelen değerinden çok daha yüksekti. Ayrıca, abiyotik örnekler için, Rct 2707 HDSS değeri 14. günde 489 kΩ cm2'ye ulaştı; bu, P. aeruginosa varlığındaki Rct değerinden (32 kΩ cm2) 15 kat daha yüksektir. Dolayısıyla, 2707 HDSS steril bir ortamda mükemmel korozyon direncine sahiptir, ancak P. aeruginosa biyofilmlerinden kaynaklanan MIC'lere karşı dirençli değildir.
Bu sonuçlar, Şekil 2b'deki polarizasyon eğrilerinden de gözlemlenebilir. Anodik dallanma, Pseudomonas aeruginosa biyofilm oluşumu ve metal oksidasyon reaksiyonlarıyla ilişkilendirilmiştir. Bu durumda, katodik reaksiyon oksijenin indirgenmesidir. P. aeruginosa'nın varlığı, korozyon akım yoğunluğunu önemli ölçüde artırmış, abiyotik kontrole göre yaklaşık bir kat daha yüksek bir değere ulaşmıştır. Bu, P. aeruginosa biyofilminin 2707 HDSS'nin lokalize korozyonunu artırdığını göstermektedir. Yuan vd.29, Cu-Ni 70/30 alaşımının korozyon akım yoğunluğunun P. aeruginosa biyofilminin etkisi altında arttığını bulmuştur. Bu, Pseudomonas aeruginosa biyofilmleri tarafından oksijen indirgenmesinin biyokatalizinden kaynaklanabilir. Bu gözlem, bu çalışmadaki MIC 2707 HDSS'yi de açıklayabilir. Aerobik biyofilmler altında daha az oksijen de olabilir. Bu nedenle, metal yüzeyinin oksijenle yeniden pasifleştirilmesinin reddedilmesi, bu çalışmada MIC'ye katkıda bulunan bir faktör olabilir.
Dickinson ve ark. 38, kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonların hızının, numune yüzeyindeki yerleşik bakterilerin metabolik aktivitesinden ve korozyon ürünlerinin doğasından doğrudan etkilenebileceğini öne sürmüştür. Şekil 5 ve Tablo 5'te gösterildiği gibi, hücre sayısı ve biyofilm kalınlığı 14 gün sonra azalmıştır. Bu durum, 14 gün sonra 2707 HDSS yüzeyindeki yerleşik hücrelerin çoğunun 2216E ortamındaki besin tükenmesi veya 2707 HDSS matrisinden toksik metal iyonlarının salınması nedeniyle öldüğü gerçeğiyle makul bir şekilde açıklanabilir. Bu, toplu deneylerin bir sınırlamasıdır.
Bu çalışmada, P. aeruginosa biyofilm tabakası, 2707 HDSS yüzeyindeki biyofilm tabakası altında Cr ve Fe'nin lokal olarak azalmasına katkıda bulunmuştur (Şekil 6). Tablo 6, D örneğindeki Fe ve Cr'deki azalmayı C örneğiyle karşılaştırarak göstermekte olup, P. aeruginosa biyofilm tabakasının neden olduğu çözünmüş Fe ve Cr'nin ilk 7 gün boyunca devam ettiğini göstermektedir. 2216E ortamı, deniz ortamını simüle etmek için kullanılmıştır. Doğal deniz suyundaki içeriğine benzer şekilde 17700 ppm Cl- içermektedir. 17700 ppm Cl- varlığı, XPS ile analiz edilen 7 ve 14 günlük abiyotik örneklerdeki Cr azalmasının ana nedenidir. P. aeruginosa örnekleriyle karşılaştırıldığında, abiyotik örneklerdeki Cr çözünmesi, 2707 HDSS'nin abiyotik koşullar altında klora karşı güçlü direnci nedeniyle çok daha azdır. Şekilde... Şekil 9, pasifleştirici filmde Cr6+ varlığını göstermektedir. Chen ve Clayton'ın öne sürdüğü gibi, bu iyon, P. aeruginosa biyofilmleri tarafından çelik yüzeylerden kromun uzaklaştırılmasında rol oynayabilir.
Bakteri üremesi nedeniyle, kültür öncesi ve sonrası ortamın pH değerleri sırasıyla 7,4 ve 8,2 idi. Bu nedenle, P. aeruginosa biyofilm tabakasının altında, ortamdaki nispeten yüksek pH nedeniyle organik asit korozyonunun bu çalışmaya katkıda bulunması olası değildir. Biyolojik olmayan kontrol ortamının pH'ı 14 günlük test süresi boyunca önemli ölçüde değişmedi (başlangıçtaki 7,4'ten sondaki 7,5'e). İnkübasyondan sonra tohum ortamındaki pH artışı, P. aeruginosa'nın metabolik aktivitesinden kaynaklanmıştır ve test şeritlerinin yokluğunda da pH üzerinde aynı etkiye sahip olduğu bulunmuştur.
Şekil 7'de gösterildiği gibi, P. aeruginosa biyofilminden kaynaklanan maksimum çukur derinliği 0,69 µm olup, bu değer abiyotik ortamınkinden (0,02 µm) çok daha büyüktür. Bu, yukarıda açıklanan elektrokimyasal verilerle tutarlıdır. 0,69 µm'lik çukur derinliği, aynı koşullar altında 2205 DSS için bildirilen 9,5 µm değerinden on kat daha küçüktür. Bu veriler, 2707 HDSS'nin MIC'lere karşı 2205 DSS'den daha iyi direnç gösterdiğini ortaya koymaktadır. Bu durum şaşırtıcı olmamalıdır, çünkü 2707 HDSS daha yüksek Cr seviyelerine sahiptir, bu da daha uzun süreli pasivasyon sağlar, P. aeruginosa'nın depasivasyonunu zorlaştırır ve zararlı ikincil çökelmelere neden olmayan dengeli faz yapısı nedeniyle çukurlaşmaya yol açar.
Sonuç olarak, P. aeruginosa besiyerinde 2707 HDSS yüzeyinde MIC çukurları bulunurken, cansız ortamda önemsiz çukurlar gözlemlenmiştir. Bu çalışma, 2707 HDSS'nin MIC'ye karşı 2205 DSS'den daha iyi direnç gösterdiğini, ancak P. aeruginosa biyofilmi nedeniyle MIC'ye tamamen bağışık olmadığını göstermektedir. Bu sonuçlar, deniz ortamı için uygun paslanmaz çeliklerin seçimine ve kullanım ömrüne yardımcı olmaktadır.
Çin'in Shenyang şehrindeki Kuzeydoğu Üniversitesi (NEU) Metalurji Fakültesi tarafından sağlanan 2707 HDSS numunesi. 2707 HDSS'nin elementel bileşimi, NEU Malzeme Analizi ve Test Bölümü tarafından analiz edilen Tablo 1'de gösterilmiştir. Tüm numuneler 1180°C'de 1 saat süreyle katı çözelti işlemine tabi tutulmuştur. Korozyon testinden önce, üst açık yüzey alanı 1 cm2 olan madeni para şeklinde bir 2707 HDSS numunesi, silisyum karbür zımpara kağıdı ile 2000 kum tanecik boyutuna kadar parlatılmış ve ardından 0,05 µm Al2O3 toz bulamacı ile parlatılmıştır. Yan ve alt kısımlar inert boya ile korunmuştur. Kurutulduktan sonra, numuneler steril deiyonize su ile yıkanmış ve 0,5 saat süreyle %75 (v/v) etanol ile sterilize edilmiştir. Daha sonra kullanımdan önce 0,5 saat süreyle ultraviyole (UV) ışık altında hava ile kurutulmuştur.
Deniz Pseudomonas aeruginosa suşu MCCC 1A00099, Çin'deki Xiamen Deniz Kültür Koleksiyon Merkezi'nden (MCCC) satın alındı. Pseudomonas aeruginosa, 250 ml'lik şişelerde ve 500 ml'lik cam elektrokimyasal hücrelerde, Marine 2216E sıvı ortamı (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Çin) kullanılarak 37°C'de aerobik koşullar altında yetiştirildi. Besiyeri şu bileşenleri içerir (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, 0.016 6NH26NH3, 3.0016 NH3, 5.0 pepton, 1.0 maya özütü ve 0.1 demir sitrat. Aşılama öncesinde 121°C'de 20 dakika otoklavlayın. Yerleşik ve planktonik hücreleri, 400x büyütmede ışık mikroskobu altında hemositometre ile sayın. Aşılamadan hemen sonraki ilk planktonik Pseudomonas aeruginosa konsantrasyonu yaklaşık 10⁶ hücre/ml idi.
Elektrokimyasal testler, 500 ml'lik orta hacimli klasik üç elektrotlu cam hücrede gerçekleştirildi. Platin levha ve doymuş kalomel elektrot (SAE), sırasıyla karşı ve referans elektrotlar olarak görev yapan tuz köprüleriyle doldurulmuş Luggin kılcal boruları aracılığıyla reaktöre bağlandı. Çalışma elektrotlarının üretimi için, her bir numuneye kauçuk kaplı bakır tel takıldı ve epoksi reçine ile kaplandı, bir tarafta çalışma elektrodu için yaklaşık 1 cm²'lik korumasız bir alan bırakıldı. Elektrokimyasal ölçümler sırasında, numuneler 2216E ortamına yerleştirildi ve su banyosunda sabit bir inkübasyon sıcaklığında (37°C) tutuldu. OCP, LPR, EIS ve potansiyel dinamik polarizasyon verileri, bir Autolab potansiyostat (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ABD) kullanılarak ölçüldü. LPR testleri, -5 ila 5 mV aralığında 0,125 mV s⁻¹ tarama hızıyla, Eocp ve 1 Hz örnekleme hızıyla kaydedildi. EIS, kararlı durum Eocp'sinde 5 mV'luk bir uygulanan voltaj kullanılarak 0,01 ila 10.000 Hz frekans aralığında sinüs dalgası ile gerçekleştirildi. Potansiyel taramasından önce, serbest korozyon potansiyelinin kararlı bir değerine ulaşılana kadar elektrotlar bekleme modunda tutuldu. Daha sonra polarizasyon eğrileri, 0,166 mV/s tarama hızıyla Eocp'nin bir fonksiyonu olarak -0,2 ila 1,5 V arasında ölçüldü. Her test, P. aeruginosa ile ve P. aeruginosa olmadan 3 kez tekrarlandı.
Metalografik analiz için numuneler, ıslak 2000 kumlu SiC zımpara kağıdı ile mekanik olarak parlatıldı ve daha sonra optik gözlem için 0,05 µm Al2O3 toz süspansiyonu ile daha da parlatıldı. Metalografik analiz, optik mikroskop kullanılarak gerçekleştirildi. Numuneler, %10'luk potasyum hidroksit çözeltisi ile dağlandı 43.
İnkübasyondan sonra, örnekler fosfat tamponlu salin (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) ile 3 kez yıkandı ve ardından biyofilmleri sabitlemek için 10 saat boyunca %2,5 (v/v) glutaraldehit ile sabitlendi. Daha sonra, hava ile kurutulmadan önce, partiler halinde etanol (hacimce %50, %60, %70, %80, %90, %95 ve %100) ile dehidrate edildi. Son olarak, SEM gözlemi için iletkenlik sağlamak amacıyla numunenin yüzeyine altın film kaplandı. SEM görüntüleri, her numunenin yüzeyinde en fazla yerleşik P. aeruginosa hücresi bulunan noktalara odaklandı. Kimyasal elementleri bulmak için EDS analizi yapıldı. Çukur derinliğini ölçmek için bir Zeiss konfokal lazer tarama mikroskobu (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Almanya) kullanıldı. Biyofilm altındaki korozyon çukurlarını gözlemlemek için, test numunesi öncelikle Çin Ulusal Standardı (CNS) GB/T4334.4-2000'e göre temizlenerek korozyon ürünleri ve biyofilm test numunesinin yüzeyinden uzaklaştırıldı.
X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS, ESCALAB250 yüzey analiz sistemi, Thermo VG, ABD) analizi, standart -1350 eV koşulları altında geniş bir bağlanma enerjisi aralığında monokromatik bir X-ışını kaynağı (1500 eV enerji ve 150 W güce sahip Alüminyum Kα hattı) kullanılarak gerçekleştirildi. Yüksek çözünürlüklü spektrumlar, 50 eV iletim enerjisi ve 0,2 eV adım kullanılarak kaydedildi.
İnkübe edilen örnekler alındı ​​ve 15 saniye boyunca PBS (pH 7,4 ± 0,2) ile nazikçe yıkandı. Örnekler üzerindeki biyofilmlerin bakteri canlılığını gözlemlemek için, biyofilmler LIVE/DEAD BacLight Bakteri Canlılığı Kiti (Invitrogen, Eugene, OR, ABD) kullanılarak boyandı. Kit, iki floresan boya içerir: SYTO-9 yeşil floresan boya ve propidium iyodür (PI) kırmızı floresan boya. CLSM'de, 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'lik bir karışım, oda sıcaklığında (23°C) karanlıkta 20 dakika inkübe edildi. Daha sonra, boyanmış örnekler Nikon CLSM cihazı (C2 Plus, Nikon, Japonya) kullanılarak iki dalga boyunda (canlı hücreler için 488 nm ve ölü hücreler için 559 nm) incelendi. Biyofilm kalınlığı 3 boyutlu tarama modunda ölçüldü.
Bu makaleye nasıl atıfta bulunulur: Li, H. vd. Pseudomonas aeruginosa deniz biyofilmi tarafından 2707 süper dubleks paslanmaz çeliğin mikrobiyal korozyonu. Bilim. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. ve Zucchi, F. Tiyosülfat varlığında klorür çözeltilerinde LDX 2101 dubleks paslanmaz çeliğin gerilme korozyonu çatlaması. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. ve Zucchi, F. Tiyosülfat varlığında klorür çözeltilerinde LDX 2101 dubleks paslanmaz çeliğin gerilme korozyonu çatlaması. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей LDX 2101 в растворах хлоридов в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. ve Zucchi, F. Tiyosülfat varlığında klorür çözeltilerinde LDX 2101 çift fazlı paslanmaz çeliğin gerilme korozyonu çatlaması. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 双相paslanmaz çelik在福代sülfat分下下南性性生于中图像剧情开裂. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей LDX 2101 в растворе хлорида в присутствии тиосульфата. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. ve Zucchi, F. Tiyosülfat varlığında klorür çözeltisinde LDX 2101 çift fazlı paslanmaz çeliğin gerilme korozyonu çatlaması.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS, Çözelti ısıl işlemi ve koruyucu gazdaki azotun hiper dubleks paslanmaz çelik kaynaklarının çukur korozyonuna karşı direncine etkileri. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS, Çözelti ısıl işlemi ve koruyucu gazdaki azotun hiper dubleks paslanmaz çelik kaynaklarının çukur korozyonuna karşı direncine etkileri.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ve Park, YS, Çözelti ısıl işlemi ve koruyucu gazdaki azotun hiperdubleks paslanmaz çelik kaynaklarının çukur korozyon direncine etkisi. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS'nin en iyileri arasında yer alıyor. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS ve Park, YS, Çözelti ısıl işlemi ve koruyucu gazdaki azotun süper dubleks paslanmaz çelik kaynaklarının çukur korozyon direncine etkisi.koros. bilim. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. ve Lewandowski, Z. 316L paslanmaz çeliğin mikrobiyal ve elektrokimyasal olarak indüklenen çukurlaşmasının kimyası üzerine karşılaştırmalı çalışma. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. ve Lewandowski, Z. 316L paslanmaz çeliğin mikrobiyal ve elektrokimyasal olarak indüklenen çukurlaşmasının kimyası üzerine karşılaştırmalı çalışma.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. ve Lewandowski, Z. 316L paslanmaz çeliğin mikrobiyolojik ve elektrokimyasal çukurlaşmasının karşılaştırmalı kimyasal çalışması. Shi, X., Avcı, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. ve Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. ve Lewandowski, Z. 316L paslanmaz çelikte mikrobiyolojik ve elektrokimyasal olarak indüklenen çukurlaşmanın karşılaştırmalı kimyasal çalışması.koros. bilim. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 dubleks paslanmaz çeliğin klorür varlığında farklı pH değerlerine sahip alkali çözeltilerdeki elektrokimyasal davranışı. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 dubleks paslanmaz çeliğin klorür varlığında farklı pH değerlerine sahip alkali çözeltilerdeki elektrokimyasal davranışı.Luo H., Dong KF, Lee HG ve Xiao K. Klorürün varlığında farklı pH değerlerine sahip alkali çözeltilerde 2205 dubleks paslanmaz çeliğin elektrokimyasal davranışı. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的电化学行为。 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Alkali çözeltide farklı pH değerlerinde klorür varlığında çift taraflı paslanmaz çeliğin elektrokimyasal davranışı.Luo H., Dong KF, Lee HG ve Xiao K. Klorürün varlığında farklı pH değerlerine sahip alkali çözeltilerde 2205 dubleks paslanmaz çeliğin elektrokimyasal davranışı.Elektrokimya Dergisi. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Deniz biyofilmlerinin korozyon üzerindeki etkisi: Kısa bir inceleme. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Deniz biyofilmlerinin korozyon üzerindeki etkisi: Kısa bir inceleme.Little, BJ, Lee, JS ve Ray, RI Deniz Biyofilmlerinin Korozyona Etkileri: Kısa Bir İnceleme. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI'nin açıklamaları. Little, BJ, Lee, JS ve Ray, RILittle, BJ, Lee, JS ve Ray, RI Deniz Biyofilmlerinin Korozyona Etkileri: Kısa Bir İnceleme.Elektrokimya Dergisi. 54, 2-7 (2008).