Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz. Kullandığınız tarayıcı sürümü sınırlı CSS desteğine sahiptir. En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz. Bu arada, sürekli desteği sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan sunacağız.
Mikrobiyal korozyon (MK), büyük ekonomik kayıplara yol açabileceğinden birçok endüstride ciddi bir sorundur. Mükemmel kimyasal direnci nedeniyle süper dupleks paslanmaz çelik 2707 (2707 HDSS) deniz ortamlarında kullanılır. Ancak, MK'ye direnci deneysel olarak gösterilmemiştir. Bu çalışmada, deniz aerobik bakterisi Pseudomonas aeruginosa'nın neden olduğu MIC 2707 HDSS'nin davranışı incelenmiştir. Elektrokimyasal analiz, 2216E ortamında Pseudomonas aeruginosa biyofilminin varlığında korozyon potansiyelinde pozitif bir değişim ve korozyon akım yoğunluğunda bir artış meydana geldiğini göstermiştir. X-ışını fotoelektron spektroskopisinin (XPS) analizi, biyofilm altında numunenin yüzeyindeki Cr içeriğinde bir azalma olduğunu göstermiştir. Çukurların görsel analizi, P. aeruginosa biyofilminin 14 günlük inkübasyon sırasında 0,69 µm'lik maksimum çukur derinliği ürettiğini göstermiştir. Bu küçük bir oran olmakla birlikte, 2707 HDSS'nin P. aeruginosa biyofilmlerinin MİK'ine karşı tamamen bağışık olmadığını göstermektedir.
Dubleks paslanmaz çelikler (DSS), mükemmel mekanik özellikler ve korozyon direncinin mükemmel birleşimi 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 malzemelerin gerekli olduğu anlamına gelir. Jeon ve arkadaşları7, süper dubleks paslanmaz çeliklerin (SDSS) bile korozyon direnci açısından bazı sınırlamalara sahip olduğunu bulmuşlardır. Bu nedenle, bazı durumlarda daha yüksek korozyon direncine sahip süper dubleks paslanmaz çelikler (HDSS) gereklidir. Bu, yüksek alaşımlı HDSS'nin geliştirilmesine yol açmıştır.
Korozyon direnci DSS, alfa ve gama fazlarının oranına bağlıdır ve ikinci faza bitişik 8, 9, 10 Cr, Mo ve W bölgelerinde tükenmiştir. HDSS yüksek Cr, Mo ve N11 içeriğine sahiptir, bu nedenle mükemmel korozyon direncine ve ağırlıkça % Cr + 3,3 (ağırlıkça % Mo + 0,5 ağırlıkça % W) + % 16 ağırlıkça N12 ile belirlenen eşdeğer çukurlaşma direnci sayısının (PREN) yüksek bir değerine (45-50) sahiptir. Mükemmel korozyon direnci, yaklaşık % 50 ferritik (α) ve % 50 östenitik (γ) fazları içeren dengeli bir bileşime bağlıdır. HDSS daha iyi mekanik özelliklere ve klorür korozyonuna karşı daha yüksek dirence sahiptir. İyileştirilmiş korozyon direnci, HDSS'nin deniz ortamları gibi daha agresif klorür ortamlarında kullanımını genişletir.
MİK'ler petrol, gaz ve su endüstrileri gibi birçok endüstride büyük bir sorundur14. MİK tüm korozyon hasarının %20'sini oluşturur15. MİK, birçok ortamda gözlemlenebilen bir biyoelektrokimyasal korozyondur. Metal yüzeylerde oluşan biyofilmler elektrokimyasal koşulları değiştirerek korozyon sürecini etkiler. MİK korozyonunun biyofilmlerden kaynaklandığına yaygın olarak inanılmaktadır. Elektrojenik mikroorganizmalar hayatta kalmak için ihtiyaç duydukları enerjiyi elde etmek için metalleri yer17. Son MİK çalışmaları, EET'nin (hücre dışı elektron transferi) elektrojenik mikroorganizmalar tarafından oluşturulan MİK'te hız sınırlayıcı faktör olduğunu göstermiştir. Zhang vd.18 elektron aracılarının Desulfovibrio sessificans hücreleri ile 304 paslanmaz çelik arasındaki elektron transferini hızlandırdığını ve bunun daha şiddetli bir MİK saldırısına yol açtığını göstermiştir. Anning vd.19 ve Wenzlaff vd. 20 korozif sülfat indirgeyici bakterilerin (SRB) biyofilmlerinin metal substratlardan doğrudan elektron emebildiğini ve bunun da ciddi çukurlaşmalara yol açtığını göstermiştir.
DSS'nin SRB'ler, demir indirgeyici bakteriler (IRB'ler) vb. içeren ortamlarda MIC'e duyarlı olduğu bilinmektedir. 21 Bu bakteriler biyofilmlerin altında DSS yüzeyinde lokal çukurlaşmaya neden olur. 22,23. DSS'nin aksine, HDSS24 MIC iyi bilinmemektedir.
Pseudomonas aeruginosa, doğada yaygın olarak bulunan Gram negatif, hareketli, çubuk şeklinde bir bakteridir25. Pseudomonas aeruginosa ayrıca deniz ortamında yüksek MIC konsantrasyonlarına neden olan önemli bir mikrobiyal gruptur. Pseudomonas korozyon sürecinde aktif olarak yer alır ve biyofilm oluşumu sırasında öncü bir kolonizatör olarak tanınır. Mahat ve ark. 28 ve Yuan ve ark. 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 kullanarak deniz aerobik bakterisi Pseudomonas aeruginosa'nın neden olduğu MIC 2707 HDSS'nin özelliklerini araştırmaktır. Açık devre potansiyeli (OCP), doğrusal polarizasyon direnci (LPR), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) ve potansiyel dinamik polarizasyon dahil olmak üzere elektrokimyasal çalışmalar, MIC 2707 HDSS'nin davranışını incelemek için gerçekleştirildi. Korozyona uğramış bir yüzeydeki kimyasal elementleri tespit etmek için enerji dağılımlı spektrometrik analiz (EDS) gerçekleştirildi. Ayrıca, Pseudomonas aeruginosa içeren bir deniz ortamının etkisi altında oksit film pasifleşmesinin kararlılığını belirlemek için X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) kullanıldı. Çukurların derinliği bir konfokal lazer tarama mikroskobu (CLSM) altında ölçüldü.
Tablo 1, 2707 HDSS'nin kimyasal bileşimini göstermektedir. Tablo 2, 2707 HDSS'nin 650 MPa'lık bir akma dayanımıyla mükemmel mekanik özelliklere sahip olduğunu göstermektedir. Şekil 1'de çözelti ısıl işlemine tabi tutulmuş 2707 HDSS'nin optik mikro yapısı gösterilmektedir. Yaklaşık %50 ostenit ve %50 ferrit fazları içeren mikro yapıda, ikincil fazları olmayan uzunlamasına ostenit ve ferrit faz bantları görülmektedir.
Şekil 2a'da 2216E abiyotik ortamda ve 14 gün boyunca 37°C'de P. aeruginosa besiyerinde 2707 HDSS için açık devre potansiyeli (Eocp) maruz kalma süresine göre gösterilmektedir. Eocp'deki en büyük ve en önemli değişimin ilk 24 saat içinde gerçekleştiğini göstermektedir. Her iki durumda da Eocp değerleri yaklaşık 16 saatte -145 mV'de (SCE'ye kıyasla) zirve yaptı ve sonra keskin bir şekilde düşerek abiyotik örnek için -477 mV'ye (SCE'ye kıyasla) ve -236 mV'ye (SCE'ye kıyasla) ulaştı. ve P Pseudomonas aeruginosa kuponları, sırasıyla). 24 saat sonra, P. aeruginosa için Eocp 2707 HDSS değeri -228 mV'de (SCE'ye kıyasla) nispeten sabit kalırken, biyolojik olmayan örnekler için karşılık gelen değer yaklaşık -442 mV'ydi (SCE'ye kıyasla). P. aeruginosa varlığında Eocp oldukça düşüktü.
2707 HDSS örneğinin abiyotik ortamda ve Pseudomonas aeruginosa besiyerinde 37 °C'de elektrokimyasal çalışması:
(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, 14 günlük bir süre boyunca abiyotik ve Pseudomonas aeruginosa aşılanmış ortamlara maruz bırakılan 2707 HDSS örneğinin elektrokimyasal korozyon parametrelerini göstermektedir. Anot ve katot eğrilerinin teğetleri, standart yöntemlere göre korozyon akım yoğunluğu (icorr), korozyon potansiyeli (Ecorr) ve Tafel eğimi (βα ve βc) veren kesişimleri elde etmek için ekstrapole edilmiştir30,31.
Şekil 2b'de gösterildiği gibi, P. aeruginosa eğrisinde yukarı doğru bir kayma, abiyotik eğriye kıyasla Ecorr'de bir artışla sonuçlandı. Korozyon hızıyla orantılı olan icorr değeri, Pseudomonas aeruginosa örneğinde 0,328 µA cm-2'ye yükseldi; bu, biyolojik olmayan örnektekinden (0,087 µA cm-2) dört kat daha fazladır.
LPR, hızlı korozyon analizi için klasik bir tahribatsız 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 örnekler için 1955 kΩ cm2'de ve Pseudomonas aeruginosa örnekleri için 1429 kΩ cm2'de zirveye ulaştı. Şekil 2c ayrıca Rp değerinin bir gün sonra hızla azaldığını ve sonraki 13 gün boyunca nispeten değişmeden kaldığını göstermektedir. Bir Pseudomonas aeruginosa örneğinin Rp değeri yaklaşık 40 kΩ cm2'dir ve bu biyolojik olmayan bir örneğin 450 kΩ cm2 değerinden çok daha düşüktür.
icorr değeri, düzgün korozyon hızına orantılıdır. Değeri, aşağıdaki Stern-Giri denkleminden hesaplanabilir:
Zoe ve diğerlerine göre 33, bu çalışmada Tafel eğimi B'nin tipik değeri 26 mV/dec olarak alındı. Şekil 2d, biyolojik olmayan örnek 2707'nin icorr'unun nispeten sabit kaldığını, P. aeruginosa örneğinin ise ilk 24 saatten sonra büyük ölçüde dalgalandığını göstermektedir. P. aeruginosa örneklerinin icorr değerleri, biyolojik olmayan kontrollerinkinden bir mertebe daha yüksekti. Bu eğilim, polarizasyon direncinin sonuçlarıyla tutarlıdır.
EIS, aşınmış yüzeylerdeki elektrokimyasal reaksiyonları karakterize etmek için kullanılan bir diğer tahribatsız yöntemdir. Abiotik ortama ve Pseudomonas aeruginosa çözeltisine maruz bırakılan 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). Bu parametreler, eşdeğer devre (EEC) modeli kullanılarak verilerin uygulanmasıyla daha da analiz edildi.
Şekil 3'te, farklı inkübasyon süreleri için abiyotik ortamda ve P. aeruginosa besiyerinde 2707 HDSS örneği için tipik Nyquist çizimleri (a ve b) ve Bode çizimleri (a' ve b') gösterilmektedir. Nyquist halkasının çapı, Pseudomonas aeruginosa varlığında azalır. Bode çizimi (Şekil 3b'), toplam empedansın arttığını göstermektedir. Gevşeme zaman sabiti hakkında bilgi, faz maksimumlarından elde edilebilir. Şekil 4'te, bir tek katmana (a) ve bir çift katmana (b) dayalı fiziksel yapılar ve karşılık gelen EEC'ler gösterilmektedir. CPE, EEC modeline dahil edilmiştir. Kabulü ve empedansı aşağıdaki gibi ifade edilir:
Örnek 2707 HDSS'nin empedans spektrumuna uyum sağlamak için iki fiziksel model ve karşılık gelen eşdeğer devreler:
Burada Y0 KPI değeri, j sanal sayı veya (-1)1/2, ω açısal frekans, n birden küçük KPI güç endeksidir35. Yük transfer direnci inversiyonu (yani 1/Rct) korozyon oranına karşılık gelir. Rct ne kadar küçükse, korozyon oranı o kadar yüksektir27. 14 günlük inkübasyondan sonra, Pseudomonas aeruginosa örneklerinin Rct'si 32 kΩ cm2'ye ulaştı; bu, biyolojik olmayan örneklerin 489 kΩ cm2'sinden çok daha azdır (Tablo 4).
Şekil 5'teki CLSM görüntüleri ve SEM görüntüleri, 7 gün sonra HDSS numunesi 2707'nin yüzeyindeki biyofilm kaplamasının yoğun olduğunu açıkça göstermektedir. Ancak, 14 gün sonra biyofilm kapsamı zayıftı ve bazı ölü hücreler ortaya çıktı. Tablo 5, 7 ve 14 gün boyunca P. aeruginosa'ya maruz bırakıldıktan sonra 2707 HDSS numunesindeki biyofilm kalınlığını göstermektedir. Maksimum biyofilm kalınlığı 7 gün sonra 23,4 µm'den 14 gün sonra 18,9 µm'ye değişti. Ortalama biyofilm kalınlığı da bu eğilimi doğruladı. 7 gün sonra 22,2 ± 0,7 µm'den 14 gün sonra 17,8 ± 1,0 µm'ye düştü.
(a) 7 günlük 3 boyutlu CLSM görüntüsü, (b) 14 günlük 3 boyutlu CLSM görüntüsü, (c) 7 günlük SEM görüntüsü ve (d) 14 günlük SEM görüntüsü.
EMF, P. aeruginosa'ya 14 gün boyunca maruz bırakılan örneklerde biyofilmlerde ve korozyon ürünlerinde kimyasal elementler ortaya çıkardı. Şekil 6'da, biyofilmlerde ve korozyon ürünlerindeki C, N, O ve P içeriğinin, bu elementlerin biyofilmler ve metabolitleriyle ilişkili olması nedeniyle, saf metallerden önemli ölçüde daha yüksek olduğu gösterilmektedir. Mikropların yalnızca eser miktarda krom ve demire ihtiyacı vardır. Biyofilmdeki yüksek Cr ve Fe seviyeleri ve örneklerin yüzeyindeki korozyon ürünleri, 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). İnkübasyon 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 alınan ortalama maksimum çukurlaşma derinliğine dayanarak 7 günde 0,52 µm ve 14 günde 0,69 µm idi (her numune için 10 maksimum çukurlaşma derinliği seçildi). Sırasıyla 0,42 ± 0,12 µm ve 0,52 ± 0,15 µm'ye ulaşıldı (Tablo 5). Bu delik derinliği değerleri küçük ama önemlidir.
(a) maruziyetten önce, (b) abiyotik ortamda 14 gün ve (c) Pseudomonas aeruginosa et suyunda 14 gün.
Şekil 8'de çeşitli numune yüzeylerinin XPS spektrumları gösterilmektedir ve her yüzey için analiz edilen kimyasal bileşim Tablo 6'da özetlenmiştir. Tablo 6'da, P. aeruginosa varlığında (numuneler A ve B) Fe ve Cr'nin atomik yüzdeleri biyolojik olmayan kontrollerinkinden (numuneler C ve D) çok daha düşüktü. 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 içerir. Abiotik örnekler ile P. aeruginosa örnekleri arasındaki en çarpıcı fark, biyofilm altında Cr6+ varlığı ve daha yüksek oranda Cr(OH)3 (BE 586,8 eV) idi.
2707 HDSS numunesinin yüzeyinin iki ortamdaki geniş XPS spektrumları sırasıyla 7 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 seviyede korozyon direnci gösterir. Kim ve ark.2 HDSS UNS S32707'nin 45'ten büyük bir PREN'e sahip yüksek alaşımlı bir DSS olarak tanımlandığını bildirdi. Bu çalışmadaki 2707 HDSS numunesinin PREN değeri 49'du. Bunun nedeni, asidik ortamlarda ve yüksek klorür içerikli ortamlarda yararlı olan yüksek krom içeriği ve yüksek molibden ve nikel içeriğidir. 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 MİK'lerine karşı tamamen bağışık olmadığını göstermektedir.
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 gözlendi. Bundan sonra, biyofilm numunenin yüzeyini tamamen kaplar ve Eocp nispeten kararlı hale gelir36. Ancak, biyolojik Eocp seviyesi biyolojik olmayan Eocp seviyesinden çok daha yüksekti. 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 ulaştı; bu, abiyotik kontrolden (0,063 μA cm-2) bir mertebe daha yüksektir ve bu da EIS ile ölçülen Rct değeriyle tutarlıdır. İlk birkaç gün boyunca, P. aeruginosa hücrelerinin bağlanması ve biyofilm oluşumu nedeniyle P. aeruginosa besiyerindeki empedans değerleri arttı. Ancak, biyofilm numune yüzeyini tamamen kapladığında empedans azaldı. Koruyucu tabaka öncelikle biyofilm ve biyofilm metabolitlerinin oluşumu nedeniyle saldırıya uğradı. Sonuç olarak, korozyon direnci zamanla azaldı ve P. aeruginosa'nın bağlanması lokalize korozyona neden oldu. Abiotik ortamlardaki eğilimler farklıydı. Biyolojik olmayan kontrolün korozyon direnci, P. aeruginosa besiyerine maruz kalan numunelerin karşılık gelen değerinden çok daha yüksekti. Ayrıca, abiotik erişimler için Rct 2707 HDSS değeri 14. günde 489 kΩ cm2'ye ulaştı ve bu, P. aeruginosa varlığındaki Rct değerinden (32 kΩ cm2) 15 kat daha yüksektir. Bu nedenle 2707 HDSS steril ortamda mükemmel korozyon direncine sahiptir, ancak P. aeruginosa biyofilmlerinden kaynaklanan MİK'lere karşı dirençli değildir.
Bu sonuçlar ayrıca Şekil 2b'deki polarizasyon eğrilerinden de gözlemlenebilir. Anodik dallanma, Pseudomonas aeruginosa biyofilm oluşumu ve metal oksidasyon reaksiyonları ile ilişkilendirilmiştir. Bu durumda, katodik reaksiyon oksijenin indirgenmesidir. P. aeruginosa'nın varlığı, korozyon akımı yoğunluğunu, abiyotik kontroldekinden yaklaşık bir mertebe daha yüksek, önemli ölçüde artırmıştır. Bu, P. aeruginosa biyofilminin 2707 HDSS'nin lokalize korozyonunu artırdığını göstermektedir. Yuan ve arkadaşları29, Cu-Ni 70/30 alaşımının korozyon akımı yoğunluğunun P. aeruginosa biyofilminin etkisi altında arttığını bulmuşlardır. Bu, Pseudomonas aeruginosa biyofilmleri tarafından oksijen indirgemesinin biyokatalizinden kaynaklanıyor olabilir. Bu gözlem, bu çalışmadaki MIC 2707 HDSS'yi de açıklayabilir. Aerobik biyofilmler altında daha az oksijen de olabilir. Bu nedenle, metal yüzeyinin oksijenle tekrar pasifleştirilmemesi bu çalışmada MIC'e katkıda bulunan bir faktör olabilir.
Dickinson ve ark. 38, kimyasal ve elektrokimyasal reaksiyonların hızının, numune yüzeyindeki yerleşik bakterilerin metabolik aktivitesi ve korozyon ürünlerinin doğasından doğrudan etkilenebileceğini ileri sürmüştür. Şekil 5 ve Tablo 5'te gösterildiği gibi, hücre sayısı ve biyofilm kalınlığı 14 gün sonra azaldı. Bu, 14 gün sonra 2707 HDSS yüzeyindeki yerleşik hücrelerin çoğunun 2216E ortamındaki besin tükenmesi veya 2707 HDSS matrisinden toksik metal iyonlarının salınması nedeniyle ölmesiyle makul bir şekilde açıklanabilir. Bu, toplu deneylerin bir sınırlamasıdır.
Bu çalışmada, P. aeruginosa biyofilmi, 2707 HDSS yüzeyindeki biyofilm altında Cr ve Fe'nin lokal tükenmesine katkıda bulunmuştur (Şekil 6). Tablo 6, örnek D'deki Fe ve Cr'daki azalmayı örnek C'ye kıyasla göstermektedir ve bu, P. aeruginosa biyofilminin neden olduğu çözünmüş Fe ve Cr'un ilk 7 gün boyunca devam ettiğini göstermektedir. 2216E ortamı deniz ortamını simüle etmek için kullanılmıştır. Doğal deniz suyundaki içeriğine benzer olan 17700 ppm Cl- içerir. 17700 ppm Cl- varlığı, XPS ile analiz edilen 7 ve 14 günlük abiyotik örneklerdeki Cr'daki azalmanın ana nedeniydi. P. aeruginosa örnekleriyle karşılaştırıldığında, abiyotik örneklerdeki Cr'un çözünmesi, 2707 HDSS'nin abiyotik koşullar altında klora karşı güçlü direnci nedeniyle çok daha az olmuştur. Şekilde 9, pasifleştirici filmde Cr6+ varlığını göstermektedir. Chen ve Clayton'ın önerdiği gibi, P. aeruginosa biyofilmleri tarafından çelik yüzeylerden kromun 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 bulunması 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 tohum 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 0,69 µm'dir ve bu, abiyotik ortamdan (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 2205 DSS'den MİK'lere karşı daha iyi direnç gösterdiğini göstermektedir. 2707 HDSS'nin daha uzun pasifleşme sağlayan daha yüksek Cr seviyelerine sahip olması, P. aeruginosa'nın pasifleştirilmesinin daha zor olması ve zararlı ikincil çökelti olmadan dengeli faz yapısı nedeniyle çukurlaşmaya neden olması nedeniyle bu bir sürpriz olmamalıdır.
Sonuç olarak, MIC çukurları, abiyotik ortamdaki önemsiz çukurlara kıyasla P. aeruginosa besiyerindeki 2707 HDSS'nin yüzeyinde bulundu. Bu çalışma, 2707 HDSS'nin MIC'ye karşı 2205 DSS'den daha iyi dirence sahip olduğunu, ancak P. aeruginosa biyofilmi nedeniyle MIC'ye karşı tamamen bağışık olmadığını göstermektedir. Bu sonuçlar, deniz ortamı için uygun paslanmaz çeliklerin ve yaşam beklentisinin seçilmesine yardımcı olur.
Çin, Shenyang'daki Northeastern Üniversitesi (NEU) Metalurji Okulu tarafından sağlanan 2707 HDSS için kupon. 2707 HDSS'nin temel bileşimi, NEU Malzeme Analizi ve Test Bölümü tarafından analiz edilen Tablo 1'de gösterilmiştir. Tüm numuneler, 1180 ° C'de 1 saat boyunca katı çözelti için işlendi. Korozyon testinden önce, 1 cm2'lik üst açık yüzey alanına sahip madeni para şeklindeki bir 2707 HDSS, silisyum karbür zımpara kağıdı ile 2000 grite parlatıldı ve ardından 0,05 µm Al2O3 toz bulamacıyla parlatıldı. Kenarlar ve taban inert boya ile korundu. Kurutma işleminden sonra, numuneler steril deiyonize su ile yıkandı ve %75 (v/v) 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 suşu MCCC 1A00099, Çin'deki Xiamen Deniz Kültürü Toplama Merkezi'nden (MCCC) satın alındı. Pseudomonas aeruginosa, 250 ml'lik şişelerde ve 500 ml'lik cam elektrokimyasal hücrelerde 37° C'de aerobik koşullar altında, Deniz 2216E sıvı ortamı (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Çin) kullanılarak büyütüldü. Ortam şunları 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, 0016 6NH26NH3, 3,0016 NH3 5,0 pepton, 1,0 maya özütü ve 0,1 demir sitrat. Aşılamadan önce 20 dakika boyunca 121°C'de otoklavlayın. 400x büyütmede bir ışık mikroskobu altında bir hemositometre ile hareketsiz ve planktonik hücreleri sayın. Aşılamadan hemen sonra planktonik Pseudomonas aeruginosa'nın başlangıç ​​konsantrasyonu yaklaşık 106 hücre/ml idi.
Elektrokimyasal testler, 500 ml ortam hacmine sahip klasik üç elektrotlu cam hücrede gerçekleştirildi. Platin levha ve doymuş kalomel elektrot (SAE), sırasıyla karşıt ve referans elektrot görevi gören tuz köprüleriyle doldurulmuş Luggin kılcalları aracılığıyla reaktöre bağlandı. Çalışma elektrotlarının üretimi için, her numuneye kauçuklaştırılmış bakır tel bağlandı ve epoksi reçinesiyle kaplandı, bir tarafta çalışma elektrodu için yaklaşık 1 cm2 korumasız alan 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, Eocp ile -5 ila 5 mV aralığında 0,125 mV s-1 tarama hızında ve 1 Hz örnekleme hızında kaydedildi. EIS, sabit durum Eocp'de 5 mV'luk uygulanan voltaj kullanılarak 0,01 ila 10.000 Hz frekans aralığında bir sinüs dalgasıyla gerçekleştirildi. Potansiyel taramasından önce, elektrotlar serbest korozyon potansiyelinin sabit bir değerine ulaşana kadar bekleme modundaydı. Daha sonra polarizasyon eğrileri, 0,166 mV/s tarama hızında 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 grit SiC kağıdıyla mekanik olarak parlatıldı ve daha sonra optik gözlem için 0,05 µm Al2O3 toz süspansiyonuyla daha fazla parlatıldı. Metalografik analiz optik mikroskop kullanılarak gerçekleştirildi. Numuneler %10 ağırlıkta potasyum hidroksit 43 çözeltisiyle aşındırıldı.
İnkübasyondan sonra, örnekler fosfat tamponlu tuzlu su (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) ile 3 kez yıkandı ve daha sonra biyofilmleri sabitlemek için 10 saat boyunca %2,5 (h/h) glutaraldehit ile fiksasyon yapıldı. Daha sonra hava ile kurutulmadan önce partili etanol (hacimce %50, %60, %70, %80, %90, %95 ve %100) ile dehidrate edildi. Son olarak, SEM gözlemi için iletkenlik sağlamak üzere numunenin yüzeyine bir altın film biriktirildi. SEM görüntüleri, her numunenin yüzeyinde en fazla hareketsiz P. aeruginosa hücresi bulunan noktalara odaklandı. Kimyasal elementleri bulmak için bir 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, öncelikle test numunesi yüzeyinden korozyon ürünlerini ve biyofilmi uzaklaştırmak amacıyla Çin Ulusal Standardı (CNS) GB/T4334.4-2000'e göre temizlendi.
X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS, ESCALAB250 yüzey analiz sistemi, Thermo VG, ABD) analizi, -1350 eV standart koşulları altında 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'lik bir iletim enerjisi ve 0,2 eV'lik bir adım 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. Kit iki floresan boya içerir: SYTO-9 yeşil floresan boyası ve propidyum iyodür (PI) kırmızı floresan boyası. CLSM'de floresan yeşil ve kırmızı noktalar sırasıyla canlı ve ölü hücreleri temsil eder. Boyama için 3 µl SYTO-9 ve 3 µl PI solüsyonu içeren bir karışımın 1 ml'si karanlıkta oda sıcaklığında (23°C) 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 3B tarama modunda ölçüldü.
Bu makaleye atıfta bulunma şekli: Li, H. ve diğerleri. 2707 süper dubleks paslanmaz çeliğin Pseudomonas aeruginosa deniz biyofilmi tarafından mikrobiyal korozyonu. bilim. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Tiyosülfat varlığında klorür çözeltilerinde LDX 2101 dupleks paslanmaz çeliğin gerilim korozyon çatlaması. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Tiyosülfat varlığında klorür çözeltilerinde LDX 2101 dupleks paslanmaz çeliğin gerilim korozyon 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. & Zucchi, F. Tiyosülfat varlığında klorür çözeltilerinde dubleks paslanmaz çelik LDX 2101'in gerilim korozyon 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. & Zucchi, F. Tiyosülfat varlığında klorür çözeltisinde dubleks paslanmaz çelik LDX 2101'in gerilim korozyon çatlaması.coros science 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ve Park, YS Hiper dupleks paslanmaz çelik kaynaklarının çukurlaşma korozyonuna karşı direnci üzerinde çözelti ısıl işleminin ve koruyucu gazda azotun etkileri. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ve Park, YS Hiper dupleks paslanmaz çelik kaynaklarının çukurlaşma korozyonuna karşı direnci üzerinde çözelti ısıl işleminin ve koruyucu gazda azotun etkileri.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ve Park, YS Hiperdupleks paslanmaz çelik kaynaklarının çukurlaşma korozyon direncine çözelti ısıl işleminin ve koruyucu gazda azotun etkisi. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS'nin en iyileri arasında yer alıyor. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS ve Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS ve Park, YS Çözelti ısıl işleminin ve koruyucu gazda azot kullanımının süper dubleks paslanmaz çelik kaynaklarının çukurlaşma korozyon direncine etkisi.koros. bilim. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. ve Lewandowski, Z. 316L paslanmaz çelikte mikrobiyal ve elektrokimyasal olarak oluşan çukurlaşmanın kimyasında karşılaştırmalı çalışma. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. ve Lewandowski, Z. 316L paslanmaz çelikte mikrobiyal ve elektrokimyasal olarak oluşan çukurlaşmanın kimyasında 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., Avcı, R., Geiser, M. ve Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. ve Lewandowski, Z. 316L paslanmaz çelikte mikrobiyolojik ve elektrokimyasal olarak oluşan çukurlaşmanın karşılaştırmalı kimyasal çalışması.koros. bilim. 45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG ve Xiao, K. 2205 dupleks paslanmaz çeliğin klorür varlığında farklı pH'lı alkali çözeltilerdeki elektrokimyasal davranışı. Luo, H., Dong, CF, Li, XG ve Xiao, K. 2205 dupleks paslanmaz çeliğin klorür varlığında farklı pH'lı alkali çözeltilerdeki elektrokimyasal davranışı.Luo H., Dong KF, Lee HG ve Xiao K. Klorür varlığında farklı pH'lı alkali çözeltilerde dubleks paslanmaz çelik 2205'in 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 ve Xiao, K. 2205 Alkali çözeltide farklı pH değerlerinde klorür varlığında paslanmaz çeliğin elektrokimyasal davranışı.Luo H., Dong KF, Lee HG ve Xiao K. Klorür varlığında farklı pH'lı alkali çözeltilerde dubleks paslanmaz çelik 2205'in elektrokimyasal davranışı.Elektrokimya Dergisi. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS ve Ray, RI Deniz biyofilmlerinin korozyon üzerindeki etkisi: Kısa bir inceleme. Little, BJ, Lee, JS ve Ray, RI Deniz biyofilmlerinin korozyon üzerindeki etkisi: Kısa bir inceleme.Little, BJ, Lee, JS ve Ray, RI Deniz Biyofilmlerinin Korozyon Üzerindeki Etkileri: Kısa Bir İnceleme. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI'nin açıklamaları. Küçük, BJ, Lee, JS ve Ray, RILittle, BJ, Lee, JS ve Ray, RI Deniz Biyofilmlerinin Korozyon Üzerindeki Etkileri: Kısa Bir İnceleme.Elektrokimya Dergisi. 54, 2-7 (2008).