Շնորհակալություն Nature.com այցելելու համար:Դուք օգտագործում եք զննարկչի տարբերակ՝ CSS-ի սահմանափակ աջակցությամբ:Լավագույն փորձի համար խորհուրդ ենք տալիս օգտագործել թարմացված դիտարկիչ (կամ անջատել Համատեղելիության ռեժիմը Internet Explorer-ում):Բացի այդ, շարունակական աջակցություն ապահովելու համար մենք կայքը ցուցադրում ենք առանց ոճերի և JavaScript-ի:
Ցուցադրում է միանգամից երեք սլայդներից բաղկացած կարուսել:Օգտագործեք «Նախորդ» և «Հաջորդ» կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդներով շարժվելու համար, կամ օգտագործեք վերջում գտնվող սլայդերի կոճակները՝ միաժամանակ երեք սլայդների միջով անցնելու համար:
Մանրէաբանական կոռոզիան (MIC) լուրջ խնդիր է բազմաթիվ ոլորտներում, քանի որ այն կարող է հանգեցնել հսկայական տնտեսական կորուստների:Super duplex չժանգոտվող պողպատ 2707 (2707 HDSS) օգտագործվում է ծովային միջավայրերում՝ շնորհիվ իր գերազանց քիմիական դիմադրության:Այնուամենայնիվ, դրա դիմադրությունը MIC-ի նկատմամբ փորձարարականորեն չի ցուցադրվել:Այս ուսումնասիրությունը ուսումնասիրել է MIC 2707 HDSS-ի վարքագիծը, որն առաջացել է ծովային աերոբիկ Pseudomonas aeruginosa բակտերիայից:Էլեկտրաքիմիական վերլուծությունը ցույց է տվել, որ 2216E միջավայրում Pseudomonas aeruginosa բիոֆիլմի առկայության դեպքում կոռոզիոն ներուժը դրականորեն փոխվել է, և կոռոզիոն հոսանքի խտությունը մեծացել է:Ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիայի (XPS) վերլուծության արդյունքները ցույց են տվել բիոֆիլմի տակ գտնվող նմուշի մակերեսի վրա Cr-ի պարունակության նվազում:Փոսի պատկերների վերլուծությունը ցույց է տվել, որ Pseudomonas aeruginosa բիոֆիլմերն արտադրել են 0,69 մկմ առավելագույն խորություն՝ մշակման 14 օր հետո:Չնայած սա փոքր է, այն ենթադրում է, որ 2707 HDSS-ը լիովին պաշտպանված չէ P. aeruginosa կենսաթաղանթների ազդեցությունից MIC-ի վրա:
Դուպլեքս չժանգոտվող պողպատը (DSS) լայնորեն կիրառվում է արդյունաբերության տարբեր ոլորտներում՝ շնորհիվ գերազանց մեխանիկական հատկությունների և կոռոզիոն դիմադրության կատարյալ համադրության1,2:Այնուամենայնիվ, տեղայնացված փոսը դեռ կարող է առաջանալ, ինչը կարող է ազդել այս պողպատի ամբողջականության վրա 3, 4:DSS-ը պաշտպանված չէ մանրէաբանական կոռոզիայից (MIC)5,6:Չնայած DSS-ի կիրառման շրջանակը շատ լայն է, այնուամենայնիվ կան միջավայրեր, որտեղ DSS-ի կոռոզիոն դիմադրությունը բավարար չէ երկարաժամկետ օգտագործման համար:Սա նշանակում է, որ պահանջվում են ավելի թանկ նյութեր, որոնք ունեն ավելի բարձր կոռոզիոն դիմադրություն:Jeon et al.7-ը պարզել է, որ նույնիսկ գերդուպլեքս չժանգոտվող պողպատը (SDSS) ունի որոշակի սահմանափակումներ կոռոզիոն դիմադրության առումով:Հետևաբար, որոշակի կիրառություններում անհրաժեշտ է գերդուպլեքս չժանգոտվող պողպատներ (HDSS)՝ ավելի բարձր կոռոզիոն դիմադրությամբ:Սա հանգեցրեց բարձր լեգիրված HDSS-ի զարգացմանը:
DSS-ի կոռոզիոն դիմադրությունը որոշվում է α-փուլի և γ-փուլի հարաբերակցությամբ և Cr, Mo և W-ում երկրորդական փուլերին հարող տարածքների սպառվածությամբ8,9,10:HDSS-ը պարունակում է Cr, Mo և N11-ի բարձր պարունակություն, ինչը նրան տալիս է գերազանց կոռոզիոն դիմադրություն և բարձր արժեք (45-50) համարժեք փոսերի դիմադրության արժեք (PREN), որը սահմանվում է wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo): + 0, 5 wt % W) + 16 wt %:N12.Նրա հիանալի կոռոզիոն դիմադրությունը կախված է հավասարակշռված կազմից, որը պարունակում է մոտավորապես 50% ֆերիտիկ (α) և 50% ավստինիտիկ (γ) փուլեր:HDSS-ն ունի բարելավված մեխանիկական հատկություններ և ավելի բարձր քլորի դիմադրություն՝ համեմատած սովորական DSS13-ի հետ:Քիմիական կոռոզիայի բնութագրերը.Բարելավված կոռոզիոն դիմադրությունը ընդլայնում է HDSS-ի օգտագործումը ավելի ագրեսիվ քլորիդային միջավայրերում, ինչպիսիք են ծովային միջավայրերը:
MIC-ը էական խնդիր է բազմաթիվ ոլորտներում, այդ թվում՝ նավթի և գազի և ջրամատակարարման համար14:MIC-ին բաժին է ընկնում կոռոզիայից վնասի 20%-ը15:MIC-ը կենսաէլեկտրաքիմիական կոռոզիա է, որը կարելի է դիտարկել բազմաթիվ միջավայրերում16:Մետաղական մակերեսների վրա բիոֆիլմերի առաջացումը փոխում է էլեկտրաքիմիական պայմանները և այդպիսով ազդում կոռոզիայի գործընթացի վրա:Ընդհանրապես ընդունված է, որ MIC-ի կոռոզիան առաջանում է բիոֆիլմերից14:Էլեկտրոգեն միկրոօրգանիզմները ուտում են մետաղները՝ գոյատևման համար էներգիա ստանալու համար17:MIC-ի վերջին ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ EET-ը (արտբջջային էլեկտրոնների փոխանցում) հանդիսանում է էլեկտրագեն միկրոօրգանիզմների կողմից առաջացած MIC-ի սահմանափակող գործոն:Zhang et al.18-ը ցույց տվեցին, որ էլեկտրոնային միջնորդները արագացնում են էլեկտրոնի փոխանցումը Desulfovibrio vulgaris նստած բջիջների և 304 չժանգոտվող պողպատի միջև, ինչը հանգեցնում է ավելի ծանր MIC հարձակման:Աննինգը և այլք.19 և Wenzlaff et al.20-ը ցույց է տվել, որ կոռոզիոն սուլֆատը նվազեցնող բակտերիաների (SRBs) բիոֆիլմերը կարող են կլանել էլեկտրոնները ուղղակիորեն մետաղական ենթաշերտերից, ինչը հանգեցնում է ծանր փոսերի:
Հայտնի է, որ DSS-ը ենթակա է MIC-ի SRB-ներ, երկաթը նվազեցնող բակտերիաներ (IRB) պարունակող միջավայրերում և այլն: 21:Այս բակտերիաները բիոֆիլմի տակ գտնվող DSS-ի մակերեսին առաջացնում են տեղայնացված փոսեր22,23:Ի տարբերություն DSS-ի, MIC HDSS24-ի մասին քիչ բան է հայտնի:
Pseudomonas aeruginosa-ն գրամ-բացասական, շարժուն, ձողաձեւ բակտերիա է, որը լայնորեն տարածված է բնության մեջ25:Pseudomonas aeruginosa-ն նաև հիմնական միկրոբիոտան է, որը պատասխանատու է ծովային միջավայրում պողպատի MIC-ի համար26:Pseudomonas տեսակներն անմիջականորեն մասնակցում են կոռոզիոն գործընթացներին և ճանաչվում են որպես առաջին գաղութարարները կենսաֆիլմի ձևավորման ընթացքում27:Մահաթը և այլք։28 և Յուան և այլք:29-ը ցույց տվեց, որ Pseudomonas aeruginosa-ն ձգտում է բարձրացնել մեղմ պողպատի և համաձուլվածքների կոռոզիայի արագությունը ջրային միջավայրում:
Այս աշխատանքի հիմնական նպատակն է ուսումնասիրել 2707 HDSS-ի MIC հատկությունները, որոնք առաջացել են ծովային աերոբ բակտերիայից Pseudomonas aeruginosa՝ օգտագործելով էլեկտրաքիմիական մեթոդները, մակերեսային վերլուծության մեթոդները և կոռոզիոն արտադրանքի վերլուծությունը:MIC 2707 HDSS-ի վարքագիծը ուսումնասիրելու համար իրականացվել են էլեկտրաքիմիական ուսումնասիրություններ, ներառյալ բաց միացման պոտենցիալը (OCP), գծային բևեռացման դիմադրությունը (LPR), էլեկտրաքիմիական դիմադրության սպեկտրոսկոպիան (EIS) և դինամիկ պոտենցիալ բևեռացումը:Էներգիայի ցրման սպեկտրոսկոպիայի (EDS) վերլուծությունը կատարվում է կոռոզիայի ենթարկված մակերեսների վրա քիմիական տարրեր հայտնաբերելու համար:Բացի այդ, Pseudomonas aeruginosa պարունակող ծովային միջավայրի ազդեցության տակ օքսիդի թաղանթի պասիվացման կայունությունը որոշվել է ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիայի միջոցով (XPS):Փոսերի խորությունը չափվել է կոնֆոկալ լազերային սկանավորման մանրադիտակի տակ (CLSM):
Աղյուսակ 1-ում ներկայացված է 2707 HDSS-ի քիմիական բաղադրությունը:Աղյուսակ 2-ը ցույց է տալիս, որ 2707 HDSS-ն ունի գերազանց մեխանիկական հատկություններ 650 ՄՊա ելքի ուժով:Նկ.1-ը ցույց է տալիս ջերմային մշակված լուծույթի օպտիկական միկրոկառուցվածքը 2707 HDSS:Աուստենիտիկ և ֆերրիտիկ փուլերի երկարավուն շերտեր առանց երկրորդական փուլերի կարելի է տեսնել միկրոկառուցվածքում, որը պարունակում է մոտավորապես 50% ավստենիտիկ և 50% ֆերիտիկ փուլեր:
Նկ.2a ցույց է տալիս բաց միացման պոտենցիալը (Eocp) 2707 HDSS-ի ազդեցության ժամանակի համեմատ 2216E աբիոտիկ միջավայրում և Pseudomonas aeruginosa արգանակի համար 14 օր 37°C ջերմաստիճանում:Պարզվել է, որ Eocp-ի առավել ցայտուն փոփոխությունները տեղի են ունեցել առաջին 24 ժամվա ընթացքում:Eocp-ի արժեքները երկու դեպքում էլ հասել են գագաթնակետին մոտ -145 մՎ (համեմատած SCE-ի դիմաց) մոտ 16 ժամվա ընթացքում, այնուհետև կտրուկ իջել են մինչև -477 մՎ (ընդդեմ SCE) և -236 մՎ (դեմ SCE) ոչ կենսաբանական նմուշների և P-ի հարաբերականի համար: SCE) պատինայի տերևները, համապատասխանաբար:24 ժամ հետո Pseudomonas aeruginosa 2707 HDSS-ի Eocp արժեքը մնաց համեմատաբար կայուն -228 մՎ-ում (համեմատած SCE-ի հետ), մինչդեռ ոչ կենսաբանական նմուշի համապատասխան արժեքը մոտավորապես -442 մՎ էր (համեմատած SCE-ի հետ):Eocp-ը Pseudomonas aeruginosa-ի առկայության դեպքում բավականին ցածր էր:
2707 HDSS նմուշների էլեկտրաքիմիական փորձարկում աբիոտիկ միջավայրում և Pseudomonas aeruginosa արգանակում 37°C ջերմաստիճանում.
(ա) Eocp-ի փոփոխություն բացահայտման ժամանակի հետ, (բ) բևեռացման կորը 14-րդ օրը, (գ) Rp-ի փոփոխություն բացահայտման ժամանակի հետ, (d) corr-ի փոփոխություն ազդեցության ժամանակի հետ:
Աղյուսակ 3-ում ներկայացված են 2707 HDSS նմուշների էլեկտրաքիմիական կոռոզիայի պարամետրերը, որոնք ենթարկվել են աբիոտիկ և P. aeruginosa պատվաստված միջավայրին 14 օրվա ընթացքում:Անոդային և կաթոդային կորերի շոշափելի էքստրապոլյացիան դեպի հատման կետը թույլ է տվել որոշել կոռոզիոն հոսանքի խտությունը (icorr), կոռոզիոն պոտենցիալը (Ecorr) և թաֆելի թեքությունը (βα և βc) ըստ ստանդարտ մեթոդների30,31:
Ինչպես ցույց է տրված Նկար 2b-ում, P. aeruginosa կորի վերև տեղաշարժը հանգեցրել է Ecorr-ի ավելացմանը՝ համեմատած աբիոտիկ կորի:Pseudomonas aeruginosa պարունակող նմուշի icorr արժեքը, համաչափ կոռոզիայի արագությանը, ավելացել է մինչև 0,328 µA սմ-2, ինչը չորս անգամ ավելի է, քան ոչ կենսաբանական նմուշը (0,087 µA սմ-2):
LPR-ը դասական էլեկտրաքիմիական մեթոդ է կոռոզիայի ոչ կործանարար էքսպրես վերլուծության համար:Այն նաև օգտագործվել է MIC32-ի ուսումնասիրության համար:Նկ.2c-ը ցույց է տալիս բևեռացման դիմադրության (Rp) փոփոխությունը՝ կախված ազդեցության ժամանակից:Rp-ի ավելի բարձր արժեքը նշանակում է ավելի քիչ կոռոզիա:Առաջին 24 ժամվա ընթացքում Rp 2707 HDSS-ը հասել է 1955 kΩ սմ2 ոչ կենսաբանական նմուշների և 1429 kΩ սմ2՝ Pseudomonas aeruginosa նմուշների համար:Գծապատկեր 2c-ը նաև ցույց է տալիս, որ Rp-ի արժեքը մեկ օր անց արագորեն նվազել է, այնուհետև մնացել է համեմատաբար անփոփոխ հաջորդ 13 օրվա ընթացքում:Pseudomonas aeruginosa փորձանմուշի Rp արժեքը մոտավորապես 40 kΩ սմ2 է, ինչը շատ ավելի ցածր է ոչ կենսաբանական փորձանմուշի 450 kΩ սմ2 արժեքից:
icorr-ի արժեքը համաչափ է կոռոզիայի միատեսակ արագությանը:Դրա արժեքը կարելի է հաշվարկել հետևյալ Stern-Giri հավասարումից.
Ըստ Zoe et al.33 Թաֆելի թեքությունը B-ն ընդունվել է որպես 26 մՎ/դեկ տիպիկ արժեք այս աշխատանքում:Նկ.2d-ը ցույց է տալիս, որ 2707 աբիոտիկ շտամի icorr-ը մնաց համեմատաբար կայուն, մինչդեռ Pseudomonas aeruginosa խմբի icorr-ը մեծ ցատկով տատանվեց առաջին 24 ժամից հետո:Pseudomonas aeruginosa փորձանմուշի icorr արժեքը մեծության կարգով ավելի բարձր էր, քան ոչ կենսաբանական հսկողության արժեքը:Այս միտումը համահունչ է բևեռացման դիմադրության արդյունքներին:
EIS-ը ևս մեկ ոչ կործանարար մեթոդ է, որն օգտագործվում է կոռոզիոն միջերեսում էլեկտրաքիմիական ռեակցիաները բնութագրելու համար34:Աբիոտիկ միջավայրին և Pseudomonas aeruginosa-ի լուծույթներին ենթարկվող շերտերի դիմադրողականության սպեկտրները և հզորության հաշվարկները, Rb-ը շերտի մակերևույթի վրա ձևավորված պասիվ/բիոֆիլմի դիմադրությունն է, Rct-ը լիցքի փոխանցման դիմադրությունն է, Cdl-ը էլեկտրական կրկնակի շերտն է:) և QCPE հաստատուն փուլային տարրի (CPE) պարամետրերը:Այս պարամետրերը հետագայում վերլուծվել են՝ համեմատելով տվյալները համարժեք էլեկտրական շղթայի (EEC) մոդելի հետ:
Նկ.3-ը ցույց է տալիս 2707 HDSS նմուշների բնորոշ Nyquist սյուժեները (a և b) և Bode (a' և b') գծապատկերները աբիոտիկ միջավայրում և Pseudomonas aeruginosa արգանակում տարբեր ինկուբացիոն ժամանակներում:Pseudomonas aeruginosa-ի առկայության դեպքում Nyquist հանգույցի տրամագիծը նվազում է:Bode-ի գծապատկերը (նկ. 3b') ցույց է տալիս ընդհանուր դիմադրության բարձրացումը:Թուլացման ժամանակի հաստատունի մասին տեղեկատվությունը կարելի է ստանալ փուլային մաքսիմումներից:Նկ.4-ը ցույց է տալիս ֆիզիկական կառուցվածքները և համապատասխան EEC-ը, որը հիմնված է միաշերտ (ա) և երկշերտ (b) վրա:CPE-ն ներդրված է ԵՏՀ մոդելում:Դրա ընդունելությունը և դիմադրողականությունը արտահայտվում են հետևյալ կերպ.
Երկու ֆիզիկական մոդելներ և համապատասխան համարժեք սխեմաներ՝ 2707 HDSS արժեկտրոնային դիմադրության սպեկտրը տեղադրելու համար.
Այնտեղ, որտեղ Y0-ը CPE-ի մեծությունն է, j-ը երևակայական թիվն է կամ (−1)1/2, ω-ն անկյունային հաճախականությունն է, իսկ n-ը մեկից փոքր CPE հզորության գործակիցն է35:Լիցքի փոխանցման դիմադրության հակադարձումը (այսինքն 1/Rct) համապատասխանում է կոռոզիայի արագությանը:Ավելի ցածր Rct արժեքը նշանակում է կոռոզիայից բարձր արագություն27:14 օր ինկուբացիայից հետո Pseudomonas aeruginosa-ի փորձանմուշի Rct-ը հասել է 32 kΩ սմ2, ինչը շատ ավելի քիչ է, քան ոչ կենսաբանական փորձանմուշի 489 kΩ սմ2-ը (Աղյուսակ 4):
CLSM պատկերներ և SEM պատկերներ նկ.5-ը հստակ ցույց է տալիս, որ HDSS 2707 նմուշի մակերեսին բիոֆիլմի ծածկույթը 7 օր հետո շատ խիտ է եղել:Այնուամենայնիվ, 14 օր անց բիոֆիլմի ծածկույթը նոսրացավ և որոշ մահացած բջիջներ հայտնվեցին:Աղյուսակ 5-ը ցույց է տալիս 2707 HDSS նմուշների բիոֆիլմի հաստությունը Pseudomonas aeruginosa-ի հետ շփումից 7 և 14 օր հետո:Կենսաթաղանթի առավելագույն հաստությունը փոխվել է 23,4 մկմ-ից 7 օր հետո մինչև 18,9 մկմ 14 օր հետո:Կենսաթաղանթի միջին հաստությունը նույնպես հաստատեց այս միտումը։Այն նվազել է 22,2 ± 0,7 մկմ-ից 7 օր հետո մինչև 17,8 ± 1,0 մկմ 14 օր հետո:
(ա) 3-D CLSM պատկեր 7 օրում, (բ) 3-D CLSM պատկեր 14 օրում, (գ) SEM պատկեր 7 օրում և (դ) SEM պատկեր 14 օրում:
EMF-ը 14 օրվա ընթացքում Pseudomonas aeruginosa-ին ենթարկված նմուշների վրա հայտնաբերել է քիմիական տարրեր կենսաթաղանթի և կոռոզիայից արտադրանքներում:Նկ.Գծապատկեր 6-ը ցույց է տալիս, որ C, N, O, P-ի պարունակությունը բիոֆիլմում և կոռոզիայից արտադրանքներում շատ ավելի բարձր է, քան մաքուր մետաղում, քանի որ այդ տարրերը կապված են բիոֆիլմի և նրա մետաբոլիտների հետ:Միկրոօրգանիզմները պահանջում են միայն Cr-ի և Fe-ի հետքեր:Կենսաթաղանթում Cr-ի և Fe-ի բարձր պարունակությունը և նմուշի մակերևույթի կոռոզիայից արտադրանքները ցույց են տալիս կոռոզիայի հետևանքով մետաղական մատրիցայի տարրերի կորուստը:
14 օր հետո 2216E միջավայրում նկատվել են փոսեր՝ P. aeruginosa-ով և առանց դրա:Նախքան ինկուբացիան, նմուշների մակերեսը հարթ էր և առանց թերությունների (նկ. 7ա):Կենսաթաղանթի և կորոզիայի արտադրանքի ինկուբացիայից և հեռացումից հետո նմուշի մակերևույթի ամենախոր փոսերը հետազոտվել են CLSM-ի միջոցով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 7b և c-ում:Ոչ կենսաբանական հսկողության մակերեսի վրա ակնհայտ փոս չի հայտնաբերվել (առավելագույն փոսի խորությունը 0,02 մկմ):Pseudomonas aeruginosa-ի կողմից առաջացած փոսի առավելագույն խորությունը եղել է 0,52 մկմ 7 օր հետո և 0,69 մկմ 14 օր հետո՝ հիմնվելով 3 նմուշի միջին առավելագույն խորության վրա (յուրաքանչյուր նմուշի համար ընտրվել է 10 առավելագույն խորություն) և հասել 0, 42 ± 0,12 մկմ: .և 0,52 ± 0,15 մկմ, համապատասխանաբար (Աղյուսակ 5):Այս փոսերի խորության արժեքները փոքր են, բայց կարևոր:
ա) բացահայտումից առաջ.բ) 14 օր աբիոտիկ միջավայրում.գ) 14 օր P. aeruginosa արգանակում:
Նկ.Աղյուսակ 8-ը ցույց է տալիս տարբեր նմուշների մակերևույթների XPS սպեկտրները, և յուրաքանչյուր մակերեսի համար վերլուծված քիմիան ամփոփված է Աղյուսակ 6-ում: Աղյուսակ 6-ում Fe-ի և Cr-ի ատոմային տոկոսները շատ ավելի ցածր էին P. aeruginosa-ի առկայության դեպքում (Ա և Բ նմուշներ ) քան ոչ կենսաբանական հսկողության շերտերում:(C և D նմուշներ):Pseudomonas aeruginosa-ի նմուշի համար Cr 2p միջուկի մակարդակի սպեկտրային կորը տեղադրվել է 574.4, 576.6, 578.3 և 586.8 eV կապող էներգիայով (BE) չորս գագաթնակետային բաղադրիչներին, որոնք վերագրվել են Cr, Cr2O3, CrO3, CrO3 և CrO3: 3, համապատասխանաբար (նկ. 9ա և բ):Ոչ կենսաբանական նմուշների համար միջուկի մակարդակի Cr 2p սպեկտրները Նկ.9c և d-ը պարունակում են համապատասխանաբար Cr (BE 573.80 eV) և Cr2O3 (BE 575.90 eV) երկու հիմնական գագաթները:Աբիոտիկ կտրոնի և P. aeruginosa կտրոնի միջև ամենաակնառու տարբերությունը Cr6+-ի և Cr(OH)3-ի (BE 586.8 eV) համեմատաբար բարձր մասնաբաժնի առկայությունն էր բիոֆիլմի տակ:
2707 HDSS նմուշների լայն մակերևութային XPS սպեկտրներ երկու կրիչներում՝ համապատասխանաբար 7 և 14 օր:
(ա) 7-օրյա P. aeruginosa մերկացում, (բ) 14-օրյա P. aeruginosa մերկացում, (գ) 7-օրյա աբիոտիկ ազդեցություն, (դ) 14-օրյա աբիոտիկ ազդեցություն:
HDSS-ը միջավայրերի մեծ մասում ցուցադրում է կոռոզիոն դիմադրության բարձր մակարդակ:Kim et al.2-ը զեկուցել է, որ HDSS UNS S32707-ը ճանաչվել է որպես բարձր դոպինգավորված DSS՝ 45-ից ավելի PREN-ով: HDSS 2707 նմուշի PREN արժեքը այս աշխատանքում եղել է 49: Դա պայմանավորված է Cr-ի բարձր պարունակությամբ և Mo-ի և բարձր մակարդակներով: Ni, որոնք օգտակար են թթվային միջավայրերում և քլորիդների բարձր պարունակությամբ միջավայրերում։Բացի այդ, լավ հավասարակշռված կազմը և առանց թերությունների միկրոկառուցվածքը ապահովում են կառուցվածքի կայունություն և կոռոզիոն դիմադրություն:Չնայած գերազանց քիմիական դիմադրությանը, այս աշխատանքի փորձարարական տվյալները ցույց են տալիս, որ 2707 HDSS-ը լիովին պաշտպանված չէ Pseudomonas aeruginosa բիոֆիլմի MIC-ներից:
Էլեկտրաքիմիական արդյունքները ցույց են տվել, որ 2707 HDSS-ի կոռոզիայի արագությունը Pseudomonas aeruginosa արգանակում զգալիորեն աճել է 14 օր հետո՝ համեմատած ոչ կենսաբանական միջավայրի հետ:Նկար 2ա-ում Eocp-ի նվազում է նկատվել ինչպես աբիոտիկ միջավայրում, այնպես էլ P. aeruginosa արգանակում առաջին 24 ժամվա ընթացքում:Դրանից հետո բիոֆիլմը ծածկում է նմուշի մակերեսը, և Eocp-ը դառնում է համեմատաբար կայուն:Այնուամենայնիվ, բիոտիկ Eocp մակարդակը շատ ավելի բարձր էր, քան աբիոտիկ Eocp մակարդակը:Կան հիմքեր ենթադրելու, որ այս տարբերությունը կապված է P. aeruginosa բիոֆիլմերի ձևավորման հետ:Նկ.2 գ, 2707 HDSS-ի icorr արժեքը հասել է 0,627 μA սմ-2 Pseudomonas aeruginosa-ի առկայության դեպքում, ինչը մեծության կարգով ավելի բարձր է, քան ոչ կենսաբանական հսկողության (0,063 μA սմ-2), որը համապատասխանում է Rct-ին: արժեքը, որը չափվում է EIS-ով:Առաջին մի քանի օրերի ընթացքում P. aeruginosa արգանակում դիմադրողականության արժեքներն ավելացել են P. aeruginosa բջիջների կցվածության և բիոֆիլմի ձևավորման պատճառով:Այնուամենայնիվ, դիմադրությունը նվազում է, երբ բիոֆիլմը ամբողջությամբ ծածկում է նմուշի մակերեսը:Պաշտպանիչ շերտը հարձակվում է հիմնականում բիոֆիլմի և բիոֆիլմի մետաբոլիտների ձևավորման պատճառով:Հետևաբար, կոռոզիոն դիմադրությունը նվազում է ժամանակի ընթացքում, և Pseudomonas aeruginosa-ի նստվածքները առաջացնում են տեղայնացված կոռոզիա:Աբիոտիկ միջավայրերում միտումները տարբեր են:Ոչ կենսաբանական հսկողության կոռոզիոն դիմադրությունը շատ ավելի բարձր էր, քան Pseudomonas aeruginosa արգանակին ենթարկված նմուշների համապատասխան արժեքը:Բացի այդ, աբիոտիկ նմուշների համար Rct 2707 HDSS-ի արժեքը 14-րդ օրը հասել է 489 kΩ սմ2, ինչը 15 անգամ ավելի է, քան Pseudomonas aeruginosa-ի (32 kΩ սմ2) առկայության դեպքում:Այսպիսով, 2707 HDSS-ն ունի հիանալի կոռոզիոն դիմադրություն ստերիլ միջավայրում, սակայն պաշտպանված չէ Pseudomonas aeruginosa կենսաթաղանթի MIC հարձակումից:
Այս արդյունքները կարելի է դիտարկել նաև Նկ.2բ.Անոդային ճյուղավորումը կապված է Pseudomonas aeruginosa բիոֆիլմի առաջացման և մետաղների օքսիդացման ռեակցիաների հետ:Միևնույն ժամանակ, կաթոդիկ ռեակցիան թթվածնի կրճատումն է։P. aeruginosa-ի առկայությունը զգալիորեն մեծացրել է կոռոզիոն հոսանքի խտությունը, որը մոտավորապես մի կարգով ավելի մեծ էր, քան աբիոտիկ հսկողության դեպքում:Սա ցույց տվեց, որ Pseudomonas aeruginosa բիոֆիլմը ուժեղացրել է 2707 HDSS-ի տեղայնացված կոռոզիան:Յուանը և այլք.29-ը պարզել են, որ 70/30 Cu-Ni համաձուլվածքի կոռոզիոն հոսանքի խտությունը ավելացել է Pseudomonas aeruginosa կենսաթաղանթով:Սա կարող է պայմանավորված լինել Pseudomonas aeruginosa բիոֆիլմի կողմից թթվածնի կրճատման կենսակատալիզի միջոցով:Այս դիտարկումը կարող է նաև բացատրել այս աշխատանքում MIC 2707 HDSS-ը:Աերոբիկ բիոֆիլմերը կարող են նաև նվազեցնել թթվածնի պարունակությունը դրանց տակ:Այսպիսով, մետաղի մակերեսը թթվածնով ռեպասիվացնելուց հրաժարվելը կարող է այս աշխատանքում MIC-ին նպաստող գործոն լինել:
Dickinson et al.38-ը առաջարկեց, որ քիմիական և էլեկտրաքիմիական ռեակցիաների արագությունը ուղղակիորեն կախված է նմուշի մակերեսին կցված բակտերիաների նյութափոխանակության ակտիվությունից և կոռոզիայից արտադրանքի բնույթից:Ինչպես ցույց է տրված Նկար 5-ում և Աղյուսակ 5-ում, բջիջների քանակը և բիոֆիլմի հաստությունը նվազել են 14 օր հետո:Սա ողջամտորեն կարելի է բացատրել նրանով, որ 14 օր հետո 2707 HDSS մակերեսի վրա խարսխված բջիջների մեծ մասը մահացավ 2216E միջավայրում սննդանյութերի սպառման կամ 2707 HDSS մատրիցից թունավոր մետաղական իոնների արտազատման պատճառով:Սա խմբաքանակային փորձերի սահմանափակում է:
Այս աշխատանքում Pseudomonas aeruginosa բիոֆիլմը նպաստեց 2707 HDSS-ի մակերևույթի բիոֆիլմի տակ Cr-ի և Fe-ի տեղական սպառմանը (նկ. 6):Աղյուսակ 6-ում Fe-ը և Cr-ը D նմուշում նվազել են C նմուշի համեմատ, ինչը ցույց է տալիս, որ Fe-ի և Cr-ի տարրալուծումը, որը առաջացել է P. aeruginosa բիոֆիլմի կողմից, պահպանվել է առաջին 7 օրից հետո:2216E միջավայրն օգտագործվում է ծովային միջավայրը մոդելավորելու համար:Այն պարունակում է 17700 ppm Cl-, որը համեմատելի է բնական ծովի ջրի պարունակության հետ:17700 ppm Cl-ի առկայությունը Cr-ի նվազման հիմնական պատճառն էր XPS-ով վերլուծված 7-օրյա և 14-օրյա ոչ կենսաբանական նմուշներում:Pseudomonas aeruginosa-ի փորձանմուշի համեմատությամբ, աբիոտիկ փորձանմուշում Cr-ի տարրալուծումը շատ ավելի քիչ է աբիոտիկ միջավայրում քլորի նկատմամբ 2707 HDSS-ի ուժեղ դիմադրության պատճառով:Նկ.9-ը ցույց է տալիս Cr6+-ի առկայությունը պասիվացնող ֆիլմում:Սա կարող է կապված լինել պողպատե մակերեսներից Cr-ի հեռացման հետ P. aeruginosa բիոֆիլմերով, ինչպես առաջարկել են Չենը և Քլեյթոնը39:
Բակտերիաների աճի շնորհիվ միջավայրի pH արժեքները ինկուբացիայից առաջ և հետո համապատասխանաբար եղել են 7,4 և 8,2:Այսպիսով, քիչ հավանական է, որ օրգանական թթուների կոռոզիան նպաստի այս աշխատանքին P. aeruginosa բիոֆիլմերի ներքո՝ մեծածավալ միջավայրում համեմատաբար բարձր pH-ի պատճառով:Ոչ կենսաբանական հսկողության միջավայրի pH-ն էականորեն չի փոխվել (սկզբնական 7.4-ից մինչև վերջնական 7.5) 14-օրյա փորձարկման ժամանակահատվածում:Ինկուբացիայից հետո պատվաստման միջավայրում pH-ի աճը կապված էր Pseudomonas aeruginosa-ի նյութափոխանակության ակտիվության հետ, և նույն ազդեցությունը pH-ի վրա հայտնաբերվել է թեստային շերտի բացակայության դեպքում:
Ինչպես ցույց է տրված նկ.7, Pseudomonas aeruginosa բիոֆիլմի կողմից առաջացած փոսի առավելագույն խորությունը եղել է 0,69 մկմ, ինչը զգալիորեն ավելի մեծ է, քան աբիոտիկ միջավայրում (0,02 մկմ):Սա համաձայն է վերը նշված էլեկտրաքիմիական տվյալների հետ:Նույն պայմաններում 0,69 մկմ խորությունը ավելի քան տասն անգամ փոքր է 2205 DSS40-ի համար սահմանված 9,5 մկ արժեքից:Այս տվյալները ցույց են տալիս, որ 2707 HDSS-ն ավելի լավ դիմադրություն է ցույց տալիս MIC-ներին, քան 2205 DSS-ը:Սա զարմանալի չէ, քանի որ 2707 HDSS-ն ունի Cr-ի ավելի բարձր մակարդակ, ինչը թույլ է տալիս ավելի երկար պասիվացում, ավելի դժվարացնում է Pseudomonas aeruginosa-ի ապասիվացումը և գործընթացը սկսում է առանց վնասակար երկրորդային տեղումների Pitting41:
Եզրափակելով, MIC փոսը հայտնաբերվել է 2707 HDSS մակերեսների վրա Pseudomonas aeruginosa արգանակում, մինչդեռ փոսը աննշան էր աբիոտիկ միջավայրում:Այս աշխատանքը ցույց է տալիս, որ 2707 HDSS-ն ավելի լավ դիմադրություն ունի MIC-ի նկատմամբ, քան 2205 DSS-ը, սակայն այն ամբողջովին անձեռնմխելի չէ MIC-ից Pseudomonas aeruginosa բիոֆիլմի պատճառով:Այս արդյունքները օգնում են ընտրել համապատասխան չժանգոտվող պողպատներ և ծովային միջավայրի կյանքի սպասվող տևողությունը:
2707 HDSS նմուշները տրամադրվել են Չինաստանի Շենյանգի Հյուսիսարևելյան համալսարանի (NEU) մետալուրգիայի դպրոցի կողմից:2707 HDSS-ի տարրական կազմը ներկայացված է Աղյուսակ 1-ում, որը վերլուծվել է Հյուսիսարևելյան համալսարանի Նյութերի վերլուծության և փորձարկման բաժնի կողմից:Բոլոր նմուշները մշակվել են պինդ լուծույթի համար 1180°C ջերմաստիճանում 1 ժամ:Մինչ կոռոզիայից փորձարկումը, 1 սմ2 բաց մակերեսով 2707 HDSS մետաղադրամ պողպատը փայլեցվել է մինչև 2000 գրիտ սիլիցիումի կարբիդային հղկաթուղթով, այնուհետև փայլեցվել է 0,05 մկմ Al2O3 փոշի լուծույթով:Կողքերը և հատակը պաշտպանված են իներտ ներկով։Չորացնելուց հետո նմուշները լվացվեցին ստերիլ դեիոնացված ջրով և 75% (v/v) էթանոլով 0,5 ժամ ստերիլիզացվեցին:Այնուհետև դրանք օգտագործելուց առաջ օդում չորացրել են ուլտրամանուշակագույն (ուլտրամանուշակագույն) լույսի ներքո 0,5 ժամ:
Ծովային շտամ Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 գնվել է Xiamen Marine Culture Collection-ից (MCCC), Չինաստան:Marine 2216E հեղուկ միջավայրը (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Չինաստան) օգտագործվել է Pseudomonas aeruginosa-ի մշակման համար 250 մլ կոլբայի և 500 մլ էլեկտրաքիմիական ապակե բջիջներում՝ 37°C-ում, աերոբիկ պայմաններում:Միջավայրը պարունակում է (գ/լ). , 0,008, 0,008 Na4F0H20PO.1.0 խմորիչի քաղվածք և 0.1 երկաթի ցիտրատ:Ավտոկլավ 121 °C ջերմաստիճանում 20 րոպե պատվաստումից առաջ:Նստած և պլանկտոնային բջիջները հաշվվել են լուսային մանրադիտակի տակ՝ օգտագործելով հեմոցիտոմետր 400x խոշորացումով:Planktonic P. aeruginosa բջիջների սկզբնական կոնցենտրացիան պատվաստումից անմիջապես հետո եղել է մոտավորապես 106 բջիջ/մլ:
Էլեկտրաքիմիական փորձարկումներն իրականացվել են դասական երեք էլեկտրոդից բաղկացած ապակյա խցում՝ 500 մլ միջին ծավալով:Պլատինե թիթեղը և հագեցած կալոմելի էլեկտրոդը (SCE) միացվել են ռեակտորին աղի կամրջով լցված Luggin մազանոթի միջոցով և համապատասխանաբար ծառայել որպես հաշվիչ և տեղեկատու էլեկտրոդներ:Աշխատանքային էլեկտրոդի ստեղծման համար յուրաքանչյուր նմուշի վրա կցվեց ռետինով պատված պղնձե մետաղալար և պատվեց էպոքսիդով, մի կողմից թողնելով մոտ 1 սմ2 մակերես աշխատանքային էլեկտրոդի համար:Էլեկտրաքիմիական չափումների ժամանակ նմուշները տեղադրվեցին 2216E միջավայրում և պահվեցին մշտական ինկուբացիոն ջերմաստիճանում (37°C) ջրային բաղնիքում:OCP, LPR, EIS և պոտենցիալ դինամիկ բևեռացման տվյալները չափվել են Autolab պոտենցիոստատի միջոցով (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., ԱՄՆ):LPR թեստերը գրանցվել են 0,125 մՎ s-1 սկանավորման արագությամբ -5 և 5 մՎ տիրույթում և Eocp՝ 1 Հց նմուշառման արագությամբ:EIS-ն իրականացվել է կայուն վիճակում Eocp-ում՝ օգտագործելով 5 մՎ կիրառական լարման սինուսոիդով 0,01-ից մինչև 10,000 Հց հաճախականության միջակայքում:Նախքան պոտենցիալ մաքրումը, էլեկտրոդները գտնվում էին բաց միացման ռեժիմում, մինչև հասան 42-ի կայուն ազատ կոռոզիոն ներուժը:Հետ.Յուրաքանչյուր թեստ կրկնվել է երեք անգամ Pseudomonas aeruginosa-ով և առանց դրա:
Մետաղագրական անալիզի նմուշները մեխանիկորեն հղկվել են 2000 գրիտ թաց SiC թղթով, այնուհետև փայլեցվել են 0,05 մկմ Al2O3 փոշու փոշիով օպտիկական դիտարկման համար:Մետաղագրական վերլուծությունը կատարվել է օպտիկական մանրադիտակի միջոցով:Նմուշը փորագրվել է 10 wt% կալիումի հիդրօքսիդի լուծույթով43:
Ինկուբացիայից հետո 3 անգամ լվանալ ֆոսֆատով բուֆերացված ֆիզիոլոգիական լուծույթով (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) և այնուհետև 10 ժամ ամրացնել 2,5% (v/v) գլյուտարալդեհիդով, որպեսզի բիոֆիլմը ամրացվի:Հետագա ջրազրկումը էթանոլով փուլային շարքով (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% և 100% ծավալով) օդում չորացնելուց առաջ:Ի վերջո, ոսկե թաղանթ ցրվեց նմուշի մակերեսի վրա՝ SEM44 դիտարկման համար հաղորդունակություն ապահովելու համար:SEM պատկերները կենտրոնացած են յուրաքանչյուր նմուշի մակերեսի վրա առավել հաստատված P. aeruginosa բջիջների վրա:EMF վերլուծությունը իրականացվել է քիմիական տարրերի հայտնաբերման համար:Փոսի խորությունը չափելու համար օգտագործվել է Zeiss կոնֆոկալ լազերային սկանավորման մանրադիտակ (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Գերմանիա):Կենսաթաղանթի տակ կոռոզիոն փոսերը դիտարկելու համար փորձանմուշը սկզբում մաքրվել է չինական ազգային ստանդարտի (CNS) GB/T4334.4-2000 համաձայն՝ փորձարկման նմուշի մակերեսից կոռոզիոն արտադրանքները և բիոֆիլմը հեռացնելու համար:
Ռենտգենյան ֆոտոէլեկտրոնային սպեկտրոսկոպիա (XPS, ESCALAB250 Մակերեւութային վերլուծության համակարգ, Thermo VG, ԱՄՆ) վերլուծություն՝ օգտագործելով մոնոխրոմատիկ ռենտգեն աղբյուր (Al Ka գիծ 1500 էՎ էներգիայով և 150 Վտ հզորությամբ) կապող էներգիաների լայն տիրույթում։ 0 ցածր ստանդարտ պայմաններից –1350 էՎ:Գրանցեք բարձր լուծաչափի սպեկտրներ՝ օգտագործելով 50 ԷՎ անցման էներգիա և 0,2 ԷՎ քայլի չափ:
Հեռացրեք ինկուբացված նմուշը և նրբորեն լվացեք այն PBS-ով (pH 7,4 ± 0,2) 15 s45:Նմուշի վրա բիոֆիլմի բակտերիալ կենսունակությունը դիտարկելու համար բիոֆիլմը ներկվել է LIVE/DEAD BacLight բակտերիալ կենսունակության հավաքածուի միջոցով (Invitrogen, Eugene, OR, USA):Հավաքածուն պարունակում է երկու լյումինեսցենտ ներկեր՝ SYTO-9 կանաչ լյումինեսցենտ ներկ և պրոպիդիում յոդիդ (PI) կարմիր լյումինեսցենտ ներկ:CLSM-ում լյումինեսցենտ կանաչ և կարմիր կետերը համապատասխանաբար ներկայացնում են կենդանի և մեռած բջիջները:Ներկելու համար 1 մլ խառնուրդը, որը պարունակում է 3 մկլ SYTO-9 և 3 մկլ PI լուծույթ, սենյակային ջերմաստիճանում (23°C) 20 րոպե մթության մեջ:Դրանից հետո ներկված նմուշները դիտվել են երկու ալիքի երկարությամբ (488 նմ կենդանի բջիջների համար և 559 նմ մեռած բջիջների համար) Nikon CLSM ապարատի միջոցով (C2 Plus, Nikon, Ճապոնիա):Չափել բիոֆիլմի հաստությունը 3-D սկանավորման ռեժիմում:
Ինչպես մեջբերել այս հոդվածը. Li, H. et al.Pseudomonas aeruginosa ծովային բիոֆիլմի ազդեցությունը 2707 սուպեր դուպլեքս չժանգոտվող պողպատի մանրէաբանական կոռոզիայի վրա:գիտ.Տուն 6, 20190;doi:10.1038/srep20190 (2016):
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 դուպլեքս չժանգոտվող պողպատի սթրեսային կոռոզիայից ճեղքում քլորիդային լուծույթներում թիոսուլֆատի առկայության դեպքում:կոռոզիա.գիտությունը։80, 205–212 (2014):
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS and Park, YS Լուծույթի ջերմային մշակման և ազոտի ազդեցությունը պաշտպանիչ գազում գերդուպլեքս չժանգոտվող պողպատի եռակցման կոռոզիոն դիմադրության վրա:կոռոզիա.գիտությունը։53, 1939–1947 (2011):
Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. and Lewandowski, Z. 316L չժանգոտվող պողպատում մանրէաբանական և էլեկտրաքիմիական փոսերի քիմիական համեմատական ուսումնասիրություն:կոռոզիա.գիտությունը։45, 2577–2595 (2003):
Luo H., Dong KF, Li HG և Xiao K. 2205 դուպլեքս չժանգոտվող պողպատի էլեկտրաքիմիական վարքագիծը ալկալային լուծույթներում տարբեր pH արժեքներով՝ քլորիդի առկայության դեպքում:էլեկտրաքիմիա։Ամսագիր.64, 211–220 (2012):
Հրապարակման ժամանակը՝ Հունվար-09-2023