Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi browser yang Anda gunakan memiliki dukungan terbatas untuk CSS. Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau matikan mode kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami akan menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Korosi mikroba (MIC) merupakan masalah serius di banyak industri karena dapat menyebabkan kerugian ekonomi yang besar. Baja tahan karat super dupleks 2707 (2707 HDSS) telah digunakan di lingkungan laut karena ketahanan kimianya yang sangat baik. Namun, ketahanannya terhadap MIC belum dibuktikan secara eksperimental. Dalam penelitian ini, perilaku MIC dari 2707 HDSS yang disebabkan oleh bakteri aerobik laut Pseudomonas aeruginosa diselidiki. Analisis elektrokimia menunjukkan bahwa dengan adanya biofilm Pseudomonas aeruginosa dalam media 2216E, terjadi perubahan positif dalam potensi korosi dan peningkatan kerapatan arus korosi. Analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) menunjukkan penurunan kandungan Cr pada permukaan spesimen di bawah biofilm. Analisis pencitraan lubang menunjukkan bahwa biofilm P. aeruginosa menghasilkan kedalaman lubang maksimum 0,69 μm selama 14 hari inkubasi. Meskipun ini kecil, ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC biofilm P. aeruginosa.
Baja tahan karat dupleks (DSS) digunakan secara luas dalam berbagai industri karena kombinasi ideal antara sifat mekanik yang unggul dan ketahanan terhadap korosi1,2. Akan tetapi, pengelupasan lokal masih terjadi dan memengaruhi integritas baja ini3,4. DSS tidak tahan terhadap korosi mikroba (MIC)5,6. Meskipun DSS memiliki cakupan aplikasi yang luas, masih ada lingkungan di mana ketahanan korosi DSS tidak cukup untuk penggunaan jangka panjang. Ini berarti diperlukan material yang lebih mahal dengan ketahanan korosi yang lebih tinggi. Jeon dkk7 menemukan bahwa bahkan baja tahan karat super dupleks (SDSS) memiliki beberapa keterbatasan dalam hal ketahanan terhadap korosi. Oleh karena itu, baja tahan karat super dupleks (HDSS) dengan ketahanan terhadap korosi yang lebih tinggi diperlukan dalam beberapa aplikasi. Hal ini mendorong pengembangan HDSS paduan tinggi.
Ketahanan korosi DSS bergantung pada rasio fasa alfa dan gamma dan daerah deplesi Cr, Mo, dan W 8, 9, 10 yang berdekatan dengan fasa kedua. HDSS mengandung kandungan Cr, Mo, dan N11 yang tinggi, sehingga memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dan nilai Pitting Resistance Equivalent Number (PREN) yang tinggi (45-50), ditentukan oleh wt.% Cr + 3,3 (wt.% Mo + 0,5 wt% W) + 16 wt% N12. Ketahanan korosi yang sangat baik bergantung pada komposisi seimbang yang mengandung sekitar 50% fase ferit (α) dan 50% austenit (γ), HDSS memiliki sifat mekanis yang lebih baik dan ketahanan yang lebih tinggi daripada DSS13 konvensional. Sifat korosi klorida. Ketahanan korosi yang ditingkatkan memperluas penggunaan HDSS di lingkungan klorida yang lebih korosif, seperti lingkungan laut.
MIC merupakan masalah utama dalam banyak industri seperti minyak dan gas serta utilitas air14. MIC menyumbang 20% ​​dari semua kerusakan korosi15. MIC adalah korosi bioelektrokimia yang dapat diamati di banyak lingkungan. Biofilm yang terbentuk pada permukaan logam mengubah kondisi elektrokimia, sehingga memengaruhi proses korosi. Secara luas diyakini bahwa korosi MIC disebabkan oleh biofilm. Mikroorganisme elektrogenik mengikis logam untuk mendapatkan energi yang cukup untuk bertahan hidup17. Studi MIC baru-baru ini menunjukkan bahwa EET (transfer elektron ekstraseluler) adalah faktor pembatas laju dalam MIC yang diinduksi oleh mikroorganisme elektrogenik. Zhang et al. 18 menunjukkan bahwa mediator elektron mempercepat transfer elektron antara sel Desulfovibrio sessificans dan baja tahan karat 304, yang menyebabkan serangan MIC yang lebih parah. Enning et al. 19 dan Venzlaff et al. 20 menunjukkan bahwa biofilm bakteri pereduksi sulfat korosif (SRB) dapat langsung menyerap elektron dari substrat logam, yang mengakibatkan korosi pitting yang parah.
DSS diketahui rentan terhadap MIC di lingkungan yang mengandung SRB, bakteri pereduksi zat besi (IRB), dll. 21. Bakteri ini menyebabkan pengelupasan lokal pada permukaan DSS di bawah biofilm22,23. Tidak seperti DSS, MIC HDSS24 kurang diketahui.
Pseudomonas aeruginosa merupakan bakteri berbentuk batang gram negatif yang dapat bergerak dan tersebar luas di alam25. Pseudomonas aeruginosa juga merupakan kelompok mikroba utama di lingkungan laut, yang menyebabkan MIC pada baja. Pseudomonas terlibat erat dalam proses korosi dan dikenal sebagai pelopor penjajah selama pembentukan biofilm. Mahat dkk. 28 dan Yuan dkk. 29 menunjukkan bahwa Pseudomonas aeruginosa memiliki kecenderungan untuk meningkatkan laju korosi baja ringan dan paduannya di lingkungan berair.
Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk menyelidiki sifat MIC dari 2707 HDSS yang disebabkan oleh bakteri aerobik laut Pseudomonas aeruginosa menggunakan metode elektrokimia, teknik analisis permukaan dan analisis produk korosi. Studi elektrokimia termasuk Potensi Sirkuit Terbuka (OCP), Resistansi Polarisasi Linier (LPR), Spektroskopi Impedansi Elektrokimia (EIS), dan Polarisasi Dinamis Potensial dilakukan untuk mempelajari perilaku MIC dari 2707 HDSS. Analisis spektrometer dispersif energi (EDS) dilakukan untuk menemukan unsur-unsur kimia pada permukaan yang terkorosi. Selain itu, analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) digunakan untuk menentukan stabilitas pasivasi film oksida di bawah pengaruh lingkungan laut yang mengandung Pseudomonas aeruginosa. Kedalaman lubang diukur di bawah mikroskop pemindaian laser confocal (CLSM).
Tabel 1 mencantumkan komposisi kimia dari 2707 HDSS. Tabel 2 menunjukkan bahwa 2707 HDSS memiliki sifat mekanis yang sangat baik dengan kekuatan luluh sebesar 650 MPa. Gambar 1 menunjukkan mikrostruktur optik dari 2707 HDSS yang diberi perlakuan panas larutan. Pita memanjang dari fase austenit dan ferit tanpa fase sekunder dapat dilihat dalam mikrostruktur yang mengandung sekitar 50% fase austenit dan 50% fase ferit.
Gambar 2a menunjukkan data potensial sirkuit terbuka (Eocp) versus waktu paparan untuk 2707 HDSS dalam medium abiotik 2216E dan kaldu P. aeruginosa selama 14 hari pada suhu 37 °C. Hal ini menunjukkan bahwa perubahan terbesar dan signifikan dalam Eocp terjadi dalam 24 jam pertama. Nilai Eocp dalam kedua kasus mencapai puncaknya pada -145 mV (vs. SCE) sekitar 16 jam dan kemudian turun tajam, mencapai -477 mV (vs. SCE) dan -236 mV (vs. SCE) untuk sampel abiotik dan P, masing-masing). Kupon Pseudomonas aeruginosa, masing-masing. Setelah 24 jam, nilai Eocp dari 2707 HDSS untuk P. aeruginosa relatif stabil pada -228 mV (vs. SCE), sedangkan nilai yang sesuai untuk sampel non-biologis adalah sekitar -442 mV (vs. SCE). Eocp dalam keberadaan P. aeruginosa agak rendah.
Pengujian elektrokimia 2707 spesimen HDSS dalam media abiotik dan kaldu Pseudomonas aeruginosa pada suhu 37 °C:
(a) Eocp sebagai fungsi waktu paparan, (b) kurva polarisasi pada hari ke-14, (c) Rp sebagai fungsi waktu paparan dan (d) icorr sebagai fungsi waktu paparan.
Tabel 3 mencantumkan nilai parameter korosi elektrokimia dari 2707 sampel HDSS yang terpapar media abiotik dan media yang diinokulasi Pseudomonas aeruginosa selama 14 hari. Garis singgung kurva anoda dan katoda diekstrapolasi untuk sampai pada perpotongan yang menghasilkan kerapatan arus korosi (icorr), potensial korosi (Ecorr) dan kemiringan Tafel (βα dan βc) menurut metode standar30,31.
Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2b, pergeseran ke atas kurva P. aeruginosa mengakibatkan peningkatan Ecorr dibandingkan dengan kurva abiotik. Nilai icorr, yang sebanding dengan laju korosi, meningkat menjadi 0,328 μA cm-2 dalam sampel Pseudomonas aeruginosa, empat kali lipat dari sampel non-biologis (0,087 μA cm-2).
LPR adalah metode elektrokimia nondestruktif klasik untuk analisis korosi cepat. Metode ini juga digunakan untuk mempelajari MIC32. Gambar 2c menunjukkan resistansi polarisasi (Rp) sebagai fungsi waktu paparan. Nilai Rp yang lebih tinggi berarti lebih sedikit korosi. Dalam 24 jam pertama, Rp dari 2707 HDSS mencapai nilai maksimum 1955 kΩ cm2 untuk sampel abiotik dan 1429 kΩ cm2 untuk sampel Pseudomonas aeruginosa. Gambar 2c juga menunjukkan bahwa nilai Rp menurun cepat setelah satu hari dan kemudian relatif tidak berubah selama 13 hari berikutnya. Nilai Rp sampel Pseudomonas aeruginosa sekitar 40 kΩ cm2, yang jauh lebih rendah daripada nilai 450 kΩ cm2 sampel nonbiologis.
Nilai icorr sebanding dengan laju korosi seragam. Nilainya dapat dihitung dari persamaan Stern-Geary berikut,
Mengikuti Zou et al. 33, nilai khas kemiringan Tafel B dalam penelitian ini diasumsikan sebesar 26 mV/dec. Gambar 2d menunjukkan bahwa icorr sampel non-biologis 2707 tetap relatif stabil, sedangkan sampel P. aeruginosa berfluktuasi drastis setelah 24 jam pertama. Nilai icorr sampel P. aeruginosa satu orde besaran lebih tinggi daripada kontrol non-biologis. Tren ini sesuai dengan hasil resistansi polarisasi.
EIS merupakan salah satu teknik nondestructive yang digunakan untuk mengkarakterisasi reaksi elektrokimia pada antarmuka yang terkorosi. Spektrum impedansi dan nilai kapasitansi terhitung dari spesimen yang terpapar media abiotik dan larutan Pseudomonas aeruginosa, resistansi Rb dari film pasif/biofilm yang terbentuk pada permukaan spesimen, resistansi perpindahan muatan Rct, kapasitansi lapisan ganda listrik Cdl (EDL), dan parameter Elemen Fasa Konstan (CPE) QCPE. Parameter tersebut selanjutnya dianalisis dengan cara mencocokkan data menggunakan model rangkaian ekuivalen (EEC).
Gambar 3 menunjukkan diagram Nyquist (a dan b) dan diagram Bode (a' dan b') dari 2707 sampel HDSS dalam medium abiotik dan kaldu P. aeruginosa untuk waktu inkubasi yang berbeda. Diameter cincin Nyquist menurun dengan adanya Pseudomonas aeruginosa. Diagram Bode (Gbr. 3b') menunjukkan peningkatan dalam besarnya impedansi total. Informasi tentang konstanta waktu relaksasi dapat diberikan oleh fase maksimum. Gambar 4 menunjukkan struktur fisik berbasis lapisan tunggal (a) dan lapisan ganda (b) dan EEC yang sesuai. CPE diperkenalkan ke dalam model EEC. Admitansi dan impedansinya dinyatakan sebagai berikut:
Dua model fisik dan rangkaian ekuivalen yang sesuai untuk menyesuaikan spektrum impedansi spesimen HDSS 2707:
di mana Y0 adalah besarnya CPE, j adalah bilangan imajiner atau (-1)1/2, ω adalah frekuensi sudut, dan n adalah indeks daya CPE kurang dari satu35.Kebalikan dari resistansi perpindahan muatan (yaitu 1/Rct) sesuai dengan laju korosi.Rct yang lebih kecil berarti laju korosi yang lebih cepat27.Setelah 14 hari inkubasi, Rct sampel Pseudomonas aeruginosa mencapai 32 kΩ cm2, jauh lebih kecil daripada 489 kΩ cm2 sampel non-biologis (Tabel 4).
Gambar CLSM dan gambar SEM pada Gambar 5 dengan jelas menunjukkan bahwa lapisan biofilm pada permukaan spesimen HDSS 2707 setelah 7 hari padat. Namun, setelah 14 hari, lapisan biofilm jarang dan beberapa sel mati muncul. Tabel 5 menunjukkan ketebalan biofilm pada spesimen HDSS 2707 setelah paparan P. aeruginosa selama 7 dan 14 hari. Ketebalan biofilm maksimum berubah dari 23,4 μm setelah 7 hari menjadi 18,9 μm setelah 14 hari. Ketebalan biofilm rata-rata juga mengonfirmasi tren ini. Ketebalannya menurun dari 22,2 ± 0,7 μm setelah 7 hari menjadi 17,8 ± 1,0 μm setelah 14 hari.
(a) Gambar CLSM 3-D setelah 7 hari, (b) Gambar CLSM 3-D setelah 14 hari, (c) Gambar SEM setelah 7 hari dan (d) Gambar SEM setelah 14 hari.
EDS mengungkap adanya unsur-unsur kimia dalam biofilm dan produk korosi pada sampel yang terpapar P. aeruginosa selama 14 hari. Gambar 6 menunjukkan bahwa kandungan C, N, O, dan P dalam biofilm dan produk korosi jauh lebih tinggi daripada kandungan dalam logam polos, karena unsur-unsur ini berasosiasi dengan biofilm dan metabolitnya. Mikroba hanya memerlukan sejumlah kecil kromium dan besi. Kadar Cr dan Fe yang tinggi dalam biofilm dan produk korosi pada permukaan spesimen menunjukkan bahwa matriks logam telah kehilangan unsur-unsur akibat korosi.
Setelah 14 hari, pitting dengan dan tanpa P. aeruginosa diamati pada media 2216E. Sebelum inkubasi, permukaan spesimen halus dan bebas cacat (Gbr. 7a). Setelah inkubasi dan pembuangan biofilm dan produk korosi, pit terdalam pada permukaan spesimen diperiksa di bawah CLSM, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7b dan c. Tidak ada pit yang jelas ditemukan pada permukaan sampel kontrol non-biologis (kedalaman pit maksimum 0,02 μm). Kedalaman pit maksimum yang disebabkan oleh Pseudomonas aeruginosa adalah 0,52 μm setelah 7 hari dan 0,69 μm setelah 14 hari, berdasarkan rata-rata kedalaman pit maksimum dari 3 sampel (10 nilai kedalaman pit maksimum dipilih untuk setiap sampel) masing-masing mencapai 0,42 ± 0,12 μm dan 0,52 ± 0,15 μm. (Tabel 5). Nilai kedalaman lubang ini kecil tetapi penting.
(a) Sebelum pemaparan, (b) 14 hari dalam media abiotik dan (c) 14 hari dalam kaldu Pseudomonas aeruginosa.
Gambar 8 menunjukkan spektrum XPS dari berbagai permukaan sampel, dan komposisi kimia yang dianalisis untuk setiap permukaan dirangkum dalam Tabel 6. Pada Tabel 6, persentase atom Fe dan Cr dalam keberadaan P. aeruginosa (sampel A dan B) jauh lebih rendah daripada sampel kontrol non-biologis (sampel C dan D). Untuk sampel P. aeruginosa, kurva spektrum tingkat inti Cr 2p dipasang pada empat komponen puncak dengan nilai energi pengikatan (BE) sebesar 574,4, 576,6, 578,3 dan 586,8 eV, yang dapat dikaitkan dengan Cr, Cr2O3, CrO3 dan Cr(OH)3, masing-masing (Gbr. 9a dan b). Untuk spesimen non-biologis, spektrum tingkat inti Cr 2p mengandung dua puncak utama untuk Cr (573,80 eV untuk BE) dan Cr2O3 (575,90 eV untuk BE) masing-masing pada Gambar 9c dan d. Perbedaan paling mencolok antara sampel abiotik dan P. aeruginosa adalah keberadaan Cr6+ dan fraksi relatif Cr(OH)3 yang lebih tinggi (BE sebesar 586,8 eV) di bawah biofilm.
Spektrum XPS yang luas pada permukaan spesimen HDSS 2707 dalam kedua media masing-masing adalah 7 hari dan 14 hari.
(a) 7 hari paparan P. aeruginosa, (b) 14 hari paparan P. aeruginosa, (c) 7 hari pada media abiotik dan (d) 14 hari pada media abiotik.
HDSS menunjukkan tingkat ketahanan korosi yang tinggi di sebagian besar lingkungan. Kim et al. 2 melaporkan bahwa UNS S32707 HDSS ditetapkan sebagai DSS paduan tinggi dengan PREN lebih dari 45. Nilai PREN spesimen 2707 HDSS dalam penelitian ini adalah 49. Hal ini dikarenakan kandungan kromiumnya yang tinggi serta tingkat molibdenum dan Ni yang tinggi, yang bermanfaat dalam lingkungan asam dan klorida tinggi. Selain itu, komposisi yang seimbang dan mikrostruktur yang bebas cacat bermanfaat untuk stabilitas struktural dan ketahanan terhadap korosi. Akan tetapi, meskipun ketahanan kimianya sangat baik, data eksperimen dalam penelitian ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC dari biofilm P. aeruginosa.
Hasil elektrokimia menunjukkan bahwa laju korosi 2707 HDSS dalam kaldu P. aeruginosa meningkat secara signifikan setelah 14 hari dibandingkan dengan media non-biologis. Pada Gambar 2a, penurunan Eocp diamati pada media abiotik dan kaldu P. aeruginosa selama 24 jam pertama. Setelah itu, biofilm telah selesai menutupi permukaan spesimen dan Eocp menjadi relatif stabil36. Namun, tingkat Eocp biologis jauh lebih tinggi daripada Eocp non-biologis. Ada alasan untuk percaya bahwa perbedaan ini disebabkan oleh pembentukan biofilm P. aeruginosa. Pada Gambar 2d, dengan adanya P. aeruginosa, nilai icorr 2707 HDSS mencapai 0,627 μA cm-2, yang merupakan orde besaran lebih tinggi daripada kontrol abiotik (0,063 μA cm-2), yang konsisten dengan nilai Rct yang diukur dengan EIS. Selama beberapa hari pertama, Nilai impedansi dalam kaldu P. aeruginosa meningkat karena adanya penempelan sel P. aeruginosa dan pembentukan biofilm. Namun, ketika biofilm menutupi seluruh permukaan spesimen, impedansinya menurun. Lapisan pelindung diserang terlebih dahulu karena terbentuknya biofilm dan metabolit biofilm. Oleh karena itu, ketahanan korosi menurun seiring waktu, dan penempelan P. aeruginosa menyebabkan korosi lokal. Tren dalam media abiotik berbeda. Ketahanan korosi kontrol non-biologis jauh lebih tinggi daripada nilai yang sesuai dari sampel yang terpapar kaldu P. aeruginosa. Selanjutnya, untuk sampel abiotik, nilai Rct dari 2707 HDSS mencapai 489 kΩ cm2 pada hari ke-14, yang merupakan 15 kali nilai Rct (32 kΩ cm2) dengan adanya P. aeruginosa. Oleh karena itu, 2707 HDSS memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dalam lingkungan yang steril, tetapi tidak tahan terhadap MIC serangan oleh biofilm P. aeruginosa.
Hasil ini juga dapat diamati dari kurva polarisasi pada Gambar 2b. Percabangan anodik dikaitkan dengan pembentukan biofilm Pseudomonas aeruginosa dan reaksi oksidasi logam. Pada saat yang sama reaksi katoda adalah reduksi oksigen. Kehadiran P. aeruginosa sangat meningkatkan kerapatan arus korosi, kira-kira satu orde besaran lebih tinggi daripada kontrol abiotik. Ini menunjukkan bahwa biofilm P. aeruginosa meningkatkan korosi lokal pada 2707 HDSS. Yuan et al29 menemukan bahwa kerapatan arus korosi pada paduan Cu-Ni 70/30 meningkat di bawah tantangan biofilm P. aeruginosa. Ini mungkin karena biokatalisis reduksi oksigen oleh biofilm Pseudomonas aeruginosa. Pengamatan ini juga dapat menjelaskan MIC dari 2707 HDSS dalam penelitian ini. Biofilm aerobik mungkin juga memiliki lebih sedikit oksigen di bawahnya. Oleh karena itu, kegagalan untuk me-pasivasi ulang permukaan logam dengan oksigen dapat menjadi faktor yang berkontribusi terhadap MIC dalam penelitian ini.
Dickinson dkk. 38 mengemukakan bahwa laju reaksi kimia dan elektrokimia dapat secara langsung dipengaruhi oleh aktivitas metabolisme bakteri sesil pada permukaan spesimen dan sifat produk korosi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5 dan Tabel 5, jumlah sel dan ketebalan biofilm menurun setelah 14 hari. Hal ini dapat dijelaskan secara wajar bahwa setelah 14 hari, sebagian besar sel sesil pada permukaan 2707 HDSS mati akibat penipisan nutrisi dalam media 2216E atau pelepasan ion logam beracun dari matriks 2707 HDSS. Ini merupakan keterbatasan percobaan batch.
Dalam penelitian ini, biofilm P. aeruginosa mendorong penipisan lokal Cr dan Fe di bawah biofilm pada permukaan 2707 HDSS (Gbr. 6). Pada Tabel 6, reduksi Fe dan Cr dalam sampel D dibandingkan dengan sampel C, menunjukkan bahwa Fe dan Cr terlarut yang disebabkan oleh biofilm P. aeruginosa bertahan lebih dari 7 hari pertama. Media 2216E digunakan untuk mensimulasikan lingkungan laut. Media ini mengandung 17700 ppm Cl-, yang sebanding dengan yang ditemukan di air laut alami. Kehadiran 17700 ppm Cl- adalah alasan utama reduksi Cr dalam sampel abiotik 7 dan 14 hari yang dianalisis oleh XPS. Dibandingkan dengan sampel P. aeruginosa, pelarutan Cr dalam sampel abiotik jauh lebih sedikit karena resistensi Cl- yang kuat dari 2707 HDSS di lingkungan abiotik. Gambar 9 menunjukkan keberadaan Cr6+ di film pasivasi. Ini mungkin terlibat dalam penghapusan Cr dari permukaan baja oleh biofilm P. aeruginosa, seperti yang disarankan oleh Chen dan Clayton.
Karena pertumbuhan bakteri, nilai pH media sebelum dan sesudah pembudidayaan masing-masing adalah 7,4 dan 8,2. Oleh karena itu, di bawah biofilm P. aeruginosa, korosi asam organik tidak mungkin menjadi faktor penyebab pekerjaan ini karena pH yang relatif tinggi di media massal. pH media kontrol non-biologis tidak berubah secara signifikan (dari awal 7,4 menjadi akhir 7,5) selama periode pengujian 14 hari. Peningkatan pH dalam media inokulasi setelah inkubasi disebabkan oleh aktivitas metabolisme P. aeruginosa dan ditemukan memiliki efek yang sama pada pH tanpa adanya strip uji.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7, kedalaman lubang maksimum yang disebabkan oleh biofilm P. aeruginosa adalah 0,69 μm, yang jauh lebih besar daripada media abiotik (0,02 μm). Ini konsisten dengan data elektrokimia yang dijelaskan di atas. Kedalaman lubang 0,69 μm lebih dari sepuluh kali lebih kecil daripada nilai 9,5 μm yang dilaporkan untuk 2205 DSS dalam kondisi yang sama. Data ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS menunjukkan ketahanan MIC yang lebih baik dibandingkan dengan 2205 DSS. Ini seharusnya tidak mengejutkan, karena 2707 HDSS memiliki kandungan kromium yang lebih tinggi, yang memberikan pasivasi yang lebih tahan lama, karena struktur fase seimbang tanpa endapan sekunder yang berbahaya, sehingga lebih sulit bagi P. aeruginosa untuk mengalami depasivasi dan memulai gerhana titik.
Kesimpulannya, MIC pitting ditemukan pada permukaan 2707 HDSS dalam kaldu P. aeruginosa dibandingkan dengan pitting yang dapat diabaikan dalam media abiotik. Penelitian ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS memiliki ketahanan MIC yang lebih baik daripada 2205 DSS, tetapi tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC karena biofilm P. aeruginosa. Temuan ini membantu dalam pemilihan baja tahan karat yang sesuai dan perkiraan masa pakai untuk lingkungan laut.
Kupon untuk 2707 HDSS disediakan oleh Sekolah Metalurgi Universitas Northeastern (NEU) di Shenyang, Tiongkok. Komposisi unsur 2707 HDSS ditunjukkan pada Tabel 1, yang dianalisis oleh Departemen Analisis dan Pengujian Material NEU. Semua sampel diberi perlakuan larutan pada suhu 1180 °C selama 1 jam. Sebelum pengujian korosi, 2707 HDSS berbentuk koin dengan luas permukaan terbuka atas 1 cm2 dipoles hingga grit 2000 dengan kertas silikon karbida dan dipoles lebih lanjut dengan suspensi bubuk Al2O3 0,05 μm. Sisi dan bagian bawah dilindungi oleh cat inert. Setelah kering, spesimen dibilas dengan air deionisasi steril dan disterilkan dengan etanol 75% (v/v) selama 0,5 jam. Kemudian, spesimen dikeringkan dengan udara di bawah sinar ultraviolet (UV) selama 0,5 jam sebelum digunakan.
Galur Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 dibeli dari Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), Tiongkok. Pseudomonas aeruginosa ditumbuhkan secara aerobik pada suhu 37°C dalam labu 250 ml dan sel kaca elektrokimia 500 ml menggunakan medium cair Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Tiongkok). Medium (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 ekstrak ragi dan 0,1 sitrat besi. Autoklaf pada suhu 121°C selama 20 menit sebelum inokulasi. Hitung sel sesil dan planktonik menggunakan hemocytometer di bawah mikroskop cahaya pada perbesaran 400X. Konsentrasi sel awal Pseudomonas aeruginosa planktonik segera setelah inokulasi adalah sekitar 106 sel/ml.
Uji elektrokimia dilakukan dalam sel kaca tiga elektroda klasik dengan volume medium 500 ml. Lembaran platinum dan elektroda kalomel jenuh (SCE) dihubungkan ke reaktor melalui kapiler Luggin yang diisi dengan jembatan garam, yang masing-masing berfungsi sebagai elektroda lawan dan elektroda referensi. Untuk membuat elektroda kerja, kawat tembaga berlapis karet dipasang pada setiap spesimen dan dilapisi dengan epoksi, menyisakan sekitar 1 cm2 luas permukaan satu sisi yang terbuka untuk elektroda kerja. Selama pengukuran elektrokimia, sampel ditempatkan dalam medium 2216E dan dijaga pada suhu inkubasi konstan (37 °C) dalam penangas air. Data OCP, LPR, EIS dan polarisasi dinamis potensial diukur menggunakan potensiostat Autolab (Referensi 600TM, Gamry Instruments, Inc., AS). Uji LPR direkam pada laju pemindaian 0,125 mV s-1 pada rentang -5 dan 5 mV dengan Eocp dan frekuensi pengambilan sampel 1 Hz. EIS dilakukan dengan gelombang sinus pada rentang frekuensi 0,01 hingga 10.000 Hz menggunakan tegangan terapan 5 mV pada Eocp kondisi stabil. Sebelum sapuan potensial, elektroda berada dalam mode sirkuit terbuka hingga nilai potensial korosi bebas yang stabil tercapai. Kurva polarisasi kemudian dijalankan dari -0,2 hingga 1,5 V vs. Eocp pada laju pemindaian 0,166 mV/s. Setiap pengujian diulang 3 kali dengan dan tanpa P. aeruginosa.
Spesimen untuk analisis metalografi dipoles secara mekanis dengan kertas SiC basah berpasir 2000 dan kemudian dipoles lebih lanjut dengan suspensi bubuk Al2O3 0,05 μm untuk pengamatan optik. Analisis metalografi dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik. Spesimen dietsa dengan larutan kalium hidroksida 10 wt.% 43.
Setelah inkubasi, sampel dicuci 3 kali dengan larutan fosfat-buffered saline (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) dan kemudian difiksasi dengan 2,5% (v/v) glutaraldehida selama 10 jam untuk memperbaiki biofilm. Selanjutnya didehidrasi dengan serangkaian etanol bertingkat (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% dan 100% v/v) sebelum dikeringkan dengan udara. Akhirnya, permukaan sampel disemprot dengan film emas untuk memberikan konduktivitas untuk pengamatan SEM. Gambar SEM difokuskan pada titik-titik dengan sel P. aeruginosa yang paling sessile pada permukaan setiap spesimen. Lakukan analisis EDS untuk menemukan unsur-unsur kimia. Sebuah Zeiss Confocal Laser Scanning Microscope (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Jerman) digunakan untuk mengukur kedalaman lubang. Untuk mengamati lubang korosi di bawah biofilm, benda uji pertama-tama dibersihkan menurut Standar Nasional China (CNS) GB/T4334.4-2000 untuk menghilangkan produk korosi dan biofilm pada permukaan benda uji.
Analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS, sistem analisis permukaan ESCALAB250, Thermo VG, AS) dilakukan menggunakan sumber sinar-X monokromatik (garis aluminium Kα pada energi 1500 eV dan daya 150 W) pada rentang energi ikat lebar 0 dalam kondisi standar –1350 eV. Spektrum resolusi tinggi direkam menggunakan energi lolos 50 eV dan ukuran langkah 0,2 eV.
Spesimen yang diinkubasi dikeluarkan dan dibilas perlahan dengan PBS (pH 7,4 ± 0,2) selama 15 detik45. Untuk mengamati viabilitas bakteri dari biofilm pada sampel, biofilm diwarnai menggunakan LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kit (Invitrogen, Eugene, OR, AS). Kit ini memiliki dua pewarna fluoresensi, pewarna SYTO-9 fluoresensi hijau dan pewarna propidium iodida (PI) fluoresensi merah. Di bawah CLSM, titik-titik dengan warna hijau dan merah fluoresensi masing-masing mewakili sel hidup dan mati. Untuk pewarnaan, campuran 1 ml yang mengandung 3 μl SYTO-9 dan 3 μl larutan PI diinkubasi selama 20 menit pada suhu kamar (23 oC) dalam gelap. Setelah itu, sampel yang diwarnai diamati pada dua panjang gelombang (488 nm untuk sel hidup dan 559 nm untuk sel mati) menggunakan mesin Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Jepang). Ketebalan biofilm diukur dalam mode pemindaian 3-D.
Cara mengutip artikel ini: Li, H. et al. Korosi mikroba pada baja tahan karat super dupleks 2707 oleh biofilm Pseudomonas aeruginosa laut.science.Rep. 6, 20190; doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Retak korosi tegangan baja tahan karat dupleks LDX 2101 dalam larutan klorida dengan adanya tiosulfat.coros.science.80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Efek perlakuan panas larutan dan nitrogen dalam gas pelindung terhadap ketahanan korosi pitting las baja tahan karat super dupleks.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Studi Kimia Komparatif tentang Korosi Pitting yang Disebabkan oleh Mikroba dan Elektrokimia pada Baja Tahan Karat 316L.coros.science.45, 2577–2595 (2003).
Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Perilaku elektrokimia baja tahan karat dupleks 2205 dalam larutan alkali dengan pH berbeda dengan adanya klorida. Electrochim. Journal.64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Efek biofilm laut terhadap korosi: tinjauan singkat.Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).