Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi peramban yang Anda gunakan memiliki dukungan terbatas untuk CSS. Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan peramban 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 studi ini, perilaku MIC dari 2707 HDSS yang disebabkan oleh bakteri aerob laut Pseudomonas aeruginosa diselidiki. Analisis elektrokimia menunjukkan bahwa dengan adanya biofilm Pseudomonas aeruginosa dalam medium 2216E, terjadi perubahan positif pada potensial 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 korosi menunjukkan bahwa biofilm P. aeruginosa menghasilkan kedalaman lubang maksimum 0,69 μm selama 14 hari inkubasi. Meskipun kecil, ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS tidak sepenuhnya tahan terhadap korosi. kebal terhadap MIC biofilm P. aeruginosa.
Baja tahan karat dupleks (DSS) banyak digunakan di berbagai industri karena kombinasi ideal antara sifat mekanik yang sangat baik dan ketahanan korosi1,2.Namun, pitting lokal masih terjadi dan memengaruhi integritas baja ini3,4.DSS tidak tahan terhadap korosi mikroba (MIC)5,6.Meskipun DSS memiliki berbagai aplikasi, masih ada lingkungan di mana ketahanan korosi DSS tidak cukup untuk penggunaan jangka panjang.Hal ini berarti dibutuhkan material yang lebih mahal dengan ketahanan korosi yang lebih tinggi.Jeon et al7 menemukan bahwa bahkan baja tahan karat super dupleks (SDSS) memiliki beberapa keterbatasan dalam hal ketahanan korosi.Oleh karena itu, baja tahan karat super dupleks (HDSS) dengan ketahanan korosi yang lebih tinggi dibutuhkan dalam beberapa aplikasi.Hal ini menyebabkan pengembangan HDSS paduan tinggi.
Ketahanan korosi DSS bergantung pada rasio fase alfa dan gamma serta daerah yang kekurangan Cr, Mo, dan W 8, 9, 10 yang berdekatan dengan fase kedua. HDSS mengandung kadar Cr, Mo, dan N11 yang tinggi, sehingga memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dan nilai tinggi (45-50) Pitting Resistance Equivalent Number (PREN), yang ditentukan oleh wt.% Cr + 3,3 (wt.% Mo + 0,5 wt% W) + 16 wt% N12. Ketahanan korosi yang sangat baik ini bergantung pada komposisi seimbang yang mengandung sekitar 50% fase ferit (α) dan 50% fase austenit (γ), HDSS memiliki sifat mekanik yang lebih baik dan ketahanan yang lebih tinggi daripada DSS konvensional13. Sifat korosi klorida. Peningkatan ketahanan korosi memperluas penggunaan HDSS di lingkungan klorida yang lebih korosif, seperti lingkungan laut.
MIC merupakan masalah besar di 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 mengkorosi logam untuk mendapatkan energi yang dibutuhkan untuk bertahan hidup17. Studi MIC terbaru menunjukkan bahwa EET (transfer elektron ekstraseluler) adalah faktor pembatas laju dalam MIC yang diinduksi oleh mikroorganisme elektrogenik. Zhang dkk. 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 dkk. 19 dan Venzlaff dkk. 20 menunjukkan bahwa biofilm bakteri pereduksi sulfat (SRB) korosif 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 besi (IRB), dll. 21 Bakteri ini menyebabkan pitting lokal pada permukaan DSS di bawah biofilm22,23. Tidak seperti DSS, MIC HDSS24 kurang diketahui.
Pseudomonas aeruginosa adalah bakteri gram-negatif motil berbentuk batang yang 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 kolonisator perintis selama pembentukan biofilm. Mahat dkk. 28 dan Yuan dkk. 29 menunjukkan bahwa Pseudomonas aeruginosa memiliki kecenderungan untuk meningkatkan laju korosi baja lunak dan paduan di lingkungan berair.
Tujuan utama penelitian ini adalah untuk menyelidiki sifat MIC (Microbially Induced Corrosion) dari baja tahan karat HDSS 2707 yang disebabkan oleh bakteri aerob laut Pseudomonas aeruginosa menggunakan metode elektrokimia, teknik analisis permukaan, dan analisis produk korosi. Studi elektrokimia termasuk Potensial Sirkuit Terbuka (OCP), Resistansi Polarisasi Linier (LPR), Spektroskopi Impedansi Elektrokimia (EIS), dan Polarisasi Dinamis Potensial dilakukan untuk mempelajari perilaku MIC dari baja tahan karat HDSS 2707. Analisis spektrometer dispersi 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 lapisan oksida di bawah pengaruh lingkungan laut yang mengandung Pseudomonas aeruginosa. Kedalaman lubang korosi diukur menggunakan mikroskop pemindaian laser konfokal (CLSM).
Tabel 1 mencantumkan komposisi kimia dari 2707 HDSS. Tabel 2 menunjukkan bahwa 2707 HDSS memiliki sifat mekanik 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) terhadap waktu paparan untuk 2707 HDSS dalam medium abiotik 2216E dan kaldu P. aeruginosa selama 14 hari pada suhu 37 °C. Gambar tersebut menunjukkan bahwa perubahan terbesar dan signifikan pada 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. aeruginosa, masing-masing. Masing-masing kupon Pseudomonas aeruginosa. 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 dengan adanya P. aeruginosa agak rendah.
Pengujian elektrokimia terhadap 2707 spesimen HDSS dalam medium 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 medium abiotik dan medium yang diinokulasi dengan Pseudomonas aeruginosa selama 14 hari. Garis singgung kurva anodik dan katodik diekstrapolasi untuk mendapatkan titik potong yang menghasilkan kerapatan arus korosi (icorr), potensial korosi (Ecorr) dan kemiringan Tafel (βα dan βc) menurut metode standar30,31.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2b, pergeseran ke atas kurva P. aeruginosa menghasilkan peningkatan Ecorr dibandingkan dengan kurva abiotik. Nilai icorr, yang berbanding lurus dengan laju korosi, meningkat menjadi 0,328 μA cm-2 pada sampel Pseudomonas aeruginosa, empat kali lipat dari sampel non-biologis (0,087 μA cm-2).
LPR adalah metode elektrokimia non-destruktif 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 korosi yang lebih sedikit. 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 dengan cepat setelah satu hari dan kemudian tetap relatif tidak berubah selama 13 hari berikutnya. Nilai Rp dari sampel Pseudomonas aeruginosa sekitar 40 kΩ cm2, yang jauh lebih rendah daripada nilai 450 kΩ cm2 dari sampel non-biologis.
Nilai icorr berbanding lurus dengan laju korosi seragam. Nilainya dapat dihitung dari persamaan Stern-Geary berikut,
Mengikuti Zou dkk. 33, nilai tipikal kemiringan Tafel B dalam penelitian ini diasumsikan sebesar 26 mV/dek. Gambar 2d menunjukkan bahwa icorr sampel non-biologis 2707 tetap relatif stabil, sedangkan sampel P. aeruginosa berfluktuasi sangat besar setelah 24 jam pertama. Nilai icorr sampel P. aeruginosa satu tingkat lebih tinggi daripada kontrol non-biologis. Tren ini konsisten dengan hasil resistansi polarisasi.
EIS adalah teknik non-destruktif lain 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, Rb resistansi lapisan pasif/biofilm yang terbentuk pada permukaan spesimen, Rct resistansi transfer muatan, Cdl kapasitansi lapisan ganda listrik (EDL) dan QCPE parameter Elemen Fase Konstan (CPE). Parameter-parameter ini selanjutnya dianalisis dengan mencocokkan data menggunakan model rangkaian ekivalen (EEC).
Gambar 3 menunjukkan plot Nyquist (a dan b) dan plot Bode (a' dan b') tipikal dari 2707 sampel HDSS dalam medium abiotik dan kaldu P. aeruginosa untuk waktu inkubasi yang berbeda. Diameter cincin Nyquist menurun dengan adanya Pseudomonas aeruginosa. Plot Bode (Gambar 3b') menunjukkan peningkatan besarnya impedansi total. Informasi tentang konstanta waktu relaksasi dapat diberikan oleh maksimum fase. Gambar 4 menunjukkan struktur fisik berbasis monolayer (a) dan bilayer (b) dan EEC yang sesuai. CPE dimasukkan ke dalam model EEC. Admitansi dan impedansinya dinyatakan sebagai berikut:
Dua model fisik dan rangkaian ekivalen yang sesuai untuk menyesuaikan spektrum impedansi spesimen 2707 HDSS:
di mana Y0 adalah besaran 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 transfer 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 2707 HDSS setelah 7 hari sangat padat. Namun, setelah 14 hari, lapisan biofilm menipis dan beberapa sel mati muncul. Tabel 5 menunjukkan ketebalan biofilm pada spesimen 2707 HDSS setelah terpapar 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 mengkonfirmasi tren ini. Ketebalan biofilm rata-rata 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 mengungkapkan 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 pada logam murni, karena unsur-unsur ini terkait dengan biofilm dan metabolitnya. Mikroba hanya membutuhkan sejumlah kecil kromium dan besi. Tingkat 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 medium 2216E. Sebelum inkubasi, permukaan spesimen halus dan bebas cacat (Gambar 7a). Setelah inkubasi dan penghilangan biofilm dan produk korosi, pitting terdalam pada permukaan spesimen diperiksa di bawah CLSM, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7b dan c. Tidak ditemukan pitting yang jelas pada permukaan sampel kontrol non-biologis (kedalaman pitting maksimum 0,02 μm). Kedalaman pitting maksimum yang disebabkan oleh Pseudomonas aeruginosa adalah 0,52 μm setelah 7 hari dan 0,69 μm setelah 14 hari, berdasarkan rata-rata kedalaman pitting maksimum dari 3 sampel (10 nilai kedalaman pitting maksimum dipilih untuk setiap sampel) mencapai 0,42 ± 0,12 μm dan 0,52 ± 0,15 μm, masing-masing (Tabel). 5). Nilai kedalaman lubang ini kecil namun penting.
(a) Sebelum paparan, (b) 14 hari dalam medium abiotik dan (c) 14 hari dalam kaldu Pseudomonas aeruginosa.
Gambar 8 menunjukkan spektrum XPS dari permukaan sampel yang berbeda, dan komposisi kimia yang dianalisis untuk setiap permukaan dirangkum dalam Tabel 6. Dalam Tabel 6, persentase atom Fe dan Cr dengan adanya P. aeruginosa (sampel A dan B) jauh lebih rendah daripada sampel kontrol non-biologis (sampel C dan D). Untuk sampel P. aeruginosa, kurva spektral tingkat inti Cr 2p difitting ke empat komponen puncak dengan nilai energi ikat (BE) 574,4, 576,6, 578,3 dan 586,8 eV, yang masing-masing dapat dikaitkan dengan Cr, Cr2O3, CrO3 dan Cr(OH)3 (Gambar 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) pada Gambar 9c dan d, masing-masing. Perbedaan yang paling mencolok antara sampel abiotik dan P. aeruginosa adalah adanya Cr6+ dan fraksi relatif Cr(OH)3 yang lebih tinggi (BE sebesar 586,8 eV) di bawah biofilm.
Spektrum XPS yang luas dari permukaan spesimen 2707 HDSS dalam dua media masing-masing adalah 7 hari dan 14 hari.
(a) Paparan terhadap P. aeruginosa selama 7 hari, (b) Paparan terhadap P. aeruginosa selama 14 hari, (c) Paparan dalam medium abiotik selama 7 hari, dan (d) Paparan dalam medium abiotik selama 14 hari.
HDSS menunjukkan tingkat ketahanan korosi yang tinggi di sebagian besar lingkungan. Kim dkk. 2 melaporkan bahwa UNS S32707 HDSS didefinisikan sebagai DSS paduan tinggi dengan PREN lebih dari 45. Nilai PREN spesimen 2707 HDSS dalam penelitian ini adalah 49. Hal ini disebabkan oleh kandungan kromium yang tinggi dan kadar molibdenum dan Ni yang tinggi, yang bermanfaat dalam lingkungan asam dan klorida tinggi. Selain itu, komposisi yang seimbang dan mikrostruktur bebas cacat bermanfaat untuk stabilitas struktural dan ketahanan korosi. Namun, meskipun memiliki ketahanan kimia yang sangat baik, data eksperimental dalam penelitian ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC 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 baik pada media abiotik maupun 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 satu tingkat 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, impedansi meningkat karena pelekatan sel P. aeruginosa dan pembentukan biofilm. Namun, ketika biofilm sepenuhnya menutupi permukaan spesimen, impedansi menurun. Lapisan pelindung diserang terlebih dahulu karena pembentukan biofilm dan metabolit biofilm. Oleh karena itu, ketahanan korosi menurun seiring waktu, dan pelekatan 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 15 kali lipat nilai Rct (32 kΩ cm2) dengan adanya P. aeruginosa. Oleh karena itu, 2707 HDSS memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dalam lingkungan steril, tetapi tidak tahan terhadap serangan MIC oleh P. aeruginosa. biofilm aeruginosa.
Hasil ini juga dapat diamati dari kurva polarisasi pada Gambar 2b. Percabangan anodik disebabkan oleh pembentukan biofilm Pseudomonas aeruginosa dan reaksi oksidasi logam. Pada saat yang sama, reaksi katodik adalah reduksi oksigen. Kehadiran P. aeruginosa sangat meningkatkan kerapatan arus korosi, kira-kira satu orde besarnya lebih tinggi daripada kontrol abiotik. Ini menunjukkan bahwa biofilm P. aeruginosa meningkatkan korosi lokal pada 2707 HDSS. Yuan dkk.29 menemukan bahwa kerapatan arus korosi paduan Cu-Ni 70/30 meningkat di bawah tantangan biofilm P. aeruginosa. Hal ini mungkin disebabkan oleh biokatalisis reduksi oksigen oleh biofilm Pseudomonas aeruginosa. Pengamatan ini juga dapat menjelaskan MIC 2707 HDSS dalam penelitian ini. Biofilm aerobik mungkin juga memiliki lebih sedikit oksigen di bawahnya. Oleh karena itu, kegagalan untuk repassivasi permukaan logam oleh oksigen mungkin merupakan faktor penyebab MIC dalam penelitian ini.
Dickinson dkk. 38 menyarankan bahwa laju reaksi kimia dan elektrokimia dapat dipengaruhi secara langsung oleh aktivitas metabolisme bakteri sesil pada permukaan spesimen dan sifat produk korosi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5 dan Tabel 5, baik jumlah sel maupun 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 karena kekurangan nutrisi dalam medium 2216E atau pelepasan ion logam beracun dari matriks 2707 HDSS. Ini adalah keterbatasan eksperimen batch.
Dalam penelitian ini, biofilm P. aeruginosa mendorong penipisan lokal Cr dan Fe di bawah biofilm pada permukaan 2707 HDSS (Gambar 6). Pada Tabel 6, pengurangan Fe dan Cr pada sampel D dibandingkan dengan sampel C, menunjukkan bahwa Fe dan Cr terlarut yang disebabkan oleh biofilm P. aeruginosa bertahan lebih dari 7 hari pertama. Medium 2216E digunakan untuk mensimulasikan lingkungan laut. Medium ini mengandung 17700 ppm Cl-, yang sebanding dengan yang ditemukan di air laut alami. Kehadiran 17700 ppm Cl- merupakan alasan utama pengurangan Cr pada sampel abiotik 7 dan 14 hari yang dianalisis dengan XPS. Dibandingkan dengan sampel P. aeruginosa, pelarutan Cr pada sampel abiotik jauh lebih sedikit karena resistensi Cl− yang kuat dari 2707 HDSS di lingkungan abiotik. Gambar 9 menunjukkan keberadaan Cr6+ dalam pasivasi. Film ini mungkin berperan dalam penghilangan Cr dari permukaan baja oleh biofilm P. aeruginosa, seperti yang dikemukakan oleh Chen dan Clayton.
Karena pertumbuhan bakteri, nilai pH media sebelum dan sesudah kultivasi masing-masing adalah 7,4 dan 8,2. Oleh karena itu, di bawah biofilm P. aeruginosa, korosi asam organik kemungkinan bukan merupakan faktor penyebab dalam penelitian ini karena pH yang relatif tinggi pada media utama. pH media kontrol non-biologis tidak berubah secara signifikan (dari 7,4 awal menjadi 7,5 akhir) selama periode pengujian 14 hari. Peningkatan pH pada 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 medium abiotik (0,02 μm). Hal 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. Hal ini seharusnya tidak mengejutkan, karena 2707 HDSS memiliki kandungan kromium yang lebih tinggi, memberikan pasivasi yang lebih tahan lama, karena struktur fase yang seimbang tanpa endapan sekunder yang berbahaya, sehingga lebih sulit bagi P. aeruginosa untuk melakukan depasivasi dan memulai pembentukan titik awal.
Kesimpulannya, korosi pitting MIC ditemukan pada permukaan 2707 HDSS dalam kaldu P. aeruginosa dibandingkan dengan korosi 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.
Sampel baja tahan karat HDSS 2707 disediakan oleh Sekolah Metalurgi Universitas Northeastern (NEU) di Shenyang, Cina. Komposisi unsur baja tahan karat HDSS 2707 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, baja tahan karat HDSS 2707 berbentuk koin dengan luas permukaan atas yang terpapar sebesar 1 cm2 dipoles hingga kekasaran 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 pengeringan, spesimen dibilas dengan air deionisasi steril dan disterilkan dengan etanol 75% (v/v) selama 0,5 jam. Kemudian dikeringkan di udara di bawah sinar ultraviolet (UV) selama 0,5 jam sebelum digunakan.
Strain Marine Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 dibeli dari Xiamen Marine Culture Collection Center (MCCC), China. Pseudomonas aeruginosa ditumbuhkan secara aerobik pada suhu 37°C dalam labu 250 ml dan sel kaca elektrokimia 500 ml menggunakan media cair Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, China). Komposisi media (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 NH3, 0,016 NH3, 0,016 NaH2PO4, 5,0 pepton, 1,0 ekstrak ragi dan 0,1 ferri sitrat. Autoklaf pada 121°C selama 20 menit sebelum inokulasi. Hitung sel sesil dan planktonik menggunakan hemositometer di bawah mikroskop cahaya dengan perbesaran 400X. Konsentrasi sel awal Pseudomonas aeruginosa planktonik segera setelah inokulasi adalah sekitar 106 sel/ml.
Pengujian elektrokimia dilakukan dalam sel kaca tiga elektroda klasik dengan volume sedang 500 ml. Lembaran platina dan elektroda kalomel jenuh (SCE) dihubungkan ke reaktor melalui kapiler Luggin yang diisi dengan jembatan garam, masing-masing berfungsi sebagai elektroda lawan dan elektroda referensi. Untuk membuat elektroda kerja, kawat tembaga berlapis karet dipasang pada setiap spesimen dan ditutupi dengan epoksi, menyisakan sekitar 1 cm2 area permukaan satu sisi yang terbuka untuk elektroda kerja. Selama pengukuran elektrokimia, sampel ditempatkan dalam medium 2216E dan dipertahankan pada suhu inkubasi konstan (37 °C) dalam penangas air. Data OCP, LPR, EIS, dan polarisasi dinamis potensial diukur menggunakan potensiostat Autolab (Reference 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). Pengujian 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 dalam rentang frekuensi 0,01 hingga 10.000 Hz menggunakan tegangan terapan 5 mV pada Eocp keadaan tunak. Sebelum penyapuan potensial, elektroda berada dalam mode rangkaian 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 berukuran 2000 grit dan kemudian dipoles lebih lanjut dengan suspensi bubuk Al2O3 0,05 μm untuk pengamatan optik. Analisis metalografi dilakukan menggunakan mikroskop optik. Spesimen dietsa dengan larutan kalium hidroksida 10 wt.% 43.
Setelah inkubasi, sampel dicuci 3 kali dengan larutan saline buffer fosfat (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) dan kemudian difiksasi dengan glutaraldehida 2,5% (v/v) selama 10 jam untuk memfiksasi biofilm. Selanjutnya, sampel didehidrasi dengan serangkaian etanol bertingkat (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% dan 100% v/v) sebelum dikeringkan dengan udara. Terakhir, permukaan sampel dilapisi dengan lapisan emas untuk memberikan konduktivitas untuk pengamatan SEM. Gambar SEM difokuskan pada titik-titik dengan sel P. aeruginosa sesil terbanyak di permukaan setiap spesimen. Analisis EDS dilakukan untuk menemukan unsur kimia. Mikroskop Pemindaian Laser Konfokal Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Jerman) digunakan untuk mengukur kedalaman lubang korosi. Untuk mengamati lubang korosi di bawah biofilm, pengujian dilakukan. Sampel uji pertama-tama dibersihkan sesuai dengan Standar Nasional Tiongkok (CNS) GB/T4334.4-2000 untuk menghilangkan produk korosi dan biofilm pada permukaan sampel uji.
Analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS, sistem analisis permukaan ESCALAB250, Thermo VG, AS) dilakukan menggunakan sumber sinar-X monokromatik (garis Kα aluminium pada energi 1500 eV dan daya 150 W) pada rentang energi ikat yang luas 0–1350 eV dalam kondisi standar. Spektrum resolusi tinggi direkam menggunakan energi lintasan 50 eV dan ukuran langkah 0,2 eV.
Spesimen yang telah diinkubasi dikeluarkan dan dibilas perlahan dengan PBS (pH 7,4 ± 0,2) selama 15 detik. Untuk mengamati viabilitas bakteri biofilm pada sampel, biofilm diwarnai menggunakan Kit Viabilitas Bakteri LIVE/DEAD BacLight (Invitrogen, Eugene, OR, USA). Kit ini memiliki dua pewarna fluoresen, pewarna fluoresen hijau SYTO-9 dan pewarna fluoresen merah propidium iodida (PI). Di bawah CLSM, titik-titik dengan fluoresensi hijau dan merah masing-masing mewakili sel hidup dan sel mati. Untuk pewarnaan, campuran 1 ml yang mengandung 3 μl larutan SYTO-9 dan 3 μl larutan PI diinkubasi selama 20 menit pada suhu kamar (23 °C) dalam gelap. Setelah itu, sampel yang telah 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. dkk. 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. Keretakan korosi tegangan pada 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 Pengaruh perlakuan panas larutan dan nitrogen dalam gas pelindung terhadap ketahanan korosi pitting pada lasan baja tahan karat super dupleks.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Studi Kimia Komparatif Korosi Lubang yang Diinduksi 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. Jurnal Elektrokimia. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Pengaruh biofilm laut terhadap korosi: tinjauan singkat. Jurnal Elektrochim. 54, 2-7 (2008).