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 yang berkelanjutan, kami akan menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Korosi mikroba (MIC) adalah masalah serius di banyak industri karena dapat menyebabkan kerugian ekonomi yang sangat besar. 2707 baja tahan karat super dupleks (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 2707 HDSS yang disebabkan oleh bakteri aerobik laut Pseudomonas aeruginosa diselidiki. Pada biofilm inosa pada medium 2216E, terjadi perubahan potensial korosi positif dan peningkatan densitas arus korosi. Analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS) menunjukkan penurunan kandungan Cr pada permukaan spesimen di bawah biofilm. Analisis pencitraan pit menunjukkan bahwa biofilm P. aeruginosa menghasilkan kedalaman pit maksimum 0,69 μm selama 14 hari inkubasi. Meskipun kecil, ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC biofilm P. aeruginosa.
Baja tahan karat dupleks (DSS) banyak digunakan di berbagai industri karena kombinasi ideal dari sifat mekanik yang sangat baik dan ketahanan terhadap korosi1,2.Namun, pitting lokal masih terjadi dan mempengaruhi integritas baja ini3,4.DSS tidak tahan terhadap korosi mikroba (MIC)5,6.Meskipun penerapan DSS sangat 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 et al7 menemukan bahwa bahkan super dupleks baja tahan karat (SDSS) memiliki beberapa keterbatasan dalam hal ketahanan korosi. Oleh karena itu, baja tahan karat super dupleks (HDSS) dengan ketahanan korosi yang lebih tinggi diperlukan dalam beberapa aplikasi. Hal ini menyebabkan pengembangan HDSS paduan tinggi.
Ketahanan korosi DSS tergantung pada rasio fase alfa dan gamma dan daerah deplesi Cr, Mo dan W 8, 9, 10 yang berdekatan dengan fase kedua.HDSS mengandung kandungan Cr, Mo dan N11 yang tinggi, sehingga memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dan nilai yang tinggi (45-50) Pitting Resistance Equivalent Number (PREN), ditentukan oleh wt.% Cr + 3.3 (wt.% Mo + 0.5 wt% W) + 16 wt% N12. Ketahanan korosinya yang sangat baik bergantung pada komposisi seimbang yang mengandung sekitar 50% fase ferit (α) dan 50% austenit (γ), HDSS memiliki sifat mekanik 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 adalah masalah utama di banyak industri seperti utilitas minyak dan gas dan air 14.MIC menyumbang 20% ​​dari semua kerusakan korosi 15.MIC adalah korosi bioelektrokimia yang dapat diamati di banyak lingkungan.Biofilm yang terbentuk pada permukaan logam mengubah kondisi elektrokimia, sehingga memengaruhi proses korosi.Dipercaya secara luas bahwa korosi MIC disebabkan oleh biofilm. 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, menyebabkan serangan MIC yang lebih parah. Enning et al.19 dan Venzlaff et al.20 menunjukkan bahwa biofilm bakteri pereduksi sulfat korosif (SRB) dapat secara langsung menyerap elektron dari substrat logam, menghasilkan korosi pitting yang parah.
DSS diketahui rentan terhadap MIC di lingkungan yang mengandung SRB, bakteri pereduksi besi (IRB), dll. 21 .Bakteri ini menyebabkan lubang lokal pada permukaan DSS di bawah biofilm22,23. Tidak seperti DSS, MIC HDSS24 kurang dikenal.
Pseudomonas aeruginosa adalah bakteri gram negatif berbentuk batang motil yang tersebar luas di alam25. Pseudomonas aeruginosa juga merupakan kelompok mikroba utama di lingkungan laut, menyebabkan MIC menjadi baja. Pseudomonas terlibat erat dalam proses korosi dan diakui sebagai pelopor kolonisasi selama pembentukan biofilm. Mahat et al.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 pekerjaan ini adalah untuk menyelidiki sifat MIC dari 2707 HDSS yang disebabkan oleh bakteri aerobik laut Pseudomonas aeruginosa menggunakan metode elektrokimia, teknik analitik 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 dispersi energi (EDS) dilakukan dilakukan untuk menemukan 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 daftar komposisi kimia dari 2707 HDSS. Tabel 2 menunjukkan bahwa 2707 HDSS memiliki sifat mekanik yang sangat baik dengan kekuatan luluh 650 MPa. Gambar 1 menunjukkan struktur mikro optik larutan perlakuan panas 2707 HDSS. Pita memanjang fase austenit dan ferit tanpa fase sekunder dapat dilihat pada struktur mikro yang mengandung sekitar 50% fase austenit dan 50% fase ferit.
Gambar 2a menunjukkan open circuit potential (Eocp) versus data waktu paparan untuk 2707 HDSS dalam medium abiotik 2216E dan P. aeruginosa broth selama 14 hari pada suhu 37 °C. Ini menunjukkan bahwa perubahan terbesar dan signifikan pada Eocp terjadi dalam 24 jam pertama. Nilai Eocp pada kedua kasus memuncak pada -145 mV (vs. SCE) sekitar 16 jam dan kemudian turun tajam, mencapai -477 mV (vs .SCE) dan -236 mV (vs. SCE) masing-masing untuk sampel abiotik dan P ).Kupon Pseudomonas aeruginosa, masing-masing. Setelah 24 jam, nilai Eocp 2707 HDSS untuk P. aeruginosa relatif stabil pada -228 mV (vs. SCE), sedangkan nilai yang sesuai untuk sampel non-biologis sekitar -442 mV (vs. SCE). Eocp di hadapan 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 pemaparan, (b) kurva polarisasi pada hari ke 14, (c) Rp sebagai fungsi waktu pemaparan dan (d) icorr sebagai fungsi waktu pemaparan.
Tabel 3 mencantumkan nilai parameter korosi elektrokimia dari 2707 sampel HDSS yang diekspos pada media abiotik dan media yang diinokulasi Pseudomonas aeruginosa selama 14 hari. Garis singgung kurva anodik dan katodik diekstrapolasikan untuk mencapai persimpangan yang menghasilkan kerapatan arus korosi (icorr), potensi korosi (Ecorr), dan lereng Tafel (βα dan βc) menurut metode standar30,31.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2b, pergeseran kurva P. aeruginosa ke atas menghasilkan peningkatan Ecorr dibandingkan dengan kurva abiotik. Nilai icorr, yang sebanding 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 klasik non-destruktif untuk analisis korosi cepat. LPR juga digunakan untuk mempelajari MIC32. Gambar 2c menunjukkan resistansi polarisasi (Rp) sebagai fungsi waktu pemaparan. Nilai Rp yang lebih tinggi berarti lebih sedikit korosi. Dalam 24 jam pertama, Rp 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 relatif tidak berubah selama 13 hari berikutnya. Nilai Rp sampel Pseudomonas aeruginosa adalah sekitar 40 kΩ cm2, yang jauh lebih rendah dari nilai 450 kΩ cm2 sampel non-biologis.
Nilai icorr sebanding dengan laju korosi seragam. Nilainya dapat dihitung dari persamaan Stern-Geary berikut,
Mengikuti Zou et al.33, nilai khas lereng Tafel B dalam pekerjaan ini diasumsikan 26 mV/dec. Gambar 2d menunjukkan bahwa icorr dari sampel non-biologis 2707 tetap relatif stabil, sementara sampel P. aeruginosa sangat berfluktuasi setelah 24 jam pertama. Nilai icorr dari sampel P. aeruginosa adalah urutan besarnya lebih tinggi daripada kontrol non-biologis. Tren ini konsisten dengan hasil resistensi polarisasi.
EIS adalah teknik nondestruktif lain yang digunakan untuk mengkarakterisasi reaksi elektrokimia pada antarmuka yang terkorosi. Spektrum impedansi dan nilai kapasitansi yang dihitung dari spesimen yang terpapar media abiotik dan larutan Pseudomonas aeruginosa, resistansi Rb dari film pasif/biofilm yang terbentuk pada permukaan spesimen, resistansi transfer muatan Rct, Cdl electric double layer capacitance (EDL ) dan parameter QCPE Constant Phase Element (CPE). Parameter ini dianalisis lebih lanjut dengan menyesuaikan data menggunakan rangkaian ekuivalen ( EEC) model.
Gambar 3 menunjukkan plot Nyquist tipikal (a dan b) dan plot Bode (a' dan b') dari 2707 sampel HDSS dalam media abiotik dan kaldu P. aeruginosa untuk waktu inkubasi yang berbeda. Diameter cincin Nyquist menurun dengan adanya Pseudomonas aeruginosa. Plot Bode (Gbr. 3b') menunjukkan peningkatan besarnya impedansi total. Informasi tentang konstanta waktu relaksasi dapat diberikan oleh fase maksima. Gambar 4 menunjukkan struktur fisik berbasis monolayer (a) dan bilayer (b) dan EEC yang sesuai. CPE dimasukkan ke dalam model EEC. Penerimaan dan impedansinya dinyatakan sebagai berikut:
Dua model fisik dan rangkaian ekuivalen yang sesuai untuk menyesuaikan spektrum impedansi spesimen HDSS 2707:
dimana 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 tahanan 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 dari 489 kΩ cm2 sampel non-biologis (Tabel 4).
Gambar CLSM dan gambar SEM pada Gambar 5 dengan jelas menunjukkan bahwa cakupan biofilm pada permukaan spesimen HDSS 2707 setelah 7 hari padat. Namun, setelah 14 hari, cakupan biofilm jarang dan beberapa sel mati muncul. Tabel 5 menunjukkan ketebalan biofilm pada 2707 spesimen HDSS setelah paparan P. aeruginosa selama 7 dan 14 hari. Ketebalan biofilm maksimum berubah dari 23,4 μm setelah 7 hari menjadi 18 0,9 μm setelah 14 hari. Ketebalan biofilm rata-rata juga mengkonfirmasi tren ini. Ini 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 kimia dalam biofilm dan produk korosi pada sampel yang dipapar P. aeruginosa selama 14 hari. Gambar 6 menunjukkan bahwa kandungan C, N, O, dan P dalam biofilm dan produk korosi jauh lebih tinggi daripada logam polos, karena unsur-unsur ini berasosiasi dengan biofilm dan metabolitnya. Mikroba hanya membutuhkan sejumlah kecil kromium dan besi. Tingginya kadar Cr dan Fe dalam biofilm dan produk korosi pada permukaan spesimen menunjukkan bahwa matriks logam telah kehilangan unsur akibat korosi .
Setelah 14 hari, lubang dengan dan tanpa P. aeruginosa diamati pada media 2216E. Sebelum inkubasi, permukaan spesimen halus dan bebas cacat (Gbr. 7a). Setelah inkubasi dan penghilangan produk biofilm dan korosi, lubang terdalam pada permukaan spesimen diperiksa di bawah CLSM, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7b dan c. Tidak ada lubang yang jelas ditemukan pada permukaan sampel kontrol non-biologis (kedalaman lubang maksimum 0,02 μm ). Kedalaman lubang maksimum yang disebabkan oleh Pseudomonas aeruginosa adalah 0,52 μm setelah 7 hari dan 0,69 μm setelah 14 hari, berdasarkan rata-rata kedalaman lubang maksimum dari 3 sampel (10 nilai kedalaman lubang 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 paparan, (b) 14 hari dalam media 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. Pada 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 dipasang pada empat komponen puncak dengan nilai energi ikat (BE) dari 574,4, 576,6, 578,3 dan 586,8 eV, yang masing-masing dapat dikaitkan dengan Cr, Cr2O3, CrO3 dan Cr(OH)3 (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 adanya Cr6+ dan fraksi relatif Cr(OH)3 (BE dari 586,8 eV) yang lebih tinggi di bawah biofilm.
Spektra XPS luas permukaan spesimen HDSS 2707 pada 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 medium abiotik dan (d) 14 hari pada medium abiotik.
HDSS menunjukkan ketahanan korosi tingkat tinggi di sebagian besar lingkungan. Kim et al.2 melaporkan bahwa HDSS UNS S32707 didefinisikan sebagai DSS paduan tinggi dengan PREN lebih dari 45. Nilai PREN dari spesimen HDSS 2707 dalam pekerjaan ini adalah 49. Hal ini disebabkan kandungan kromiumnya yang tinggi dan tingkat molibdenum dan Ni yang tinggi, yang bermanfaat dalam lingkungan asam dan klorida tinggi. Selain itu, komposisi yang seimbang dan struktur mikro bebas cacat berguna untuk stabilitas struktural dan ketahanan korosi. data 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 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 non-biologis. Eocp.Ada alasan untuk percaya bahwa perbedaan ini disebabkan oleh pembentukan biofilm P. aeruginosa. Pada Gambar 2d, dengan adanya P. aeruginosa, nilai icorr dari 2707 HDSS mencapai 0,627 μA cm-2, yang merupakan urutan besarnya 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 perlekatan sel P. aeruginosa dan pembentukan biofilm. Namun, ketika biofilm benar-benar menutupi permukaan spesimen, impedansinya menurun. Lapisan pelindung diserang terlebih dahulu karena pembentukan biofilm dan metabolit biofilm. Oleh karena itu, ketahanan korosi menurun dari waktu ke waktu, dan penempelan P. aeruginosa menyebabkan korosi lokal. Kecenderungan pada 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 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 di lingkungan yang steril, tetapi tidak tahan terhadap serangan MIC oleh biofilm P. aeruginosa s.
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 katodik adalah reduksi oksigen. Kehadiran P. aeruginosa sangat meningkatkan kerapatan arus korosi, kira-kira urutan besarnya lebih tinggi dari kontrol abiotik. Hal ini menunjukkan bahwa biofilm P. aeruginosa meningkatkan korosi lokal HDSS 2707. Yuan et al29 menemukan bahwa kerapatan arus korosi paduan 70/30 Cu-Ni 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 dari 2707 HDSS dalam karya ini. Biofilm aerobik mungkin juga memiliki lebih sedikit oksigen di bawahnya. Oleh karena itu, kegagalan untuk mempasifkan kembali permukaan logam dengan oksigen dapat menjadi faktor yang berkontribusi terhadap MIC dalam karya ini.
Dickinson dkk.38 mengemukakan bahwa laju reaksi kimia dan elektrokimia dapat secara langsung dipengaruhi oleh aktivitas metabolisme bakteri sessile 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 sessile pada permukaan 2707 HDSS mati karena penipisan nutrisi dalam media 2216E atau pelepasan ion logam beracun dari matriks HDSS 2707. Ini adalah batasan eksperimen batch.
Dalam karya ini, biofilm P. aeruginosa mempromosikan penipisan lokal Cr dan Fe di bawah biofilm pada permukaan HDSS 2707 (Gbr. 6). Pada Tabel 6, pengurangan Fe dan Cr dalam sampel D dibandingkan dengan sampel C, menunjukkan bahwa Fe dan Cr terlarut disebabkan oleh biofilm P. aeruginosa yang bertahan lebih dari 7 hari pertama. Media 2216E digunakan untuk mensimulasikan lingkungan laut. Ini mengandung 17700 ppm Cl-, yang sebanding dengan yang ditemukan dalam air laut alami. Kehadiran 17700 ppm Cl- adalah alasan utama pengurangan Cr dalam sampel abiotik 7 dan 14 hari yang dianalisis dengan XPS. Dibandingkan dengan sampel P. aeruginosa, pembubaran Cr dalam sampel abiotik jauh lebih sedikit karena resistensi Cl− yang kuat dari 2707 HDSS di lingkungan abiotik. Gambar 9 menunjukkan adanya Cr6+ dalam film pasivasi. terlibat dalam penghilangan Cr dari permukaan baja oleh biofilm P. aeruginosa, seperti yang disarankan oleh Chen dan Clayton.
Karena pertumbuhan bakteri, nilai pH media sebelum dan sesudah penanaman 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 dalam media curah. pH media kontrol non-biologis tidak berubah secara signifikan (dari awal 7,4 menjadi 7,5 akhir) selama periode pengujian 14 hari. Peningkatan pH dalam media inokulasi setelah inkubasi disebabkan aktivitas metabolisme P. aeruginosa dan ditemukan memiliki efek yang sama pada pH tanpa adanya strip tes.
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). Hal ini konsisten dengan data elektrokimia yang dijelaskan di atas. Kedalaman lubang 0,69 μm lebih dari sepuluh kali lebih kecil dari nilai 9,5 μm yang dilaporkan untuk DSS 2205 dalam kondisi yang sama. Data ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS menunjukkan ketahanan MIC yang lebih baik dibandingkan dengan 2205 DSS. Hal ini tidak mengherankan, 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, mempersulit P. aeruginosa untuk depassivate dan titik awal gerhana.
Sebagai kesimpulan, pitting MIC ditemukan pada permukaan 2707 HDSS dalam kaldu P. aeruginosa dibandingkan dengan pitting yang dapat diabaikan dalam media abiotik. Pekerjaan 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 School of Metallurgy of Northeastern University (NEU) di Shenyang, Cina. Komposisi unsur 2707 HDSS ditunjukkan pada Tabel 1, yang dianalisis oleh Departemen Analisis dan Pengujian Bahan NEU. Semua sampel diperlakukan dengan larutan pada suhu 1180 °C selama 1 jam. Sebelum pengujian korosi, 2707 HDSS berbentuk koin dengan luas permukaan terbuka atas 1 cm2 dipoles hingga 2000 grit dengan kertas silikon karbida dan selanjutnya dipoles dengan suspensi bubuk Al2O3 0,05 μm. Bagian samping dan bawah dilindungi oleh cat lembam. Setelah kering, spesimen dibilas dengan air deionisasi steril dan disterilkan dengan etanol 75% (v/v) selama 0,5 jam. Mereka kemudian dikeringkan dengan udara di bawah sinar ultraviolet (UV) selama 0,5 jam sebelum digunakan.
Strain Pseudomonas aeruginosa MCCC 1A00099 laut 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). Sedang (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 NaH2PO 4 , 5,0 pepton, 1,0 ekstrak ragi dan 0,1 besi sitrat. Autoklaf pada suhu 121°C selama 20 menit sebelum inokulasi. Hitung sel sessile 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.
Uji 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 pembanding dan referensi. Media 216E dan dipertahankan pada suhu inkubasi konstan (37 °C) dalam penangas air. OCP, LPR, EIS, dan data polarisasi dinamis potensial diukur menggunakan potensiostat Autolab (Referensi 600TM, Gamry Instruments, Inc., USA). Tes LPR direkam pada kecepatan pemindaian 0,125 mV s-1 pada kisaran -5 dan 5 mV dengan Eocp dan frekuensi pengambilan sampel 1 Hz.EIS dilakukan dengan sinus gelombang dalam rentang frekuensi 0,01 hingga 10.000 Hz menggunakan voltase terapan 5 mV pada keadaan tunak Eocp. 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 kecepatan pemindaian 0,166 mV/dtk. Setiap pengujian diulang 3 kali dengan dan tanpa P. aeruginosa.
Spesimen untuk analisis metalografi dipoles secara mekanis dengan kertas SiC basah 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% berat 43.
Setelah inkubasi, sampel dicuci 3 kali dengan larutan phosphate-buffered saline (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) dan kemudian difiksasi dengan 2,5% (v/v) glutaraldehid selama 10 jam untuk memperbaiki biofilm. Kemudian didehidrasi dengan etanol bertingkat (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% dan 100% v/v) sebelum udara pengeringan.Akhirnya, permukaan sampel disemprot dengan film emas untuk memberikan konduktivitas untuk pengamatan SEM.Gambar SEM difokuskan pada titik-titik dengan sel P. aeruginosa paling sessile pada permukaan setiap spesimen.Lakukan analisis EDS untuk menemukan unsur kimia.A 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 kali dibersihkan menurut Standar Nasional China (CNS) GB/T4334.4-2000 untuk menghilangkan produk korosi dan biofilm pada permukaan benda uji.
Spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS, sistem analisis permukaan ESCALAB250, Thermo VG, USA) analisis 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. Spektra resolusi tinggi direkam menggunakan energi lintasan 50 eV dan ukuran langkah 0,2 eV.
Spesimen yang diinkubasi dikeluarkan dan dibilas secara lembut dengan PBS (pH 7,4 ± 0,2) selama 15 detik. ts dengan neon hijau dan merah 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 3-D mode pemindaian.
Cara mengutip artikel ini: Li, H. et al. Korosi mikroba dari baja tahan karat super dupleks 2707 oleh Pseudomonas aeruginosa laut biofilm.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 thiosulfate.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 dari baja tahan karat super duplex welds.coros.science.53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Sebuah Studi Kimia Komparatif tentang Mikroba dan Korosi Lubang yang Diinduksi Secara Elektrokimia dalam Stainless Steel 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 Pengaruh biofilm laut terhadap korosi: review singkat.Electrochim.Journal.54, 2-7 (2008).