Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Versi browser yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas. Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau nonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan dukungan yang 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) digunakan di lingkungan laut karena ketahanan kimianya yang sangat baik. Namun, ketahanannya terhadap MIC belum dibuktikan secara eksperimental. Studi ini meneliti perilaku MIC 2707 HDSS yang disebabkan oleh bakteri aerobik laut Pseudomonas aeruginosa. 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 sampel di bawah biofilm. Analisis visual lubang menunjukkan bahwa biofilm P. aeruginosa menghasilkan kedalaman lubang maksimum 0,69 µm selama 14 hari inkubasi. Walaupun kecil, hal ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC biofilm P. aeruginosa.
Baja tahan karat dupleks (DSS) digunakan secara luas di berbagai industri karena kombinasi sempurna 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 macam aplikasi, masih ada lingkungan di mana ketahanan korosi DSS tidak cukup untuk penggunaan jangka panjang. Ini berarti bahwa bahan yang lebih mahal dengan ketahanan korosi yang lebih tinggi diperlukan. Jeon et al7 menemukan bahwa bahkan baja tahan karat super dupleks (SDSS) memiliki beberapa keterbatasan dalam hal ketahanan korosi. Oleh karena itu, dalam beberapa kasus, baja tahan karat super dupleks (HDSS) dengan ketahanan korosi yang lebih tinggi diperlukan. Hal ini menyebabkan pengembangan HDSS paduan tinggi.
Ketahanan korosi DSS bergantung pada rasio fasa alfa dan gamma dan terdeplesi di daerah Cr, Mo, dan W 8, 9, 10 yang berdekatan dengan fasa kedua. HDSS mengandung kandungan Cr, Mo, dan N11 yang tinggi, oleh karena itu ia memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dan nilai yang tinggi (45-50) dari angka ketahanan korosi setara (PREN) yang 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 feritik (α) dan 50% austenitik (γ). HDSS memiliki sifat mekanis yang lebih baik dan ketahanan yang lebih tinggi terhadap korosi klorida. Ketahanan korosi yang ditingkatkan memperluas penggunaan HDSS di lingkungan klorida yang lebih agresif seperti lingkungan laut.
MIC merupakan masalah utama dalam banyak industri seperti industri minyak dan gas dan 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. Dipercaya secara luas bahwa korosi MIC disebabkan oleh biofilm. Mikroorganisme elektrogenik memakan logam untuk mendapatkan energi yang mereka butuhkan 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 perantara elektron mempercepat transfer elektron antara sel Desulfovibrio sessificans dan baja tahan karat 304, yang mengakibatkan serangan MIC yang lebih parah. Anning et al. 19 dan Wenzlaff et al. 20 telah menunjukkan bahwa biofilm bakteri pereduksi sulfat korosif (SRB) dapat secara langsung menyerap elektron dari substrat logam, sehingga mengakibatkan pengelupasan yang parah.
DSS diketahui rentan terhadap MIC dalam media yang mengandung SRB, bakteri pereduksi zat besi (IRB), dll. 21 . Bakteri ini menyebabkan pitting lokal pada permukaan DSS di bawah biofilm22,23. Tidak seperti DSS, MIC HDSS24 tidak begitu dikenal.
Pseudomonas aeruginosa adalah bakteri berbentuk batang, motil, Gram-negatif yang tersebar luas di alam25. Pseudomonas aeruginosa juga merupakan kelompok mikroba utama di lingkungan laut, yang menyebabkan peningkatan konsentrasi MIC. Pseudomonas secara aktif terlibat dalam proses korosi dan dikenal sebagai kolonisator pionir selama pembentukan biofilm. Mahat dkk. 28 dan Yuan dkk. 29 menunjukkan bahwa Pseudomonas aeruginosa cenderung meningkatkan laju korosi baja ringan dan paduan di lingkungan perairan.
Tujuan utama dari pekerjaan ini adalah untuk menyelidiki sifat-sifat MIC 2707 HDSS yang disebabkan oleh bakteri aerobik laut Pseudomonas aeruginosa menggunakan metode elektrokimia, metode analisis permukaan dan analisis produk korosi. Studi elektrokimia, termasuk potensi rangkaian terbuka (OCP), resistansi polarisasi linier (LPR), spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS), dan polarisasi dinamis potensial, dilakukan untuk mempelajari perilaku MIC 2707 HDSS. Analisis spektrometri dispersif energi (EDS) dilakukan untuk mendeteksi unsur-unsur kimia pada permukaan yang terkorosi. Selain itu, 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 menunjukkan komposisi kimia dari 2707 HDSS. Tabel 2 menunjukkan bahwa 2707 HDSS memiliki sifat mekanik yang sangat baik dengan kekuatan luluh 650 MPa. Pada gambar 1 menunjukkan struktur mikro optik dari 2707 HDSS yang diberi perlakuan panas larutan. Pada struktur mikro yang mengandung sekitar 50% fase austenit dan 50% fase ferit, pita memanjang dari fase austenit dan ferit tanpa fase sekunder terlihat.
Pada gambar 2a menunjukkan potensi rangkaian 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 paling signifikan dalam Eocp terjadi dalam 24 jam pertama. Nilai Eocp dalam kedua kasus mencapai puncaknya pada -145 mV (dibandingkan dengan SCE) sekitar 16 jam dan kemudian turun tajam, mencapai -477 mV (dibandingkan dengan SCE) dan -236 mV (dibandingkan dengan SCE) untuk sampel abiotik dan P. Pseudomonas aeruginosa coupons, masing-masing). Setelah 24 jam, nilai Eocp 2707 HDSS untuk P. aeruginosa relatif stabil pada -228 mV (dibandingkan dengan SCE), sedangkan nilai yang sesuai untuk sampel non-biologis adalah sekitar -442 mV (dibandingkan dengan SCE). Eocp dengan adanya P. aeruginosa cukup rendah.
Studi elektrokimia 2707 sampel 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 menunjukkan parameter korosi elektrokimia dari 2707 sampel HDSS yang terpapar media abiotik dan media yang diinokulasi Pseudomonas aeruginosa selama periode 14 hari. Garis singgung kurva anoda dan katoda diekstrapolasi untuk memperoleh perpotongan yang memberikan kerapatan arus korosi (icorr), potensi korosi (Ecorr) dan kemiringan Tafel (βα dan βc) menurut metode standar30,31.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2b, pergeseran ke atas pada kurva P. aeruginosa mengakibatkan peningkatan Ecorr dibandingkan dengan kurva abiotik. Nilai icorr, yang sebanding dengan laju korosi, meningkat menjadi 0,328 µA cm-2 pada sampel Pseudomonas aeruginosa, yang empat kali lebih besar daripada sampel non-biologis (0,087 µA cm-2).
LPR adalah metode elektrokimia non-destruktif klasik untuk analisis korosi cepat. Metode ini juga telah digunakan untuk mempelajari MIC32. Pada gambar 2c menunjukkan resistansi polarisasi (Rp) sebagai fungsi dari waktu paparan. Nilai Rp yang lebih tinggi berarti korosi yang lebih sedikit. Dalam 24 jam pertama, Rp 2707 HDSS mencapai puncaknya pada 1955 kΩ cm2 untuk spesimen abiotik dan 1429 kΩ cm2 untuk spesimen 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 dari sampel Pseudomonas aeruginosa adalah sekitar 40 kΩ cm2, yang jauh lebih rendah daripada nilai 450 kΩ cm2 dari sampel non-biologis.
Nilai icorr sebanding dengan laju korosi seragam. Nilainya dapat dihitung dari persamaan Stern-Giri berikut:
Menurut Zoe et al. 33, nilai tipikal kemiringan Tafel B dalam penelitian ini diambil sebesar 26 mV/dec. Gambar 2d menunjukkan bahwa icorr dari sampel non-biologis 2707 tetap relatif stabil, sedangkan sampel P. aeruginosa berfluktuasi sangat besar setelah 24 jam pertama. Nilai icorr dari sampel P. aeruginosa adalah orde besaran yang lebih tinggi daripada nilai icorr dari kontrol non-biologis. Tren ini konsisten dengan hasil resistansi polarisasi.
EIS merupakan metode non-destruktif lain yang digunakan untuk mengkarakterisasi reaksi elektrokimia pada permukaan yang terkorosi. Spektrum impedansi dan nilai kapasitansi terhitung dari sampel yang terpapar lingkungan abiotik dan larutan Pseudomonas aeruginosa, resistansi film pasif/biofilm Rb yang terbentuk pada permukaan sampel, resistansi transfer muatan Rct, kapasitansi lapisan ganda listrik Cdl (EDL) dan konstanta QCPE Parameter elemen fasa (CPE). Parameter ini selanjutnya dianalisis dengan mencocokkan data menggunakan model rangkaian ekivalen (EEC).
Pada gambar 3 menunjukkan plot Nyquist (a dan b) dan plot Bode (a' dan b') untuk 2707 sampel HDSS dalam media abiotik dan kaldu P. aeruginosa untuk waktu inkubasi yang berbeda. Diameter cincin Nyquist berkurang dengan adanya Pseudomonas aeruginosa. Plot Bode (Gambar 3b') menunjukkan peningkatan total impedansi. Informasi tentang konstanta waktu relaksasi dapat diperoleh dari fase maksimum. Pada gambar 4 menunjukkan struktur fisik berdasarkan satu lapis (a) dan dua lapis (b) dan EEC yang sesuai. CPE dimasukkan ke dalam model EEC. Admitansi dan impedansinya dinyatakan sebagai berikut:
Dua model fisik dan rangkaian ekuivalen yang sesuai untuk menyesuaikan spektrum impedansi sampel 2707 HDSS:
di mana Y0 adalah nilai KPI, j adalah angka imajiner atau (-1)1/2, ω adalah frekuensi sudut, n adalah indeks daya KPI kurang dari satu35. Inversi resistansi transfer muatan (yaitu 1/Rct) sesuai dengan laju korosi. Semakin kecil Rct, semakin tinggi laju korosi27. Setelah 14 hari inkubasi, Rct sampel Pseudomonas aeruginosa mencapai 32 kΩ cm2, yang 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 sampel HDSS 2707 setelah 7 hari padat. Namun, setelah 14 hari, cakupan biofilm buruk dan beberapa sel mati muncul. Tabel 5 menunjukkan ketebalan biofilm pada sampel 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 pada hari ke 7, (b) Gambar CLSM 3-D pada hari ke 14, (c) Gambar SEM pada hari ke 7, dan (d) Gambar SEM pada hari ke 14.
EMF mengungkap unsur-unsur kimia dalam biofilm dan produk korosi pada sampel yang terpapar P. aeruginosa selama 14 hari. Pada gambar 6 terlihat bahwa kandungan C, N, O, dan P dalam biofilm dan produk korosi secara signifikan lebih tinggi daripada dalam logam murni, karena unsur-unsur ini berasosiasi dengan biofilm dan metabolitnya. Mikroba hanya membutuhkan sedikit kromium dan besi. Kadar Cr dan Fe yang tinggi dalam biofilm dan produk korosi pada permukaan sampel menunjukkan bahwa matriks logam telah kehilangan unsur-unsur akibat korosi.
Setelah 14 hari, lubang dengan dan tanpa P. aeruginosa diamati dalam medium 2216E. Sebelum inkubasi, permukaan sampel halus dan bebas cacat (Gbr. 7a). Setelah inkubasi dan penghilangan biofilm dan produk korosi, lubang terdalam pada permukaan sampel diperiksa menggunakan CLSM, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 7b dan c. Tidak ditemukan lubang yang jelas pada permukaan kontrol non-biologis (kedalaman lubang maksimum 0,02 µm). Kedalaman lubang maksimum yang disebabkan oleh P. aeruginosa adalah 0,52 µm pada 7 hari dan 0,69 µm pada 14 hari, berdasarkan kedalaman lubang maksimum rata-rata dari 3 sampel (10 kedalaman lubang maksimum dipilih untuk setiap sampel). Pencapaian 0,42 ± 0,12 µm dan 0,52 ± 0,15 µm, masing-masing (Tabel 5). Nilai kedalaman lubang ini kecil tetapi penting.
(a) sebelum paparan, (b) 14 hari dalam lingkungan abiotik, dan (c) 14 hari dalam kaldu Pseudomonas aeruginosa.
Pada gambar. Tabel 8 menunjukkan spektrum XPS dari berbagai permukaan sampel, dan komposisi kimia yang dianalisis untuk setiap permukaan dirangkum dalam Tabel 6. Dalam Tabel 6, persentase atom Fe dan Cr dalam keberadaan P. aeruginosa (sampel A dan B) jauh lebih rendah daripada persentase atom Fe dan Cr pada kontrol non-biologis (sampel C dan D). Untuk sampel P. aeruginosa, kurva spektrum pada tingkat inti Cr 2p disesuaikan dengan empat komponen puncak dengan energi pengikatan (BE) sebesar 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 sampel non-biologis, spektrum tingkat Cr 2p utama 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 sampel P. aeruginosa adalah keberadaan Cr6+ dan proporsi relatif Cr(OH)3 yang lebih tinggi (BE 586,8 eV) di bawah biofilm.
Spektrum XPS luas permukaan sampel 2707 HDSS dalam dua media masing-masing adalah 7 dan 14 hari.
(a) 7 hari paparan P. aeruginosa, (b) 14 hari paparan P. aeruginosa, (c) 7 hari di lingkungan abiotik, dan (d) 14 hari di lingkungan abiotik.
HDSS menunjukkan tingkat ketahanan korosi yang tinggi di sebagian besar lingkungan. Kim et al.2 melaporkan bahwa HDSS UNS S32707 diidentifikasi sebagai DSS paduan tinggi dengan PREN lebih besar dari 45. Nilai PREN sampel 2707 HDSS dalam penelitian ini adalah 49. Hal ini disebabkan oleh kandungan kromium yang tinggi dan kandungan molibdenum dan nikel yang tinggi, yang berguna dalam lingkungan asam dan lingkungan dengan kandungan klorida yang tinggi. Selain itu, komposisi yang seimbang dan struktur mikro yang bebas cacat bermanfaat untuk stabilitas struktural dan ketahanan korosi. Namun, meskipun ketahanan kimianya sangat baik, data eksperimen 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 lingkungan non-biologis. Pada Gambar 2a, penurunan Eocp diamati baik dalam media abiotik maupun dalam kaldu P. aeruginosa selama 24 jam pertama. Setelah itu, biofilm sepenuhnya menutupi permukaan sampel, dan Eocp menjadi relatif stabil36. Namun, tingkat Eocp biologis jauh lebih tinggi daripada tingkat Eocp non-biologis. Ada alasan untuk percaya bahwa perbedaan ini terkait dengan pembentukan biofilm P. aeruginosa. Pada gbr. 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 perlekatan sel P. aeruginosa dan pembentukan biofilm. Namun, ketika biofilm sepenuhnya menutupi permukaan sampel, impedansi menurun. Lapisan pelindung diserang terutama karena pembentukan biofilm dan metabolit biofilm. Akibatnya, ketahanan korosi menurun seiring waktu dan perlekatan P. aeruginosa menyebabkan korosi lokal. Tren dalam lingkungan abiotik berbeda. Ketahanan korosi kontrol non-biologis jauh lebih tinggi daripada nilai yang sesuai dari sampel yang terpapar kaldu P. aeruginosa. Selain itu, untuk aksesi abiotik, nilai Rct 2707 HDSS mencapai 489 kΩ cm2 pada hari ke-14, yang 15 kali lebih tinggi daripada nilai Rct (32 kΩ cm2) dengan adanya P. aeruginosa. Dengan demikian, 2707 HDSS memiliki ketahanan korosi yang sangat baik dalam lingkungan steril, tetapi tidak tahan terhadap MIC dari biofilm P. aeruginosa.
Hasil-hasil ini juga dapat diamati dari kurva polarisasi pada Gambar 2b. Percabangan anodik telah dikaitkan dengan pembentukan biofilm Pseudomonas aeruginosa dan reaksi oksidasi logam. Dalam kasus ini, reaksi katoda adalah reduksi oksigen. Kehadiran P. aeruginosa secara signifikan meningkatkan kerapatan arus korosi, sekitar satu orde besaran lebih tinggi daripada pada kontrol abiotik. Ini menunjukkan bahwa biofilm P. aeruginosa meningkatkan korosi lokal pada 2707 HDSS. Yuan dkk.29 menemukan bahwa kerapatan arus korosi pada paduan Cu-Ni 70/30 meningkat di bawah aksi biofilm P. aeruginosa. Ini mungkin disebabkan oleh biokatalisis reduksi oksigen oleh biofilm Pseudomonas aeruginosa. Pengamatan ini juga dapat menjelaskan MIC 2707 HDSS dalam penelitian ini. Mungkin juga ada lebih sedikit oksigen di bawah biofilm aerobik. Oleh karena itu, penolakan untuk kembali me-pasivasi permukaan logam dengan oksigen mungkin menjadi faktor yang menyebabkan 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 sampel 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 oleh fakta bahwa setelah 14 hari, sebagian besar sel sesil pada permukaan 2707 HDSS mati karena 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 berkontribusi terhadap penipisan lokal Cr dan Fe di bawah biofilm pada permukaan 2707 HDSS (Gbr. 6). Tabel 6 menunjukkan penurunan Fe dan Cr dalam sampel D dibandingkan dengan sampel C, yang menunjukkan bahwa Fe dan Cr terlarut yang disebabkan oleh biofilm P. aeruginosa bertahan selama 7 hari pertama. Lingkungan 2216E digunakan untuk mensimulasikan lingkungan laut. Lingkungan ini mengandung 17700 ppm Cl-, yang sebanding dengan kandungannya dalam air laut alami. Kehadiran 17700 ppm Cl- adalah alasan utama penurunan Cr dalam sampel abiotik 7 dan 14 hari yang dianalisis dengan XPS. Dibandingkan dengan sampel P. aeruginosa, pelarutan Cr dalam sampel abiotik jauh lebih sedikit karena ketahanan yang kuat dari 2707 HDSS terhadap klorin dalam kondisi abiotik. Pada gbr. Gambar 9 menunjukkan keberadaan Cr6+ dalam lapisan pasif. Lapisan ini mungkin terlibat dalam penghilangan kromium 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. Dengan demikian, di bawah biofilm P. aeruginosa, korosi asam organik tidak mungkin berkontribusi pada pekerjaan ini karena pH yang relatif tinggi dalam 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 benih 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 dari nilai 9,5 µm yang dilaporkan untuk 2205 DSS dalam kondisi yang sama. Data ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS menunjukkan ketahanan yang lebih baik terhadap MIC daripada 2205 DSS. Ini seharusnya tidak mengejutkan karena 2707 HDSS memiliki kadar Cr yang lebih tinggi yang memberikan pasivasi yang lebih lama, lebih sulit untuk mendepasi P. aeruginosa, dan karena struktur fase seimbangnya tanpa presipitasi sekunder yang berbahaya menyebabkan pitting.
Sebagai kesimpulan, lubang MIC ditemukan pada permukaan 2707 HDSS dalam kaldu P. aeruginosa dibandingkan dengan lubang yang tidak signifikan di lingkungan abiotik. Penelitian ini menunjukkan bahwa 2707 HDSS memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap MIC daripada 2205 DSS, tetapi tidak sepenuhnya kebal terhadap MIC karena biofilm P. aeruginosa. Hasil ini membantu dalam pemilihan baja tahan karat dan harapan hidup yang sesuai 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 diperlakukan untuk larutan padat pada 1180°C selama 1 jam. Sebelum pengujian korosi, 2707 HDSS berbentuk koin dengan luas permukaan terbuka atas 1 cm2 dipoles hingga grit 2000 dengan amplas silikon karbida dan kemudian dipoles dengan bubur bubuk Al2O3 0,05 µm. Sisi dan bagian bawah dilindungi dengan cat inert. Setelah pengeringan, sampel dicuci dengan air deionisasi steril dan disterilkan dengan etanol 75% (v/v) selama 0,5 jam. Kemudian dikeringkan dengan udara di bawah sinar ultraviolet (UV) selama 0,5 jam sebelum digunakan.
Galur Pseudomonas aeruginosa laut MCCC 1A00099 dibeli dari Pusat Koleksi Kultur Laut Xiamen (MCCC), Tiongkok. Pseudomonas aeruginosa ditumbuhkan dalam kondisi aerobik pada suhu 37° C. dalam labu 250 ml dan sel elektrokimia kaca 500 ml menggunakan media cair Marine 2216E (Qingdao Hope Biotechnology Co., Ltd., Qingdao, Tiongkok). Medium mengandung (g/l): 19,45 NaCl, 5,98 MgCl2, 3,24 Na2SO4, 1,8 CaCl2, 0,55 KCl, 0,16 Na2CO3, 0,08 KBr, 0,034 SrCl2, 0,08 SrBr2, 0,022 H3BO3, 0,004 NaSiO3, 0016 6NH26NH3, 3,0016 NH3, 5,0 pepton, 1,0 ekstrak ragi, dan 0,1 sitrat besi. Masukkan ke dalam autoklaf pada suhu 121°C selama 20 menit sebelum inokulasi. Hitung sel yang tidak bergerak dan sel yang hidup dengan hemocytometer di bawah mikroskop cahaya pada perbesaran 400x. Konsentrasi awal Pseudomonas aeruginosa yang hidup segera setelah inokulasi adalah sekitar 106 sel/ml.
Uji elektrokimia dilakukan dalam sel kaca tiga elektroda klasik dengan volume medium 500 ml. Lembaran platina dan elektroda kalomel jenuh (SAE) dihubungkan ke reaktor melalui kapiler Luggin yang diisi dengan jembatan garam, yang masing-masing berfungsi sebagai elektroda lawan dan elektroda referensi. Untuk pembuatan elektroda kerja, kawat tembaga berlapis karet dipasang pada setiap sampel dan ditutup dengan resin epoksi, menyisakan sekitar 1 cm2 area yang tidak terlindungi untuk elektroda kerja di satu sisi. 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 dalam kisaran -5 hingga 5 mV dengan Eocp dan laju 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 penyapuan potensial, elektroda berada dalam mode siaga hingga nilai potensial korosi bebas yang stabil tercapai. Kurva polarisasi kemudian diukur dari -0,2 hingga 1,5 V sebagai fungsi Eocp pada laju pemindaian 0,166 mV/s. Setiap pengujian diulang 3 kali dengan dan tanpa P. aeruginosa.
Sampel untuk analisis metalografi dipoles secara mekanis dengan kertas SiC basah 2000 grit dan kemudian dipoles lebih lanjut dengan suspensi serbuk Al2O3 0,05 µm untuk pengamatan optik. Analisis metalografi dilakukan menggunakan mikroskop optik. Sampel dietsa dengan larutan kalium hidroksida 43 10 wt%.
Setelah inkubasi, sampel dicuci 3 kali dengan phosphate buffered saline (PBS) (pH 7,4 ± 0,2) dan kemudian difiksasi dengan 2,5% (v/v) glutaraldehida selama 10 jam untuk memperbaiki biofilm. Kemudian didehidrasi dengan etanol batch (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95% dan 100% berdasarkan volume) sebelum dikeringkan dengan udara. Akhirnya, lapisan emas diendapkan ke permukaan sampel untuk memberikan konduktivitas untuk pengamatan SEM. Gambar SEM difokuskan pada titik-titik dengan sel P. aeruginosa yang paling sessile pada permukaan setiap sampel. Lakukan analisis EDS untuk menemukan unsur-unsur kimia. Mikroskop pemindai laser confocal Zeiss (CLSM) (LSM 710, Zeiss, Jerman) digunakan untuk mengukur kedalaman lubang. Untuk mengamati lubang korosi di bawah biofilm, sampel uji pertama-tama dibersihkan menurut Standar Nasional Cina (CNS) GB/T4334.4-2000 untuk menghilangkan produk korosi dan biofilm dari permukaan sampel uji.
Analisis spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS, sistem analisis permukaan ESCALAB250, Thermo VG, AS) dilakukan menggunakan sumber sinar-X monokromatik (garis Aluminium Kα dengan energi 1500 eV dan daya 150 W) dalam rentang energi pengikatan yang luas 0 dalam kondisi standar –1350 eV. Spektrum resolusi tinggi direkam menggunakan energi transmisi 50 eV dan langkah 0,2 eV.
Sampel yang diinkubasi dikeluarkan dan dicuci 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 tersebut berisi dua pewarna fluoresensi: pewarna fluoresensi hijau SYTO-9 dan pewarna fluoresensi merah propidium iodida (PI). Dalam CLSM, titik hijau dan merah fluoresensi masing-masing mewakili sel hidup dan mati. Untuk pewarnaan, 1 ml campuran yang mengandung 3 µl SYTO-9 dan 3 µl larutan PI diinkubasi selama 20 menit pada suhu ruangan (23°C) dalam gelap. Setelah itu, sampel yang diwarnai diperiksa pada dua panjang gelombang (488 nm untuk sel hidup dan 559 nm untuk sel mati) menggunakan peralatan Nikon CLSM (C2 Plus, Nikon, Jepang). Ketebalan biofilm diukur dalam mode pemindaian 3D.
Cara mengutip artikel ini: Li, H. et al. Korosi mikroba pada baja tahan karat super dupleks 2707 oleh biofilm laut Pseudomonas aeruginosa. sains. 6, 20190. doi: 10.1038/srep20190 (2016).
Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Retak korosi tegangan pada baja tahan karat dupleks LDX 2101 dalam larutan klorida dengan adanya tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Retak korosi tegangan pada baja tahan karat dupleks LDX 2101 dalam larutan klorida dengan adanya tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей memasang LDX 2101 dalam spesifikasi dan spesifikasi tiososulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Retak korosi tegangan pada baja tahan karat dupleks LDX 2101 dalam larutan klorida dengan adanya tiosulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F.LDX 2101双相不锈钢在硫代硫酸盐存在下氯化物溶液中的应力腐蚀开裂。 Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. LDX 2101 peralatan baja tahan karat sulfat untuk industri baja tahan karat Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Коррозионное растрескивание под напряжением дуплексной нержавеющей menginstal LDX 2101 di toko kelontong dan bisnis tiososulfat. Zanotto, F., Grassi, V., Balbo, A., Monticelli, C. & Zucchi, F. Retak korosi tegangan pada baja tahan karat dupleks LDX 2101 dalam larutan klorida dengan adanya tiosulfat.ilmu pengetahuan 80, 205–212 (2014).
Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Pengaruh perlakuan panas larutan dan nitrogen dalam gas pelindung terhadap ketahanan terhadap korosi pitting pada las baja tahan karat hiper dupleks. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS Pengaruh perlakuan panas larutan dan nitrogen dalam gas pelindung terhadap ketahanan terhadap korosi pitting pada las baja tahan karat hiper dupleks.Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS dan Park, YS Pengaruh perlakuan panas larutan dan nitrogen dalam gas pelindung terhadap ketahanan korosi pitting pada las baja tahan karat hiperdupleks. Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS & Park, YS 固溶热处理和保护气体中的氮气对超双相不锈钢焊缝抗点蚀性能的影响。 Kim, ST, Jang, SH, Lee, IS dan Park, YSKim, ST, Jang, SH, Lee, IS dan Park, YS Pengaruh perlakuan panas larutan dan nitrogen dalam gas pelindung terhadap ketahanan korosi pitting pada las baja tahan karat super dupleks.koros. ilmu pengetahuan. 53, 1939–1947 (2011).
Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Studi perbandingan dalam kimia korosi yang disebabkan oleh mikroba dan elektrokimia pada baja tahan karat 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. Studi perbandingan dalam kimia korosi yang disebabkan oleh mikroba dan elektrokimia pada baja tahan karat 316L.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. dan Lewandowski, Z. Studi kimia komparatif tentang korosi mikrobiologis dan elektrokimia pada baja tahan karat 316L. Shi, X., Avci, R., Geiser, M. & Lewandowski, Z. 微生物和电化学诱导的316L 不锈钢点蚀的化学比较研究。 Shi, X., Avci, R., Geiser, M. dan Lewandowski, Z.Shi, X., Avchi, R., Geyser, M. dan Lewandowski, Z. Studi kimia komparatif tentang pengikisan yang disebabkan oleh mikrobiologi dan elektrokimia pada baja tahan karat 316L.koros. ilmu pengetahuan. 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. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. Perilaku elektrokimia baja tahan karat dupleks 2205 dalam larutan alkali dengan pH berbeda dengan adanya klorida.Luo H., Dong KF, Lee HG dan Xiao K. Perilaku elektrokimia baja tahan karat dupleks 2205 dalam larutan alkali dengan pH berbeda dengan adanya klorida. Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 双相不锈钢在氯化物存在下不同pH 碱性溶液中的电化学行为。 Luo, H., Dong, CF, Li, XG & Xiao, K. 2205 Perilaku elektrokimia baja tahan karat dengan adanya klorida pada pH berbeda dalam larutan basa.Luo H., Dong KF, Lee HG dan Xiao K. Perilaku elektrokimia baja tahan karat dupleks 2205 dalam larutan alkali dengan pH berbeda dengan adanya klorida.Majalah Electrochem. 64, 211–220 (2012).
Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Pengaruh biofilm laut terhadap korosi: Tinjauan singkat. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI Pengaruh biofilm laut terhadap korosi: Tinjauan singkat.Little, BJ, Lee, JS dan Ray, RI Efek Biofilm Laut terhadap Korosi: Tinjauan Singkat. Little, BJ, Lee, JS & Ray, RI 海洋生物膜对腐蚀的影响：简明综述。 Kecil, BJ, Lee, JS dan Ray, RILittle, BJ, Lee, JS dan Ray, RI Efek Biofilm Laut terhadap Korosi: Tinjauan Singkat.Majalah Electrochem. 54, 2-7 (2008).