شكرًا لزيارتكم موقع Nature.com. إصدار المتصفح الذي تستخدمونه يدعم CSS بشكل محدود. للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح مُحدّث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer). في هذه الأثناء، ولضمان استمرار الدعم، سنُقدّم الموقع بدون أنماط أو JavaScript.
الفولاذ المقاوم للصدأ المستخدم على نطاق واسع، ونسخه المشغولة، مقاوم للتآكل في الظروف المحيطة بفضل طبقة التخميل المكونة من أكسيد الكروم. يرتبط تآكل الفولاذ وتآكله عادةً بتدمير هذه الطبقات، ولكن نادرًا ما يحدث على المستوى المجهري، وذلك اعتمادًا على مصدر عدم تجانس السطح. في هذا العمل، يُهيمن التباين الكيميائي السطحي النانوي، الذي تم اكتشافه بواسطة المجهر الطيفي والتحليل الكيميائي القياسي، بشكل غير متوقع على تحلل وتآكل الفولاذ المقاوم للصدأ فائق الدوبلكس 2507 (SDSS) المدرفل على البارد والمُعدَّل بالسيريوم أثناء سلوكه التشوهي الساخن. على الجانب الآخر، على الرغم من أن المجهر الضوئي الإلكتروني بالأشعة السينية أظهر تغطية موحدة نسبيًا لطبقة Cr2O3 الطبيعية، إلا أن SDSS المدرفل على البارد أظهر نتائج تخميل ضعيفة بسبب التوزيع الموضعي للجزر النانوية الغنية بـ Fe3+ على طبقة أكسيد Fe/Cr. توفر هذه المعرفة على المستوى الذري فهمًا عميقًا لتآكل الفولاذ المقاوم للصدأ، ومن المتوقع أن تساعد في مكافحة تآكل المعادن عالية السبائك المماثلة.
منذ اختراع الفولاذ المقاوم للصدأ، تُعزى مقاومة سبائك الفيروكروم للتآكل إلى الكروم، الذي يُشكل أكسيدًا/هيدروكسيدًا قويًا يُظهر سلوكًا سلبيًا في معظم البيئات. بالمقارنة مع الفولاذ المقاوم للصدأ التقليدي (الأوستنيت والفريتي)، يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق المزدوج (SDSS) بمقاومة أفضل للتآكل، حيث يتميز بخصائص ميكانيكية فائقة. 1، 2، 3. تسمح القوة الميكانيكية المتزايدة بتصميمات أخف وزنًا وأكثر إحكامًا. في المقابل، يتميز الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق المزدوج (SDSS) الاقتصادي بمقاومة عالية للتآكل الحفري والشقوق، مما يُؤدي إلى عمر خدمة أطول وتطبيقات أوسع في مكافحة التلوث، والحاويات الكيميائية، وصناعة النفط والغاز البحرية. 4 ومع ذلك، فإن النطاق الضيق لدرجات حرارة المعالجة الحرارية وضعف قابلية التشكيل يعيقان تطبيقه العملي الواسع. لذلك، عُدِّل الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق المزدوج (SDSS) لتحسين الخصائص المذكورة أعلاه. على سبيل المثال، أُدخل تعديل Ce وإضافات عالية من N 6 و7 و8 في 2507 SDSS (Ce-2507). يُؤثِّر تركيز مناسب من العناصر الأرضية النادرة (Ce) بنسبة 0.08% وزنًا على الخواص الميكانيكية لـ DSS، إذ يُحسِّن من نقاء الحبيبات ومتانة حدودها. كما تم تحسين مقاومة التآكل والتآكل، وقوة الشد ومقاومة الخضوع، وقابلية التشغيل الساخن. ويمكن استخدام كميات كبيرة من النيتروجين لاستبدال محتوى النيكل المُكلِّف، مما يجعل SDSS أكثر فعالية من حيث التكلفة.
مؤخرًا، تم تشويه SDSS بلاستيكيًا عند درجات حرارة مختلفة (منخفضة، باردة، وساخنة) لتحقيق خصائص ميكانيكية ممتازة6،7،8. ومع ذلك، فإن مقاومة التآكل الممتازة لـ SDSS ترجع إلى وجود طبقة أكسيد رقيقة على السطح، والتي تتأثر بالعديد من العوامل، مثل وجود العديد من الأطوار ذات حدود حبيبية مختلفة، ورواسب غير مرغوب فيها، وتفاعلات مختلفة. كما أن البنية الدقيقة الداخلية غير المتجانسة لمختلف الأطوار الأوستنيتية والحديدية تتشوه7. لذلك، فإن دراسة خصائص النطاقات الدقيقة لهذه الأغشية على مستوى البنية الإلكترونية ذات أهمية حاسمة لفهم تآكل SDSS وتتطلب تقنيات تجريبية معقدة. حتى الآن، تميز الطرق الحساسة للسطح، مثل مطيافية أوجيه الإلكترونية11 ومطيافية الإلكترون الضوئي بالأشعة السينية12،13،14،15، بالإضافة إلى نظام الإلكترون الضوئي بالأشعة السينية الصلبة، الحالات الكيميائية لنفس العنصر في نقاط مختلفة في الفضاء على المقياس النانوي، ولكنها غالبًا ما تفشل في الفصل بينها. ربطت العديد من الدراسات الحديثة الأكسدة الموضعية للكروم بسلوك التآكل الملحوظ لـ 17 نوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، و18 نوعًا من الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي، واختبارات SDSS 19 و20. ومع ذلك، ركزت هذه الدراسات بشكل رئيسي على تأثير عدم تجانس الكروم (مثل حالة أكسدة Cr3+) على مقاومة التآكل. يمكن أن ينشأ عدم التجانس الجانبي في حالات أكسدة العناصر عن مركبات مختلفة تحتوي على نفس العناصر المكونة، مثل أكاسيد الحديد. ترث هذه المركبات حجمًا صغيرًا مُعالجًا حراريًا ميكانيكيًا ومتجاورًا بشكل وثيق مع بعضها البعض، ولكنها تختلف في التركيب وحالة الأكسدة 16 و21. لذلك، يتطلب الكشف عن تدمير أغشية الأكسيد ثم التآكل النقطي فهمًا لعدم تجانس السطح على المستوى المجهري. على الرغم من هذه المتطلبات، لا تزال التقييمات الكمية مثل عدم تجانس الأكسدة الجانبية، وخاصةً للحديد على المقياس النانوي/الذري، غير مستكشفة، ولا تزال أهميتها لمقاومة التآكل غير مستكشفة. حتى وقت قريب، كانت الحالة الكيميائية لعناصر مختلفة، مثل الحديد والكالسيوم، تُوصف كميًا على عينات الفولاذ باستخدام مجهر الأشعة السينية الضوئية الإلكترونية الناعمة (X-PEEM) في مرافق الإشعاع السنكروتروني النانوية. وبدمجه مع تقنيات مطيافية امتصاص الأشعة السينية الحساسة كيميائيًا (XAS)، يُمكّن X-PEEM من قياس XAS بدقة مكانية وطيفية عالية، مما يوفر معلومات كيميائية حول التركيب العنصري وحالته الكيميائية بدقة مكانية تصل إلى مقياس النانومتر 23. تُسهّل هذه المراقبة الطيفية لموقع البدء تحت المجهر إجراء التجارب الكيميائية المحلية، ويمكنها إظهار التغيرات الكيميائية غير المستكشفة سابقًا في طبقة الحديد مكانيًا.
تُوسّع هذه الدراسة نطاق مزايا تقنية PEEM في الكشف عن الاختلافات الكيميائية على المستوى النانوي، وتُقدّم طريقةً فعّالة لتحليل السطح على المستوى الذري لفهم سلوك تآكل Ce-2507. تستخدم هذه الدراسة بيانات قياس كيميائي عنقودية K-means24 لرسم خريطة للتركيب الكيميائي الشامل (عدم التجانس) للعناصر المعنية، مع عرض حالاتها الكيميائية في تمثيل إحصائي. بخلاف التآكل التقليدي الناتج عن تحلل طبقة أكسيد الكروم، يُعزى ضعف التخميل ومقاومة التآكل الحاليين إلى وجود جزر نانوية غنية بـ Fe3+ بالقرب من طبقة أكسيد Fe/Cr، والتي قد تكون نتيجةً لهجوم من الأكسيد الواقي. تُشكّل هذه الطبقة غشاءً في مكانها وتُسبب التآكل.
تم تقييم السلوك التآكلي لـ SDSS 2507 المشوه لأول مرة باستخدام القياسات الكهروكيميائية. يوضح الشكل 1 منحنيات نيكويست وبودي لعينات مختارة في محاليل مائية حمضية (pH = 1) من FeCl3 عند درجة حرارة الغرفة. يعمل الإلكتروليت المختار كعامل مؤكسد قوي، مما يميز ميل طبقة التخميل إلى الانهيار. على الرغم من أن المادة لم تخضع لتآكل مستقر في درجة حرارة الغرفة، إلا أن هذه التحليلات وفرت فهمًا دقيقًا لحالات الفشل المحتملة وعمليات ما بعد التآكل. استُخدمت الدائرة المكافئة (الشكل 1د) لتركيب أطياف مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية (EIS)، وتظهر نتائج التركيب المقابلة في الجدول 1. ظهرت أنصاف دوائر غير مكتملة عند اختبار العينات المعالجة بالمحلول والمعالجة بالحرارة، بينما دُرفلت أنصاف الدوائر المضغوطة المقابلة على البارد (الشكل 1ب). في طيف مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية، يمكن اعتبار نصف قطر نصف الدائرة بمثابة مقاومة الاستقطاب (Rp)25،26. تبلغ قيمة Rp لـ SDSS المُعالج بالمحلول في الجدول 1 حوالي 135 كيلو أوم/سم²، ومع ذلك، في حالة SDSS المُدرفل على الساخن والمدرفل على البارد، نجد قيمًا أقل بكثير، حيث تبلغ 34.7 و2.1 كيلو أوم/سم² على التوالي. يشير هذا الانخفاض الملحوظ في Rp إلى تأثير سلبي للتشوه اللدن على التخميل ومقاومة التآكل، كما هو موضح في التقارير السابقة 27، 28، 29، 30.
أ- نيكويست، ب- ج- مخططات معاوقة بود والطور، ونموذج دائرة مكافئة لـ د، حيث RS هي مقاومة الإلكتروليت، وRp هي مقاومة الاستقطاب، وQCPE هو أكسيد عنصر الطور الثابت المستخدم لنمذجة السعة غير المثالية (n). أُجريت قياسات EIS عند جهد بدون حمل.
تظهر ثوابت الرتبة الأولى في مخطط بود، ويمثل هضبة التردد العالي مقاومة الإلكتروليت RS26. مع انخفاض التردد، تزداد الممانعة وتُوجد زاوية طور سالبة، مما يدل على سيطرة السعة. تزداد زاوية الطور، محتفظةً بقيمتها القصوى في نطاق تردد واسع نسبيًا، ثم تنخفض (الشكل 1ج). ومع ذلك، في جميع الحالات الثلاث، لا تزال هذه القيمة القصوى أقل من 90 درجة، مما يدل على سلوك سعوي غير مثالي بسبب التشتت السعوي. لذلك، يُستخدم عنصر الطور الثابت QCPE (CPE) لتمثيل توزيع السعة السطحية الناتج عن خشونة السطح أو عدم تجانسه، وخاصةً من حيث المقياس الذري، والهندسة الكسورية، ومسامية القطب، والجهد غير المنتظم، وتوزيع التيار المعتمد على السطح. هندسة القطب 31، 32. معاوقة CPE:
حيث j هو العدد التخيلي وω هو التردد الزاوي. QCPE هو ثابت مستقل عن التردد يتناسب مع المساحة المفتوحة النشطة للإلكتروليت. n هو رقم قدرة بلا أبعاد يصف الانحراف عن السلوك السعوي المثالي للمكثف، أي كلما اقترب n من 1، اقترب CPE من السعة النقية، وإذا اقترب n من الصفر، فهو مقاومة. يشير انحراف طفيف لـ n، قريب من 1، إلى السلوك السعوي غير المثالي للسطح بعد اختبار الاستقطاب. QCPE لـ SDSS المدرفل على البارد أعلى بكثير من المنتجات المماثلة، مما يعني أن جودة السطح أقل تجانسًا.
بما يتوافق مع معظم خصائص مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ، فإن محتوى الكروم المرتفع نسبيًا في SDSS ينتج عنه عمومًا مقاومة تآكل فائقة لـ SDSS نظرًا لوجود طبقة أكسيد واقية سلبية على السطح17. عادةً ما تكون هذه الطبقة السلبية غنية بأكاسيد Cr3+ و/أو هيدروكسيدات، والتي تدمج بشكل أساسي أكاسيد Fe2+ وFe3+ و/أو هيدروكسيدات (أوكسي)33. على الرغم من نفس تجانس السطح وطبقة أكسيد السلبية وعدم وجود أي ضرر مرئي على السطح، كما هو محدد بواسطة الصور المجهرية6،7، فإن سلوك التآكل في SDSS الساخن والمدرفل على البارد يختلف، وبالتالي يتطلب دراسة متعمقة للبنية الدقيقة للتشوه والخصائص الهيكلية للفولاذ.
تم دراسة البنية الدقيقة للفولاذ المقاوم للصدأ المشوه كميًا باستخدام الأشعة السينية الداخلية والسينكروترونية عالية الطاقة (الشكلان التكميليان 1 و2). ويرد تحليل مفصل في المعلومات التكميلية. على الرغم من تطابقها إلى حد كبير مع نوع الطور الرئيسي، إلا أن هناك اختلافات في كسور حجم الطور، وهي مدرجة في الجدول التكميلي 1. يمكن ربط هذه الاختلافات بكسور الطور غير المتجانسة على السطح، بالإضافة إلى كسور الطور الحجمي التي تُجرى على أعماق مختلفة. الكشف عن طريق حيود الأشعة السينية (XRD) باستخدام مصادر طاقة مختلفة للفوتونات الساقطة. تشير النسبة الأعلى نسبيًا للأوستينيت في العينات المدرفلة على البارد، والتي تم تحديدها بواسطة حيود الأشعة السينية من مصدر مختبري، إلى تخميل أفضل وبالتالي مقاومة أفضل للتآكل35، بينما تشير النتائج الأكثر دقة وإحصائية إلى اتجاهات معاكسة في نسب الطور. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد مقاومة الفولاذ للتآكل أيضًا على درجة تنقية الحبيبات، وانخفاض حجمها، وزيادة التشوهات الدقيقة، وكثافة الخلع التي تحدث أثناء المعالجة الحرارية الميكانيكية36،37،38. تُظهر العينات المعالجة حراريًا طبيعةً أكثر حبيبية، مما يدل على حبيبات بحجم الميكرون، بينما تشير الحلقات الملساء الملحوظة في العينات المدرفلة على البارد (الشكل التكميلي 3) إلى تحسين ملحوظ في الحبيبات إلى مستوى النانو في الأعمال السابقة6، مما يُفترض أن يُسهم في تخميل الأغشية وزيادة مقاومتها للتآكل. عادةً ما ترتبط كثافة الخلع العالية بانخفاض مقاومة التآكل، وهو ما يتوافق تمامًا مع القياسات الكهروكيميائية.
تمت دراسة التغيرات في الحالات الكيميائية للمجالات الدقيقة للعناصر الأولية بشكل منهجي باستخدام X-PEEM. وعلى الرغم من وفرة عناصر السبائك، فقد تم اختيار Cr وFe وNi وCe39 هنا، لأن Cr عنصر أساسي لتكوين طبقة التخميل، وFe هو العنصر الرئيسي في الفولاذ، وNi يعزز التخميل ويوازن بنية الطور الفريت-الأوستنيت والغرض من تعديل Ce. من خلال ضبط طاقة إشعاع السنكروترون، تم طلاء RAS من السطح بالسمات الرئيسية لـ Cr (الحافة L2.3) وFe (الحافة L2.3) وNi (الحافة L2.3) وCe (الحافة M4.5). التشكيل الساخن والدرفلة الباردة Ce-2507 SDSS. تم إجراء تحليل مناسب للبيانات من خلال دمج معايرة الطاقة مع البيانات المنشورة (على سبيل المثال XAS 40 و41 على Fe L2 و3 حواف).
في الشكل 2، يُظهر صور X-PEEM لـ Ce-2507 SDSS المشغولة بالحرارة (الشكل 2أ) والمدلفنة على البارد (الشكل 2د) وحواف XAS المقابلة لكل من Cr وFe L2,3 في مواقع محددة بشكل فردي. تفحص حافة L2,3 في XAS الحالات غير المشغولة 3d بعد الإثارة الضوئية للإلكترون عند مستويات انقسام مدار الدوران 2p3/2 (حافة L3) و2p1/2 (حافة L2). تم الحصول على معلومات حول حالة التكافؤ للكروم من XAS عند حافة L2,3 في الشكل 2ب، هـ. مقارنة مع الحكام. أظهرت النتائج 42،43 رصد أربع قمم قرب حافة L3، وهي A (578.3 إلكترون فولت)، وB (579.5 إلكترون فولت)، وC (580.4 إلكترون فولت)، وD (582.2 إلكترون فولت)، عاكسةً Cr3+ ثماني السطوح، الموافق لأيون Cr2O3. تتفق الأطياف التجريبية مع الحسابات النظرية الموضحة في اللوحين (ب) و(هـ)، والتي تم الحصول عليها من حسابات متعددة لحقل البلورات عند واجهة Cr L2.3 باستخدام حقل بلوري شدته 2.0 إلكترون فولت. كلا سطحي SDSS، المعالج بالحرارة والمدرفل على البارد، مطليان بطبقة موحدة نسبيًا من Cr2O3.
صورة حرارية بتقنية X-PEEM لـ SDSS مشوه حرارياً، تتوافق مع حافة b Cr L2.3 وحافة c Fe L2.3، صورة حرارية بتقنية X-PEEM لـ SDSS مدرفل على البارد، تتوافق مع حافة e Cr L2.3 وحافة f Fe L2 .3 (f). رُسمت أطياف XAS في مواضع مكانية مختلفة مُشار إليها في الصور الحرارية (أ، د)، وتُمثل الخطوط البرتقالية المنقطة في (ب) و(هـ) أطياف XAS المُحاكية لـ Cr3+ بقيمة مجال بلوري 2.0 إلكترون فولت. بالنسبة لصور X-PEEM، استُخدمت لوحة ألوان حرارية لتحسين وضوح الصورة، حيث تتناسب الألوان من الأزرق إلى الأحمر مع شدة امتصاص الأشعة السينية (من الأقل إلى الأعلى).
بغض النظر عن البيئة الكيميائية لهذه العناصر المعدنية، ظلت الحالة الكيميائية لإضافات عناصر سبائك النيكل والسيريوم لكلا العينتين دون تغيير. رسم إضافي. توضح الأشكال 5-9 صور X-PEEM وأطياف XAS المقابلة للنيكل والسيريوم في مواضع مختلفة على سطح العينات المعالجة بالحرارة والمدرفلة على البارد. يوضح Ni XAS حالات أكسدة Ni2+ على كامل السطح المقاس للعينات المعالجة بالحرارة والمدرفلة على البارد (مناقشة تكميلية). تجدر الإشارة إلى أنه في حالة العينات المعالجة بالحرارة، لم تُلاحظ إشارة XAS الخاصة بالسيريوم، بينما في حالة العينات المدرفلة على البارد، لوحظ طيف Ce3+. أظهرت ملاحظة بقع السيريوم في العينات المدرفلة على البارد أن السيريوم يظهر بشكل أساسي في شكل رواسب.
في تقنية SDSS المشوهة حرارياً، لم يُلاحظ أي تغير هيكلي موضعي في XAS عند حافة Fe L2,3 (الشكل 2ج). ومع ذلك، تُغير مصفوفة Fe حالتها الكيميائية إقليمياً بدقة عند سبع نقاط مختارة عشوائياً من تقنية SDSS المدرفلة على البارد، كما هو موضح في الشكل 2و. بالإضافة إلى ذلك، وللحصول على فكرة دقيقة عن التغيرات في حالة Fe في المواقع المحددة في الشكل 2و، أُجريت دراسات سطحية محلية (الشكل 3 والشكل التكميلي 10) اختيرت فيها مناطق دائرية أصغر. تم نمذجة أطياف XAS لحافة Fe L2,3 لأنظمة α-Fe2O3 وأكاسيد Fe2+ ثماني السطوح من خلال حسابات مجال بلوري متعدد باستخدام مجالات بلورية 1.0 (Fe2+) و1.0 (Fe3+)44. نلاحظ أن α-Fe2O3 و γ-Fe2O3 لهما تماثلات محلية مختلفة45،46، وFe3O4 لديه مزيج من كل من Fe2+ و Fe3+،47، وFeO45 هو أكسيد Fe2+ ثنائي التكافؤ رسميًا (3d6). نلاحظ أن α-Fe2O3 و γ-Fe2O3 لهما تماثلات محلية مختلفة45،46، ويحتوي Fe3O4 على مزيج من كل من Fe2+ و Fe3+،47، وFeO45 هو أكسيد Fe2+ ثنائي التكافؤ رسميًا (3d6).لاحظ أن α-Fe2O3 و γ-Fe2O3 لهما تماثلات محلية مختلفة45،46، يجمع Fe3O4 كل من Fe2+ و Fe3+،47 و FeO45 في شكل أكسيد ثنائي التكافؤ رسميًا Fe2+ (3d6).لاحظ أن α-Fe2O3 و γ-Fe2O3 لهما تماثلات محلية مختلفة45،46، ويحتوي Fe3O4 على مزيج من Fe2+ و Fe3+،47 ويعمل FeO45 كأكسيد ثنائي التكافؤ رسمي لـ Fe2+ (3d6). تحتوي جميع أيونات Fe3+ في α-Fe2O3 على مواقع Oh فقط، بينما يتم تمثيل γ-Fe2O3 عادةً بواسطة سبينيل Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 مع وجود شواغر في مواقع eg. وبالتالي، فإن أيونات Fe3+ في γ-Fe2O3 لها كل من مواقع Td و Oh. وكما ذكر في ورقة بحثية سابقة45، وعلى الرغم من اختلاف نسبة الشدة بينهما، فإن نسبة شدتهما eg/t2g هي ≈1، بينما في هذه الحالة تكون نسبة الشدة المرصودة eg/t2g حوالي 1. وهذا يستبعد احتمال وجود Fe3+ فقط في الوضع الحالي. بالنظر إلى حالة Fe3O4 مع كلٍّ من Fe2+ وFe3+، فإن أول سمة معروفة بحافة L3 أضعف (أقوى) للحديد تشير إلى حالة شاغرة أصغر (أكبر) t2g. ينطبق هذا على Fe2+ (Fe3+)، مما يُظهر أن السمة الأولى للزيادة تُشير إلى زيادة في محتوى Fe2+47. تُظهر هذه النتائج أن تواجد Fe2+ مع γ-Fe2O3 وα-Fe2O3 و/أو Fe3O4 يهيمن على سطح المواد المركبة المُدرفلة على البارد.
صور التصوير الحراري الكهروضوئي الإلكتروني المكبرة لطيف XAS (أ، ج) و (ب، د) تعبر حافة Fe L2،3 في مواقع مكانية مختلفة داخل المناطق المحددة 2 و E في الشكل 2د.
البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها (الشكل 4أ والشكل التكميلي 11) مرسومة ومقارنتها ببيانات المركبات النقية 40 و41 و48. ثلاثة أنواع مختلفة من أطياف XAS لحافة Fe L المرصودة تجريبياً (XAS-1 وXAS-2 وXAS-3: الشكل 4أ). وعلى وجه الخصوص، لوحظ الطيف 2-أ (المشار إليه بـ XAS-1) في الشكل 3ب متبوعًا بالطيف 2-ب (المسمى XAS-2) على منطقة الكشف بأكملها، بينما لوحظت أطياف مثل E-3 في الشكل 3د (المسمى XAS-3) في مواقع محددة. وكقاعدة عامة، تم استخدام أربعة معلمات لتحديد حالات التكافؤ الموجودة في العينة قيد الدراسة: (1) الخصائص الطيفية L3 وL2، (2) مواضع الطاقة للخصائص L3 وL2، (3) فرق الطاقة L3-L2.، (4) نسبة شدة L2/L3. وفقًا للملاحظات البصرية (الشكل 4أ)، توجد جميع مكونات الحديد الثلاثة، وهي Fe0 وFe2+ وFe3+، على سطح SDSS قيد الدراسة. كما أشارت نسبة الكثافة المحسوبة L2/L3 إلى وجود جميع المكونات الثلاثة.
أطياف XAS المحاكاة لـ Fe مع ملاحظة ثلاثة بيانات تجريبية مختلفة (الخطوط الصلبة XAS-1 و XAS-2 و XAS-3 تتوافق مع 2-a و 2-b و E-3 ​​في الشكل 2 و 3) مقارنة ، ثماني السطوح Fe2 + و Fe3 + بقيم مجال بلورية 1.0 إلكترون فولت و 1.5 إلكترون فولت على التوالي ، البيانات التجريبية المقاسة باستخدام bd (XAS-1 و XAS-2 و XAS-3) وبيانات LCF المحسّنة المقابلة (الخط الأسود الصلب) ، وأيضًا في شكل أطياف XAS-3 مع معايير Fe3O4 (حالة مختلطة من Fe) و Fe2O3 (Fe3 + نقي).
استُخدمت طريقة التركيب الخطي (LCF) للمعايير الثلاثة 40، 41، 48 لتحديد تركيب أكسيد الحديد. طُبقت هذه الطريقة لثلاثة أطياف مختارة من أطياف XAS ذات حافة L-fe، والتي أظهرت أعلى تباين، وهي XAS-1 وXAS-2 وXAS-3، كما هو موضح في الشكل 4ب-د. بالنسبة لتركيبات LCF، أُخذت نسبة 10% من FeO في الاعتبار في جميع الحالات نظرًا لملاحظة وجود نتوء صغير في جميع البيانات، ولأن الحديد المعدني هو المكون الرئيسي للفولاذ. في الواقع، فإن عمق اختبار X-PEEM لـ Fe (~6 نانومتر)49 أكبر من سمك طبقة الأكسدة المقدر (> 4 نانومتر قليلاً)، مما يسمح باكتشاف الإشارة من مصفوفة الحديد (Fe0) أسفل طبقة التخميل. في الواقع، فإن عمق اختبار X-PEEM لـ Fe (~6 نانومتر)49 أكبر من سمك طبقة الأكسدة المقدر (> 4 نانومتر قليلاً)، مما يسمح باكتشاف الإشارة من مصفوفة الحديد (Fe0) أسفل طبقة التخميل. بشكل طبيعي، X-PEEM الكروي للحديد (~ 6 نانومتر)49 أكبر مما يوفر طليعة طولية من الأوكسجين (أقل من 4 نانومتر)، وهو ما يمكنك الاستماع إلى إشارة من مواد مرغوبة (Fe0) تحت تأثير الفيروس المحظور. في الواقع، عمق مسبار X-PEEM لـ Fe (~6 نانومتر)49 أكبر من السُمك المفترض لطبقة الأكسدة (>4 نانومتر قليلاً)، مما يجعل من الممكن اكتشاف الإشارة من مصفوفة الحديد (Fe0) تحت طبقة التخميل.事实上،X-PEEM 对Fe(~6 nm)49 检测深度大于估计的氧化层厚度(略> 4 نانومتر)، 允许检测来自钝化层下方的铁基体(Fe0)的信号.事实上، X-PEEM 对 Fe (~ 6 نانومتر) 49 的 检测 深度 大于 的 氧化层 厚度 略 略> 4 nm) 允许 检测 来自钝化层 下方 铁基体 (fe0) 的. نعمالواقعية، الترطيب الكروي Fe (~ 6 نانومتر) 49 مع X-PEEM أكبر مما يوفر مسلك أكسيد التولوين (أقل > 4) حسنًا)، مما يسمح بملاحظة إشارة من مواد مرغوبة (Fe0) أي طريقة أخرى لتعطيل الحماية. في الواقع، فإن عمق اكتشاف Fe (~6 نانومتر) 49 بواسطة X-PEEM أكبر من السُمك المتوقع لطبقة الأكسيد (> 4 نانومتر قليلاً)، مما يسمح باكتشاف الإشارة من مصفوفة الحديد (Fe0) أسفل طبقة التخميل. .تم إجراء تركيبات مختلفة من Fe2+ و Fe3+ لإيجاد أفضل حل ممكن للبيانات التجريبية المرصودة. يوضح الشكل 4ب طيف XAS-1 لتركيبة Fe2+ و Fe3+، حيث كانت نسب Fe2+ و Fe3+ متشابهة بنحو 45%، مما يشير إلى حالات أكسدة مختلطة لـ Fe. بينما بالنسبة لطيف XAS-2، تصبح نسبة Fe2+ و Fe3+ ~30% و 60% على التوالي. Fe2+ أقل من Fe3+. نسبة Fe2+ إلى Fe3، تساوي 1:2، مما يعني أنه يمكن تكوين Fe3O4 بنفس النسبة بين أيونات Fe. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لطيف XAS-3، تصبح نسبة Fe2+ و Fe3+ ~10% و 80%، مما يشير إلى تحويل أعلى لـ Fe2+ إلى Fe3+. كما ذكر أعلاه، يمكن أن يأتي Fe3+ من α-Fe2O3 أو γ-Fe2O3 أو Fe3O4. لفهم المصدر الأكثر احتمالاً لـ Fe3+، تم رسم طيف XAS-3 باستخدام معايير Fe3+ مختلفة في الشكل 4e، مما يُظهر تشابهًا مع كلا المعيارين عند النظر في ذروة B. ومع ذلك، فإن شدة قمم الكتف (A: من Fe2+) ونسبة شدة B/A تشير إلى أن طيف XAS-3 قريب، ولكنه لا يتطابق مع طيف γ-Fe2O3. بالمقارنة مع γ-Fe2O3 السائب، فإن ذروة Fe 2p XAS لـ A SDSS لها شدة أعلى قليلاً (الشكل 4e)، مما يشير إلى شدة أعلى لـ Fe2+. على الرغم من أن طيف XAS-3 مشابه لطفيل γ-Fe2O3، حيث يوجد Fe3+ في موضعي Oh وTd، إلا أن تحديد حالات التكافؤ المختلفة والتنسيق فقط على طول حافة L2,3 أو نسبة شدة L2/L3 لا يزال موضوع بحث مستمر بسبب تعقيد العوامل المختلفة التي تؤثر على الطيف النهائي41.
بالإضافة إلى الاختلافات الطيفية في الحالة الكيميائية للمناطق المختارة ذات الاهتمام الموصوفة أعلاه، تم أيضًا تقييم التباين الكيميائي الشامل للعنصرين الرئيسيين Cr وFe من خلال تصنيف جميع أطياف XAS المُحصّلة على سطح العينة باستخدام طريقة التجميع K-means. تُشكّل أنماط حافة Cr L مجموعتين مثاليتين موزعتين مكانيًا في العينات المعالجة بالحرارة والدرفلة على البارد الموضحة في الشكل 5. من الواضح أنه لا يُلاحظ أي تشابه بين التغيرات الهيكلية المحلية، حيث إن مركزي مركز طيف XAS Cr متماثلان. تتطابق هذه الأشكال الطيفية للمجموعتين تقريبًا مع تلك المقابلة لـ Cr2O342، مما يعني أن طبقات Cr2O3 متباعدة بالتساوي نسبيًا على SDSS.
مجموعات منطقة حافة Cr L K-means، وb هي مركز ثقل XAS المقابل. نتائج مقارنة K-means X-PEEM لـ SDSS المدرفلة على البارد: c منطقة حافة Cr L2.3 لمجموعات K-means وd مراكز ثقل XAS المقابلة.
لتوضيح خرائط حواف FeL الأكثر تعقيدًا، استُخدمت أربع وخمس مجموعات مُحسّنة ومراكز ثقلها المرتبطة (الأنماط الطيفية) للعينات المعالجة بالحرارة والملفوفة على البارد، على التوالي. لذلك، يمكن الحصول على النسبة المئوية (%) لـ Fe2+ وFe3+ من خلال ملاءمة LCF الموضح في الشكل 4. استُخدم جهد شبه القطب الكهربائي (Epseudo) كدالة لـ Fe0 للكشف عن عدم التجانس الميكروكيميائي لطبقة أكسيد السطح. يُقدّر جهد شبه القطب الكهربائي (Epseudo) تقريبًا باستخدام قاعدة الخلط.
حيث \(E_Fe/Fe2 + (3 +)}) يساوي \(Fe + 2e – إلى Fe2 + (3 +)})، 0.440 و0.036 فولت على التوالي. المناطق ذات الجهد المنخفض تحتوي على محتوى أعلى من مركب Fe3+. يتميز توزيع الجهد في العينات المشوهة حرارياً بطابع طبقي مع أقصى تغيير يبلغ حوالي 0.119 فولت (الشكل 6أ، ب). يرتبط توزيع الجهد هذا ارتباطًا وثيقًا بتضاريس السطح (الشكل 6أ). لم تُلاحظ أي تغييرات أخرى تعتمد على الموضع في الجزء الداخلي الصفحي الأساسي (الشكل 6ب). على العكس من ذلك، بالنسبة لاتصال أكاسيد غير متشابهة بمحتويات مختلفة من Fe2+ وFe3+ في SDSS المدرفلة على البارد، يمكن للمرء أن يلاحظ طبيعة غير موحدة للجهد الكاذب (الشكل 6ج، د). أكاسيد Fe3+ و/أو هيدروكسيدات (أوكسي) هي المكونات الرئيسية للصدأ في الفولاذ، وهي نفاذة للأكسجين والماء50. في هذه الحالة، تُعتبر الجزر الغنية بـ Fe3+ موزعة محليًا، ويمكن اعتبارها مناطق متآكلة. في الوقت نفسه، يمكن استخدام تدرج الجهد، بدلًا من القيمة المطلقة للجهد، كمؤشر لتحديد مواقع التآكل النشط. هذا التوزيع غير المتساوي لـ Fe2+ وFe3+ على سطح الفولاذ المقاوم للصدأ المدرفل على البارد (SDSS) يمكن أن يُغير التركيب الكيميائي المحلي، ويوفر مساحة سطح نشطة أكثر عملية أثناء تحلل طبقة الأكسيد وتفاعلات التآكل، مما يسمح لمصفوفة المعدن الأساسية بمواصلة التآكل، مما يؤدي إلى تباين داخلي في خصائصها، ويقلل من خصائص الحماية لطبقة التخميل.
مجموعات K-means ومراكز XAS المقابلة لها في منطقة حافة Fe L2.3 لـ X-PEEM المشوهة بالحرارة ac و df لـ SDSS المدرفلة على البارد. a، d، مخططات مجموعات K-means متراكبة على صور X-PEEM. يُذكر جهد شبه القطب المحسوب (Epseudo) مع مخطط مجموعات K-means. يتناسب سطوع صورة X-PEEM، مثل اللون في الشكل 2، طرديًا مع شدة امتصاص الأشعة السينية.
يؤدي تجانس الكروم نسبيًا، مع اختلاف الحالة الكيميائية للحديد، إلى اختلاف تلف طبقة الأكسيد وأنماط التآكل في مادة Ce-2507 المشغولة على الساخن والمدرفلة على البارد. وقد دُرست هذه الخاصية في مادة Ce-2507 المدرفلة على البارد دراسةً مستفيضة. وفيما يتعلق بتكوين أكاسيد وهيدروكسيدات الحديد في الهواء المحيط في هذا العمل شبه المتعادل، تكون التفاعلات كما يلي:
تحدث التفاعلات المذكورة أعلاه في السيناريوهات التالية بناءً على تحليل X-PEEM. يرتبط كتف صغير يتوافق مع Fe0 بالحديد المعدني الأساسي. يؤدي تفاعل Fe المعدني مع البيئة إلى تكوين طبقة Fe(OH)2 (المعادلة (5))، مما يعزز إشارة Fe2+ في XAS على حافة Fe L. قد يؤدي التعرض المطول للهواء إلى تكوين أكاسيد Fe3O4 و/أو Fe2O3 بعد Fe(OH)252،53. يمكن أيضًا أن يتكون شكلان مستقران من Fe، Fe3O4 وFe2O3، في الطبقة الواقية الغنية بـ Cr3+، والتي يفضل Fe3O4 بنية موحدة ولزجة منها. يؤدي وجود كليهما إلى حالات أكسدة مختلطة (طيف XAS-1). يتوافق طيف XAS-2 بشكل أساسي مع Fe3O4. بينما أشارت ملاحظة أطياف XAS-3 في عدة أماكن إلى التحول الكامل إلى γ-Fe2O3. نظرًا لأن عمق اختراق الأشعة السينية غير المطوية يبلغ حوالي 50 نانومترًا، فإن الإشارة من الطبقة السفلية تؤدي إلى كثافة أعلى للذروة A.
يُظهر طيف XPA أن مكون Fe في طبقة الأكسيد له بنية طبقية مقترنة بطبقة أكسيد Cr. وعلى النقيض من علامات التخميل الناتجة عن عدم التجانس الموضعي لـ Cr2O3 أثناء التآكل، وعلى الرغم من الطبقة الموحدة لـ Cr2O3 في هذا العمل، لوحظت مقاومة منخفضة للتآكل في هذه الحالة، وخاصة بالنسبة للعينات المدرفلة على البارد. يمكن فهم السلوك المرصود على أنه عدم تجانس حالة الأكسدة الكيميائية في الطبقة العليا (Fe)، مما يؤثر على أداء التآكل. ونظرًا لنفس النسبة الكيميائية للطبقة العليا (أكسيد الحديد) والطبقة السفلية (أكسيد الكروم)52،53 فإن التفاعل (الالتصاق) الأفضل بينهما يؤدي إلى بطء نقل أيونات المعدن أو الأكسجين في الشبكة، مما يؤدي بدوره إلى زيادة في مقاومة التآكل. لذلك، فإن النسبة الكيميائية المستمرة، أي حالة أكسدة واحدة لـ Fe، أفضل من التغيرات الكيميائية المفاجئة. يتميز SDSS المُشوه بالحرارة بسطح أكثر تجانسًا، وطبقة واقية أكثر كثافة، ومقاومة أفضل للتآكل. أما في SDSS المُدرفل على البارد، فإن وجود جزر غنية بـ Fe3+ تحت الطبقة الواقية يُضعف سلامة السطح ويُسبب تآكلًا جلفانيًا مع الركيزة المجاورة، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في Rp (الجدول 1). ينخفض ​​طيف EIS ومقاومته للتآكل. يتضح أن التوزيع المحلي للجزر الغنية بـ Fe3+ بسبب التشوه البلاستيكي يؤثر بشكل رئيسي على مقاومة التآكل، وهو ما يُعد إنجازًا كبيرًا في هذا العمل. لذا، تُقدم هذه الدراسة صورًا مجهرية طيفية لانخفاض مقاومة التآكل لعينات SDSS التي دُرست بطريقة التشوه البلاستيكي.
بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن سبائك العناصر الأرضية النادرة في الفولاذ ثنائي الطور تُظهر أداءً أفضل، إلا أن تفاعل هذا العنصر الإضافي مع مصفوفة الفولاذ الفردية من حيث سلوك التآكل وفقًا للمجهر الطيفي لا يزال غامضًا. تظهر إشارات Ce (عبر حواف XAS M) في أماكن قليلة فقط أثناء الدرفلة على البارد، لكنها تختفي أثناء التشوه الساخن لـ SDSS، مما يشير إلى ترسب موضعي لـ Ce في مصفوفة الفولاذ، وليس سبائك متجانسة. مع أن وجود العناصر الأرضية النادرة لا يُحسّن بشكل ملحوظ الخصائص الميكانيكية لـ SDSS6,7، إلا أنه يُقلل من حجم الشوائب، ويُعتقد أنه يمنع التآكل في المنطقة الأولية54.
في الختام، يكشف هذا العمل عن تأثير عدم تجانس السطح على تآكل 2507 SDSS المعدل بالسيريوم، وذلك من خلال تحديد المحتوى الكيميائي للمكونات النانوية. نجيب على سؤال لماذا يتآكل الفولاذ المقاوم للصدأ حتى تحت طبقة أكسيد واقية، وذلك من خلال تحديد بنيته الدقيقة، وكيمياء سطحه، ومعالجة إشاراته باستخدام تقنية التجميع K-means. وقد ثبت أن الجزر الغنية بـ Fe3+، بما في ذلك تنسيقها ثماني السطوح ورباعي السطوح على طول السمة الكاملة لمزيج Fe2+/Fe3+، هي مصدر تلف وتآكل غشاء أكسيد SDSS المدرفل على البارد. تؤدي الجزر النانوية التي يهيمن عليها Fe3+ إلى ضعف مقاومة التآكل حتى في وجود طبقة تخميل Cr2O3 متكافئة القياس. بالإضافة إلى التقدم المنهجي في تحديد تأثير عدم التجانس الكيميائي النانوي على التآكل، من المتوقع أن يُلهم العمل الجاري عمليات هندسية لتحسين مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ أثناء تصنيعه.
لتحضير سبيكة Ce-2507 SDSS المستخدمة في هذه الدراسة، صُهرت تركيبة مختلطة تتضمن سبيكة Fe-Ce رئيسية مُحكمة الغلق بأنبوب حديد نقي في فرن حثي متوسط ​​التردد بوزن 150 كجم لإنتاج فولاذ منصهر، ثم صُبّت في قالب. ترد التركيبات الكيميائية المقاسة (بالنسبة المئوية للوزن) في الجدول التكميلي 2. تُشكّل السبائك أولًا على شكل كتل بالطرق الساخن، ثم تُلَدّن عند درجة حرارة 1050 درجة مئوية لمدة 60 دقيقة للحصول على فولاذ في حالة صلبة، ثم تُخمد في الماء إلى درجة حرارة الغرفة. دُرست العينات المدروسة بالتفصيل باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) وتقنية DOE لدراسة أطوارها وحجم حبيباتها وشكلها. يمكن الاطلاع على معلومات أكثر تفصيلًا حول العينات وعملية الإنتاج في مصادر أخرى.
عولجت عينات أسطوانية (φ10 مم × 15 مم) للضغط الساخن بحيث يكون محور الأسطوانة موازيًا لاتجاه تشوه الكتلة. أُجري ضغط عالي الحرارة عند درجات حرارة مختلفة تتراوح بين 1000 و1150 درجة مئوية باستخدام جهاز محاكاة حراري Gleeble-3800 بمعدل إجهاد ثابت يتراوح بين 0.01 و10 ثانية. قبل التشوه، سُخّنت العينات بمعدل 10 درجات مئوية في الثانية لمدة دقيقتين عند درجة حرارة مُختارة لإزالة التدرج الحراري. بعد تحقيق تجانس درجة الحرارة، تشوّهت العينة إلى قيمة إجهاد حقيقية قدرها 0.7. بعد التشوه، أُخمدت العينات بالماء فورًا للحفاظ على بنيتها المشوهة. ثم قُطعت العينة المُصلّبة موازية لاتجاه الضغط. بالنسبة لهذه الدراسة على وجه الخصوص، اخترنا عينة بحالة إجهاد ساخنة تبلغ 1050 درجة مئوية و10 ثانية -1 لأن الصلابة الدقيقة الملاحظة كانت أعلى من العينات الأخرى7.
استُخدمت عينات ضخمة (80 × 10 × 17 مم³) من محلول Ce-2507 الصلب في مطحنة LG-300 ثلاثية الطور غير متزامنة ثنائية الأسطوانات، مع أفضل الخصائص الميكانيكية بين جميع مستويات التشوه الأخرى¹. بلغ معدل الانفعال وانخفاض السُمك لكل مسار 0.2 متر/ثانية± و5%، على التوالي.
استُخدمت محطة عمل كهروكيميائية Autolab PGSTAT128N لإجراء قياسات كهروكيميائية باستخدام تقنية SDSS بعد الدرفلة على البارد لتخفيض السُمك بنسبة 90% (إجهاد حقيقي مكافئ 1.0)، وبعد الضغط الساخن عند درجة حرارة 1050 درجة مئوية لمدة 10 ثوانٍ -1 لإجهاد حقيقي قدره 0.7. تحتوي محطة العمل على خلية ثلاثية الأقطاب، حيث يُمثل قطب كالوميل مشبع القطب المرجعي، وقطب عداد من الجرافيت، وعينة SDSS القطب العامل. قُطعت العينات إلى أسطوانات بقطر 11.3 مم، ولُحمت أسلاك نحاسية على جوانبها. ثُبّتت العينات بعد ذلك بالإيبوكسي، مع ترك مساحة عمل مفتوحة بمساحة 1 سم2 كقطب عامل (الجانب السفلي من العينة الأسطوانية). يُرجى توخي الحذر أثناء معالجة الإيبوكسي والصنفرة والتلميع اللاحقين لتجنب التشقق. تم صقل وتلميع أسطح العمل باستخدام معلق تلميع ماسي بحجم جسيمات 1 ميكرومتر، ثم غسلها بالماء المقطر والإيثانول، وتجفيفها في الهواء البارد. قبل إجراء القياسات الكهروكيميائية، عُرضت العينات المصقولة للهواء لعدة أيام لتكوين طبقة أكسيد طبيعية. يُستخدم محلول مائي من FeCl3 (6.0%)، مُثبّت على درجة حموضة = 1.0 ± 0.01 مع حمض الهيدروكلوريك وفقًا لتوصيات الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM)، لتسريع تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ55 نظرًا لكونه مُسببًا للتآكل في وجود أيونات الكلوريد ذات قدرة أكسدة عالية ودرجة حموضة منخفضة، وفقًا للمعايير البيئية G48 وA923. تُغمر العينة في محلول الاختبار لمدة ساعة واحدة للوصول إلى حالة شبه مستقرة قبل إجراء أي قياسات. بالنسبة للعينات المُذابة في محلول صلب، والعينات المُشكّلة بالحرارة، والعينات المُدرفلة على البارد، أُجريت قياسات المعاوقة عند جهد دائرة مفتوحة (OPC) قدره 0.39، و0.33، و0.25 فولت، على التوالي، في نطاق ترددي يتراوح بين 1105 و0.1 هرتز، وبسعة 5 مللي فولت. أُعيدت جميع الاختبارات الكيميائية ثلاث مرات على الأقل في نفس الظروف لضمان إمكانية تكرار البيانات.
لإجراء قياسات HE-SXRD، قُيست كتل فولاذية مستطيلة مزدوجة الأبعاد بأبعاد 1 × 1 × 1.5 مم³ لتحديد تركيب طور الشعاع لمذبذب بروكهاوس عالي الطاقة في CLS، كندا. 56. جُمعت البيانات باستخدام هندسة ديباي-شيرر أو هندسة النفاذية في درجة حرارة الغرفة. بلغ طول موجة الأشعة السينية المُعايرة باستخدام مُعاير LaB6 0.212561 أنجستروم، أي ما يُعادل 58 كيلو فولت، وهو أعلى بكثير من طول موجة Cu Kα (8 كيلو فولت) المُستخدم عادةً كمصدر أشعة سينية في المختبر. وُضعت العينة على بُعد 740 مم من الكاشف. ويبلغ حجم الكشف لكل عينة 0.2 × 0.3 × 1.5 مم³، ويُحدد هذا الحجم بناءً على حجم الشعاع وسمك العينة. تم جمع كافة البيانات باستخدام كاشف مساحة بيركين إلمر، وكاشف الأشعة السينية ذو اللوحة المسطحة، وبكسلات 200 ميكرومتر، ومساحة 40×40 سم2 باستخدام وقت تعرض 0.3 ثانية و120 إطارًا.
أُجريت قياسات X-PEEM لنظامين نموذجيين مختارين في محطة Beamline MAXPEEM PEEM النهائية في مختبر MAX IV (لوند، السويد). حُضِّرت العينات بنفس طريقة القياسات الكهروكيميائية. حُفظت العينات المُحضَّرة في الهواء لعدة أيام، ثم فُرِغَت غازاتها في حجرة تفريغ فائق الارتفاع قبل تعريضها لإشعاع فوتونات السنكروترون. تم الحصول على دقة طاقة خط الشعاع عن طريق قياس طيف عائد الأيونات في منطقة الإثارة من N 1 s إلى 1\(\pi _g^ \ast\) بالقرب من hv = 401 eV في N2 مع اعتماد طاقة الفوتون على E3/2، 57. أعطت أطياف التقريب ΔE (عرض خط الطيف) حوالي 0.3 eV في نطاق الطاقة المقاس. لذلك، تم تقدير دقة طاقة خط الشعاع بـ E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 والتدفق ≈1012 ph/s باستخدام أحادي اللون SX-700 المعدل مع شبكة Si 1200 خط mm−1 لحافة Fe 2p L2,3 وحافة Cr 2p L2,3 وحافة Ni 2p L2,3 وحافة Ce M4,5. لذلك، تم تقدير دقة طاقة خط الشعاع بـ E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 والتدفق ≈1012 ph/s باستخدام أحادي اللون SX-700 المعدل مع شبكة Si 1200 خط mm−1 لحافة Fe 2p L2.3، وحافة Cr 2p L2.3، وحافة Ni 2p L2.3، وحافة Ce M4.5. بهذه الطريقة، تكون قناة التوسيع النشطة ذات قيمة عالية حيث E/∆E = 700 EV/0,3 EV > 2000 وسرعة ≈1012 f/s قبل باستخدام تعديل أحادي اللون SX-700 مع Si محدد 1200 ستريش/مم للحديد 2p L2,3، كروم Cr 2p L2,3 وكروما Ni 2p L2,3 وكروما Ce M4,5. وبالتالي، تم تقدير دقة الطاقة لقناة الشعاع على أنها E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 وتدفق ≈1012 f/s باستخدام أحادي اللون SX-700 المعدل مع شبكة سيليكون 1200 خط/مم لحافة Fe 2p L2،3، وحافة Cr 2p L2.3، وحافة Ni 2p L2.3، وحافة Ce M4.5.الجهد الكهربائي للكهرباء E/ΔE = 700 eV/0.3 eV > 2000 و 1012 ph/s، والجهد Si 1200 مم-1 سماكة SX-700 وFe 2p L2,3 边缘، Cr 2p L2,3 边缘، Ni 2p L2,3 边缘 وCe M4,5 边缘.الطاقة الكهربائية: EV/0.3 EV> 700 EV/0.3 EV> 2000 ≈1012 PH/S، ≈1012 PH/S 1200 ملم -1 ملم SX-700 عيار 1200 ملم سماكة الحديد Fe 2p L2.3 、Cr 2p L2.3 、 Ni 2p L2.3 متوفر وCe M4.5.وبالتالي، عند استخدام جهاز أحادي اللون SX-700 معدل مع شبكة سيليكون 1200 خط. 3، حافة Cr 2p L2.3، حافة Ni 2p L2.3 وحافة Ce M4.5.طاقة الفوتون المسحي بخطوات 0.2 إلكترون فولت. عند كل طاقة، سُجلت صور PEEM باستخدام كاشف CMOS المقترن بالألياف TVIPS F-216 المزود بـ 2 × 2 حاوية، مما يوفر دقة 1024 × 1024 بكسل في مجال رؤية 20 ميكرومتر. كان زمن التعرض للصور 0.2 ثانية، بمتوسط ​​16 إطارًا. تم اختيار طاقة صورة الفوتون الإلكتروني بطريقة توفر أقصى إشارة إلكترونية ثانوية. أجريت جميع القياسات عند سقوط عمودي باستخدام حزمة فوتون مستقطبة خطيًا. يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول القياسات في دراسة سابقة. بعد دراسة وضع كشف العائد الإلكتروني الكلي (TEY) وتطبيقه في X-PEEM49، يُقدر عمق تجربة هذه الطريقة بحوالي 4-5 نانومتر لإشارة الكروم وحوالي 6 نانومتر لإشارة الحديد. عمق الكروم قريب جدًا من سمك طبقة الأكسيد (~4 نانومتر)60،61 بينما عمق الحديد أكبر من السمك. حيود الأشعة السينية المجمعة عند حافة Fe L عبارة عن خليط من حيود الأشعة السينية لأكاسيد الحديد و Fe0 من المصفوفة. في الحالة الأولى، تأتي شدة الإلكترونات المنبعثة من جميع الأنواع الممكنة من الإلكترونات التي تساهم في TEY. ومع ذلك، تتطلب إشارة الحديد النقي طاقة حركية أعلى للإلكترونات للمرور عبر طبقة الأكسيد إلى السطح وجمعها بواسطة المحلل. في هذه الحالة، ترجع إشارة Fe0 بشكل أساسي إلى إلكترونات LVV Auger، بالإضافة إلى الإلكترونات الثانوية المنبعثة منها. بالإضافة إلى ذلك، تتلاشى شدة TEY التي تساهم بها هذه الإلكترونات أثناء مسار هروب الإلكترون، مما يقلل بشكل أكبر من الاستجابة الطيفية لـ Fe0 في خريطة XAS للحديد.
يُعد دمج استخراج البيانات في مكعب بيانات (بيانات X-PEEM) خطوةً أساسيةً في استخراج المعلومات ذات الصلة (الخصائص الكيميائية أو الفيزيائية) بنهج متعدد الأبعاد. يُستخدم تجميع K-means على نطاق واسع في العديد من المجالات، بما في ذلك الرؤية الآلية، ومعالجة الصور، والتعرف على الأنماط غير الخاضعة للإشراف، والذكاء الاصطناعي، والتحليل التصنيفي. على سبيل المثال، أثبت تجميع K-means أداءً جيدًا في تجميع بيانات الصور فائقة الطيف. من حيث المبدأ، بالنسبة للبيانات متعددة الميزات، يمكن لخوارزمية K-means تجميعها بسهولة بناءً على معلومات حول سماتها (خصائص طاقة الفوتون). تجميع K-means هو خوارزمية تكرارية لتقسيم البيانات إلى K مجموعات غير متداخلة (عناقيد)، حيث ينتمي كل بكسل إلى عنقود محدد بناءً على التوزيع المكاني لعدم التجانس الكيميائي في التركيب المجهري للفولاذ. تتضمن خوارزمية K-means مرحلتين: في المرحلة الأولى، يتم حساب K من نقاط الثقل، وفي المرحلة الثانية، يتم تعيين كل نقطة في عنقود مع نقاط الثقل المجاورة. يُعرَّف مركز ثقل المجموعة بأنه المتوسط ​​الحسابي لنقاط البيانات (طيف XAS) لتلك المجموعة. هناك مسافات مختلفة لتحديد نقاط الثقل المجاورة كمسافة إقليدية. بالنسبة لصورة إدخال px,y (حيث x وy هما الدقة بالبكسل)، فإن CK هو مركز ثقل المجموعة؛ ويمكن بعد ذلك تقسيم هذه الصورة (تجميعها) إلى K مجموعة باستخدام K-means63. الخطوات النهائية لخوارزمية التجميع K-means هي:
الخطوة ٢. احسب عضوية جميع وحدات البكسل وفقًا لمركزها الحالي. على سبيل المثال، تُحسب من المسافة الإقليدية d بين المركز وكل وحدة بكسل:
الخطوة 3: عيّن كل بكسل إلى أقرب مركز ثقل. ثم أعد حساب مواقع مراكز K كما يلي:
الخطوة 4. كرر العملية (المعادلتان (7) و(8)) حتى تتقارب نقاط الثقل. ترتبط نتائج جودة التجميع النهائية ارتباطًا وثيقًا بأفضل اختيار لنقاط الثقل الأولية. بالنسبة لبنية بيانات PEEM لصور الفولاذ، عادةً ما يكون X (x × y × λ) مكعبًا من بيانات المصفوفة ثلاثية الأبعاد، بينما يمثل المحوران x وy المعلومات المكانية (دقة البكسل)، ويمثل المحور λ صورة طيفية لطاقة الفوتون. تُستخدم خوارزمية K-means لاستكشاف المناطق ذات الأهمية في بيانات X-PEEM عن طريق فصل وحدات البكسل (العناقيد أو الكتل الفرعية) وفقًا لخصائصها الطيفية، واستخراج أفضل نقاط الثقل (ملفات تعريف طيفية XAS) لكل مجموعة مُحللة. تُستخدم هذه الخوارزمية لدراسة التوزيع المكاني، والتغيرات الطيفية المحلية، وسلوك الأكسدة، والحالات الكيميائية. على سبيل المثال، استُخدمت خوارزمية التجميع K-means لمناطق حافة Fe L وحافة Cr L في صفائح X-PEEM المشغولة بالحرارة والمدرفلة على البارد. اختُبرت أعداد مختلفة من مجموعات K (مناطق البنية الدقيقة) لإيجاد المجموعات ومراكز الثقل الأمثل. عند عرض هذه الأرقام، تُعاد تعيين البكسلات إلى مراكز الثقل المقابلة للمجموعة. يتوافق كل توزيع لوني مع مركز المجموعة، موضحًا الترتيب المكاني للأجسام الكيميائية أو الفيزيائية. مراكز الثقل المستخرجة هي تركيبات خطية من الأطياف النقية.
البيانات التي تدعم نتائج هذه الدراسة متاحة عند الطلب المعقول من مؤلف WC المعني.
سييورين، هـ. وساندستروم، ر. صلابة الكسر للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الملحوم. سييورين، هـ. وساندستروم، ر. صلابة الكسر للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الملحوم. سيورين، هـ. وساندستروم، ر. سييورين، هـ. وساندستروم، ر. صلابة الكسر في الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الملحوم. Sieurin، H. & Sandström، R. 焊接双相不锈钢的断裂韧性. سيورين، إتش. وساندستروم، آر. Sieurin، H. & Sandström، R. Vyaskosty razrushenia svarnыh duplexnыh негавеющин сталей. سييورين، هـ. وساندستروم، ر. صلابة الكسر في الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الملحوم.بريتانيا. جزء كسري. الفراء. 73، 377-390 (2006).
آدامز، ف.ف.، أولوبامبي، ب.أ، بوتجيتر، ج.ه. وفان دير ميرفي، ج. مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج في الأحماض العضوية المختارة وبيئات الأحماض العضوية/الكلوريد. آدامز، ف.ف.، أولوبامبي، ب.أ، بوتجيتر، ج.ه. وفان دير ميرفي، ج. مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج في الأحماض العضوية المختارة وبيئات الأحماض العضوية/الكلوريد.آدامز، ف.و، أولوبامبي، ب.أ، بوتجيتر، ج. خ. وفان دير ميرفي، ج. مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج في البيئات التي تحتوي على بعض الأحماض العضوية والأحماض العضوية/الكلوريدات. Adams، FV، Olubambi، PA، Potgieter، JH & Van Der Merwe، J. Adams، FV، Olubambi، PA، Potgieter، JH & Van Der Merwe، J. الفولاذ المقاوم للصدأ مصنوع من مواد عضوية وبيئة عضوية / بيئة مكلورة.آدامز، ف.و، أولوبامبي، ب.أ، بوتجيتر، ج. خ. وفان دير ميرفي، ج. مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج في بيئات مختارة من الأحماض العضوية والأحماض العضوية/الكلوريدات.المواد الحافظة. طرق المواد 57، 107-117 (2010).
باريرا، س. وآخرون. السلوك التأكسدي التآكلي لسبائك ثنائيات الحديد والألومنيوم والمنجنيز والكربون. مواد 12، 2572 (2019).
ليفكوف، ل.، شوريجين، د.، دوب، ف.، كوسيريف، ك. وباليكويف، أ. الجيل الجديد من الفولاذ الفائق المزدوج لمعدات إنتاج الغاز والنفط. ليفكوف، ل.، شوريجين، د.، دوب، ف.، كوسيريف، ك. وباليكويف، أ. الجيل الجديد من الفولاذ الفائق المزدوج لمعدات إنتاج الغاز والنفط.ليفكوف ل.، شوريجين د.، دوب ف.، كوسيريف ك.، باليكويف أ. الجيل الجديد من الفولاذ الفائق المزدوج لمعدات إنتاج النفط والغاز.ليفكوف ل.، شوريجين د.، دوب ف.، كوسيريف ك.، باليكويف أ. جيل جديد من الفولاذ الفائق المزدوج لمعدات إنتاج الغاز والنفط. ندوة إلكترونية E3S 121، 04007 (2019).
كينجكلانج، إس. وأوثايسانجسوك، ف. التحقيق في سلوك التشوه الساخن للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الدرجة 2507. المعادن. كينجكلانج، إس. وأوثايسانجسوك، ف. التحقيق في سلوك التشوه الساخن للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج الدرجة 2507. المعادن. Kingklang، S. & Uthaisangsuk، V. Иследование поведения голячей доformации duplexnoй неравеющей стали тали 2507. ميتال. كينغكلانغ، س. وأوثايسانجسوك، ف. دراسة سلوك التشوه الساخن للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج من النوع 2507. مجلة المعادن. Kingklang، S. & Uthaisangsuk، V. 双相不锈钢2507 级热变形行为的研究. Kingklang، S. & Uthaisangsuk، V.2507 级热变形行为的研究.كينجكلانج، س. وأوتايسانسوك، ف. دراسة سلوك التشوه الساخن للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج من النوع 2507. المعدن.الأم. نشوة. 48، 95-108 (2017).
تشو، ت. وآخرون. تأثير الدرفلة الباردة المُتحكم بها على البنية الدقيقة والخصائص الميكانيكية للفولاذ المقاوم للصدأ SAF 2507 فائق الازدواج المُعدّل بالسيريوم. جامعة العلوم. بريتانيا. أ 766، 138352 (2019).
تشو، ت. وآخرون. الخواص الهيكلية والميكانيكية المُستحثة بالتشوه الحراري للفولاذ المقاوم للصدأ SAF 2507 فائق الازدواج المُعدل بالسيريوم. مجلة تكنولوجيا خزانات التخزين في الجامعة الأم. 9، 8379-8390 (2020).
تشنغ، ز.، وانغ، س.، لونغ، ج.، وانغ، ج. وتشنغ، ك. تأثير العناصر الأرضية النادرة على سلوك الأكسدة في درجات الحرارة العالية للفولاذ الأوستنيتي. تشنغ، ز.، وانغ، س.، لونغ، ج.، وانغ، ج. وتشنغ، ك. تأثير العناصر الأرضية النادرة على سلوك الأكسدة في درجات الحرارة العالية للفولاذ الأوستنيتي.تشنغ زد، وانغ س، لونغ جيه، وانغ جيه، وتشنغ كيه. تأثير العناصر الأرضية النادرة على سلوك الفولاذ الأوستنيتي تحت الأكسدة في درجات الحرارة العالية. Zheng، Z.، Wang، S.، Long، J.، Wang، J. & Zheng، K. تشنغ، Z.، وانغ، S.، لونغ، J.، وانغ، J. وتشنغ، K.تشنغ زد، وانغ س، لونغ جيه، وانغ جيه، وتشنغ كيه. تأثير العناصر الأرضية النادرة على سلوك الفولاذ الأوستنيتي عند الأكسدة في درجات حرارة عالية.كوروس. العلم. 164، 108359 (2020).
لي، ي.، يانغ، جي.، جيانج، زد.، تشين، سي. وسون، إس. تأثير السيريوم على البنية الدقيقة وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق الفريتي 27Cr-3.8Mo-2Ni. لي، ي.، يانغ، جي.، جيانج، زد.، تشين، سي. وسون، إس. تأثير السيريوم على البنية الدقيقة وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق الفريتي 27Cr-3.8Mo-2Ni.لي واي، يانغ جي، جيانج زد، تشين كيه، وسون إس. تأثير السيلينيوم على البنية الدقيقة وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق الفيريتي 27Cr-3,8Mo-2Ni. Li، Y.، Yang، G.، Jiang، Z.، Chen، C. & Sun، S. Ce 对27Cr-3.8Mo-2Ni 超铁素体不锈钢的显微组织和性能的影响. لي، ي.، يانغ، ج.، جيانج، ز.، تشين، ج. وسون، س. تأثير السيريوم على البنية الدقيقة وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق 27Cr-3.8Mo-2Ni. Li، Y.، Yang، G.، Jiang، Z.، Chen، C. & Sun، S. Влияние Ce للبنية الدقيقة والألياف العصبية الفائقة 27Cr-3،8Mo-2Ni. لي، ي.، يانغ، ج.، جيانج، ز.، تشين، ج. وسون، س. تأثير السيريوم على البنية الدقيقة وخصائص الفولاذ المقاوم للصدأ الفائق الفيريتي 27Cr-3,8Mo-2Ni.لافتة حديدية. ستيلماك ٤٧، ٦٧-٧٦ (٢٠٢٠).