Terima kasih telah mengunjungi Nature.com. Anda menggunakan versi peramban dengan dukungan CSS terbatas. Untuk pengalaman terbaik, kami sarankan Anda menggunakan peramban yang diperbarui (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer). Selain itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Menampilkan carousel berisi tiga slide sekaligus. Gunakan tombol Sebelumnya dan Berikutnya untuk berpindah antar tiga slide sekaligus, atau gunakan tombol penggeser di bagian akhir untuk berpindah antar tiga slide sekaligus.
Baja tahan karat yang banyak digunakan dan versi tempaannya tahan terhadap korosi dalam kondisi lingkungan karena lapisan pasivasi yang terdiri dari kromium oksida. Korosi dan erosi baja biasanya dikaitkan dengan kerusakan lapisan-lapisan ini, tetapi jarang dengan munculnya ketidakseragaman permukaan, tergantung pada tingkat mikroskopis. Dalam penelitian ini, heterogenitas permukaan kimia skala nano, yang dideteksi oleh mikroskopi spektroskopi dan analisis kemometrik, secara tak terduga mendominasi fraktur dan korosi baja tahan karat super dupleks 2507 (SDSS) yang dimodifikasi serium dan digulung dingin selama deformasi panasnya. Meskipun mikroskopi fotoelektron sinar-X menunjukkan cakupan lapisan Cr2O3 alami yang relatif seragam, kinerja pasivasi SDSS yang digulung dingin buruk karena distribusi lokal nanoislands kaya Fe3+ pada lapisan oksida Fe/Cr. Pengetahuan skala atom ini memberikan pemahaman mendalam tentang korosi baja tahan karat dan diharapkan dapat membantu mengatasi korosi logam paduan tinggi serupa.
Sejak penemuan baja tahan karat, sifat anti-korosi ferrochrome telah dikaitkan dengan kromium, yang membentuk oksida/oksihidroksida yang kuat dan menunjukkan perilaku pasivasi di sebagian besar lingkungan. Dibandingkan dengan baja tahan karat konvensional (austenitik dan feritik) 1, 2, 3, baja tahan karat super dupleks (SDSS) memiliki ketahanan korosi yang lebih baik dan sifat mekanik yang sangat baik. Peningkatan kekuatan mekanik memungkinkan desain yang lebih ringan dan lebih kompak. Sebaliknya, SDSS yang ekonomis memiliki ketahanan tinggi terhadap korosi pitting dan korosi celah, sehingga menghasilkan masa pakai yang lebih lama, dan dengan demikian memperluas aplikasinya ke pengendalian polusi, wadah kimia, dan industri minyak dan gas lepas pantai4. Namun, rentang suhu perlakuan panas yang sempit dan kemampuan pembentukan yang buruk menghambat aplikasi praktisnya yang luas. Oleh karena itu, SDSS dimodifikasi untuk meningkatkan kinerja di atas. Misalnya, modifikasi Ce diperkenalkan pada SDSS 2507 (Ce-2507) dengan kandungan nitrogen yang tinggi6,7,8. Unsur tanah jarang (Ce) pada konsentrasi yang tepat sebesar 0,08 wt.% memiliki efek menguntungkan pada sifat mekanik DSS, karena meningkatkan penghalusan butir dan kekuatan batas butir. Ketahanan aus dan korosi, kekuatan tarik dan kekuatan luluh, serta kemampuan pengerjaan panas juga meningkat9. Sejumlah besar nitrogen dapat menggantikan kandungan nikel yang mahal, sehingga membuat SDSS lebih hemat biaya10.
Baru-baru ini, SDSS telah mengalami deformasi plastis pada berbagai suhu (kriogenik, dingin, dan panas) untuk mencapai sifat mekanik yang sangat baik6,7,8. Namun, ketahanan korosi SDSS yang sangat baik karena adanya lapisan oksida tipis di permukaan dipengaruhi oleh banyak faktor seperti heterogenitas inheren karena adanya fase heterogen dengan batas butir yang berbeda, endapan yang tidak diinginkan, dan respons deformasi yang berbeda dari fase austenitik dan feritik7. Oleh karena itu, studi tentang sifat domain mikroskopis dari lapisan tersebut hingga tingkat struktur elektronik menjadi sangat penting untuk memahami korosi SDSS dan membutuhkan teknik eksperimental yang kompleks. Sejauh ini, metode sensitif permukaan seperti spektroskopi elektron Auger11 dan spektroskopi fotoelektron sinar-X12,13,14,15 dan mikroskopi fotoemisi sinar-X keras (HAX-PEEM)16 umumnya gagal mendeteksi perbedaan kimia dalam lapisan permukaan, yaitu keadaan kimia dari unsur yang sama di tempat yang berbeda dalam ruang skala nano. Beberapa studi terbaru telah mengkorelasikan oksidasi lokal kromium dengan perilaku korosi yang diamati pada baja tahan karat austenitik17, baja martensitik18 dan SDSS19,20. Namun, studi-studi ini sebagian besar berfokus pada pengaruh heterogenitas Cr (misalnya, keadaan oksidasi Cr3+) terhadap ketahanan korosi. Heterogenitas lateral dalam keadaan oksidasi unsur dapat disebabkan oleh senyawa yang berbeda dengan unsur penyusun yang sama, seperti oksida besi. Senyawa-senyawa ini, yang mewarisi ukuran kecil sebagai hasil perlakuan termomekanik, berada dalam jarak yang dekat satu sama lain, tetapi berbeda dalam komposisi dan keadaan oksidasi16,21. Oleh karena itu, untuk mendeteksi keretakan lapisan oksida dan pitting selanjutnya, perlu untuk memahami heterogenitas permukaan pada tingkat mikroskopis. Terlepas dari persyaratan ini, perkiraan kuantitatif seperti heterogenitas lateral dalam oksidasi, terutama untuk Fe pada skala nano dan atom, masih kurang, dan korelasinya dengan ketahanan korosi masih belum dieksplorasi. Sampai baru-baru ini, keadaan kimia berbagai unsur, seperti Fe dan Ca22, pada sampel baja dikarakterisasi secara kuantitatif menggunakan mikroskopi fotoelektron sinar-X lunak (X-PEEM) di fasilitas radiasi sinkrotron skala nano. Dikombinasikan dengan spektroskopi absorpsi sinar-X (XAS) yang sensitif secara kimia, X-PEEM memungkinkan pengukuran XAS dengan resolusi spasial dan spektral tinggi, memberikan informasi kimia tentang komposisi unsur dan keadaan kimianya dengan resolusi spasial hingga skala dua puluh tiga nanometer. Pengamatan spektromikroskopik ini memfasilitasi pengamatan kimia lokal dan dapat menunjukkan perubahan kimia di ruang lapisan besi yang belum pernah diteliti sebelumnya.
Studi ini memperluas keunggulan PEEM dalam mendeteksi perbedaan kimia pada skala nano dan menyajikan metode analisis permukaan tingkat atom yang mendalam untuk memahami perilaku korosi Ce-2507. Studi ini menggunakan pendekatan kemometrik K-means24 yang dikelompokkan untuk memetakan homogenitas (hetero)kimia global dari unsur-unsur yang terlibat, yang keadaan kimianya disajikan dalam representasi statistik. Berbeda dengan korosi yang dipicu oleh penghancuran lapisan oksida kromium pada kasus tradisional, pasivasi yang lebih rendah dan ketahanan korosi yang lebih rendah saat ini dikaitkan dengan nanoislands kaya Fe3+ yang terlokalisasi di dekat lapisan oksida Fe/Cr, yang mungkin memiliki sifat protektif. Oksida tersebut menghancurkan lapisan titik-titik dan menyebabkan korosi.
Perilaku korosif SDSS 2507 yang mengalami deformasi pertama kali dievaluasi menggunakan pengukuran elektrokimia. Gambar 1 menunjukkan kurva Nyquist dan Bode untuk sampel terpilih dalam larutan air asam (pH = 1) FeCl3 pada suhu kamar. Elektrolit yang dipilih bertindak sebagai agen pengoksidasi kuat, yang mencirikan kecenderungan lapisan pasivasi untuk rusak. Meskipun material tersebut tidak mengalami pitting stabil pada suhu kamar, analisis tersebut memberikan wawasan tentang kemungkinan peristiwa kegagalan dan korosi selanjutnya. Rangkaian ekivalen (Gambar 1d) digunakan untuk mencocokkan spektrum spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS), dan hasil pencocokan yang sesuai ditunjukkan pada Tabel 1. Setengah lingkaran yang tidak lengkap muncul pada spesimen yang diberi perlakuan larutan dan dikerjakan panas, sedangkan setengah lingkaran yang terkompresi muncul pada spesimen yang digulung dingin (Gambar 1b). Dalam spektroskopi EIS, jari-jari setengah lingkaran dapat dianggap sebagai resistansi polarisasi (Rp)25,26. Nilai Rp dari landasan pacu yang diberi perlakuan larutan pada Tabel 1 adalah sekitar 135 kΩ cm–2, namun nilai landasan pacu yang dikerjakan panas dan digulung dingin jauh lebih rendah, masing-masing 34,7 dan 2,1 kΩ cm–2. Penurunan Rp yang signifikan ini menunjukkan efek merugikan dari deformasi plastis terhadap pasivasi dan ketahanan korosi, seperti yang ditunjukkan dalam laporan sebelumnya27,28,29,30.
a Diagram Nyquist, b, c diagram impedansi dan fase Bode, dan d model rangkaian ekivalen yang sesuai, di mana RS adalah resistansi elektrolit, Rp adalah resistansi polarisasi, dan QCPE adalah oksida elemen fase konstan yang digunakan untuk memodelkan kapasitansi non-ideal (n). Pengukuran EIS dilakukan pada potensial rangkaian terbuka.
Konstanta simultan ditunjukkan pada plot Bode, dengan plateau pada rentang frekuensi tinggi yang mewakili resistansi elektrolit RS26. Saat frekuensi menurun, impedansi meningkat dan ditemukan sudut fase negatif, yang menunjukkan dominasi kapasitansi. Sudut fase meningkat, mempertahankan maksimum pada rentang frekuensi yang relatif lebar, dan kemudian menurun (Gambar 1c). Namun, dalam ketiga kasus tersebut, maksimum ini masih kurang dari 90°, menunjukkan perilaku kapasitif non-ideal karena dispersi kapasitif. Dengan demikian, elemen fase konstan QCPE (CPE) digunakan untuk mewakili distribusi kapasitansi antarmuka yang timbul dari kekasaran atau ketidakseragaman permukaan, terutama pada skala atom, geometri fraktal, porositas elektroda, potensial tidak seragam, dan geometri dengan bentuk elektroda31,32. Impedansi CPE:
di mana j adalah bilangan imajiner dan ω adalah frekuensi sudut. QCPE adalah konstanta yang tidak bergantung pada frekuensi dan sebanding dengan luas area terbuka efektif elektrolit. n adalah bilangan pangkat tak berdimensi yang menggambarkan penyimpangan kapasitor dari kapasitansi ideal, yaitu semakin dekat n ke 1, semakin dekat CPE ke kapasitif murni, sedangkan jika n mendekati nol, tampak resistif. Penyimpangan kecil n, mendekati 1, menunjukkan perilaku kapasitif non-ideal permukaan setelah uji polarisasi. QCPE SDSS yang digulung dingin secara signifikan lebih tinggi daripada rekan-rekannya, yang berarti kualitas permukaannya kurang seragam.
Sesuai dengan sebagian besar sifat ketahanan korosi baja tahan karat, kandungan Cr yang relatif tinggi pada SDSS umumnya menghasilkan ketahanan korosi yang sangat baik pada SDSS karena adanya lapisan oksida pelindung pasif pada permukaannya17. Lapisan pasif tersebut biasanya kaya akan oksida dan/atau hidroksida Cr3+, terutama dalam kombinasi dengan oksida dan/atau (oksi)hidroksida Fe2+, Fe3+33. Meskipun memiliki keseragaman permukaan yang sama, lapisan oksida pasif, dan tidak adanya retakan permukaan yang diamati menurut pengukuran mikroskopis6,7, perilaku korosi SDSS yang dikerjakan panas dan digulung dingin berbeda, sehingga studi mendalam tentang karakteristik mikrostruktur diperlukan untuk deformasi baja.
Mikrostruktur baja tahan karat yang mengalami deformasi dipelajari secara kuantitatif menggunakan sinar-X intrinsik dan sinar-X berenergi tinggi sinkrotron (Gambar Tambahan 1, 2). Analisis rinci diberikan dalam Informasi Tambahan. Meskipun terdapat konsensus umum mengenai jenis fase utama, ditemukan perbedaan fraksi fase curah, yang tercantum dalam Tabel Tambahan 1. Perbedaan ini mungkin disebabkan oleh fraksi fase yang tidak homogen di permukaan dan di dalam volume, yang dipengaruhi oleh kedalaman deteksi difraksi sinar-X (XRD) yang berbeda. ) dengan sumber energi foton insiden yang berbeda34. Fraksi austenit yang relatif tinggi pada spesimen yang digulung dingin yang ditentukan oleh XRD dari sumber laboratorium menunjukkan pasivasi yang lebih baik dan kemudian ketahanan korosi yang lebih baik35, sementara hasil yang lebih akurat dan statistik menunjukkan tren yang berlawanan dalam fraksi fase. Selain itu, ketahanan korosi baja juga bergantung pada tingkat penghalusan butir, pengurangan ukuran butir, peningkatan mikrodeformasi dan kepadatan dislokasi yang terjadi selama perlakuan termomekanik36,37,38. Spesimen yang diproses panas menunjukkan sifat yang lebih berbutir, yang mengindikasikan butiran berukuran mikron, sedangkan cincin halus yang diamati pada spesimen yang digulir dingin (Gambar Tambahan 3) mengindikasikan penghalusan butiran yang signifikan hingga ukuran nano dalam penelitian sebelumnya. Hal ini seharusnya mendukung pembentukan lapisan pasif dan peningkatan ketahanan korosi. Kepadatan dislokasi yang lebih tinggi biasanya dikaitkan dengan ketahanan yang lebih rendah terhadap korosi lubang, yang sesuai dengan pengukuran elektrokimia.
Perubahan keadaan kimia mikrodomain dari unsur-unsur utama dipelajari secara sistematis menggunakan X-PEEM. Meskipun terdapat lebih banyak unsur paduan, Cr, Fe, Ni, dan Ce39 dipilih di sini, karena Cr merupakan unsur kunci untuk membentuk lapisan pasif, Fe merupakan unsur utama untuk baja, dan Ni meningkatkan pasivasi dan menyeimbangkan fase ferit-austenitik. Struktur dan modifikasi adalah tujuan dari Ce. Dengan menyetel energi berkas sinkrotron, XAS menangkap karakteristik utama Cr (tepi L2.3), Fe (tepi L2.3), Ni (tepi L2.3), dan Ce (tepi M4.5) dari permukaan. -2507 SDSS. Analisis data yang tepat dilakukan dengan memasukkan kalibrasi energi dengan data yang dipublikasikan (misalnya XAS pada rusuk Fe L2, 340,41).
Gambar 2 menunjukkan citra X-PEEM dari Ce-2507 SDSS yang dikerjakan panas (Gambar 2a) dan digulung dingin (Gambar 2d) serta tepi XAS Cr dan Fe L2,3 yang sesuai pada posisi yang ditandai secara individual. Tepi XAS L2,3 mengeksplorasi keadaan 3d elektron yang tidak terisi setelah fotoeksitasi pada tingkat pemisahan spin-orbit 2p3/2 (tepi L3) dan 2p1/2 (tepi L2). Informasi tentang keadaan valensi Cr diperoleh dari analisis difraksi sinar-X dari tepi L2,3 pada Gambar 2b,d. Perbandingan tautan. 42, 43 menunjukkan bahwa empat puncak A (578,3 eV), B (579,5 eV), C (580,4 eV), dan D (582,2 eV) diamati di dekat tepi L3, yang mencerminkan ion Cr3+ oktahedral, yang sesuai dengan Cr2O3. Spektrum eksperimental sesuai dengan perhitungan teoretis, seperti yang ditunjukkan pada panel b dan e, yang diperoleh dari perhitungan medan kristal ganda pada antarmuka Cr L2.3 menggunakan medan kristal 2,0 eV44. Kedua permukaan SDSS yang dikerjakan panas dan digulung dingin dilapisi dengan lapisan Cr2O3 yang relatif seragam.
a Gambar termal X-PEEM SDSS yang dibentuk panas yang sesuai dengan tepi b Cr L2.3 dan tepi c Fe L2.3, d Gambar termal X-PEEM SDSS yang digulung dingin yang sesuai dengan tepi e Cr L2.3 dan f Fe L2.3 dari sisi (e). Spektrum XAS yang diplot pada berbagai posisi spasial yang ditandai pada gambar termal (a, d) dengan garis putus-putus oranye pada (b) dan (e) mewakili spektrum XAS simulasi Cr3+ dengan nilai medan kristal 2,0 eV. Untuk gambar X-PEEM, palet termal digunakan untuk meningkatkan keterbacaan gambar, di mana warna dari biru ke merah sebanding dengan intensitas penyerapan sinar-X (dari rendah ke tinggi).
Terlepas dari lingkungan kimia unsur-unsur logam ini, keadaan kimia penambahan unsur paduan Ni dan Ce untuk kedua sampel tetap sama. Gambar tambahan. Pada Gambar 5-9 menunjukkan citra X-PEEM dan spektrum XAS yang sesuai untuk Ni dan Ce pada berbagai posisi di permukaan spesimen yang dikerjakan panas dan digulung dingin. XAS Ni menunjukkan keadaan oksidasi Ni2+ di seluruh permukaan spesimen yang dikerjakan panas dan digulung dingin yang diukur (Diskusi Tambahan). Perlu dicatat bahwa dalam kasus spesimen yang dikerjakan panas, sinyal XAS Ce tidak teramati, sedangkan spektrum Ce3+ dari spesimen yang digulung dingin teramati pada satu titik. Pengamatan bintik-bintik Ce pada sampel yang digulung dingin menunjukkan bahwa Ce terutama ada dalam bentuk endapan.
Pada SDSS yang mengalami deformasi termal, tidak ada perubahan struktur lokal pada XAS yang diamati pada tepi Fe L2.3 (Gambar 2c). Namun, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2f, matriks Fe secara mikroskopis mengubah keadaan kimianya pada tujuh titik yang dipilih secara acak pada SDSS yang digulung dingin. Selain itu, untuk mendapatkan gambaran yang akurat tentang perubahan keadaan Fe pada lokasi yang dipilih pada Gambar 2f, studi permukaan lokal dilakukan (Gambar 3 dan Gambar Tambahan 10) di mana wilayah melingkar yang lebih kecil dipilih. Spektrum XAS dari tepi Fe L2,3 dari sistem α-Fe2O3 dan oksida oktahedral Fe2+ dimodelkan menggunakan perhitungan medan kristal multiplet menggunakan medan kristal 1,0 (Fe2+) dan 1,0 (Fe3+)44. Kami mencatat bahwa α-Fe2O3 dan γ-Fe2O3 memiliki simetri lokal yang berbeda45,46, Fe3O4 memiliki kombinasi Fe2+ & Fe3+,47, dan FeO45 sebagai oksida Fe2+ yang secara formal divalen (3d6). Kami mencatat bahwa α-Fe2O3 dan γ-Fe2O3 memiliki simetri lokal yang berbeda45,46, Fe3O4 memiliki kombinasi Fe2+ & Fe3+,47, dan FeO45 sebagai oksida Fe2+ yang secara formal divalen (3d6).Perlu dicatat bahwa α-Fe2O3 dan γ-Fe2O3 memiliki simetri lokal yang berbeda45,46, Fe3O4 menggabungkan Fe2+ dan Fe3+,47 dan FeO45 dalam bentuk oksida divalen Fe2+ (3d6).Perlu dicatat bahwa α-Fe2O3 dan γ-Fe2O3 memiliki simetri lokal yang berbeda45,46, Fe3O4 memiliki kombinasi Fe2+ dan Fe3+,47 dan FeO45 bertindak sebagai oksida Fe2+ divalen formal (3d6). Semua ion Fe3+ dalam α-Fe2O3 hanya memiliki posisi Oh, sedangkan γ-Fe2O3 biasanya dinyatakan sebagai spinel Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 dengan kekosongan pada posisi eg. Oleh karena itu, ion Fe3+ dalam γ-Fe2O3 memiliki posisi Td dan Oh. Seperti yang disebutkan dalam penelitian sebelumnya, meskipun rasio intensitas keduanya berbeda, rasio intensitas eg/t2g mereka ≈1, sedangkan dalam kasus ini rasio intensitas eg/t2g yang diamati sekitar 1. Hal ini menyingkirkan kemungkinan hanya Fe3+ yang hadir dalam kasus ini. Dengan mempertimbangkan kasus Fe3O4 dengan kombinasi Fe2+ dan Fe3+, diketahui bahwa fitur pertama yang lebih lemah (kuat) pada tepi L3 Fe menunjukkan ketidakberadaan yang lebih kecil (lebih besar) pada keadaan t2g. Hal ini berlaku untuk Fe2+ (Fe3+), yang menunjukkan peningkatan tanda pertama yang mengindikasikan peningkatan kandungan Fe2+47. Hasil ini menunjukkan bahwa Fe2+ dan γ-Fe2O3, α-Fe2O3 dan/atau Fe3O4 mendominasi pada permukaan komposit yang digulung dingin.
Gambar termal fotoemisi elektron yang diperbesar dari spektrum XAS (a, c) dan (b, d) di sepanjang tepi Fe L2,3 pada berbagai posisi spasial dalam wilayah terpilih 2 dan E pada Gambar 2d.
Data eksperimental yang diperoleh (Gambar 4a dan Gambar Tambahan 11) diplot dan dibandingkan dengan data senyawa murni 40, 41, 48. Pada dasarnya, tiga jenis spektrum XAS tepi L Fe yang diamati secara eksperimental (XAS-1, XAS-2 dan XAS-3: Gambar 4a) diamati di lokasi yang berbeda secara spasial. Secara khusus, spektrum yang mirip dengan 2-a (disebut sebagai XAS-1) pada Gambar 3b diamati di seluruh wilayah yang diminati, diikuti oleh spektrum 2-b (dilabeli XAS-2), sedangkan spektrum yang mirip dengan E-3 diamati pada Gambar 3d (disebut sebagai XAS-3) telah diamati di lokasi-lokasi tertentu yang terlokalisasi. Biasanya, empat parameter digunakan untuk mengidentifikasi keadaan valensi yang ada dalam sampel uji: (1) fitur spektral L3 dan L2, (2) posisi energi fitur L3 dan L2, (3) perbedaan energi L3-L2, (4) rasio intensitas L2 /L3. Berdasarkan pengamatan visual (Gambar 4a), ketiga komponen Fe, yaitu Fe0, Fe2+, dan Fe3+, hadir di permukaan SDSS yang diteliti. Rasio intensitas yang dihitung L2/L3 juga menunjukkan keberadaan ketiga komponen tersebut.
a. Tiga data eksperimental berbeda yang diamati (garis padat XAS-1, XAS-2, dan XAS-3 sesuai dengan 2-a, 2-b, dan E-3 pada Gambar 2 dan Gambar 3) dibandingkan dengan spektrum perbandingan XAS simulasi, oktahedron Fe2+, Fe3+, nilai medan kristal masing-masing 1,0 eV dan 1,5 eV. b–d. Data eksperimental terukur (XAS-1, XAS-2, XAS-3) dan data LCF yang dioptimalkan (garis hitam padat), serta perbandingan spektrum XAS-3 dengan standar Fe3O4 (keadaan campuran Fe) dan Fe2O3 (Fe3+ murni).
Pencocokan kombinasi linier (LCF) dari tiga standar40,41,48 digunakan untuk mengkuantifikasi komposisi oksida besi. LCF diimplementasikan untuk tiga spektrum XAS tepi L Fe terpilih yang menunjukkan kontras tertinggi, yaitu XAS-1, XAS-2, dan XAS-3, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4b–d. Untuk pencocokan LCF, 10% Fe0 dipertimbangkan dalam semua kasus karena tepi kecil yang kami amati di semua data dan fakta bahwa logam besi adalah komponen utama baja. Memang, kedalaman pengamatan X-PEEM untuk Fe (~6 nm)49 lebih besar daripada ketebalan lapisan oksidasi yang diperkirakan (sedikit > 4 nm), sehingga memungkinkan deteksi sinyal dari matriks besi (Fe0) di bawah lapisan pasivasi. Memang, kedalaman pengamatan X-PEEM untuk Fe (~6 nm)49 lebih besar daripada ketebalan lapisan oksidasi yang diperkirakan (sedikit > 4 nm), sehingga memungkinkan deteksi sinyal dari matriks besi (Fe0) di bawah lapisan pasivasi. Действительно, пробная глубина X-PEEM для Fe (~ 6 nm)49 больше, чем предполагаемая толщина слоя окисления (немного > 4 nm), что позволяет обнаружить сигнал от железной матрицы (Fe0) под пассивирующим слоем. Memang, kedalaman probe X-PEEM untuk Fe (~6 nm)49 lebih besar daripada ketebalan lapisan oksidasi yang diasumsikan (sedikit >4 nm), yang memungkinkan untuk mendeteksi sinyal dari matriks besi (Fe0) di bawah lapisan pasivasi.Faktanya, X-PEEM mendeteksi Fe (~6 nm)49 lebih dalam daripada ketebalan lapisan oksida yang diharapkan (sedikit di atas 4 nm), memungkinkan deteksi sinyal dari matriks besi (Fe0) di bawah lapisan pasivasi. Berbagai kombinasi Fe2+ dan Fe3+ dilakukan untuk menemukan solusi terbaik yang mungkin untuk data eksperimental yang diamati. Pada Gambar 4b menunjukkan kombinasi Fe2+ dan Fe3+ dalam spektrum XAS-1, di mana proporsi Fe2+ dan Fe3+ hampir sama, sekitar 45%, yang menunjukkan keadaan oksidasi campuran Fe. Sedangkan untuk spektrum XAS-2, persentase Fe2+ dan Fe3+ masing-masing menjadi ~30% dan 60%. Kandungan Fe2+ lebih rendah daripada Fe3+. Rasio Fe2+ terhadap Fe3 sebesar 1:2 berarti bahwa Fe3O4 dapat terbentuk pada rasio ion Fe yang sama. Selain itu, untuk spektrum XAS-3, persentase Fe2+ dan Fe3+ berubah menjadi ~10% dan 80%, menunjukkan konversi Fe2+ menjadi Fe3+ yang lebih tinggi. Seperti yang disebutkan di atas, Fe3+ dapat berasal dari α-Fe2O3, γ-Fe2O3, atau Fe3O4. Untuk memahami sumber Fe3+ yang paling mungkin, spektrum XAS-3 diplot bersama dengan berbagai standar Fe3+ pada Gambar 4e yang menunjukkan kesamaan dengan kedua standar tersebut ketika Puncak B dipertimbangkan. Namun, intensitas bahu (A: dari Fe2+) dan rasio intensitas B/A menunjukkan bahwa spektrum XAS-3 mendekati tetapi tidak sama dengan spektrum γ-Fe2O3. Dibandingkan dengan γ-Fe2O3 curah, intensitas XAS Fe 2p dari puncak A SDSS sedikit lebih tinggi (Gambar 4e), yang menunjukkan intensitas Fe2+ yang lebih tinggi. Meskipun spektrum XAS-3 mirip dengan γ-Fe2O3, di mana Fe3+ hadir di posisi Oh dan Td, identifikasi keadaan valensi dan koordinasi yang berbeda hanya berdasarkan tepi L2,3 atau rasio intensitas L2/L3 masih menjadi masalah, sebuah topik diskusi yang berulang karena kompleksitas berbagai faktor yang terlibat dalam spektrum akhir41.
Selain diskriminasi spektral dari keadaan kimia wilayah yang dipilih yang dijelaskan di atas, heterogenitas kimia global dari unsur-unsur kunci Cr dan Fe dinilai dengan mengklasifikasikan semua spektrum XAS yang diperoleh pada permukaan sampel menggunakan metode pengelompokan K-means. Profil tepi Cr L diatur sedemikian rupa sehingga membentuk dua kelompok optimal yang terdistribusi secara spasial pada spesimen yang dikerjakan panas dan digulung dingin yang ditunjukkan pada Gambar 5. Jelas bahwa tidak ada perubahan struktural lokal yang diamati, karena kedua pusat spektrum XAS Cr sangat mirip. Bentuk spektral dari kedua kelompok ini hampir identik dengan yang sesuai dengan Cr2O342, yang berarti bahwa lapisan Cr2O3 terdistribusi secara relatif seragam di atas SDSS.
a. Klaster wilayah tepi L-K-means Cr, b. pusat massa XAS yang sesuai. Hasil perbandingan K-means X-PEEM dari SDSS canai dingin: c. klaster wilayah tepi K-means Cr L2,3 dan d. pusat massa XAS yang sesuai.
Untuk mengilustrasikan peta tepi FeL yang lebih kompleks, empat dan lima kluster yang dioptimalkan dan centroid terkaitnya (distribusi spektral) digunakan untuk spesimen yang dikerjakan panas dan digulung dingin, masing-masing. Oleh karena itu, persentase (%) Fe2+ dan Fe3+ dapat diperoleh dengan menyesuaikan LCF yang ditunjukkan pada Gambar 4. Potensial pseudoelektroda Epseudo sebagai fungsi Fe0 digunakan untuk mengungkapkan ketidakhomogenan mikrokimia dari lapisan oksida permukaan. Epseudo diperkirakan secara kasar dengan aturan pencampuran,
di mana \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) sama dengan \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm { Fe}^{2 + (3 + )}\), yang masing-masing adalah 0,440 dan 0,036 V. Area dengan potensial yang lebih rendah memiliki kandungan senyawa Fe3+ yang lebih tinggi. Distribusi potensial pada sampel yang mengalami deformasi termal memiliki karakter berlapis dengan perubahan maksimum sekitar 0,119 V (Gambar 6a,b). Distribusi potensial ini terkait erat dengan topografi permukaan (Gambar 6a). Tidak ada perubahan terkait posisi lain yang diamati di bagian dalam lamellar yang mendasarinya (Gambar 6b). Sebaliknya, untuk kombinasi oksida yang berbeda dengan kandungan Fe2+ dan Fe3+ yang berbeda pada SDSS yang digulung dingin, sifat pseudopotensial yang tidak seragam dapat diamati (Gambar 6c, d). Oksida dan/atau (oksi)hidroksida Fe3+ merupakan komponen utama korosi pada baja dan permeabel terhadap oksigen dan air50. Dalam hal ini, dapat dilihat bahwa pulau-pulau yang kaya akan Fe3+ tersebar secara lokal dan dapat dianggap sebagai area korosi. Dalam hal ini, gradien pada medan potensial, bukan nilai absolut potensial, dapat dianggap sebagai indikator lokalisasi daerah korosi aktif51. Distribusi Fe2+ dan Fe3+ yang tidak homogen pada permukaan SDSS yang digulung dingin dapat mengubah sifat kimia lokal dan memberikan area permukaan yang lebih efektif dalam reaksi retak lapisan oksida dan korosi, sehingga memungkinkan matriks logam di bawahnya untuk terus mengalami korosi, yang mengakibatkan ketidakhomogenan internal dan mengurangi karakteristik perlindungan lapisan pasivasi.
Klaster K-means dari daerah tepi Fe L2,3 dan centroid XAS yang sesuai untuk a–c X-PEEM yang dikerjakan panas dan d–f SDSS yang digulung dingin. a, d Plot klaster K-means yang ditumpangkan pada gambar X-PEEM. Potensial pseudoelektroda (epseudo) yang diperkirakan disebutkan bersama dengan diagram klaster K-means. Kecerahan gambar X-PEEM seperti warna pada Gambar 2 berbanding lurus dengan intensitas penyerapan sinar-X.
Cr yang relatif seragam tetapi keadaan kimia Fe yang berbeda menyebabkan asal retakan lapisan oksida dan pola korosi yang berbeda pada Ce-2507 yang digulung panas dan dingin. Sifat Ce-2507 yang digulung dingin ini sudah dikenal luas. Mengenai pembentukan oksida dan hidroksida Fe di udara atmosfer, reaksi-reaksi berikut ditutup dalam penelitian ini sebagai reaksi netral:
Berdasarkan pengukuran X-PEEM, reaksi di atas terjadi pada kasus-kasus berikut. Bahu kecil yang sesuai dengan Fe0 dikaitkan dengan besi logam di bawahnya. Reaksi Fe logam dengan lingkungan menyebabkan pembentukan lapisan Fe(OH)2 (persamaan (5)), yang memperkuat sinyal Fe2+ dalam XAS tepi L Fe. Paparan udara yang berkepanjangan akan menghasilkan pembentukan oksida Fe3O4 dan/atau Fe2O3 setelah Fe(OH)252,53. Dua jenis Fe stabil, Fe3O4 dan Fe2O3, juga dapat terbentuk dalam lapisan pelindung yang kaya Cr3+, di mana Fe3O4 lebih menyukai struktur yang seragam dan kohesif. Kehadiran keduanya menghasilkan keadaan oksidasi campuran (spektrum XAS-1). Spektrum XAS-2 terutama sesuai dengan Fe3O4. Sedangkan spektrum XAS-3 yang diamati pada beberapa posisi menunjukkan konversi lengkap menjadi γ-Fe2O3. Karena sinar-X yang tidak terbungkus memiliki kedalaman penetrasi sekitar 50 nm, sinyal dari lapisan di bawahnya menghasilkan intensitas puncak A yang lebih tinggi.
Spektrum XRD menunjukkan bahwa komponen Fe dalam lapisan oksida memiliki struktur berlapis, yang dikombinasikan dengan lapisan oksida Cr. Berbeda dengan karakteristik pasivasi korosi akibat inhomogenitas lokal Cr2O317, meskipun lapisan Cr2O3 seragam dalam penelitian ini, ketahanan korosi yang rendah diamati dalam kasus ini, terutama untuk sampel yang digulung dingin. Perilaku yang diamati dapat dipahami sebagai heterogenitas keadaan oksidasi kimia lapisan atas (Fe) yang memengaruhi kinerja korosi. Perpindahan ion logam atau oksigen yang lambat dalam kisi karena stoikiometri yang sama dari lapisan atas (oksida Fe) dan lapisan bawah (oksida Cr)52,53 menyebabkan interaksi (adhesi) yang lebih baik di antara keduanya. Hal ini, pada gilirannya, meningkatkan ketahanan korosi. Oleh karena itu, stoikiometri kontinu, yaitu satu keadaan oksidasi Fe, lebih disukai daripada perubahan stoikiometri yang tiba-tiba. SDSS yang mengalami deformasi termal memiliki permukaan yang lebih seragam dan lapisan pelindung yang lebih padat, yang memberikan ketahanan korosi yang lebih baik. Namun, untuk SDSS yang digulung dingin, keberadaan pulau-pulau kaya Fe3+ di bawah lapisan pelindung merusak integritas permukaan dan menyebabkan korosi galvanik pada substrat di dekatnya, yang menyebabkan penurunan Rp (Tabel 1) dalam spektrum EIS dan ketahanan korosinya. Oleh karena itu, pulau-pulau yang kaya Fe3+ yang tersebar secara lokal akibat deformasi plastis terutama memengaruhi kinerja ketahanan korosi, yang merupakan terobosan dalam penelitian ini. Dengan demikian, penelitian ini menyajikan spektromikrograf dari penurunan ketahanan korosi akibat deformasi plastis pada sampel SDSS yang diteliti.
Selain itu, meskipun paduan unsur tanah jarang pada baja fase ganda menunjukkan kinerja yang lebih baik, interaksi unsur tambahan ini dengan matriks baja individual dalam hal perilaku korosi masih sulit dipahami berdasarkan pengamatan mikroskopi spektroskopi. Sinyal Ce (sepanjang tepi M XAS) hanya muncul di beberapa posisi selama penggulungan dingin, tetapi menghilang selama deformasi panas SDSS, menunjukkan pengendapan lokal Ce dalam matriks baja alih-alih paduan homogen. Meskipun sifat mekanik SDSS tidak meningkat6,7, kehadiran REE mengurangi ukuran inklusi dan dianggap menekan pitting di asalnya54.
Kesimpulannya, penelitian ini mengungkap pengaruh heterogenitas permukaan terhadap korosi baja tahan karat 2507 SDSS yang dimodifikasi dengan serium dengan mengkuantifikasi kandungan kimia komponen skala nano. Kami menjawab pertanyaan mengapa baja tahan karat mengalami korosi bahkan ketika dilapisi dengan lapisan oksida pelindung dengan mempelajari secara kuantitatif mikrostruktur, keadaan kimia fitur permukaan, dan pemrosesan sinyal menggunakan pengelompokan K-means. Telah ditetapkan bahwa pulau-pulau kaya Fe3+, termasuk koordinasi oktahedral dan tetrahedralnya di seluruh struktur campuran Fe2+/Fe3+, merupakan sumber kerusakan lapisan oksida dan sumber korosi pada baja tahan karat SDSS yang digulung dingin. Pulau-pulau nano yang didominasi oleh Fe3+ menyebabkan ketahanan korosi yang buruk bahkan dengan adanya lapisan pasivasi Cr2O3 stoikiometrik yang cukup. Selain kemajuan metodologis yang dibuat dalam menentukan pengaruh heterogenitas kimia skala nano terhadap korosi, penelitian ini diharapkan dapat menginspirasi proses rekayasa untuk meningkatkan ketahanan korosi baja tahan karat selama pembuatan baja.
Untuk menyiapkan ingot Ce-2507 SDSS yang digunakan dalam penelitian ini, komponen campuran, termasuk paduan induk Fe-Ce yang disegel dengan tabung besi murni, dilebur dalam tungku induksi frekuensi menengah 150 kg untuk menghasilkan baja cair dan dituangkan ke dalam cetakan pengecoran. Komposisi kimia yang diukur (wt %) tercantum dalam Tabel Tambahan 2. Ingot pertama-tama dibentuk panas menjadi blok. Kemudian baja dianil pada suhu 1050°C selama 60 menit hingga menjadi larutan padat, dan kemudian didinginkan dalam air hingga suhu kamar. Sampel yang diteliti dipelajari secara detail menggunakan TEM dan DOE untuk mempelajari fase, ukuran butir, dan morfologi. Informasi lebih rinci tentang sampel dan proses produksi dapat ditemukan di sumber lain6,7.
Proses sampel silinder (φ10 mm × 15 mm) untuk pengepresan panas dengan sumbu silinder sejajar dengan arah deformasi blok. Kompresi suhu tinggi dilakukan pada laju regangan konstan dalam rentang 0,01-10 s-1 pada berbagai suhu dalam rentang 1000-1150°C menggunakan simulator termal Gleeble-3800. Sebelum deformasi, sampel dipanaskan pada suhu yang dipilih dengan laju 10 °C s-1 selama 2 menit untuk menghilangkan gradien suhu. Setelah mencapai keseragaman suhu, sampel dideformasi hingga nilai regangan sebenarnya sebesar 0,7. Setelah deformasi, segera didinginkan dengan air untuk mempertahankan struktur yang telah dideformasi. Kemudian spesimen yang telah mengeras dipotong sejajar dengan arah kompresi. Untuk penelitian khusus ini, kami memilih spesimen yang dideformasi secara termal pada 1050°C, 10 s-1 karena kekerasan mikro yang diamati lebih tinggi daripada spesimen lainnya7.
Sampel massal (80 × 10 × 17 mm3) larutan padat Ce-2507 diuji pada mesin deformasi dua rol asinkron tiga fase LG-300, yang memberikan sifat mekanik terbaik di antara semua kelas deformasi lainnya6. Laju regangan dan pengurangan ketebalan masing-masing adalah 0,2 m·s-1 dan 5% untuk setiap jalur.
Sebuah stasiun kerja elektrokimia Autolab PGSTAT128N digunakan untuk mengukur SDSS secara elektrokimia setelah pengerolan dingin hingga pengurangan ketebalan 90% (regangan sebenarnya setara 1,0) dan pengepresan panas hingga regangan sebenarnya 0,7 pada suhu 1050 °C dan 10 s⁻¹. Stasiun kerja ini memiliki sel tiga elektroda dengan elektroda kalomel jenuh sebagai elektroda referensi, elektroda lawan grafit, dan sampel SDSS sebagai elektroda kerja. Sampel dipotong menjadi silinder dengan diameter 11,3 mm, yang sisi-sisinya disolder dengan kawat tembaga. Kemudian sampel dilumuri dengan resin epoksi, menyisakan area kerja terbuka seluas 1 cm² sebagai elektroda kerja (permukaan bawah sampel silinder). Perhatian harus diberikan selama pengeringan epoksi dan selama pengamplasan dan pemolesan selanjutnya untuk menghindari keretakan. Permukaan kerja dihaluskan dan dipoles dengan suspensi pemoles intan dengan ukuran partikel 1 mikron, dibersihkan dengan air suling dan etanol, dan dikeringkan dengan udara dingin. Sebelum pengukuran elektrokimia, sampel yang dipoles terpapar udara selama beberapa hari untuk membentuk lapisan oksida alami. Larutan berair FeCl3 (6,0 wt.%), distabilkan dengan HCl hingga pH = 1,0 ± 0,01, telah digunakan untuk mempercepat korosi baja tahan karat55, karena ditemukan di lingkungan agresif di mana ion klorida hadir dengan daya oksidasi yang kuat dan pH rendah seperti yang ditentukan oleh ASTM. Standar yang diusulkan adalah G48 dan A923. Sampel direndam dalam larutan uji selama 1 jam sebelum pengukuran dilakukan untuk mencapai keadaan mendekati stasioner. Untuk spesimen larutan padat, yang dikerjakan panas dan digulung dingin, rentang frekuensi pengukuran impedansi adalah 1 × 105 ~ 0,1 Hz, dan potensial rangkaian terbuka (OPS) adalah 5 mV, yang masing-masing adalah 0,39, 0,33, dan 0,25 VSCE. Setiap pengujian elektrokimia pada sampel apa pun diulangi setidaknya tiga kali dalam kondisi yang sama untuk memastikan reproduksibilitas data.
Untuk pengukuran HE-SXRD, blok baja dupleks persegi panjang berukuran 1 × 1 × 1,5 mm³ diukur pada jalur wiggler Brockhouse berenergi tinggi di CLS, Kanada untuk mengkuantifikasi komposisi fasa⁵⁶. Pengumpulan data dilakukan pada suhu kamar dalam geometri Debye-Scherrer atau geometri transport. Panjang gelombang sinar-X yang dikalibrasi terhadap kalibran LaB₆ adalah 0,212561 Å, yang setara dengan 58 keV, jauh lebih tinggi daripada Cu Kα (8 keV) yang umumnya digunakan sebagai sumber sinar-X laboratorium. Sampel ditempatkan pada jarak 740 mm dari detektor. Volume deteksi setiap sampel adalah 0,2 × 0,3 × 1,5 mm³, yang ditentukan oleh ukuran berkas dan ketebalan sampel. Masing-masing data ini dikumpulkan menggunakan detektor area Perkin Elmer, detektor sinar-X panel datar, piksel 200 µm, 40 × 40 cm2, menggunakan waktu pemaparan 0,3 detik dan 120 frame.
Pengukuran X-PEEM dari dua sistem model terpilih dilakukan di stasiun akhir PEEM dari jalur Beamline MAXPEEM di laboratorium MAX IV (Lund, Swedia). Sampel disiapkan dengan cara yang sama seperti untuk pengukuran elektrokimia. Sampel yang telah disiapkan disimpan di udara selama beberapa hari dan dihilangkan gasnya dalam ruang vakum ultra tinggi sebelum diiradiasi dengan foton sinkrotron. Resolusi energi berkas diperoleh dengan mengukur spektrum keluaran ion dari N 1 s hingga 1\(\pi _g^ \ast\) dari daerah eksitasi dengan hv = 401 eV di N2 dan ketergantungan energi foton pada E3/2,57. Pencocokan spektral memberikan ΔE (lebar garis spektral) ~0,3 eV pada rentang energi yang diukur. Oleh karena itu, resolusi energi beamline diperkirakan sebesar E/∆E = 700 eV/0,3 eV > 2000 dan fluks ≈1012 ph/s dengan menggunakan monokromator SX-700 yang dimodifikasi dengan kisi Si 1200-garis mm−1 untuk tepi Fe 2p L2,3, tepi Cr 2p L2,3, tepi Ni 2p L2,3, dan tepi Ce M4,5. Oleh karena itu, resolusi energi beamline diperkirakan sebesar E/∆E = 700 eV/0,3 eV > 2000 dan fluks ≈1012 ph/s dengan menggunakan monokromator SX-700 yang dimodifikasi dengan kisi Si 1200-garis mm−1 untuk tepi Fe 2p L2.3, tepi Cr 2p L2.3, tepi Ni 2p L2.3, dan tepi Ce M4.5. Jadi, jumlah yang dapat dihitung adalah E/∆E = 700 эВ/0,3 эВ > 2000 и kuota ≈1012 ф/с при использовании speaker SX-700 dengan Si 1200 штрихов/мм для Fe кромка 2p L2,3, кромка Cr 2p L2,3, кромка Ni 2p L2,3 dan кромка Ce M4,5. Dengan demikian, resolusi energi saluran berkas diperkirakan sebagai E/∆E = 700 eV/0,3 eV > 2000 dan fluks ≈1012 f/s menggunakan monokromator SX-700 yang dimodifikasi dengan kisi Si 1200 garis/mm untuk tepi Fe 2p L2,3, tepi Cr 2p L2.3, tepi Ni 2p L2.3, dan tepi Ce M4.5.因此,光束线能量分辨率估计为E/ΔE = 700 eV/0,3 eV > 2000 和通量≈1012 ph/s 通过使用改进的SX-700单色器和Si 1200 线mm−1 光栅用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘和Ce M4,5 边缘。, 光束线 能量 分辨率 为 为 为 为 δe = 700 EV/0.3 EV> 2000 和 ≈1012 PH/S 通过 改进 的 SX-700单色器 和 SI 1200 线 mm-1 光栅 于 Fe 2P 2P 2P L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Ni 2p L2.3 边缘和Ce M4.5 边缘。Jadi, ketika menggunakan monokromator SX-700 yang dimodifikasi dan kisi Si 1200 garis. 3, tepi Cr 2p L2.3, tepi Ni 2p L2.3 dan tepi Ce M4.5.Energi foton ditingkatkan dalam langkah 0,2 eV. Pada setiap energi, citra PEEM direkam menggunakan detektor CMOS TVIPS F-216 dengan koneksi serat optik binning 2 x 2 yang menyediakan 1024 × 1024 piksel dalam bidang pandang 20 µm. Waktu pemaparan citra adalah 0,2 detik, dengan rata-rata 16 frame. Energi citra fotoelektron dipilih sedemikian rupa untuk memberikan sinyal elektron sekunder maksimum. Semua pengukuran dilakukan pada insiden normal berkas foton terpolarisasi linier. Untuk informasi lebih lanjut tentang pengukuran, lihat studi sebelumnya58. Setelah mempelajari mode deteksi hasil elektron total (TEY)59 dan aplikasinya dalam X-PEEM, kedalaman deteksi metode ini diperkirakan sekitar ~4–5 nm untuk sinyal Cr dan ~6 nm untuk sinyal Fe. Kedalaman Cr sangat dekat dengan ketebalan lapisan oksida (~4 nm)60,61 sedangkan kedalaman Fe lebih besar dari ketebalan lapisan oksida. XAS yang dikumpulkan di dekat tepi Fe L merupakan campuran XAS oksida besi dan FeO dari matriks. Pada kasus pertama, intensitas elektron yang dipancarkan disebabkan oleh semua jenis elektron yang mungkin berkontribusi pada TEY. Namun, sinyal besi murni membutuhkan energi kinetik yang lebih tinggi agar elektron dapat melewati lapisan oksida, mencapai permukaan, dan dikumpulkan oleh penganalisis. Dalam kasus ini, sinyal Fe0 terutama disebabkan oleh elektron Auger LVV dan elektron sekunder yang dipancarkan olehnya. Selain itu, intensitas TEY yang disumbangkan oleh elektron-elektron ini meluruh selama jalur keluar elektron49 sehingga semakin mengurangi tanda spektral Fe0 dalam peta XAS besi.
Mengintegrasikan penambangan data ke dalam kubus data (data X-PEEM) merupakan langkah kunci dalam mengekstrak informasi yang relevan (sifat kimia atau fisik) secara multidimensional. Pengelompokan K-means banyak digunakan di beberapa bidang, termasuk visi mesin, pengolahan citra, pengenalan pola tanpa pengawasan, kecerdasan buatan, dan analisis klasifikasi24. Misalnya, pengelompokan K-means diterapkan dengan baik untuk mengelompokkan data citra hiperspektral62. Pada prinsipnya, untuk data multi-objek, algoritma K-means dapat dengan mudah mengelompokkannya berdasarkan informasi tentang atributnya (karakteristik energi foton). Pengelompokan K-means adalah algoritma iteratif untuk mempartisi data menjadi K kelompok (cluster) yang tidak tumpang tindih, di mana setiap piksel termasuk dalam cluster tertentu tergantung pada distribusi spasial ketidakseragaman kimia dalam komposisi mikrostruktur baja. Algoritma K-means terdiri dari dua langkah: langkah pertama menghitung K centroid, dan langkah kedua menetapkan setiap titik ke cluster dengan centroid tetangga. Pusat gravitasi suatu klaster didefinisikan sebagai rata-rata aritmatika dari titik data (spektrum XAS) klaster tersebut. Terdapat berbagai jarak untuk mendefinisikan centroid tetangga sebagai jarak Euclidean. Untuk citra masukan berukuran px,y (x dan y adalah resolusi dalam piksel), CK adalah pusat gravitasi klaster; citra ini kemudian dapat disegmentasi (diklusterkan) menjadi K klaster menggunakan K-means63. Langkah-langkah akhir dari algoritma pengelompokan K-means adalah:
Langkah 2. Hitung derajat keanggotaan semua piksel berdasarkan centroid saat ini. Misalnya, dihitung dari jarak Euclidean d antara pusat dan setiap piksel:
Langkah 3 Tetapkan setiap piksel ke centroid terdekat. Kemudian hitung ulang K posisi centroid sebagai berikut:
Langkah 4. Ulangi proses (persamaan (7) dan (8)) hingga centroid konvergen. Hasil kualitas kluster akhir sangat berkorelasi dengan pilihan optimal centroid awal63. Untuk struktur data PEEM dari citra baja, biasanya X (x × y × λ) adalah kubus data array 3D, sedangkan sumbu x dan y mewakili informasi spasial (resolusi piksel) dan sumbu λ sesuai dengan mode spektral energi foton. Algoritma K-means digunakan untuk mengeksplorasi wilayah yang diminati dalam data X-PEEM dengan memisahkan piksel (kluster atau sub-blok) sesuai dengan karakteristik spektralnya dan mengekstrak centroid terbaik (kurva spektral XAS) untuk setiap analit (kluster). Ini digunakan untuk mempelajari distribusi spasial, perubahan spektral lokal, perilaku oksidasi, dan keadaan kimia. Misalnya, algoritma pengelompokan K-means digunakan untuk wilayah tepi L Fe dan tepi L Cr dalam X-PEEM yang dikerjakan panas dan digulung dingin. Berbagai jumlah K-cluster (wilayah mikrostruktur) diuji untuk menemukan cluster dan centroid terbaik. Saat grafik ditampilkan, piksel-piksel tersebut ditetapkan kembali ke centroid cluster yang benar. Setiap distribusi warna sesuai dengan pusat cluster, menunjukkan susunan spasial objek kimia atau fisik. Centroid yang diekstrak merupakan kombinasi linier dari spektrum murni.
Data yang mendukung hasil penelitian ini tersedia dari penulis WC terkait atas permintaan yang wajar.
Sieurin, H. & Sandström, R. Ketangguhan retak baja tahan karat dupleks yang dilas. Sieurin, H. & Sandström, R. Ketangguhan retak baja tahan karat dupleks yang dilas. Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной нержавеющей стали. Sieurin, H. & Sandström, R. Ketangguhan retak baja tahan karat dupleks yang dilas. Sieurin, H. & Sandström, R. 焊接双相不锈钢的断裂韧性。 Sieurin, H. & Sandstrom, R. 焊接双相不锈钢的断裂韧性。 Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварных дуплексных нержавеющих сталей. Sieurin, H. & Sandström, R. Ketangguhan retak baja tahan karat dupleks yang dilas.proyek. fraktal. bulu. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Ketahanan korosi baja tahan karat dupleks dalam asam organik terpilih dan lingkungan asam organik/klorida. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Ketahanan korosi baja tahan karat dupleks dalam asam organik terpilih dan lingkungan asam organik/klorida.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. dan Van Der Merwe, J. Ketahanan korosi baja tahan karat dupleks dalam lingkungan dengan beberapa asam organik dan asam organik/klorida. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相不锈钢在选定有机酸和有机酸/氯化物环境中的耐腐蚀性。 Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相baja tahan karat在特定organik酸和Organik酸/lingkungan terklorinasi的耐而性性。Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. dan Van Der Merwe, J. Ketahanan korosi baja tahan karat dupleks dalam lingkungan dengan beberapa asam organik dan asam organik/klorida.antikorosi. Metode Mater 57, 107–117 (2010).
Barella S. dkk. Sifat korosi-oksidasi paduan dupleks Fe-Al-Mn-C. Materials 12, 2572 (2019).
Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Generasi baru baja super dupleks untuk peralatan produksi gas dan minyak. Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Generasi baru baja super dupleks untuk peralatan produksi gas dan minyak.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Generasi baru baja super dupleks untuk peralatan produksi minyak dan gas.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Generasi baru baja super dupleks untuk peralatan produksi gas dan minyak. Webinar E3S. 121, 04007 (2019).
Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Investigasi perilaku deformasi panas baja tahan karat dupleks kelas 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Investigasi perilaku deformasi panas baja tahan karat dupleks kelas 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей стали марки 2507. Logam. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Studi tentang Perilaku Deformasi Panas Baja Tahan Karat Dupleks Tipe 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507 级双相不锈钢的热变形行为研究。 Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507Kingklang, S. dan Utaisansuk, V. Investigasi Perilaku Deformasi Panas Baja Tahan Karat Dupleks Tipe 2507. Metal.alma mater. trance. A 48, 95–108 (2017).
Zhou, T. dkk. Pengaruh penggulungan dingin terkontrol terhadap mikrostruktur dan sifat mekanik baja tahan karat super-dupleks SAF 2507 yang dimodifikasi serium. alma mater. sains. proyek. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. dkk. Struktur dan sifat mekanik baja tahan karat super-dupleks SAF 2507 yang dimodifikasi serium akibat deformasi panas. J. Alma mater. storage tank. technology. 9, 8379–8390 (2020).
Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Pengaruh unsur tanah jarang terhadap perilaku oksidasi suhu tinggi baja austenitik. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Pengaruh unsur tanah jarang terhadap perilaku oksidasi suhu tinggi baja austenitik.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. dan Zheng K. Pengaruh unsur tanah jarang terhadap perilaku baja austenitik di bawah oksidasi suhu tinggi. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. 稀土元素对奥氏体钢高温氧化行为的影响。 Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. dan Zheng K. Pengaruh unsur tanah jarang terhadap perilaku baja austenitik pada oksidasi suhu tinggi.Korosi. Ilmu pengetahuan. 164, 108359 (2020).