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널리 사용되는 스테인리스강과 그 단조품은 산화크롬으로 구성된 부동태화층으로 인해 주변 환경에서 부식에 대한 저항성을 보입니다. 강의 부식 및 침식은 전통적으로 이러한 층의 파괴와 관련이 있지만, 표면 불균일성의 원인에 따라 미시적인 수준에서는 거의 발생하지 않습니다. 본 연구에서는 분광 현미경과 화학계량학적 분석을 통해 검출된 나노스케일 표면 화학적 불균일성이 냉간 압연 세륨 변성 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 2507(SDSS)의 고온 변형 거동 중 분해 및 부식을 예측하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 확인했습니다. 다른 측면. X선 광전자 현미경은 자연 Cr2O3 층이 비교적 균일하게 분포되어 있음을 보여주었지만, 냉간 압연 SDSS는 Fe/Cr 산화물 층에 Fe3+가 풍부한 나노섬이 국부적으로 분포되어 부동태화 결과가 좋지 않았습니다. 원자 수준에서의 이러한 지식은 스테인리스강 부식에 대한 심층적인 이해를 제공하며, 유사한 고합금 금속의 부식 방지에 도움이 될 것으로 기대됩니다.
스테인리스강 발명 이후, 페로크롬 합금의 내식성은 크롬에 기인하는 것으로 여겨져 왔으며, 크롬은 대부분의 환경에서 부동태화 작용을 나타내는 강한 산화물/산화물(oxyhydroxide)을 형성합니다. 기존(오스테나이트 및 페라이트) 스테인리스강과 비교하여 내식성이 우수한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강(SDSS)은 우수한 기계적 성질을 가지고 있습니다.1,2,3 향상된 기계적 강도는 더 가볍고 컴팩트한 설계를 가능하게 합니다. 반면, 경제적인 SDSS는 공식 및 틈새 부식에 대한 높은 내성을 가지고 있어 수명이 길고 오염 방지, 화학 용기, 해양 석유 및 가스 산업 등에서 더 광범위하게 적용됩니다.4 그러나 열처리 온도 범위가 좁고 성형성이 좋지 않아 실제 적용이 어렵습니다. 따라서 SDSS는 이러한 특성을 개선하기 위해 개질되었습니다. 예를 들어, 2507 SDSS(Ce-2507)에는 Ce 개질과 질소(N) 6, 7, 8의 고함량이 도입되었습니다. 0.08중량%의 희토류 원소(Ce)를 적정 농도로 첨가하면 결정립 미세화와 결정립계 강도를 향상시켜 DSS의 기계적 특성에 긍정적인 영향을 미칩니다. 내마모성 및 내식성, 인장 강도 및 항복 강도, 그리고 열간 가공성도 향상되었습니다.9 다량의 질소는 고가의 니켈 함량을 대체할 수 있어 SDSS의 비용 효율성을 높여줍니다.10
최근 SDSS는 다양한 온도(저온, 저온 및 고온)에서 소성 변형되어 우수한 기계적 특성을 얻었습니다6,7,8. 그러나 SDSS의 우수한 내식성은 표면에 얇은 산화막이 존재하기 때문이며, 이는 결정립계가 다른 여러 상, 원치 않는 석출물 및 다른 반응과 같은 여러 요인의 영향을 받습니다. 다양한 오스테나이트 및 페라이트 상의 내부 불균일한 미세 구조가 변형됩니다7. 따라서 전자 구조 수준에서 이러한 막의 미세 영역 특성을 연구하는 것은 SDSS 부식을 이해하는 데 매우 중요하며 복잡한 실험 기술이 필요합니다. 지금까지 오제 전자 분광법11 및 X선 광전자 분광법12,13,14,15과 같은 표면 민감 방법과 경질 X선 광전자 광전자 시스템은 나노스케일의 공간의 다른 지점에서 동일한 원소의 화학적 상태를 구별하지만 종종 분리하지 못합니다. 최근 여러 연구에서 크롬의 국부 산화를 17가지 오스테나이트계 스테인리스강, 18가지 마르텐사이트계 스테인리스강 및 SDSS 19, 20의 관찰된 부식 거동과 연관시켰습니다. 그러나 이러한 연구는 주로 Cr 불균일도(예: Cr3+ 산화 상태)가 내식성에 미치는 영향에 초점을 맞추었습니다. 원소의 산화 상태에서 측면 불균일도는 산화철과 같이 동일한 구성 원소를 갖는 서로 다른 화합물에 의해 발생할 수 있습니다. 이러한 화합물은 서로 가까이 있는 열기계적으로 가공된 작은 크기를 물려받지만 조성과 산화 상태가 다릅니다.16, 21 따라서 산화막의 파괴와 그에 따른 공식을 밝히려면 미시적 수준에서 표면 불균일도를 이해해야 합니다. 이러한 요구 사항에도 불구하고, 특히 나노/원자 수준에서 철의 측면 산화 불균일도와 같은 정량적 평가는 아직 부족하며 내식성에 대한 중요성은 아직 탐구되지 않았습니다. 최근까지 Fe와 Ca와 같은 다양한 원소의 화학적 상태는 나노스케일 싱크로트론 방사선 시설에서 연성 X선 광전자 현미경(X-PEEM)을 이용하여 강철 샘플에서 정량적으로 분석되었습니다. 화학적으로 민감한 X선 흡수 분광법(XAS) 기술과 결합된 X-PEEM은 높은 공간 및 스펙트럼 분해능으로 XAS 측정을 가능하게 하여, 나노미터 스케일23까지의 공간 분해능으로 원소 구성 및 화학적 상태에 대한 화학적 정보를 제공합니다. 현미경으로 개시 부위를 분광학적으로 관찰하면 국소 화학 실험이 용이해지고, 이전에는 탐구되지 않았던 Fe 층에서의 화학적 변화를 공간적으로 보여줄 수 있습니다.
본 연구는 나노스케일에서 화학적 차이를 검출하는 PEEM의 장점을 확장하고, Ce-2507의 부식 거동을 이해하기 위한 통찰력 있는 원자 수준의 표면 분석 방법을 제시합니다. K-평균 클러스터 화학계량 데이터24를 사용하여 관련 원소의 전반적인 화학적 조성(불균일성)을 매핑하고, 화학적 상태를 통계적으로 표현합니다. 크롬 산화물 피막 파괴로 인한 기존 부식 사례와는 달리, 현재의 낮은 부동태화 및 내식성은 Fe/Cr 산화물층 근처에 국부적으로 존재하는 Fe3+가 풍부한 나노섬에 기인하며, 이는 보호 산화물의 결과일 수 있습니다. 파괴가 발생한 자리에 피막이 형성되어 부식을 유발합니다.
변형된 SDSS 2507의 부식 거동은 먼저 전기화학적 측정을 사용하여 평가되었습니다.그림 1은 실온에서 산성(pH = 1) FeCl3 수용액에서 선택된 샘플의 나이퀴스트 및 보데 곡선을 보여줍니다.선택된 전해질은 강력한 산화제 역할을 하여 부동태막이 파괴되는 경향을 나타냅니다.재료는 안정적인 실온에서 공식을 겪지 않았지만, 이러한 분석을 통해 잠재적인 고장 사건과 부식 후 공정에 대한 통찰력을 얻을 수 있었습니다.등가 회로(그림 1d)를 사용하여 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 스펙트럼을 피팅했으며, 해당 피팅 결과는 표 1에 나와 있습니다.용액 처리 및 열간 가공된 샘플을 테스트할 때 불완전한 반원이 나타났지만, 해당 압축 반원은 냉간 압연되었습니다(그림 1b).EIS 스펙트럼에서 반원 반경은 분극 저항(Rp)25,26으로 간주할 수 있습니다. 표 1에서 용액 처리된 SDSS의 Rp는 약 135 kΩ·cm-2이지만, 열간 가공된 SDSS와 냉간 압연된 SDSS의 경우 각각 34.7 kΩ·cm-2와 2.1 kΩ·cm-2로 훨씬 낮은 값을 보입니다. Rp의 이러한 현저한 감소는 이전 보고서 27, 28, 29, 30에서 나타난 바와 같이 소성 변형이 부동태화 및 내식성에 부정적인 영향을 미침을 시사합니다.
a 나이퀴스트, b, c 보데 임피던스 및 위상 다이어그램, 그리고 d에 대한 등가 회로 모델. 여기서 RS는 전해질 저항, Rp는 분극 저항, QCPE는 비이상적 정전용량(n)을 모델링하는 데 사용된 일정 위상 원소 산화물입니다. EIS 측정은 무부하 전위에서 수행되었습니다.
1차 상수는 보데 선도에 나타나 있으며, 고주파 평탄부는 전해질 저항 RS26을 나타냅니다. 주파수가 감소함에 따라 임피던스는 증가하고 음의 위상각이 나타나는데, 이는 정전용량 우세를 나타냅니다. 위상각은 증가하여 비교적 넓은 주파수 범위에서 최대값을 유지한 후 감소합니다(그림 1c). 그러나 세 경우 모두 이 최대값은 여전히 ​​90° 미만으로, 정전용량 분산으로 인한 비이상적인 정전용량 특성을 나타냅니다. 따라서 QCPE 일정 위상 소자(CPE)는 표면 거칠기 또는 불균일성에서 비롯된 계면 정전용량 분포를 나타내는 데 사용되며, 특히 원자 크기, 프랙탈 기하 구조, 전극 다공성, 불균일 전위 및 표면 의존 전류 분포 측면에서 그러합니다. 전극 기하 구조31,32. CPE 임피던스:
여기서 j는 허수이고 ω는 각진동수입니다. QCPE는 전해질의 활성 개방 면적에 비례하는 주파수 독립 상수입니다. n은 커패시터의 이상적인 정전용량 특성과의 편차를 나타내는 무차원 거듭제곱수입니다. 즉, n이 1에 가까울수록 CPE는 순수 정전용량에 가까워지고, n이 0에 가까우면 저항입니다. n의 편차가 1에 가까우면 분극 시험 후 표면의 비이상적인 정전용량 특성을 나타냅니다. 냉간 압연 SDSS의 QCPE는 유사 제품보다 훨씬 높으며, 이는 표면 품질이 덜 균일함을 의미합니다.
스테인리스강의 대부분의 내식성과 마찬가지로, SDSS의 비교적 높은 Cr 함량은 표면에 부동태 보호 산화 피막이 존재하기 때문에 일반적으로 SDSS의 우수한 내식성을 초래합니다.17 이 부동태화 피막은 일반적으로 Cr3+ 산화물 및/또는 수산화물이 풍부하며, 주로 Fe2+, Fe3+ 산화물 및/또는 (옥시)수산화물을 포함합니다.33 표면 균일성, 부동태화 산화층이 동일하고 표면에 눈에 띄는 균열이 없음에도 불구하고, 현미경 사진6,7에서 확인된 바와 같이 열간 가공 및 냉간 압연 SDSS의 부식 거동은 다르므로 강의 변형 미세 조직 및 구조적 특성에 대한 심층적인 연구가 필요합니다.
변형된 스테인리스 강의 미세 조직은 내부 및 싱크로트론 고에너지 X선을 사용하여 정량적으로 조사되었습니다(보충 그림 1, 2). 자세한 분석은 보충 정보에 제공됩니다. 이는 대부분 주요 상의 유형과 일치하지만, 보충 표 1에 나열된 상의 부피 분율에서 차이가 발견되었습니다. 이러한 차이는 표면의 불균일한 상 분율과 입사 광자의 다양한 에너지원을 사용한 X선 회절을 사용하여 검출 깊이에 따라 달라지는 부피 분율(XRD) 때문일 수 있습니다. 실험실 광원의 XRD로 측정한 냉간 압연 시편의 오스테나이트 비율이 상대적으로 높은 것은 더 나은 부동태화와 그에 따른 더 나은 내식성을 나타내는 반면, 더 정확하고 통계적인 결과는 상 비율에서 반대 경향을 나타냅니다. 또한 강의 내식성은 열기계적 처리 중에 발생하는 결정립 미세화, 결정립 크기 감소, 미세 변형 증가 및 전위 밀도의 정도에도 따라 달라집니다36,37,38. 열간 가공된 시편은 미크론 크기의 결정립을 나타내는 더욱 거친 입자 특성을 보이는 반면, 냉간 압연 시편에서 관찰된 매끄러운 링(보충 그림 3)은 이전 연구6에서 나노스케일로 상당한 결정립 미세화를 나타내며, 이는 피막 부동태화 및 내식성 향상에 기여할 것으로 예상됩니다. 전위 밀도가 높을수록 일반적으로 공식 저항성이 낮아지는데, 이는 전기화학적 측정 결과와 잘 일치합니다.
기본 원소의 미세 도메인의 화학적 상태 변화는 X-PEEM을 사용하여 체계적으로 연구되었습니다. 합금 원소가 풍부함에도 불구하고 Cr, Fe, Ni 및 Ce39가 선택되었습니다. Cr은 부동태화 필름 형성에 중요한 원소이고 Fe는 강의 주요 원소이며 Ni는 부동태화를 향상시키고 페라이트-오스테나이트 상 구조와 Ce를 수정하는 목적의 균형을 맞추기 때문입니다. 싱크로트론 방사선의 에너지를 조정하여 RAS는 표면에서 Cr(모서리 L2.3), Fe(모서리 L2.3), Ni(모서리 L2.3) 및 Ce(모서리 M4.5)의 주요 특징으로 코팅되었습니다. 열간 성형 및 냉간 압연 Ce-2507 SDSS. 적절한 데이터 분석은 공개된 데이터(예: Fe L2, 3 모서리의 XAS 40, 41)를 사용하여 에너지 교정을 통합하여 수행했습니다.
그림 2는 열간 가공된(그림 2a) 및 냉간 압연된(그림 2d) Ce-2507 SDSS와 개별적으로 표시된 위치에서 Cr 및 Fe L2,3의 해당 XAS 모서리의 X-PEEM 이미지를 보여줍니다. XAS의 L2,3 모서리는 스핀-궤도 분리 준위 2p3/2(L3 모서리) 및 2p1/2(L2 모서리)에서 전자 광여기 후 비어 있는 3d 상태를 탐색합니다. Cr의 원자가 상태에 대한 정보는 그림 2b, e에서 L2,3 모서리의 XAS에서 얻었습니다. 판사와 비교. 42,43은 L3 모서리 근처에서 A(578.3 eV), B(579.5 eV), C(580.4 eV) 및 D(582.2 eV)로 명명된 네 개의 피크가 관찰되었으며, 이는 Cr2O3 이온에 해당하는 팔면체 Cr3+를 반영합니다. 실험 스펙트럼은 패널 b와 e에 나타난 이론 계산 결과와 일치하며, 이는 2.0 eV의 결정장을 사용하여 Cr L2.3 계면에서의 결정장을 여러 차례 계산하여 얻은 결과와 일치합니다. 열간가공 및 냉간압연 SDSS의 표면 모두 비교적 균일한 Cr2O3 층으로 코팅되어 있습니다.
a는 b Cr L2.3 모서리와 c Fe L2.3 모서리에 해당하는 열 변형된 SDSS의 X-PEEM 열 이미지이고, d는 e Cr L2.3 모서리와 f Fe L2.3 모서리 측면에 해당하는 냉간 압연 SDSS의 X-PEEM 열 이미지입니다(f). XAS 스펙트럼은 열 이미지(a, d)에 표시된 서로 다른 공간 위치에 표시되었으며, (b)와 (e)의 주황색 점선은 결정장 값이 2.0 eV인 Cr3+의 시뮬레이션된 XAS 스펙트럼을 나타냅니다. X-PEEM 이미지의 경우, 열 팔레트를 사용하여 이미지 가독성을 향상시킵니다. 여기서 파란색에서 빨간색까지의 색상은 X선 흡수 강도(낮음에서 높음)에 비례합니다.
이러한 금속 원소의 화학적 환경에 관계없이 두 샘플 모두에 대한 Ni 및 Ce 합금 원소의 첨가의 화학적 상태는 변하지 않았습니다.추가 도면.그림 5-9는 열간 가공 및 냉간 압연 시편 표면의 다양한 위치에서 Ni 및 Ce에 대한 X-PEEM 이미지와 해당 XAS 스펙트럼을 보여줍니다.Ni XAS는 열간 가공 및 냉간 압연 시편의 측정된 전체 표면에 대한 Ni2+의 산화 상태를 보여줍니다(보충 논의).열간 가공된 샘플의 경우 Ce의 XAS 신호가 관찰되지 않았지만 냉간 압연 샘플의 경우 Ce3+의 스펙트럼이 관찰되었다는 점에 유의해야 합니다.냉간 압연 샘플에서 Ce 스팟을 관찰한 결과 Ce가 주로 침전물 형태로 나타남을 알 수 있었습니다.
열적으로 변형된 SDSS에서 Fe L2,3 모서리에서 XAS의 국소적 구조적 변화는 관찰되지 않았습니다(그림 2c). 그러나 Fe 기지는 그림 2f에 표시된 것처럼 냉간 압연 SDSS의 무작위로 선택된 7개 지점에서 미세 지역적으로 화학적 상태가 변합니다. 또한 그림 2f에서 선택된 위치에서 Fe 상태의 변화에 ​​대한 정확한 아이디어를 얻기 위해 더 작은 원형 영역을 선택한 국소 표면 연구가 수행되었습니다(그림 3 및 보충 그림 10). α-Fe2O3 시스템의 Fe L2,3 모서리와 Fe2+ 팔면체 산화물의 XAS 스펙트럼은 1.0(Fe2+) 및 1.0(Fe3+)44의 결정장을 사용하는 다중 결정장 계산을 통해 모델링되었습니다. α-Fe2O3와 γ-Fe2O3는 서로 다른 국소 대칭성을 가지고 있으며,45,46 Fe3O4는 Fe2+와 Fe3+의 조합을 가지고 있으며,47 FeO45는 공식적으로 2가 Fe2+ 산화물(3d6)임을 알 수 있습니다. α-Fe2O3와 γ-Fe2O3는 서로 다른 국소 대칭성을 가지고 있으며,45,46 Fe3O4는 Fe2+와 Fe3+의 조합을 가지고 있으며,47 FeO45는 공식적으로 2가 Fe2+ 산화물(3d6)입니다.α-Fe2O3와 γ-Fe2O3는 서로 다른 국소 대칭성을 가지고 있으며, Fe3O4는 Fe2+와 Fe3+를 모두 결합하고, FeO45는 공식적으로 2가 산화물 Fe2+ (3d6)의 형태를 가지고 있습니다.α-Fe2O3와 γ-Fe2O3는 서로 다른 국소 대칭성을 가지고45,46, Fe3O4는 Fe2+와 Fe3+의 조합을 가지고47, FeO45는 공식적인 2가 Fe2+ 산화물(3d6)로 작용한다는 점에 유의하십시오. α-Fe2O3의 모든 Fe3+ 이온은 Oh 위치만 가지고 있는 반면 γ-Fe2O3는 일반적으로 eg 위치에 공석이 있는 Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 스피넬로 표시됩니다. 따라서 γ-Fe2O3의 Fe3+ 이온은 Td와 Oh 위치를 모두 가지고 있습니다. 이전 논문에서 언급했듯이45 두 가지의 세기 비율은 다르지만 세기 비율 eg/t2g는 ≈1인 반면 이 경우 관찰된 세기 비율 eg/t2g는 약 1입니다. 이는 현재 상황에서 Fe3+만 존재할 가능성을 배제합니다. Fe2+와 Fe3+를 모두 포함하는 Fe3O4의 경우를 고려하면, Fe에 대해 더 약한(더 강한) L3 모서리를 갖는 것으로 알려진 첫 번째 특징은 비어 있는 t2g 상태의 수가 더 적다는(더 많다는) 것을 나타냅니다. 이는 Fe2+(Fe3+)에도 적용되며, 이는 첫 번째 특징이 Fe2+47 함량의 증가를 나타냄을 보여줍니다. 이러한 결과는 복합재의 냉간 압연 표면에서 Fe2+와 γ-Fe2O3, α-Fe2O3 및/또는 Fe3O4의 공존이 지배적임을 보여줍니다.
그림 2d의 선택된 영역 2와 E 내의 다양한 공간 위치에서 Fe L2,3 가장자리를 교차하는 XAS 스펙트럼(a, c)과 (b, d)의 확대된 광전자 열 화상 이미지.
획득한 실험 데이터(그림 4a 및 보충 그림 11)를 도시하여 순수 화합물 40, 41, 48에 대한 데이터와 비교했습니다. 실험적으로 관찰된 세 가지 유형의 Fe L-edge XAS 스펙트럼(XAS-1, XAS-2 및 XAS-3: 그림 4a). 특히, 그림 3b의 스펙트럼 2-a(XAS-1로 표시)에 이어 스펙트럼 2-b(XAS-2로 표시)가 전체 감지 영역에서 관찰되었고, 그림 3d(XAS-3으로 표시)에서 관찰된 E-3과 같은 스펙트럼은 특정 위치에서 관찰되었습니다. 원칙적으로 연구 대상 샘플의 기존 가치 상태를 식별하기 위해 네 가지 매개변수가 사용되었습니다. (1) 스펙트럼 특성 L3 및 L2, (2) 특성 L3 및 L2의 에너지 위치, (3) 에너지 차이 L3-L2, (4) L2/L3 강도 비율. 육안 관찰 결과(그림 4a)에 따르면, 연구 대상 SDSS 표면에는 Fe0, Fe2+, Fe3+의 세 가지 Fe 성분이 모두 존재합니다. 계산된 강도비 L2/L3 또한 세 가지 성분이 모두 존재함을 나타냅니다.
관찰된 세 가지 다른 실험 데이터(실선 XAS-1, XAS-2 및 XAS-3은 그림 2 및 3의 2-a, 2-b 및 E-3에 해당)를 사용한 Fe의 시뮬레이션된 XAS 스펙트럼 비교, 각각 1.0 eV 및 1.5 eV의 결정장 값을 갖는 팔면체 Fe2+, Fe3+, bd(XAS-1, XAS-2, XAS-3)로 측정한 실험 데이터 및 해당 최적화된 LCF 데이터(실선 검은색 선), 그리고 Fe3O4(혼합 상태의 Fe) 및 Fe2O3(순수한 Fe3+) 표준을 사용한 XAS-3 스펙트럼 형태.
세 가지 표준물질 40, 41, 48의 선형 조합 적합(LCF)을 사용하여 산화철 조성을 정량화했습니다. 그림 4b-d에서 볼 수 있듯이, 가장 높은 대비를 보이는 세 가지 선택된 Fe L-edge XAS 스펙트럼, 즉 XAS-1, XAS-2, XAS-3에 대해 LCF를 적용했습니다. LCF 피팅의 경우, 모든 데이터에서 작은 돌출부가 관찰되었고, 금속 철이 강의 주성분이라는 사실 때문에 모든 경우에 10% FeO를 고려했습니다. 실제로, Fe(~6 nm)49에 대한 X-PEEM의 조사 깊이는 추정 산화층 두께(약간 > 4 nm)보다 컸으며, 이를 통해 수동화 층 아래의 철 매트릭스(Fe0)에서 신호를 감지할 수 있었습니다. 실제로, Fe(~6 nm)49에 대한 X-PEEM의 조사 깊이는 추정 산화층 두께(약간 > 4 nm)보다 컸으며, 이를 통해 수동화 층 아래의 철 매트릭스(Fe0)에서 신호를 감지할 수 있었습니다. Действительно, пробная глубина X-PEEM для Fe (~ 6nm)49 больше, чем предполагаемая толчина слоя окисления (немного > 4nm), что позволяет обнаружить сигнал от железной matrицы (Fe0) под пассивирувим слоем. 실제로 Fe(~6 nm)49에 대한 프로브 X-PEEM 깊이는 가정된 산화층 두께(약간 >4 nm)보다 컸으며, 이를 통해 수동화 층 아래의 철 매트릭스(Fe0)에서 신호를 감지할 수 있었습니다.실제로 X-PEEM은 Fe(~6 nm) 49nm의 진동 속도를 가지며, 4 nm의 진동 속도를 가지며 자동으로 철화되는 방식입니다.실제 , X-PEEM 对 Fe (~ 6 nm) 49 의 마모도 大于 의 진동률 율 略略> 4 nm) 允许 检测 来自 钝化层 下方 铁基体（fe0) ​​的。Фактически, глубина обнаружения Fe (~ 6 nm) 49 с помочески X-PEEM bolьше, чем предполагаемая толчина оксидного слоя (немного > 4 nm), что позволяет обнаруживать сигнал от железной MATрицы (Fe0) ниже пассивирушего слоя. 실제로 X-PEEM에 의한 Fe(~6 nm) 49의 탐지 깊이는 예상되는 산화물 층 두께(약간 > 4 nm)보다 깊어서, 패시베이션 층 아래의 철 매트릭스(Fe0)에서 나오는 신호를 탐지할 수 있습니다. .관찰된 실험 데이터에 대한 최상의 솔루션을 찾기 위해 Fe2+와 Fe3+의 다양한 조합을 수행했습니다.그림 4b는 Fe2+와 Fe3+의 조합에 대한 XAS-1 스펙트럼을 보여줍니다.여기서 Fe2+와 Fe3+의 비율은 약 45%로 유사하여 Fe의 혼합 산화 상태를 나타냅니다.XAS-2 스펙트럼의 경우 Fe2+와 Fe3+의 백분율은 각각 ~30%와 60%가 됩니다.Fe2+는 Fe3+보다 적습니다.Fe2+와 Fe3의 비율이 1:2인 것은 Fe3O4가 Fe 이온 간에 동일한 비율로 형성될 수 있음을 의미합니다.또한 XAS-3 스펙트럼의 경우 Fe2+와 Fe3+의 백분율은 ~10%와 80%가 되어 Fe2+에서 Fe3+로의 전환율이 더 높음을 나타냅니다.위에서 언급했듯이 Fe3+는 α-Fe2O3, γ-Fe2O3 또는 Fe3O4에서 나올 수 있습니다. Fe3+의 가장 가능성 있는 출처를 이해하기 위해 XAS-3 스펙트럼을 그림 4e에 다양한 Fe3+ 표준으로 표시하였으며, B 피크를 고려할 때 두 표준 모두와 유사함을 보여주었습니다. 그러나 숄더 피크(A: Fe2+에서 유래)의 강도와 B/A 강도 비율은 XAS-3의 스펙트럼이 가깝지만 γ-Fe2O3의 스펙트럼과 일치하지 않음을 나타냅니다. 벌크 γ-Fe2O3와 비교할 때, A SDSS의 Fe 2p XAS 피크는 약간 더 높은 강도를 가지며(그림 4e), 이는 Fe2+의 강도가 더 높음을 나타냅니다. XAS-3의 스펙트럼은 Fe3+가 Oh 및 Td 위치에 존재하는 γ-Fe2O3의 스펙트럼과 유사하지만, L2,3 가장자리 또는 L2/L3 강도 비율을 따라서만 다른 원자가 상태와 배위를 식별하는 것은 여전히 ​​문제입니다. 최종 스펙트럼에 영향을 미치는 다양한 요소의 복잡성으로 인해 지속적인 논의 주제입니다.
위에 기술한 선택된 관심 영역의 화학적 상태에서의 스펙트럼 차이 외에도, 주요 원소인 Cr과 Fe의 전역적 화학적 이질성은 K-평균 클러스터링 방법을 사용하여 샘플 표면에서 얻은 모든 XAS 스펙트럼을 분류하여 평가되었습니다. 에지 프로파일 Cr L은 그림 5에 표시된 열간 가공 및 냉간 압연 시편에 공간적으로 분포된 두 개의 최적 클러스터를 형성하도록 설정되었습니다. XAS Cr 스펙트럼의 두 중심이 비슷하기 때문에 국소적 구조적 변화가 유사하게 인식되지 않는다는 것이 분명합니다. 두 클러스터의 이러한 스펙트럼 모양은 Cr2O342에 해당하는 것과 거의 동일하며, 이는 Cr2O3 층이 SDSS에서 비교적 균일한 간격을 두고 있음을 의미합니다.
Cr L K-평균 에지 영역 클러스터, b는 해당 XAS 중심점입니다. 냉간 압연 SDSS의 K-평균 X-PEEM 비교 결과: c Cr L2.3 K-평균 클러스터의 에지 영역과 d 해당 XAS 중심점.
더욱 복잡한 FeL 에지 맵을 설명하기 위해, 열간 가공 시편과 냉간 압연 시편에 대해 각각 4개와 5개의 최적화된 클러스터와 그에 연관된 중심(스펙트럼 프로파일)을 사용했습니다. 따라서 그림 4에 나타난 LCF를 피팅하여 Fe2+와 Fe3+의 비율(%)을 구할 수 있습니다. 표면 산화막의 미세화학적 불균일성을 밝히기 위해 Fe0에 대한 의사전극 전위 엡세우도(Epseudo)를 사용했습니다. 엡세우도는 혼합 법칙에 의해 대략적으로 추정됩니다.
여기서 \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\)는 각각 \(\rm{Fe} + 2e^ – \ ~ \rm {Fe}^{2 + (3 + )}\) 0.440 및 0.036V와 같습니다. 낮은 전위를 갖는 영역은 Fe3+ 화합물의 함량이 더 높습니다. 열적으로 변형된 샘플의 전위 분포는 약 0.119V의 최대 변화를 갖는 층상 특성을 갖습니다(그림 6a, b). 이 전위 분포는 표면 지형과 밀접한 관련이 있습니다(그림 6a). 기저 층류 내부에서 다른 위치 의존적 변화는 관찰되지 않았습니다(그림 6b). 반대로, 냉간 압연 SDSS에서 Fe2+와 Fe3+의 함량이 다른 이종 산화물의 연결에 대해 의사 전위의 불균일한 특성을 관찰할 수 있습니다(그림 6c, d). Fe3+ 산화물 및/또는 (옥시)수산화물은 강철 녹의 주요 구성 요소이며 산소와 수분을 투과합니다.50 이 경우, Fe3+가 풍부한 섬은 국부적으로 분포하는 것으로 간주되며 부식된 영역으로 간주될 수 있습니다. 동시에, 전위의 절대값이 아닌 전위장의 기울기를 활성 부식 부위의 국소화 지표로 사용할 수 있습니다. 냉간 압연 SDSS 표면의 Fe2+와 Fe3+의 이러한 불균일한 분포는 국부적인 화학 반응을 변화시키고 산화막 파괴 및 부식 반응에서 더욱 실용적인 활성 표면적을 제공하여 하부 금속 기지의 지속적인 부식을 허용하여 내부 부식, 특성 불균일성 및 부동태화층의 보호 특성 감소를 초래합니다.
열간 변형된 X-PEEM의 Fe L2.3 경계 영역에서 K-평균 클러스터와 해당 XAS 중심. 냉간 압연 SDSS의 ac 및 df. a, d는 X-PEEM 이미지 위에 중첩된 K-평균 클러스터 플롯입니다. 계산된 유사전극 전위(Epseudo)는 K-평균 클러스터 플롯과 함께 표시됩니다. 그림 2의 색상과 같이 X-PEEM 이미지의 밝기는 X선 흡수 강도에 비례합니다.
비교적 균일한 Cr과 다른 화학적 상태의 Fe는 열간가공 및 냉간압연된 Ce-2507에서 서로 다른 산화막 손상 및 부식 패턴을 초래합니다. 냉간압연된 Ce-2507의 이러한 특성은 잘 연구되어 왔습니다. 이 거의 중성인 작업에서 대기 중 Fe의 산화물 및 수산화물이 생성되는 것과 관련하여 다음과 같은 반응이 나타납니다.
위의 반응은 X-PEEM 분석에 기반한 다음 시나리오에서 발생합니다.Fe0에 해당하는 작은 숄더는 하부 금속 철과 관련이 있습니다.금속 Fe가 환경과 반응하면 Fe(OH)2 층이 형성되고(식 (5)), 이는 Fe L-edge XAS에서 Fe2+ 신호를 향상시킵니다.공기에 장시간 노출되면 Fe(OH)252,53 이후에 Fe3O4 및/또는 Fe2O3 산화물이 형성될 수 있습니다.Fe의 두 가지 안정한 형태인 Fe3O4와 Fe2O3도 Cr3+가 풍부한 보호층에서 형성될 수 있으며, Fe3O4는 균일하고 끈적한 구조를 선호합니다.두 가지가 모두 존재하면 혼합 산화 상태(XAS-1 스펙트럼)가 됩니다.XAS-2 스펙트럼은 주로 Fe3O4에 해당합니다.여러 곳에서 XAS-3 스펙트럼을 관찰한 결과 γ-Fe2O3로 완전히 전환되었음을 알 수 있습니다. 펼쳐진 X선의 침투 깊이는 약 50nm이므로, 아래층의 신호로 인해 A 피크의 강도가 더 높아집니다.
XPA 스펙트럼은 산화막의 Fe 성분이 Cr 산화층과 결합된 층상 구조를 가지고 있음을 보여줍니다. 부식 중 Cr2O3의 국부적인 불균일성으로 인한 부동태화 징후와 대조적으로, 이 연구에서 Cr2O3의 균일한 층에도 불구하고, 이 경우 특히 냉간 압연 시편의 경우 낮은 내식성이 관찰됩니다. 관찰된 거동은 부식 성능에 영향을 미치는 상층(Fe)의 화학적 산화 상태의 불균일성으로 이해될 수 있습니다. 상층(산화철)과 하층(산화크롬)52,53의 동일한 화학양론으로 인해 두 층 사이의 더 나은 상호 작용(접착)은 격자 내 금속 또는 산소 이온의 이동을 느리게 만들고, 이는 결국 내식성을 증가시킵니다. 따라서 Fe의 연속적인 화학양론비, 즉 하나의 산화 상태가 급격한 화학양론적 변화보다 바람직합니다. 열 변형된 SDSS는 더 균일한 표면, 더 조밀한 보호층, 더 나은 내식성을 갖습니다. 냉간 압연 SDSS의 경우, 보호층 아래에 ​​Fe3+가 풍부한 섬들이 존재하여 표면의 무결성을 손상시키고 주변 모재와의 갈바닉 부식을 유발하여 Rp의 급격한 감소를 초래합니다(표 1). EIS 스펙트럼과 그 내식성이 감소합니다. 소성 변형으로 인한 Fe3+가 풍부한 섬들의 국부적인 분포가 내식성에 주로 영향을 미치는 것을 알 수 있으며, 이는 본 연구의 획기적인 성과입니다. 따라서 본 연구에서는 소성 변형법으로 연구된 SDSS 샘플의 내식성 감소에 대한 분광 현미경 이미지를 제시합니다.
또한, 2상 강에서 희토류 원소를 합금화하면 성능이 더 우수하지만, 분광 현미경 데이터에 따르면 이 첨가 원소와 개별 강 기지의 부식 거동 간의 상호작용은 여전히 ​​파악하기 어렵습니다. Ce 신호(XAS M-edge를 통해 나타남)는 냉간 압연 중 일부 지점에서만 나타나지만 SDSS의 열간 변형 중에는 사라집니다. 이는 균질 합금화가 아닌 강 기지 내 Ce의 국부적인 석출을 시사합니다. SDSS의 기계적 성질을 크게 향상시키지는 않지만,6,7 희토류 원소의 존재는 개재물의 크기를 감소시키고 초기 영역의 공식 발생을 억제하는 것으로 여겨집니다.54
결론적으로, 본 연구는 나노스케일 성분의 화학적 함량을 정량화함으로써 세륨으로 개질된 2507 SDSS의 부식에 대한 표면 불균일성의 영향을 밝힙니다. 본 연구에서는 스테인리스강이 보호 산화막 아래에서도 부식되는 이유를 K-평균 클러스터링을 이용한 미세구조, 표면 화학, 신호 처리를 정량화하여 규명합니다. 혼합 Fe2+/Fe3+의 전체 형상을 따라 팔면체 및 사면체 배위를 포함하는 Fe3+가 풍부한 섬(island)이 냉연 산화막 SDSS의 손상 및 부식의 원인임이 확인되었습니다. Fe3+가 우세한 나노섬은 충분한 화학양론적 Cr2O3 부동태층이 존재하더라도 내식성이 저하됩니다. 나노스케일 화학적 불균일성이 부식에 미치는 영향을 결정하는 방법론적 발전 외에도, 지속적인 연구는 제강 중 스테인리스강의 내식성을 개선하기 위한 엔지니어링 공정에 영감을 줄 것으로 기대됩니다.
본 연구에 사용된 Ce-2507 SDSS 잉곳을 제조하기 위해, 순수 철관으로 밀봉된 Fe-Ce 모합금을 포함하는 혼합 조성의 잉곳을 150 kg 중주파 유도로에서 용해하여 용강을 제조하고 주형에 주입하였다. 측정된 화학 조성(중량%)은 보충 표 2에 제시되어 있다. 잉곳은 먼저 블록 형태로 열간 단조한다. 그 후, 1050°C에서 60분간 어닐링하여 고용체 상태의 강을 얻은 후, 물에 담가 실온까지 냉각시켰다. 연구 대상 샘플은 TEM과 DOE를 사용하여 상, 결정립 크기 및 형태를 자세히 분석하였다. 샘플 및 제조 공정에 대한 자세한 정보는 다른 자료에서 확인할 수 있다6,7.
열간 압축을 위한 원통형 시편(φ10 mm×15 mm)은 원통의 축이 블록의 변형 방향과 평행하도록 가공되었습니다. 고온 압축은 Gleeble-3800 열 시뮬레이터를 사용하여 0.01~10 s-1의 일정한 변형률 속도로 1000~1150°C 범위의 다양한 온도에서 수행되었습니다. 변형 전에 시편을 선택한 온도에서 2분 동안 10°C s-1의 속도로 가열하여 온도 구배를 제거했습니다. 온도 균일성을 달성한 후, 시편을 진변형률 값 0.7로 변형했습니다. 변형 후, 변형된 구조를 보존하기 위해 시편을 즉시 물로 급냉했습니다. 경화된 시편을 압축 방향과 평행하게 절단했습니다. 이 특정 연구에서는 관찰된 미세경도가 다른 시편보다 높았기 때문에 1050°C, 10 s-1의 열간 변형 조건을 갖는 시편을 선택했습니다.
Ce-2507 고용체의 질량(80 × 10 × 17 mm3)을 LG-300 3상 비동기식 2롤 밀에 사용하여 다른 모든 변형 수준 중 가장 우수한 기계적 성질을 얻었다. 각 경로에 대한 변형률 속도와 두께 감소율은 각각 0.2 m·s-1과 5%이다.
Autolab PGSTAT128N 전기화학 워크스테이션을 사용하여 두께가 90% 감소(1.0 등가 진변형률)될 때까지 냉간 압연하고, 1050°C에서 10초-1 동안 열간 압연하여 진변형률 0.7로 만든 후 SDSS 전기화학 측정을 수행했습니다. 워크스테이션에는 포화 칼로멜 전극을 기준 전극으로, 흑연 상대 전극을, SDSS 샘플을 작업 전극으로 사용하는 3전극 셀이 있습니다. 샘플은 직경 11.3mm의 원통형으로 절단하여 측면에 구리선을 납땜했습니다. 그런 다음 샘플을 에폭시로 고정하고 작업 전극(원통형 샘플의 바닥면)으로 1cm²의 작업 공간을 남겨 두었습니다. 에폭시 경화 및 후속 샌딩과 연마 작업 중에는 균열이 발생하지 않도록 주의하십시오. 작업 표면은 입자 크기가 1μm인 다이아몬드 연마 현탁액으로 연마하고 증류수와 에탄올로 세척한 후 찬 공기에서 건조했습니다. 전기화학적 측정 전에 연마된 샘플을 며칠 동안 공기에 노출시켜 자연 산화막을 형성했습니다. ASTM 권장 사항에 따라 HCl로 pH = 1.0 ± 0.01로 안정화된 FeCl3(6.0 wt%) 수용액은 강한 산화 능력과 낮은 pH 환경 표준 G48 및 A923을 가진 염화물 이온이 존재할 때 부식성이 있기 때문에 스테인리스 강의 부식을 가속화하는 데 사용됩니다. 측정하기 전에 샘플을 시험 용액에 1시간 동안 담가 거의 정상 상태에 도달합니다. 고용체, 열간 성형 및 냉간 압연 샘플의 경우 개방 회로 전위(OPC)가 각각 0.39, 0.33 및 0.25V이고 주파수 범위가 1×105~0.1Hz이고 진폭이 5mV인 경우 임피던스 측정을 수행했습니다. 모든 화학 테스트는 데이터 재현성을 보장하기 위해 동일한 조건에서 최소 3번 반복했습니다.
HE-SXRD 측정을 위해, 캐나다 CLS56에 있는 브록하우스 고에너지 위글러의 빔 위상 구성을 정량화하기 위해 1 × 1 × 1.5 mm3 크기의 직사각형 이중 강철 블록을 측정했습니다. 데이터 수집은 실온에서 드바이-셰러 기하 구조 또는 투과 기하 구조에서 수행되었습니다. LaB6 교정기로 교정된 X선 파장은 0.212561 Å로, 58 keV에 해당하며, 실험실 X선원으로 일반적으로 사용되는 Cu Kα(8 keV)보다 훨씬 높습니다. 샘플은 검출기로부터 740 mm 거리에 위치했습니다. 각 샘플의 검출 부피는 0.2 × 0.3 × 1.5 mm3이며, 이는 빔 크기와 샘플 두께에 따라 결정됩니다. 모든 데이터는 퍼킨 엘머 면적 검출기, 평판 X선 검출기, 200µm 픽셀, 40×40cm2를 사용하여 0.3초의 노출 시간과 120프레임으로 수집되었습니다.
두 개의 선택된 모델 시스템에 대한 X-PEEM 측정은 MAX IV 연구실(룬드, 스웨덴)의 Beamline MAXPEEM PEEM 종단 스테이션에서 수행되었습니다. 샘플은 전기화학 측정과 같은 방식으로 준비되었습니다. 준비된 샘플은 며칠 동안 공기 중에 보관하고 싱크로트론 광자로 조사하기 전에 초고진공 챔버에서 가스를 제거했습니다. 빔 라인의 에너지 분해능은 N2에서 hv = 401 eV 근처의 N 1 s에서 1\(\pi _g^ \ast\)까지의 여기 영역에서 이온 수율 스펙트럼을 측정하여 얻었으며 광자 에너지는 E3/2, 57에 따라 달라졌습니다. 근사 스펙트럼은 측정된 에너지 범위에서 약 0.3 eV의 ΔE(스펙트럼 라인의 폭)를 제공했습니다. 따라서 Fe 2p L2,3 에지, Cr 2p L2,3 에지, Ni 2p L2,3 에지 및 Ce M4,5 에지에 대해 Si 1200-라인 mm−1 회절격자를 사용하는 변형된 SX-700 단색기를 활용하여 빔라인 에너지 분해능을 E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 및 플럭스 ≈1012 ph/s로 추산했습니다. 따라서 Fe 2p L2.3 에지, Cr 2p L2.3 에지, Ni 2p L2.3 에지 및 Ce M4.5 에지에 대해 Si 1200-라인 mm−1 회절격자를 사용하는 변형된 SX-700 단색기를 활용하여 빔라인 에너지 분해능을 E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 및 플럭스 ≈1012 ph/s로 추산했습니다. Таким образом, энергетическое разрешение канала пучка было оценено как E/ΔE = 700 эВ/0,3 эВ > 2000 и поток 1012 ф/с при использовании модифицированного монохромаtorа SX-700 с решеткой Si 1200 штрихов/mm для Fe кромка 2p L2,3, кромка Cr 2p L2,3, кромка Ni 2p L2,3 및 кромка Ce M4,5. 따라서 빔 채널의 에너지 분해능은 Fe 에지 2p L2,3, Cr 에지 2p L2.3, Ni 에지 2p L2.3 및 Ce 에지 M4.5에 대해 1200라인/mm의 Si 회절격자를 갖는 수정된 SX-700 단색기를 사용하여 E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 및 플럭스 ≈1012 f/s로 추산되었습니다.因此,光束线能weight分辨率估计为E/ΔE = 700eV/0.3eV > 2000 및 过使用带有Si 1200线mm-1 光栅的改进的SX-700单color器用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘와 Ce M4,5 边缘。因此 , 光束线 能덩어리 分辨率 为 为 为 为 δe = 700 EV/0.3 EV> 2000 和 ≒1012 PH/S , 使用 带有 带有 1200 线 mm-1 光栅SX-700은 Fe 2p L2.3 边缘, Cr 2p L2.3 边缘, Ni 2p L2.3 边缘 및 Ce M4.5 边缘을 사용합니다.따라서 1200라인 Si 회절격자를 갖는 변형된 SX-700 단색기를 사용할 때, 3, Cr 에지 2p L2.3, Ni 에지 2p L2.3 및 Ce 에지 M4.5가 됩니다.0.2 eV 단위로 광자 에너지를 스캔합니다. 각 에너지에서 PEEM 이미지는 2 x 2 빈의 파이버 결합 TVIPS F-216 CMOS 검출기를 사용하여 기록되었으며, 이는 20 µm 시야에서 1024 x 1024 픽셀의 해상도를 제공합니다. 이미지의 노출 시간은 0.2초였으며 평균 16프레임이었습니다. 광전자 이미지 에너지는 최대 2차 전자 신호를 제공하도록 선택되었습니다. 모든 측정은 선형 편광 광자 빔을 사용하여 수직 입사에서 수행되었습니다. 측정에 대한 자세한 내용은 이전 연구에서 찾을 수 있습니다. 총 전자 수율(TEY) 검출 모드와 X-PEEM49에서의 적용을 연구한 후, 이 방법의 시험 깊이는 Cr 신호의 경우 약 4-5nm, Fe의 경우 약 6nm로 추정됩니다. Cr 깊이는 산화막의 두께(~4nm)60,61에 매우 가깝지만 Fe 깊이는 두께보다 큽니다. Fe L의 가장자리에서 수집된 XRD는 철 산화물의 XRD와 매트릭스의 Fe0의 혼합물입니다. 첫 번째 경우, 방출된 전자의 세기는 TEY에 기여하는 모든 유형의 전자에서 비롯됩니다. 그러나 순수한 철 신호는 전자가 산화물층을 통과하여 표면으로 이동하여 분석기에 수집되기 위해 더 높은 운동 에너지를 필요로 합니다. 이 경우, Fe0 신호는 주로 LVV 오제 전자와 그 전자에서 방출되는 2차 전자에 의해 발생합니다. 또한, 이러한 전자에 의해 기여된 TEY 세기는 전자 탈출 경로에서 감소하여 철 XAS 맵에서 Fe0의 스펙트럼 반응을 더욱 감소시킵니다.
데이터 마이닝을 데이터 큐브(X-PEEM 데이터)에 통합하는 것은 다차원 접근 방식으로 관련 정보(화학적 또는 물리적 특성)를 추출하는 핵심 단계입니다. K-평균 클러스터링은 머신 비전, 이미지 처리, 비지도 패턴 인식, 인공지능, 분류 분석 등 여러 분야에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, K-평균 클러스터링은 초분광 이미지 데이터의 클러스터링에서 우수한 성능을 보였습니다. 원칙적으로 다중 특징 데이터의 경우 K-평균 알고리즘은 속성(광자 에너지 특성)에 대한 정보를 기반으로 데이터를 쉽게 그룹화할 수 있습니다. K-평균 클러스터링은 데이터를 K개의 비중첩 그룹(클러스터)으로 나누는 반복 알고리즘으로, 각 픽셀은 강의 미세 구조 구성에서 화학적 불균일성의 공간 분포에 따라 특정 클러스터에 속합니다. K-평균 알고리즘은 두 단계로 구성됩니다. 첫 번째 단계에서는 K개의 중심점을 계산하고, 두 번째 단계에서는 각 점에 이웃 중심점을 가진 클러스터를 할당합니다. 클러스터의 중심은 해당 클러스터에 대한 데이터 포인트(XAS 스펙트럼)의 산술 평균으로 정의됩니다. 유클리드 거리로 이웃 중심을 정의하는 다양한 거리가 있습니다. px,y(x와 y는 픽셀 단위의 해상도)의 입력 이미지에 대해, CK는 클러스터의 중심입니다. 이 이미지는 K-평균63을 사용하여 K개의 클러스터로 분할(클러스터링)될 수 있습니다. K-평균 클러스터링 알고리즘의 마지막 단계는 다음과 같습니다.
2단계. 현재 중심점을 기준으로 모든 픽셀의 멤버십을 계산합니다. 예를 들어, 중심점과 각 픽셀 사이의 유클리드 거리 d를 사용하여 계산합니다.
3단계 각 픽셀을 가장 가까운 중심에 할당합니다. 그런 다음 K개의 중심 위치를 다음과 같이 다시 계산합니다.
4단계. 중심이 수렴할 때까지 프로세스(방정식 (7) 및 (8))를 반복합니다. 최종 클러스터링 품질 결과는 초기 중심의 최적 선택과 강력한 상관 관계가 있습니다. 강철 이미지의 PEEM 데이터 구조의 경우 일반적으로 X(x × y × λ)는 3D 배열 데이터의 큐브이고 x 및 y 축은 공간 정보(픽셀 해상도)를 나타내고 λ 축은 광자에 해당합니다. 에너지 스펙트럼 사진. K-평균 알고리즘은 스펙트럼 특징에 따라 픽셀(클러스터 또는 하위 블록)을 분리하고 각 분석물에 대한 최상의 중심(XAS 스펙트럼 프로파일)을 추출하여 X-PEEM 데이터에서 관심 영역을 탐색하는 데 사용됩니다. 클러스터). 공간 분포, 국소 스펙트럼 변화, 산화 거동 및 화학적 상태를 연구하는 데 사용됩니다. 예를 들어, K-평균 클러스터링 알고리즘은 열간 가공 및 냉간 압연 X-PEEM에서 Fe L-edge 및 Cr L-edge 영역에 사용되었습니다. 최적의 클러스터와 중심점을 찾기 위해 다양한 개수의 K 클러스터(미세 구조 영역)를 테스트했습니다. 이 숫자들이 표시되면 픽셀은 해당 클러스터 중심점에 재할당됩니다. 각 색상 분포는 클러스터의 중심에 해당하며, 화학적 또는 물리적 물체의 공간적 배열을 나타냅니다. 추출된 중심점은 순수 스펙트럼의 선형 조합입니다.
이 연구 결과를 뒷받침하는 데이터는 해당 WC 저자에게 합리적인 요청이 있을 경우 제공될 수 있습니다.
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