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널리 사용되는 스테인리스강과 그 가공품은 크롬 산화물로 구성된 부동태층 덕분에 주변 환경에서 부식에 강합니다. 강철의 부식 및 침식은 일반적으로 이러한 부동태층의 파괴와 관련이 있지만, 미시적 수준에서 표면 불균일성이 나타나는 경우는 드뭅니다. 본 연구에서는 분광 현미경 및 화학량론적 분석을 통해 나노 규모의 화학적 표면 불균일성이 냉간 압연된 세륨 개질 초이중 스테인리스강 2507(SDSS)의 열간 변형 중 파괴 및 부식에 예상치 못한 주요 원인임을 밝혀냈습니다. X선 광전자 현미경 분석 결과 자연적인 Cr2O3 층이 비교적 균일하게 덮여 있는 것으로 나타났지만, 냉간 압연된 SDSS의 부동태화 성능은 Fe/Cr 산화물 층 위에 Fe3+가 풍부한 나노섬이 국부적으로 분포되어 있어 불량했습니다. 이러한 원자 규모의 지식은 스테인리스강 부식에 대한 심층적인 이해를 제공하며, 유사한 고합금 금속의 부식 방지에도 도움이 될 것으로 기대됩니다.
스테인리스강이 발명된 이후, 페로크롬의 내식성은 크롬에 기인하는 것으로 알려져 왔는데, 크롬은 강한 산화물/수산화물을 형성하고 대부분의 환경에서 부동태화 작용을 나타낸다. 기존의 (오스테나이트계 및 페라이트계) 스테인리스강¹⁻²⁻³에 비해, 초듀플렉스 스테인리스강(SDSS)은 우수한 내식성과 뛰어난 기계적 특성을 지닌다. 향상된 기계적 강도는 더욱 가볍고 소형화된 설계를 가능하게 한다. 또한, 경제적인 SDSS는 공식 및 틈새 부식에 대한 저항성이 높아 수명이 길어 오염 제어, 화학 물질 용기, 해양 석유 및 가스 산업 등 다양한 분야에 적용되고 있다⁴. 그러나 열처리 온도 범위가 좁고 성형성이 좋지 않아 실용화가 제한적이다. 따라서 SDSS는 이러한 단점을 개선하기 위해 개량되고 있다. 예를 들어, 질소 함량이 높은 세륨(Ce) 개량형 SDSS 2507(Ce-2507)이 개발되었다⁶,⁷,⁸. 적절한 농도인 0.08 wt.%의 희토류 원소(Ce)는 결정립 미세화 및 결정립계 강도 향상으로 인해 DSS의 기계적 특성에 유익한 영향을 미칩니다. 내마모성 및 내식성, 인장 강도 및 항복 강도, 열간 가공성 또한 향상됩니다.9 또한, 다량의 질소는 고가의 니켈 함량을 대체할 수 있어 SDSS의 비용 효율성을 높일 수 있습니다.10
최근 SDSS는 다양한 온도(극저온, 저온 및 고온)에서 소성 변형을 통해 우수한 기계적 특성을 얻는 데 성공했습니다.6,7,8 그러나 표면에 얇은 산화막이 존재하여 우수한 내식성을 나타내지만, 이는 서로 다른 결정립계를 가진 이종상, 원치 않는 석출물, 오스테나이트상과 페라이트상의 서로 다른 변형 반응 등으로 인한 본질적인 불균일성 때문에 영향을 받습니다.7 따라서 SDSS 부식을 이해하기 위해서는 이러한 산화막의 미세 구조적 특성을 전자 구조 수준까지 연구하는 것이 매우 중요하며, 이를 위해서는 복잡한 실험 기술이 필요합니다. 지금까지 오제 전자 분광법11, X선 광전자 분광법12,13,14,15, 그리고 경질 X선 광전자 현미경(HAX-PEEM)16과 같은 표면 민감 분석법은 나노 규모 공간의 서로 다른 위치에 있는 동일 원소의 화학적 상태와 같은 표면층의 화학적 차이를 감지하는 데 일반적으로 한계를 보였습니다. 최근 몇몇 연구에서는 크롬의 국부 산화와 오스테나이트계 스테인리스강17, 마르텐사이트계 강18 및 SDSS19,20의 부식 거동 사이의 상관관계를 밝혀냈습니다. 그러나 이러한 연구들은 주로 크롬의 불균일성(예: Cr3+ 산화 상태)이 내식성에 미치는 영향에 초점을 맞추었습니다. 원소 산화 상태의 측면 불균일성은 산화철과 같이 동일한 구성 원소를 가진 다양한 화합물에 의해 발생할 수 있습니다. 열기계적 처리로 인해 작은 크기를 갖게 된 이러한 화합물들은 서로 가까이 위치하지만, 조성과 산화 상태는 다릅니다16,21. 따라서 산화막의 균열과 그에 따른 피팅을 감지하기 위해서는 미시적 수준에서 표면 불균일성을 이해하는 것이 필수적입니다. 이러한 요구에도 불구하고, 특히 나노 및 원자 규모에서 철의 산화에 대한 측면 불균일성과 같은 정량적 추정치는 여전히 부족하며, 내식성과의 상관관계는 아직 연구되지 않았습니다. 최근까지 강철 시료에서 Fe 및 Ca22와 같은 다양한 원소의 화학적 상태는 나노 규모의 싱크로트론 방사선 시설에서 연 X선 광전자 현미경(X-PEEM)을 사용하여 정량적으로 분석되었습니다. 화학적으로 민감한 X선 흡수 분광법(XAS)과 결합된 X-PEEM은 높은 공간 및 분광 해상도를 갖는 XAS 측정을 가능하게 하여, 23나노미터 규모까지의 공간 해상도로 원소의 조성 및 화학적 상태에 대한 화학 정보를 제공합니다. 이러한 분광 현미경 관찰을 통해 국소적인 화학적 변화를 관찰할 수 있으며, 이전에는 조사되지 않았던 철층 공간 내의 화학적 변화를 밝혀낼 수 있습니다.
본 연구는 나노스케일에서 화학적 차이를 감지하는 데 있어 PEEM의 장점을 확장하고, Ce-2507의 부식 거동을 이해하기 위한 통찰력 있는 원자 수준 표면 분석 방법을 제시합니다. 이 연구는 클러스터링된 K-means24 화학 계량학적 접근 방식을 사용하여 관련된 원소들의 전반적인 화학적 (이종)균질성을 매핑하고, 그 화학적 상태를 통계적으로 표현합니다. 기존 연구에서 크롬 산화막의 파괴로 인해 부식이 시작되는 것과는 달리, 본 연구에서는 Fe/Cr 산화층 근처에 국부적으로 존재하는 Fe3+가 풍부한 나노섬이 보호막 역할을 하여 부동태화 감소 및 부식 저항성 저하를 유발하는 것으로 보고 있습니다. 이 산화막이 산화막을 파괴하고 부식을 일으킵니다.
변형된 SDSS 2507의 부식 거동은 먼저 전기화학적 측정을 통해 평가되었습니다. 그림 1은 상온에서 산성(pH = 1) FeCl₃ 수용액에 담근 일부 시료에 대한 나이퀴스트 곡선과 보드 곡선을 보여줍니다. 선택된 전해질은 강력한 산화제로 작용하여 부동태 피막의 파괴 경향을 나타냅니다. 상온에서 안정적인 피팅은 발생하지 않았지만, 이 분석을 통해 가능한 파손 사건과 그에 따른 부식에 대한 통찰력을 얻을 수 있었습니다. 등가 회로(그림 1d)를 사용하여 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 스펙트럼을 피팅했으며, 해당 피팅 결과는 표 1에 나와 있습니다. 용체화 처리 및 열간 가공된 시편에서는 불완전한 반원이 나타나는 반면, 냉간 압연된 시편에서는 압축된 반원이 나타납니다(그림 1b). EIS 분광법에서 반원의 반지름은 분극 저항(Rp)으로 간주할 수 있습니다.²⁵,²⁶ 표 1의 용액 처리된 활주로의 Rp 값은 약 135 kΩ cm–2이지만, 열간 가공 및 냉간 압연된 활주로의 값은 각각 34.7 및 2.1 kΩ cm–2로 훨씬 낮습니다. 이러한 Rp 값의 현저한 감소는 이전 연구 보고서27,28,29,30에서 나타난 바와 같이 소성 변형이 부동태화 및 부식 저항성에 미치는 악영향을 보여줍니다.
a) 나이퀴스트, b, c) 보드 임피던스 및 위상 다이어그램, d) 해당 등가 회로 모델. 여기서 RS는 전해질 저항, Rp는 분극 저항, QCPE는 비이상적인 정전 용량(n)을 모델링하는 데 사용된 정위상 요소의 산화막이다. EIS 측정은 개방 회로 전위에서 수행되었다.
동시 상수들은 보드 선도에 나타나며, 고주파수 영역에서 평탄한 구간은 전해질 저항 RS26을 나타냅니다. 주파수가 감소함에 따라 임피던스는 증가하고 음의 위상각이 나타나는데, 이는 정전 용량이 지배적임을 나타냅니다. 위상각은 비교적 넓은 주파수 범위에서 최대값을 유지하며 증가하다가 감소합니다(그림 1c). 그러나 세 경우 모두에서 이 최대값은 여전히 ​​90° 미만이므로 정전 용량 분산으로 인한 비이상적인 정전 용량 거동을 나타냅니다. 따라서 QCPE(정상 위상 요소)는 표면 거칠기 또는 불균일성, 특히 원자 규모, 프랙탈 기하학, 전극 다공성, 불균일한 전위 및 전극 형상과 같은 기하학적 구조에서 발생하는 계면 정전 용량 분포를 나타내는 데 사용됩니다.31,32 CPE 임피던스:
여기서 j는 허수이고 ω는 각주파수입니다. QCPE는 전해질의 유효 개방 면적에 비례하는 주파수 독립적인 상수입니다. n은 커패시터가 이상적인 정전 용량에서 벗어난 정도를 나타내는 무차원 거듭제곱수입니다. 즉, n이 1에 가까울수록 CPE는 순수 정전 용량에 가깝고, n이 0에 가까우면 저항성 특성을 나타냅니다. n이 1에 가까운 작은 편차는 분극 시험 후 표면의 비이상적인 정전 용량 특성을 나타냅니다. 냉간 압연 SDSS의 QCPE는 동종 재료에 비해 상당히 높으며, 이는 표면 품질이 덜 균일함을 의미합니다.
대부분의 스테인리스강의 내식성 특성과 마찬가지로, SDSS의 비교적 높은 Cr 함량은 표면에 형성되는 보호 산화막으로 인해 우수한 내식성을 나타냅니다.17 이러한 부동태화막은 주로 Fe2+, Fe3+ 산화물 및/또는 (옥시)수산화물과 결합된 Cr3+ 산화물 및/또는 수산화물이 풍부합니다.33 표면 균일성, 부동태화 산화층, 현미경 측정 결과 표면 균열이 관찰되지 않는 점6,7에도 불구하고, 열간 가공 및 냉간 압연 SDSS의 부식 거동은 다르므로 강재 변형에 따른 미세구조적 특성에 대한 심층적인 연구가 필요합니다.
변형된 스테인리스강의 미세구조는 고유 X선 및 싱크로트론 고에너지 X선을 이용하여 정량적으로 연구되었다(보충 그림 1, 2). 자세한 분석은 보충 정보에 제공되어 있다. 주요 상의 종류에 대해서는 일반적으로 합의가 이루어졌지만, 벌크 상 분율에는 차이가 있었으며, 이는 보충 표 1에 나타나 있다. 이러한 차이는 표면과 부피 내에서 상 분율이 불균일하기 때문일 수 있으며, 이는 서로 다른 X선 회절(XRD) 검출 깊이와 입사 광자의 에너지원에 의해 영향을 받는다.34 실험실에서 얻은 XRD 데이터를 이용하여 냉간 압연 시편에서 상대적으로 높은 오스테나이트 분율을 측정한 결과는 더 나은 부동태화와 그에 따른 내식성을 나타내는 반면, 보다 정확하고 통계적인 결과는 상 분율에서 반대 경향을 보인다.35 또한, 강철의 내식성은 열기계적 처리 과정에서 발생하는 결정립 미세화, 결정립 크기 감소, 미세 변형 증가 및 전위 밀도에도 영향을 받는다.36,37,38 열간 가공된 시편은 미크론 크기의 결정립을 나타내는 거친 형태를 보인 반면, 냉간 압연된 시편에서 관찰된 매끄러운 고리 모양(보충 그림 3)은 이전 연구에서 나노 크기로의 상당한 결정립 미세화를 나타내는 것이었습니다. 이는 부동태 피막 형성과 내식성 향상에 유리하게 작용할 것입니다. 높은 전위 밀도는 일반적으로 공식 저항성 저하와 관련이 있으며, 이는 전기화학적 측정 결과와도 잘 일치합니다.
X-PEEM을 이용하여 주요 원소 미세영역의 화학적 상태 변화를 체계적으로 연구하였다. 합금 원소는 더 많지만, 여기서는 Cr, Fe, Ni, Ce39를 선택하였다. Cr은 부동태 피막 형성에 핵심적인 원소이고, Fe는 강철의 주요 구성 원소이며, Ni는 부동태화를 강화하고 페라이트-오스테나이트 상의 균형을 맞추는 역할을 하기 때문이다. Ce는 구조 및 변형을 연구하는 데 사용되었다. 싱크로트론 빔 에너지를 조절하여 XAS를 통해 표면에서 Cr(L2.3 에지), Fe(L2.3 에지), Ni(L2.3 에지), Ce(M4.5 에지)의 주요 특성을 측정하였다. 적절한 데이터 분석은 기존에 발표된 데이터(예: Fe L2, 3 ribs40,41에 대한 XAS)를 이용한 에너지 보정을 포함하여 수행하였다.
그림 2는 열간 가공(그림 2a) 및 냉간 압연(그림 2d)된 Ce-2507 SDSS의 X-PEEM 이미지와 각각 표시된 위치에서의 해당 XAS Cr 및 Fe L2,3 에지를 보여줍니다. L2,3 XAS 에지는 2p3/2(L3 에지) 및 2p1/2(L2 에지) 스핀-궤도 분리 레벨에서 광여기 후 전자의 비점유 3d 상태를 탐색합니다. Cr의 원자가 상태에 대한 정보는 그림 2b,d의 L2,3 에지에 대한 X선 회절 분석을 통해 얻었습니다. 참고문헌 42, 43에 따르면 L3 에지 근처에서 A(578.3 eV), B(579.5 eV), C(580.4 eV) 및 D(582.2 eV)의 네 개의 피크가 관찰되었으며, 이는 팔면체 Cr3+ 이온, 즉 Cr2O3에 해당합니다. 그림 b와 e에서 볼 수 있듯이, 실험 스펙트럼은 2.0 eV⁴⁴의 결정장을 사용하여 Cr L₂.₃ 계면에서 여러 번의 결정장 계산을 통해 얻은 이론적 계산 결과와 일치합니다. 열간 가공 및 냉간 압연된 SDSS의 두 표면 모두 비교적 균일한 Cr₂O₃ 층으로 코팅되어 있습니다.
(a) 열간 성형 SDSS의 X-PEEM 열화상 이미지(b는 Cr L2.3, c는 Fe L2.3 모서리에 해당), (d) 냉간 압연 SDSS의 X-PEEM 열화상 이미지(e는 Cr L2.3, f는 Fe L2.3 모서리에 해당). (b)와 (e)의 주황색 점선으로 표시된 열화상 이미지(a, d)의 다양한 공간 위치에서 플롯된 XAS 스펙트럼은 결정장 값이 2.0 eV인 Cr3+의 시뮬레이션된 XAS 스펙트럼을 나타냅니다. X-PEEM 이미지의 가독성을 향상시키기 위해 열 팔레트가 사용되었으며, 파란색에서 빨간색까지의 색상은 X선 흡수 강도(낮음에서 높음)에 비례합니다.
이러한 금속 원소들의 화학적 환경과 관계없이, 두 시료 모두에서 Ni 및 Ce 합금 원소의 화학적 상태는 동일하게 유지되었습니다. 추가 도면. 그림 5-9는 열간 가공 및 냉간 압연 시편 표면의 여러 위치에서 Ni 및 Ce의 X-PEEM 이미지와 해당 XAS 스펙트럼을 보여줍니다. Ni XAS는 열간 가공 및 냉간 압연 시편의 측정된 전체 표면에서 Ni2+의 산화 상태를 나타냅니다(보충 설명 참조). 열간 가공 시편의 경우 Ce의 XAS 신호가 관찰되지 않는 반면, 냉간 압연 시편의 한 지점에서 Ce3+ 스펙트럼이 관찰되는 점이 주목할 만합니다. 냉간 압연 시편에서 Ce 반점이 관찰된 것은 Ce가 주로 석출물 형태로 존재함을 보여줍니다.
열변형된 SDSS에서는 Fe L2.3 에지에서 XAS를 통해 국부적인 구조 변화가 관찰되지 않았습니다(그림 2c). 그러나 그림 2f에서 볼 수 있듯이, 냉간 압연된 SDSS에서 무작위로 선택된 7개 지점에서 Fe 기지의 화학적 상태가 미시적으로 변화했습니다. 또한, 그림 2f에서 선택된 위치에서의 Fe 상태 변화를 정확하게 파악하기 위해 더 작은 원형 영역을 선택하여 국부 표면 연구를 수행했습니다(그림 3 및 보충 그림 10). α-Fe2O3 시스템과 Fe2+ 팔면체 산화물의 Fe L2,3 에지 XAS 스펙트럼은 1.0(Fe2+) 및 1.0(Fe3+)44의 결정장을 사용한 다중 결정장 계산을 통해 모델링되었습니다. 우리는 α-Fe2O3와 γ-Fe2O3가 서로 다른 국소 대칭성을 가지고 있다는 점45,46, Fe3O4는 Fe2+와 Fe3+의 조합을 가지고 있다는 점47, 그리고 FeO45는 형식적으로 2가 Fe2+ 산화물(3d6)이라는 점을 주목합니다. 우리는 α-Fe2O3와 γ-Fe2O3가 서로 다른 국소 대칭성을 가지고 있다는 점45,46, Fe3O4는 Fe2+와 Fe3+의 조합을 가지고 있다는 점47, 그리고 FeO45는 형식적으로 2가 Fe2+ 산화물(3d6)이라는 점을 주목합니다.α-Fe2O3와 γ-Fe2O3는 서로 다른 국소 대칭성을 갖고 있다는 점에 유의하십시오.45,46 Fe3O4는 Fe2+와 Fe3+를 모두 결합하고,47 FeO45는 형식적으로 이가 산화물 Fe2+(3d6)의 형태를 갖습니다.α-Fe2O3와 γ-Fe2O3는 서로 다른 국소 대칭성을 가지며45,46, Fe3O4는 Fe2+와 Fe3+의 조합을 포함하고47, FeO45는 형식적으로 2가 Fe2+ 산화물(3d6)로 작용합니다. α-Fe2O3의 모든 Fe3+ 이온은 Oh 위치에만 존재하지만, γ-Fe2O3는 일반적으로 eg 위치에 공극이 있는 Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 스피넬로 표현됩니다. 따라서 γ-Fe2O3의 Fe3+ 이온은 Td 위치와 Oh 위치 모두를 가집니다. 이전 연구에서 언급했듯이 두 피크의 강도 비율은 다르지만 eg/t2g 강도 비율은 ≈1입니다. 이 경우 관찰된 eg/t2g 강도 비율도 약 1입니다. 이는 이 경우에 Fe3+만 존재한다는 가능성을 배제합니다. Fe2+와 Fe3+가 혼합된 Fe3O4의 경우를 고려할 때, Fe의 L3 에지에서 첫 번째 특징이 약할수록(강할수록) t2g 상태에서의 비점유도가 작을수록(크면) 우수하다는 것이 알려져 있습니다. 이는 Fe2+(Fe3+)에 적용되며, 첫 번째 특징이 증가할수록 Fe2+ 함량이 증가함을 나타냅니다.47 이러한 결과는 복합재료의 냉간압연 표면에서 Fe2+와 γ-Fe2O3, α-Fe2O3 및/또는 Fe3O4가 주로 존재함을 보여줍니다.
그림 2d의 선택된 영역 2와 E 내의 다양한 공간 위치에서 Fe L2,3 가장자리를 가로지르는 (a, c) 및 (b, d) XAS 스펙트럼의 확대된 광전자 방출 열 이미지.
얻어진 실험 데이터(그림 4a 및 보충 그림 11)를 플롯하고 순수 화합물 40, 41, 48의 데이터와 비교했습니다. 기본적으로, 실험적으로 관찰된 Fe L-edge XAS 스펙트럼은 세 가지 유형(XAS-1, XAS-2 및 XAS-3: 그림 4a)이 공간적으로 다른 위치에서 관찰되었습니다. 특히, 그림 3b의 2-a와 유사한 스펙트럼(XAS-1로 표시)이 관심 영역 전체에 걸쳐 관찰되었고, 이어서 2-b 스펙트럼(XAS-2로 표시)이 관찰되었으며, 그림 3d의 E-3과 유사한 스펙트럼(XAS-3)은 특정 국소 위치에서 관찰되었습니다. 일반적으로 프로브 샘플에 존재하는 원자가 상태를 식별하는 데에는 (1) L3 및 L2 스펙트럼 특징, (2) L3 및 L2 특징의 에너지 위치, (3) L3-L2 에너지 차이, (4) L2 강도 비율/L3의 네 가지 매개변수가 사용됩니다. 육안 관찰 결과(그림 4a)에 따르면, 연구 대상 SDSS 표면에는 Fe0, Fe2+, Fe3+의 세 가지 Fe 성분이 모두 존재합니다. 계산된 강도 비율 L2/L3 또한 세 가지 성분이 모두 존재함을 나타냅니다.
a. 관찰된 세 가지 실험 데이터(실선 XAS-1, XAS-2 및 XAS-3은 그림 2와 그림 3의 2-a, 2-b 및 E-3에 해당)를 시뮬레이션된 XAS 비교 스펙트럼과 비교한 결과. Fe2+, Fe3+ 팔면체에 대해 각각 1.0 eV 및 1.5 eV의 결정장 값을 사용하였다. b–d. 측정된 실험 데이터(XAS-1, XAS-2, XAS-3)와 이에 해당하는 최적화된 LCF 데이터(검은색 실선), 그리고 XAS-3 스펙트럼을 Fe3O4(혼합 Fe 상태) 및 Fe2O3(순수 Fe3+) 표준과 비교한 결과.
세 가지 표준40,41,48의 선형 조합(LCF) 피팅을 사용하여 산화철의 조성을 정량화했습니다. LCF는 그림 4b~d에 나타낸 바와 같이 가장 높은 대비를 보이는 세 가지 Fe L-edge XAS 스펙트럼(XAS-1, XAS-2, XAS-3)에 대해 수행되었습니다. LCF 피팅에서 모든 데이터에서 관찰된 작은 단차와 철 금속이 강철의 주요 구성 요소라는 점을 고려하여 모든 경우에 10% Fe0를 기준으로 삼았습니다. 실제로 Fe에 대한 X-PEEM의 탐지 깊이(~6 nm)49는 추정 산화층 두께(약 4 nm 초과)보다 크기 때문에 패시베이션 층 아래의 철 매트릭스(Fe0)에서 신호를 감지할 수 있습니다. 실제로 Fe에 대한 X-PEEM의 탐지 깊이(~6 nm)49는 추정 산화층 두께(약 4 nm 초과)보다 크기 때문에 패시베이션 층 아래의 철 매트릭스(Fe0)에서 신호를 감지할 수 있습니다. 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 Fe에 대한 프로브 X-PEEM 깊이(~6 nm)49는 산화층의 예상 두께(약 >4 nm)보다 크기 때문에 패시베이션층 아래의 철 매트릭스(Fe0)에서 신호를 감지할 수 있습니다.실제로 X-PEEM은 산화막의 예상 두께(약 4nm)보다 더 깊은 곳(약 6nm)에서 Fe를 검출할 수 있어, 부동태화층 아래의 철 기지(Fe0)에서 나오는 신호까지 감지할 수 있습니다. 관찰된 실험 데이터에 대한 최적의 해를 찾기 위해 Fe2+와 Fe3+의 다양한 조합을 시도했습니다. 그림 4b는 XAS-1 스펙트럼에서 Fe2+와 Fe3+의 조합을 보여주는데, Fe2+와 Fe3+의 비율이 약 45%로 비슷하여 Fe의 혼합 산화 상태를 나타냅니다. 반면 XAS-2 스펙트럼에서는 Fe2+와 Fe3+의 비율이 각각 약 30%와 60%가 됩니다. Fe2+의 함량이 Fe3+보다 낮습니다. Fe2+ 대 Fe3+ 비율이 1:2이면 동일한 Fe 이온 비율에서 Fe3O4가 형성될 수 있음을 의미합니다. 또한, XAS-3 스펙트럼에서 Fe2+와 Fe3+의 비율이 각각 약 10%와 80%로 변화하여 Fe2+가 Fe3+로 더 많이 전환되었음을 알 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 Fe3+는 α-Fe2O3, γ-Fe2O3 또는 Fe3O4에서 유래할 수 있습니다. Fe3+의 가장 가능성 있는 공급원을 파악하기 위해 그림 4e에서 다양한 Fe3+ 표준물질과 함께 XAS-3 스펙트럼을 나타냈습니다. 피크 B를 고려했을 때 두 표준물질 모두와 유사함을 보여줍니다. 그러나 어깨 부분(A: Fe2+에서 유래)의 강도와 B/A 강도 비율을 보면 XAS-3 스펙트럼이 γ-Fe2O3의 스펙트럼과 유사하지만 완전히 동일하지는 않음을 알 수 있습니다. 벌크 γ-Fe2O3와 비교했을 때, A SDSS 피크의 Fe 2p XAS 강도가 약간 더 높게 나타났는데(그림 4e), 이는 Fe2+의 강도가 더 높다는 것을 의미합니다. XAS-3의 스펙트럼은 Fe3+가 Oh 및 Td 위치 모두에 존재하는 γ-Fe2O3의 스펙트럼과 유사하지만, L2,3 에지 또는 L2/L3 강도 비율만으로는 서로 다른 원자가 상태와 배위를 식별하는 것이 여전히 문제입니다. 이는 최종 스펙트럼에 관련된 다양한 요소의 복잡성으로 인해 반복적으로 논의되는 주제입니다.41
앞서 설명한 관심 영역의 화학적 상태에 대한 스펙트럼적 구별 외에도, 주요 원소인 Cr과 Fe의 전반적인 화학적 불균일성을 평가하기 위해 K-평균 클러스터링 방법을 사용하여 시료 표면에서 얻은 모든 XAS 스펙트럼을 분류했습니다. Cr L 에지 프로파일은 그림 5에 나타낸 바와 같이 열간 가공 및 냉간 압연 시편에 공간적으로 분포된 두 개의 최적 클러스터를 형성하도록 설정되었습니다. XAS Cr 스펙트럼의 두 중심점이 매우 유사하므로 국부적인 구조적 변화는 관찰되지 않았음을 알 수 있습니다. 이 두 클러스터의 스펙트럼 형태는 Cr2O342에 해당하는 형태와 거의 동일하며, 이는 Cr2O3 층이 SDSS 표면에 비교적 균일하게 분포되어 있음을 의미합니다.
(a) K-평균 L-에지 Cr 영역 클러스터, (b) 해당 XAS 중심점. 냉간 압연 SDSS의 K-평균 X-PEEM 비교 결과: (c) Cr L2,3의 K-평균 에지 영역 클러스터 및 (d) 해당 XAS 중심점.
보다 복잡한 FeL 에지 맵을 나타내기 위해 열간 가공 시편과 냉간 압연 시편에 대해 각각 4개와 5개의 최적화된 클러스터와 그에 따른 중심점(스펙트럼 분포)을 사용했습니다. 따라서 그림 4에 나타낸 LCF를 조정하여 Fe2+와 Fe3+의 비율(%)을 얻을 수 있습니다. 표면 산화막의 미세화학적 불균일성을 나타내기 위해 Fe0의 함수로서의 유사전극 전위 Epseudo를 사용했습니다. Epseudo는 혼합 법칙을 이용하여 대략적으로 추정할 수 있습니다.
여기서 \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\)는 \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm { Fe}^{2 + (3 + )}\)와 같으며, 각각 0.440V와 0.036V입니다. 전위가 낮은 영역은 Fe3+ 화합물의 함량이 더 높습니다. 열 변형된 시료의 전위 분포는 최대 약 0.119V의 변화를 보이는 층상 구조를 나타냅니다(그림 6a,b). 이러한 전위 분포는 표면 지형과 밀접한 관련이 있습니다(그림 6a). 하부 층상 내부에서는 위치에 따른 다른 변화는 관찰되지 않았습니다(그림 6b). 반면에, 냉간 압연된 SDSS에서 Fe2+와 Fe3+ 함량이 다른 여러 산화물의 조합에서는 유사 전위의 불균일한 특성이 관찰됩니다(그림 6c, d). Fe3+ 산화물 및/또는 (옥시)수산화물은 강철 부식의 주요 구성 요소이며 산소와 물에 투과성이 있습니다.50 이 경우 Fe3+가 풍부한 영역들이 국부적으로 분포되어 있으며 부식 영역으로 간주될 수 있습니다. 이때 전위의 절대값보다는 전위장의 기울기가 활성 부식 영역의 국부화를 나타내는 지표로 사용될 수 있습니다.51 냉간 압연 SDSS 표면의 Fe2+ 및 Fe3+의 이러한 불균일한 분포는 국부적인 화학적 특성을 변화시키고 산화막 균열 및 부식 반응에서 더 효과적인 표면적을 제공하여 하부 금속 기지의 지속적인 부식을 유발하고 내부 불균일성을 초래하며 부동태층의 보호 특성을 저하시킵니다.
a–c 열간가공 X-PEEM 및 d–f 냉간압연 SDSS에 대한 Fe L2,3 에지 영역의 K-평균 클러스터와 해당 XAS 중심점을 나타낸다. a, d는 X-PEEM 이미지 위에 K-평균 클러스터 플롯을 겹쳐 그린 것이다. K-평균 클러스터 다이어그램과 함께 추정된 유사전극 전위(epseudo)를 표시하였다. 그림 2의 색상과 같은 X-PEEM 이미지의 밝기는 X선 흡수 강도에 비례한다.
상대적으로 균일한 Cr 함량과 서로 다른 화학적 상태의 Fe는 열간압연 및 냉간압연 Ce-2507에서 산화막 균열 발생 원인과 부식 양상의 차이를 초래합니다. 냉간압연 Ce-2507의 이러한 특성은 잘 알려져 있습니다. 대기 중에서 Fe의 산화물 및 수산화물 형성과 관련하여, 본 연구에서는 다음과 같은 반응들을 중성 반응으로 간주합니다.
X-PEEM 측정에 따르면 위의 반응은 다음과 같은 경우에 발생합니다. Fe0에 해당하는 작은 어깨 피크는 기저 금속 철과 관련이 있습니다. 금속 Fe가 환경과 반응하면 Fe(OH)2 층이 형성되고(식 (5)), 이는 Fe의 L 에지 XAS에서 Fe2+ 신호를 증폭시킵니다. 공기에 장시간 노출되면 Fe(OH)2가 생성된 후 Fe3O4 및/또는 Fe2O3 산화물이 형성됩니다. Cr3+가 풍부한 보호층에서는 Fe3O4와 Fe2O3라는 두 가지 유형의 안정적인 Fe가 형성될 수 있으며, Fe3O4는 균일하고 응집력 있는 구조를 선호합니다. 두 가지 Fe가 모두 존재하면 혼합 산화 상태가 나타납니다(XAS-1 스펙트럼). XAS-2 스펙트럼은 주로 Fe3O4에 해당합니다. 반면 여러 위치에서 관찰된 XAS-3 스펙트럼은 γ-Fe2O3로의 완전한 전환을 나타냅니다. 포장되지 않은 X선은 약 50nm의 침투 깊이를 가지므로, 아래쪽 층에서 발생하는 신호로 인해 A 피크의 강도가 더 높아집니다.
XRD 스펙트럼은 산화막 내 Fe 성분이 Cr 산화물 층과 결합된 층상 구조를 가지고 있음을 보여줍니다. Cr2O3의 국부적인 불균일성으로 인한 부식의 부동화 특성과 달리, 본 연구에서는 Cr2O3 층이 균일함에도 불구하고, 특히 냉간 압연 시편에서 낮은 내식성이 관찰되었습니다. 이러한 현상은 상층(Fe)의 화학적 산화 상태의 불균일성이 부식 성능에 영향을 미치는 것으로 이해할 수 있습니다. 상층(Fe 산화물)과 하층(Cr 산화물)의 동일한 화학양론적 조성으로 인해 격자 내 금속 또는 산소 이온의 이동이 느려지면서 두 층 사이의 상호작용(접착력)이 향상됩니다. 이는 결과적으로 내식성을 향상시킵니다. 따라서 급격한 화학양론적 변화보다는 연속적인 화학양론적 조성, 즉 Fe의 단일 산화 상태가 더 바람직합니다. 열 변형된 SDSS는 더욱 균일한 표면과 조밀한 보호층을 가지므로 우수한 내식성을 제공합니다. 그러나 냉간압연 SDSS의 경우, 보호층 아래에 ​​Fe3+가 풍부한 섬들이 존재하여 표면의 건전성을 손상시키고 주변 기판에 갈바닉 부식을 일으켜 EIS 스펙트럼에서 Rp 값(표 1)이 감소하고 내식성이 저하됩니다. 따라서 소성 변형으로 인해 국부적으로 분포된 Fe3+가 풍부한 섬들이 내식성 성능에 주로 영향을 미친다는 점이 본 연구의 중요한 발견입니다. 본 연구에서는 연구 대상 SDSS 시료의 소성 변형으로 인한 내식성 저하에 대한 분광현미경 사진을 제시합니다.
또한, 이중상강에서 희토류 합금은 더 나은 성능을 보이지만, 분광 현미경 관찰을 기반으로 할 때 이 첨가 원소가 개별 강재 매트릭스와 부식 거동 측면에서 어떻게 상호작용하는지는 여전히 불분명합니다. Ce 신호(XAS M-edge를 따라)는 냉간 압연 중에는 몇몇 위치에서만 나타나지만, SDSS의 열간 변형 중에는 사라지는데, 이는 균일한 합금이 아닌 강재 매트릭스 내에 Ce가 국부적으로 침착되었음을 나타냅니다. SDSS의 기계적 특성은 향상되지 않지만6,7, 희토류의 존재는 개재물의 크기를 줄이고 부식 발생을 억제하는 것으로 생각됩니다54.
결론적으로, 본 연구는 나노 규모 성분의 화학적 조성을 정량화함으로써 세륨으로 개질된 2507 SDSS의 부식에 미치는 표면 이질성의 영향을 규명했습니다. K-평균 클러스터링을 이용한 신호 처리와 표면 미세구조 및 화학적 상태를 정량적으로 분석하여, 보호 산화막으로 코팅되어 있음에도 불구하고 스테인리스강이 부식되는 이유를 규명했습니다. Fe2+/Fe3+ 혼합 구조 전체에 걸쳐 나타나는 팔면체 및 사면체 배위를 포함한 Fe3+가 풍부한 나노섬들이 산화막 파괴 및 냉간압연 SDSS 부식의 원인임을 확인했습니다. Fe3+가 지배적인 나노섬들은 충분한 화학양론적 Cr2O3 부동태층이 존재하더라도 부식 저항성을 저하시킵니다. 나노 규모 화학적 이질성이 부식에 미치는 영향을 규명하는 데 있어 방법론적 진전을 이룬 본 연구는 제강 공정에서 스테인리스강의 부식 저항성을 향상시키는 엔지니어링 공정에 대한 영감을 제공할 것으로 기대됩니다.
본 연구에 사용된 Ce-2507 SDSS 잉곳을 제조하기 위해, 순철 튜브로 밀봉된 Fe-Ce 모합금을 포함한 혼합 성분들을 150kg 용량의 중주파 유도 용광로에서 용융시켜 용강을 생산하고 주형에 부었다. 측정된 화학 조성(중량%)은 부록 표 2에 제시되어 있다. 잉곳은 먼저 열간 성형을 통해 블록 형태로 만든 후, 1050°C에서 60분간 어닐링하여 고용체를 형성하고, 이어서 물에 담가 실온으로 냉각시켰다. 연구 대상 시료는 투과전자현미경(TEM)과 실험설계법(DOE)을 이용하여 상, 결정립 크기 및 형태를 자세히 분석하였다. 시료 및 제조 공정에 대한 더 자세한 정보는 참고문헌6,7에서 확인할 수 있다.
원통형 시편(φ10 mm × 15 mm)을 블록의 변형 방향과 평행한 원통 축을 갖도록 제작하여 열간 압축 가공을 수행했습니다. 고온 압축은 Gleeble-3800 열 시뮬레이터를 사용하여 1000~1150°C 범위의 다양한 온도에서 0.01~10 s⁻¹ 범위의 일정한 변형률 속도로 진행했습니다. 변형 전, 시편의 온도 구배를 제거하기 위해 10°C/s의 속도로 2분간 가열했습니다. 온도 균일화가 이루어진 후, 시편을 0.7의 진변형률까지 변형시켰습니다. 변형 후, 변형된 구조를 유지하기 위해 즉시 물에 담금질했습니다. 그런 다음 경화된 시편을 압축 방향과 평행하게 절단했습니다. 본 연구에서는 다른 시편보다 미세경도가 더 높게 나타난 1050°C, 10 s⁻¹ 조건에서 열변형된 시편을 선택했습니다.
Ce-2507 고용체의 벌크(80 × 10 × 17 mm3) 샘플을 3상 비동기 2롤 변형기 LG-300에서 테스트했는데, 이 변형기는 다른 모든 변형 등급 중에서 가장 우수한 기계적 특성을 제공했습니다.6 각 경로에 대한 변형률과 두께 감소율은 각각 0.2 m·s⁻¹와 5%였습니다.
Autolab PGSTAT128N 전기화학 워크스테이션을 사용하여 냉간 압연으로 두께를 90% 감소(1.0 등가 진변형률)시킨 후, 1050°C 및 10초의 속도로 열간 압착하여 0.7 진변형률을 얻은 SDSS(표준편차강도)를 전기화학적으로 측정했습니다. 이 워크스테이션은 포화 칼로멜 전극을 기준 전극으로, 흑연 상대 전극을 대극으로, SDSS 시료를 작업 전극으로 사용하는 3전극 셀을 갖추고 있습니다. 시료는 직경 11.3mm의 원통형으로 절단하고, 양쪽 측면에 구리선을 납땜했습니다. 그런 다음 시료에 에폭시 수지를 부어 작업 전극으로 사용할 1cm²의 작업 면적을 남겨두었습니다(원통형 시료의 아랫면). 에폭시 경화 및 후속 샌딩 및 연마 과정에서 균열이 발생하지 않도록 주의해야 합니다. 작업면은 1미크론 입자 크기의 다이아몬드 연마 현탁액으로 래핑 및 연마한 후, 증류수와 에탄올로 세척하고 찬 공기에서 건조했습니다. 전기화학적 측정 전에 연마된 시편을 공기 중에 며칠 동안 노출시켜 자연 산화막을 형성했습니다. 염산(HCl)으로 pH 1.0 ± 0.01로 안정화된 염화철(FeCl₃, 6.0 wt.%) 수용액을 사용하여 스테인리스강55의 부식을 가속시켰습니다. 이는 ASTM에서 규정한 바와 같이 강한 산화력을 가진 염화이온이 존재하고 pH가 낮은 부식성 환경에서 발견되기 때문입니다. 제안된 표준은 G48 및 A923입니다. 시편은 측정 전에 시험 용액에 1시간 동안 담가 거의 정지 상태에 도달하도록 했습니다. 고용체, 열간 가공 및 냉간 압연 시편의 경우 임피던스 측정 주파수 범위는 1 × 10⁵ ~ 0.1 Hz였고, 개방 회로 전위(OPS)는 5 mV였으며, 이는 각각 0.39, 0.33 및 0.25 VSCE에 해당합니다. 각 시편에 대한 전기화학적 시험은 데이터의 재현성을 확보하기 위해 동일한 조건에서 최소 3회 반복했습니다.
HE-SXRD 측정의 경우, 1 × 1 × 1.5 mm³ 크기의 직사각형 이중강 블록을 캐나다 CLS의 고에너지 브록하우스 위글러 라인에서 측정하여 상 조성을 정량화했습니다.56 데이터 수집은 실온에서 데바이-셰러 기하학 또는 전송 기하학으로 수행되었습니다. LaB6 교정 물질로 교정된 X선의 파장은 0.212561 Å이며, 이는 58 keV에 해당하는데, 이는 실험실 X선 소스로 일반적으로 사용되는 Cu Kα(8 keV)보다 훨씬 높습니다. 시료는 검출기에서 740 mm 떨어진 곳에 배치되었습니다. 각 시료의 검출 부피는 0.2 × 0.3 × 1.5 mm³이며, 이는 빔 크기와 시료 두께에 따라 결정됩니다. 각 데이터는 Perkin Elmer 영역 검출기, 평판형 X선 검출기(픽셀 크기 200µm, 면적 40 × 40cm²)를 사용하여 0.3초의 노출 시간과 120프레임으로 수집되었습니다.
선택된 두 모델 시스템에 대한 X-PEEM 측정은 스웨덴 룬드에 위치한 MAX IV 연구소의 MAXPEEM 빔라인의 PEEM 엔드 스테이션에서 수행되었습니다. 시료는 전기화학적 측정과 동일한 방식으로 준비되었습니다. 준비된 시료는 며칠 동안 공기 중에 보관한 후 초고진공 챔버에서 탈기시킨 뒤 싱크로트론 광자를 조사했습니다. 빔의 에너지 분해능은 N2에서 hv = 401 eV인 여기 영역의 N 1s에서 1\(\pi _g^ \ast\)까지의 이온 출력 스펙트럼을 측정하고 광자 에너지의 E3/2.57에 대한 의존성을 분석하여 얻었습니다. 스펙트럼 피팅 결과, 측정된 에너지 범위에서 ΔE(스펙트럼 선폭)는 약 0.3 eV였습니다. 따라서 Fe 2p L2,3 에지, Cr 2p L2,3 에지, Ni 2p L2,3 에지 및 Ce M4,5 에지에 대해 Si 1200-line mm−1 격자가 있는 수정된 SX-700 단색화 장치를 사용하여 빔라인 에너지 분해능은 E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 및 플럭스 ≈1012 ph/s로 추정되었습니다. 따라서 Fe 2p L2.3 에지, Cr 2p L2.3 에지, Ni 2p L2.3 에지 및 Ce M4.5 에지에 대해 Si 1200-line mm−1 격자가 있는 수정된 SX-700 단색화 장치를 사용하여 빔라인 에너지 분해능은 E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 및 플럭스 ≈1012 ph/s로 추정되었습니다. 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, Fe 에지 2p L2,3, Cr 에지 2p L2.3, Ni 에지 2p L2.3 및 Ce 에지 M4.5에 대해 1200라인/mm의 Si 격자를 갖는 수정된 SX-700 단색화 장치를 사용하여 빔 채널의 에너지 분해능은 E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 및 플럭스 ≈1012 f/s로 추정되었습니다.因此,光束线能weight分辨率估计为E/ΔE = 700eV/0.3eV > 2000 和计为E/ΔE = 700eV/0.3eV > 2000 和计为E/ΔE = 1012ph/s 통신용 SX-700 单color器와Si 1200线mm−1 광발전용으로는 Fe 2p L2,3 边缘, Cr 2p L2,3 边缘, Ni 2p L2,3 边缘 및 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 및 ≒ 1012 PH/S 통신 改进 적 SX-700 单color器 및 SI 1200线 mm-1 광전 于 Fe 2P 2P 2P L2.3 边缘, Cr 2p L2.3 边缘, Ni 2p L2.3 边缘 및 Ce M4.5 边缘.따라서, 수정된 SX-700 단색화 장치와 1200라인 Si 회절 격자를 사용할 경우, Cr 에지 2p L2.3, Ni 에지 2p L2.3 및 Ce 에지 M4.5가 됩니다.광자 에너지를 0.2 eV 간격으로 확장했습니다. 각 에너지에서, 2 x 2 비닝 광섬유 연결을 통해 20 µm 시야각에서 1024 × 1024 픽셀을 제공하는 TVIPS F-216 CMOS 검출기를 사용하여 PEEM 이미지를 기록했습니다. 이미지 노출 시간은 0.2초이며, 16프레임을 평균했습니다. 광전자 이미지 에너지는 최대 2차 전자 신호를 제공하도록 선택했습니다. 모든 측정은 선형 편광된 광자 빔의 수직 입사 조건에서 수행했습니다. 측정에 대한 자세한 내용은 이전 연구58을 참조하십시오. 총 전자 수율(TEY)59 검출 모드와 X-PEEM에서의 적용을 연구한 결과, 이 방법의 검출 깊이는 Cr 신호의 경우 약 4~5 nm, Fe 신호의 경우 약 6 nm로 추정되었습니다. Cr의 검출 깊이는 산화막 두께(~4 nm)60,61와 매우 유사한 반면, Fe의 검출 깊이는 산화막 두께보다 큽니다. Fe L 에지 근처에서 수집된 XAS는 매트릭스에서 유래한 산화철 XAS와 FeO의 혼합물입니다. 첫 번째 경우, 방출된 전자의 강도는 TEY에 기여하는 모든 가능한 유형의 전자에 의한 것입니다. 그러나 순수한 철 신호는 전자가 산화층을 통과하고 표면에 도달하여 분석기에 수집되기 위해 더 높은 운동 에너지를 필요로 합니다. 이 경우, Fe0 신호는 주로 LVV 오제 전자와 이들로부터 방출되는 2차 전자에 의한 것입니다. 또한, 이러한 전자에 의해 기여되는 TEY 강도는 전자 탈출 경로49 동안 감소하여 철 XAS 맵에서 Fe0의 스펙트럼 특징을 더욱 감소시킵니다.
데이터 큐브(X-PEEM 데이터)에 데이터 마이닝을 통합하는 것은 다차원적인 방식으로 관련 정보(화학적 또는 물리적 특성)를 추출하는 데 중요한 단계입니다. K-평균 클러스터링은 머신 비전, 이미지 처리, 비지도 패턴 인식, 인공지능 및 분류 분석을 포함한 여러 분야에서 널리 사용됩니다.24 예를 들어, K-평균 클러스터링은 초분광 영상 데이터의 클러스터링에 잘 적용됩니다.62 원칙적으로 다중 객체 데이터의 경우 K-평균 알고리즘은 속성 정보(광자 에너지 특성)에 따라 객체를 쉽게 그룹화할 수 있습니다. K-평균 클러스터링은 데이터를 K개의 겹치지 않는 그룹(클러스터)으로 분할하는 반복 알고리즘으로, 각 픽셀은 강철 미세 구조 구성의 화학적 불균일성의 공간 분포에 따라 특정 클러스터에 속합니다. K-평균 알고리즘은 두 단계로 구성됩니다. 첫 번째 단계에서는 K개의 중심점을 계산하고, 두 번째 단계에서는 각 점을 인접한 중심점을 가진 클러스터에 할당합니다. 클러스터의 무게중심은 해당 클러스터에 속한 데이터 포인트(XAS 스펙트럼)들의 산술 평균으로 정의됩니다. 인접한 중심점을 정의하는 데에는 유클리드 거리와 같은 다양한 거리가 사용될 수 있습니다. 입력 이미지가 px,y(x와 y는 픽셀 단위 해상도)일 때, CK는 클러스터의 무게중심입니다. 이 이미지는 K-평균63 알고리즘을 사용하여 K개의 클러스터로 분할(클러스터링)될 수 있습니다. K-평균 클러스터링 알고리즘의 최종 단계는 다음과 같습니다.
2단계. 현재 중심점을 기준으로 모든 픽셀의 소속도를 계산합니다. 예를 들어, 중심점과 각 픽셀 사이의 유클리드 거리 d를 이용하여 계산할 수 있습니다.
3단계: 각 픽셀을 가장 가까운 중심점에 할당합니다. 그런 다음 다음과 같이 K개의 중심점 위치를 다시 계산합니다.
4단계. 중심점이 수렴할 때까지 프로세스(방정식 (7) 및 (8))를 반복합니다. 최종 클러스터 품질 결과는 초기 중심점의 최적 선택과 높은 상관관계를 보입니다.63 강철 이미지의 PEEM 데이터 구조에서 일반적으로 X(x × y × λ)는 3D 배열 데이터의 큐브이며, x축과 y축은 공간 정보(픽셀 해상도)를 나타내고 λ축은 광자의 에너지 스펙트럼 모드에 해당합니다. K-평균 알고리즘은 스펙트럼 특성에 따라 픽셀(클러스터 또는 하위 블록)을 분리하고 각 분석물(클러스터)에 대한 최적의 중심점(XAS 스펙트럼 곡선)을 추출하여 X-PEEM 데이터에서 관심 영역을 탐색하는 데 사용되었습니다. 이는 공간 분포, 국부적인 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(미세구조 영역)를 테스트했습니다. 그래프가 표시될 때, 픽셀은 올바른 클러스터 중심점으로 재할당됩니다. 각 색상 분포는 클러스터의 중심에 해당하며, 화학적 또는 물리적 객체의 공간적 배열을 보여줍니다. 추출된 중심점은 순수 스펙트럼의 선형 조합입니다.
본 연구 결과를 뒷받침하는 자료는 합리적인 요청이 있을 경우 해당 WC 저자에게서 제공받을 수 있습니다.
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