Merci fir Äre Besuch op Nature.com. D'Browserversioun, déi Dir benotzt, huet limitéiert CSS-Ënnerstëtzung. Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech, en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten). An der Zwëschenzäit, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, wäerte mir d'Websäit ouni Stiler a JavaScript duerstellen.
De wäit verbreeten Edelstol a seng geschmiedte Versioune si korrosiounsbeständeg ënner Ëmfeldbedingungen wéinst der Passivéierungsschicht, déi aus Chromoxid besteet. Korrosioun an Erosioun vu Stol ginn traditionell mat der Zerstéierung vun dëse Schichten a Verbindung bruecht, awer selten op mikroskopeschem Niveau, ofhängeg vum Urspronk vun der Uewerflächeninhomogenitéit. An dëser Aarbecht dominéiert d'Nanoskala-Uewerflächenchemesch Heterogenitéit, déi duerch spektroskopesch Mikroskopie a chemometresch Analyse festgestallt gouf, onerwaart d'Zersetzung a Korrosioun vu kaltgewalztem Cer-modifizéiertem Super-Duplex-Edelstol 2507 (SDSS) während sengem waarme Verhalen. Och wann d'Röntgenphotoelektronemikroskopie eng relativ gläichméisseg Ofdeckung vun der natierlecher Cr2O3-Schicht gewisen huet, huet kaltgewalztem SDSS schlecht Passivéierungsresultater gewisen wéinst der lokaliséierter Verdeelung vu Fe3+-räiche Nanoinselen op der Fe/Cr-Oxidschicht. Dëst Wëssen op atomarer Ebene bitt e grëndlecht Verständnis vun der Edelstolkorrosioun a soll hëllefen, d'Korrosioun vun ähnlechen héichlegéierte Metaller ze bekämpfen.
Zënter der Erfindung vum Edelstol gëtt d'Korrosiounsbeständegkeet vu Ferrochromlegierungen dem Chrom zougeschriwwen, wat e staarkt Oxid/Oxyhydroxid bildt, dat a ville Ëmfeld passivéiert. Am Verglach mat konventionellen (austeniteschen a ferriteschen) Edelstoler hunn Super-Duplex-Edelstoler (SDSS) mat enger besserer Korrosiounsbeständegkeet iwwerleeën mechanesch Eegeschaften1,2,3. Eng erhéicht mechanesch Stäerkt erméiglecht méi liicht a méi kompakt Designen. Am Géigesaz dozou huet den ekonomeschen SDSS eng héich Widderstandsfäegkeet géint Gräifkorrosioun a Spaltkorrosioun, wat zu enger méi laanger Liewensdauer a méi breede Uwendungen an der Verschmotzungskontroll, chemesche Behälter an der Offshore-Ueleg- a Gasindustrie4 féiert. Wéi och ëmmer, de schmuele Beräich vun den Hëtzebehandlungstemperaturen an déi schlecht Formbarkeet behënneren seng breet praktesch Uwendung. Dofir gouf SDSS modifizéiert fir déi uewe genannten Eegeschaften ze verbesseren. Zum Beispill goufen d'Ce-Modifikatioun an héich Zousätz vun N6,7,8 am 2507 SDSS (Ce-2507) agefouert. Eng passend Konzentratioun vun 0,08 Gew.-% seltenen Äerdelementer (Ce) huet e positiven Effekt op déi mechanesch Eegeschafte vum DSS, well et d'Käreverfeinerung an d'Käregrenzfestigkeit verbessert. D'Verschleiß- a Korrosiounsbeständegkeet, d'Zuchfestigkeit an d'Flëssegkeetsgrenz, an d'Wärmeveraarbechtbarkeet goufen och verbessert9. Grouss Quantitéiten u Stickstoff kënnen deieren Nickelgehalt ersetzen, wouduerch SDSS méi kosteneffektiv10 ass.
An der leschter Zäit gouf SDSS bei verschiddenen Temperaturen (niddreg Temperatur, kal a waarm) plastesch deforméiert, fir exzellent mechanesch Eegeschaften z'erreechen6,7,8. Déi exzellent Korrosiounsbeständegkeet vum SDSS ass awer op d'Präsenz vun engem dënnen Oxidfilm op der Uewerfläch zeréckzeféieren, deen duerch vill Faktoren beaflosst gëtt, wéi d'Präsenz vu ville Phasen mat verschiddene Kärengrenzen, ongewollten Nidderschléi a verschidde Reaktiounen. Déi intern inhomogen Mikrostruktur vu verschiddenen austeniteschen a ferritesche Phasen gëtt deforméiert7. Dofir ass d'Studie vun de Mikrodomäneigenschaften vun esou Filmer op der Ebene vun der elektronescher Struktur vu kruzialer Bedeitung fir d'SDSS-Korrosioun ze verstoen an erfuerdert komplex experimentell Techniken. Bis elo hunn Uewerflächensensitiv Methoden wéi Auger-Elektronespektroskopie11 an Röntgenphotoelektronespektroskopie12,13,14,15 souwéi den haarde Röntgenphotoelektrone-Photelektronesystem déi chemesch Zoustänn vum selwechten Element a verschiddene Punkten am Raum op der Nanoskala ënnerscheeden, awer dacks net trennen. Verschidde rezent Studien hunn déi lokal Oxidatioun vu Chrom mam observéierte Korrosiounsverhalen vu 17 austenitesche Stol, 18 martensitesche Stol an SDSS a Verbindung bruecht 19, 20. Dës Studien hunn sech awer haaptsächlech op den Effekt vun der Cr-Heterogenitéit (z. B. Cr3+-Oxidatiounszoustand) op d'Korrosiounsbeständegkeet konzentréiert. Lateral Heterogenitéit an den Oxidatiounszoustänn vun Elementer kann duerch verschidde Verbindungen mat de selwechte Bestanddeeler verursaacht ginn, wéi z. B. Eisenoxiden. Dës Verbindungen ierwen eng thermomechanesch veraarbecht kleng Gréisst, déi enk matenee verbonnen ass, awer ënnerscheede sech an der Zesummesetzung an dem Oxidatiounszoustand 16,21. Dofir erfuerdert d'Opdeckung vun der Zerstéierung vun Oxidfilmer an duerno dem Pitting e Verständnis vun der Uewerflächeninhomogenitéit op mikroskopeschem Niveau. Trotz dësen Ufuerderungen feelen et nach ëmmer quantitativ Bewäertungen, wéi z. B. lateral Oxidatiounsheterogenitéit, besonnesch vun Eisen op nano-/atomarer Skala, an hir Bedeitung fir d'Korrosiounsbeständegkeet bleift onerfuerscht. Bis viru kuerzem gouf den chemeschen Zoustand vu verschiddenen Elementer, wéi Fe a Ca, quantitativ op Stolproben mat Hëllef vun der mëller Röntgenphotoelektronemikroskopie (X-PEEM) an Nanoskala-Synchrotronstrahlungsanlagen beschriwwen. Kombinéiert mat chemesch empfindleche Röntgenabsorptiounsspektroskopie (XAS) Techniken erméiglecht X-PEEM eng XAS-Miessung mat héijer raimlecher a spektraler Opléisung, andeems chemesch Informatiounen iwwer d'Elementerzesummesetzung an hiren chemeschen Zoustand mat enger raimlecher Opléisung bis op d'Nanometerskala 23 geliwwert ginn. Dës spektroskopesch Observatioun vun der Initiatiounsplaz ënner engem Mikroskop erliichtert lokal chemesch Experimenter a kann virdru onerfuerscht chemesch Verännerungen an der Fe-Schicht raimlech demonstréieren.
Dës Studie erweidert d'Virdeeler vum PEEM bei der Detektioun vu chemeschen Ënnerscheeder op der Nanoskala a presentéiert eng abléckräich Uewerflächenanalysemethod op atomarer Ebene fir d'Korrosiounsverhalen vu Ce-2507 ze verstoen. Si benotzt K-means Cluster-chemometresch Daten24 fir déi global chemesch Zesummesetzung (Heterogenitéit) vun den involvéierten Elementer ze kartéieren, mat hire chemeschen Zoustänn an enger statistescher Representatioun. Am Géigesaz zu konventioneller Korrosioun, déi duerch den Ofbau vum Chromoxidfilm verursaacht gëtt, ginn déi aktuell schlecht Passivéierung an déi schlecht Korrosiounsbeständegkeet op lokaliséiert Fe3+-räich Nanoinselen no bei der Fe/Cr-Oxidschicht zréckgefouert, déi en Attack vum Schutzoxid kéinte sinn. Et bilt e Film op der Plaz a verursaacht Korrosioun.
D'korrosiv Verhale vum deforméierten SDSS 2507 gouf fir d'éischt mat Hëllef vun elektrochemesche Miessunge evaluéiert. An der Fig. 1 weist d'Nyquist- a Bode-Kurven fir ausgewielte Proben a sauren (pH = 1) wässerege FeCl3-Léisunge bei Raumtemperatur. Den ausgewielten Elektrolyt wierkt als e staarkt Oxidatiounsmëttel, wat d'Tendenz vum Passivatiounsfilm zum Zesummebroch charakteriséiert. Och wann d'Material keng stabil Raumtemperatur-Pitting erlieft huet, hunn dës Analysen Abléck an potenziell Feelerereignisser a Postkorrosiounsprozesser geliwwert. Den Äquivalentkrees (Fig. 1d) gouf benotzt fir d'elektrochemesch Impedanzspektroskopie (EIS)-Spektren unzepassen, an déi entspriechend Anpassungsresultater sinn an der Tabell 1 gewisen. Onvollstänneg Hallefkreesser sinn opgetrueden beim Testen vun de mat Léisung behandelten a waarm veraarbechte Proben, während déi entspriechend kompriméiert Hallefkreesser kal gewalzt goufen (Fig. 1b). Am EIS-Spektrum kann de Radius vum Hallefkrees als de Polarisatiounswidderstand (Rp)25,26 ugesi ginn. Den Rp vum mat Léisung behandelten SDSS an der Tabell 1 ass ongeféier 135 kΩ cm-2, awer fir waarm veraarbechten a kal gewalzten SDSS kënne mir vill méi niddreg Wäerter vun 34,7 respektiv 2,1 kΩ cm-2 gesinn. Dës bedeitend Ofsenkung vum Rp weist op en negativen Effekt vun der plastescher Deformatioun op d'Passivéierung an d'Korrosiounsbeständegkeet hin, wéi a fréiere Rapporten 27, 28, 29, 30 gewisen.
a Nyquist-, b, c Bode-Impedanz- a Phasendiagrammer, an e gläichwäertegt Schaltungsmodell fir d, wou RS den Elektrolytwidderstand ass, Rp de Polarisatiounswidderstand an QCPE den Oxid vum konstante Phasenelement ass, deen benotzt gëtt fir déi net-ideal Kapazitéit (n) ze modelléieren. D'EIS-Miessunge goufen am Leerlastpotenzial duerchgefouert.
Déi éischt Uerdnungskonstanten sinn am Bode-Diagramm gewisen an den Héichfrequenzplateau representéiert den Elektrolytwidderstand RS26. Wann d'Frequenz erofgeet, klëmmt d'Impedanz an et gëtt e negativen Phasenwénkel fonnt, wat op eng Kapazitéitsdominanz hiweist. De Phasenwénkel klëmmt, behält säi maximalen Wäert an engem relativ breede Frequenzberäich a fällt dann of (Fig. 1c). Awer an allen dräi Fäll ass dëse maximalen Wäert ëmmer nach manner wéi 90°, wat op en net-idealt kapazitivt Verhalen wéinst der kapazitiver Dispersioun hiweist. Dofir gëtt dat konstant Phasenelement (CPE) vum QCPE benotzt fir d'Grenzflächenkapazitanzverdeelung duerzestellen, déi vun der Uewerflächenrauheet oder Inhomogenitéit ofgeleet ass, besonnesch wat d'Atomskala, d'Fraktalgeometrie, d'Elektrodenporositéit, den net-uniforme Potenzial an d'Uewerflächenofhängeg Stroumverdeelung ugeet. Elektrodengeometrie31,32. CPE-Impedanz:
wou j déi imaginär Zuel an ω d'Wénkelfrequenz ass. QCPE ass eng frequenzonofhängeg Konstant, déi proportional zu der aktiver oppener Fläch vum Elektrolyt ass. n ass eng dimensiounslos Leeschtungszuel, déi d'Ofwäichung vum ideale kapazitive Verhalen vun engem Kondensator beschreift, d.h. wat méi no n bei 1 ass, wat méi no ass CPE bei der purer Kapazitéit, a wann n no bei Null ass, ass et de Widderstand. Eng kleng Ofwäichung vun n, no bei 1, weist dat net-ideal kapazitivt Verhalen vun der Uewerfläch no der Polarisatiounstest un. De QCPE vu kaltgewalztem SDSS ass vill méi héich wéi bei ähnleche Produkter, wat bedeit, datt d'Uewerflächenqualitéit manner gläichméisseg ass.
Am Aklang mat de meeschte Korrosiounsbeständegkeetseigenschaften vun Edelstahl, resultéiert den relativ héije Cr-Gehalt vum SDSS allgemeng an enger besserer Korrosiounsbeständegkeet vum SDSS wéinst der Präsenz vun engem passive Schutzoxidfilm op der Uewerfläch17. Dëse Passivéierungsfilm ass normalerweis räich u Cr3+ Oxiden an/oder Hydroxiden, haaptsächlech integréiert Fe2+, Fe3+ Oxiden an/oder (Oxy)hydroxiden33. Trotz der selwechter Uewerflächenuniformitéit, passivéierender Oxidschicht a kengem sichtbare Schued op der Uewerfläch, wéi duerch mikroskopesch Biller bestëmmt,6,7 ass d'Korrosiounsverhalen vu waarmveraarbechten a kalgewalzten SDSS anescht an dofir erfuerdert et eng grëndlech Studie vun der Deformatiounsmikrostruktur a struktureller Charakteristik vum Stol.
D'Mikrostruktur vun deforméiertem Edelstol gouf quantitativ mat Hëllef vun internen an Synchrotron-Héichenergie-Röntgenstrahlen ënnersicht (Ergänzungsfiguren 1, 2). Eng detailléiert Analyse gëtt an den Ergänzungsinformatiounen ugebueden. Obwuel se gréisstendeels dem Typ vun der Haaptphas entspriechen, ginn Ënnerscheeder an de Phasenvolumenundeeler fonnt, déi an der Ergänzungstabell 1 opgezielt sinn. Dës Ënnerscheeder kënne mat inhomogenen Phasenundeeler un der Uewerfläch, souwéi volumetresche Phasenundeeler, déi a verschiddenen Déiften duerchgefouert goufen, verbonne sinn. Detektioun duerch Röntgendiffraktioun. (XRD) mat verschiddenen Energiequellen vun afalen Photonen. Den relativ méi héije Prozentsaz vun Austenit a kalgewalzte Proben, bestëmmt duerch XRD aus enger Laborquell, weist op eng besser Passivéierung an duerno eng besser Korrosiounsbeständegkeet35 hin, während méi genee a statistesch Resultater op entgéintgesate Tendenzen an de Phasenproportiounen hiweisen. Zousätzlech hänkt d'Korrosiounsbeständegkeet vu Stol och vum Grad vun der Kärenverfeinerung, der Kärengréisstreduktioun, der Erhéijung vun de Mikrodeformatiounen an der Verrécklungsdicht of, déi während der thermomechanescher Behandlung optrieden36,37,38. Déi waarm veraarbechte Prouwe weisen eng méi käreg Natur op, wat op Kären a Mikrongréisst hiweist, während déi glat Réng, déi an de kaltgewalzte Prouwe observéiert goufen (Ergänzungsfigur 3), op eng bedeitend Kärverfeinerung bis zur Nanoskala a fréiere Aarbechten hiweisen, wat zur Bildung vun der Filmpassivéierung an der Erhéijung vun der Korrosiounsbeständegkeet bäidroe soll. Eng méi héich Dislokatiounsdicht gëtt normalerweis mat enger méi niddreger Resistenz géint Pitting assoziéiert, wat gutt mat elektrochemesche Miessunge stëmmt.
Ännerungen an de chemeschen Zoustänn vu Mikrodomänen vun elementaren Elementer goufen systematesch mat X-PEEM ënnersicht. Trotz der Villfalt u Legierungselementer goufen hei Cr, Fe, Ni a Ce39 gewielt, well Cr e Schlësselelement fir d'Bildung vun engem Passivéierungsfilm ass, Fe dat Haaptelement am Stol ass, an Ni d'Passivéierung verbessert an d'Ferrit-Austenit-Phasenstruktur an den Zweck vun der Ce-Modifikatioun ausbalancéiert. Duerch d'Upassung vun der Energie vun der Synchrotronstralung gouf d'RAS vun der Uewerfläch mat den Haaptmerkmale vu Cr (Kante L2.3), Fe (Kante L2.3), Ni (Kante L2.3) a Ce (Kante M4.5) beschichtet. Waarmformen a Kaltwalzen Ce-2507 SDSS. Eng entspriechend Datenanalyse gouf duerchgefouert andeems d'Energiekalibratioun mat publizéierten Daten integréiert gouf (z.B. XAS 40, 41 op Fe L2, 3 Kanten).
An der Fig. 2 weist d'Figur X-PEEM-Biller vu waarmveraarbechtem (Fig. 2a) a kalgewalztem (Fig. 2d) Ce-2507 SDSS an déi entspriechend XAS-Kante vu Cr a Fe L2,3 op individuell markéierte Plazen. D'L2,3-Kante vum XAS ënnersicht déi onbesat 3d-Zoustänn no der Elektronenphotoexzitatioun op de Spin-Orbit-Spléckungsniveauen 2p3/2 (L3-Kante) an 2p1/2 (L2-Kante). Informatiounen iwwer de Valenzzoustand vu Cr goufen aus XAS um L2,3-Kante an der Fig. 2b, e, kritt. E Verglach mat Bewäertungen. 42,43 huet gewisen, datt véier Spëtzten no beim L3-Kante observéiert goufen, genannt A (578,3 eV), B (579,5 eV), C (580,4 eV) an D (582,2 eV), déi oktaedresch Cr3+ reflektéieren, wat dem Cr2O3-Ion entsprécht. Déi experimentell Spektre stëmmen mat den theoretesche Berechnungen iwwereneen, déi an de Panelen b an e gewisen sinn, a goufen aus multiple Berechnungen vum Kristallfeld op der Cr L2.3-Grenzfläche mat engem Kristallfeld vun 2,0 eV44 kritt. Béid Uewerfläche vum waarmveraarbechten a kalgewalzten SDSS sinn mat enger relativ gläichméisseger Schicht Cr2O3 beschichtet.
en X-PEEM Wärmebild vun thermesch deforméiertem SDSS, deen der b Cr L2.3 Kant an c Fe L2.3 Kant entsprécht, d X-PEEM Wärmebild vun kaltgewalztem SDSS, deen der e Cr L2.3 Kant an f Fe L2.3 Kant Säit entsprécht (f). D'XAS Spektre sinn op verschiddene raimleche Positiounen opgezeechent, déi op den Wärmebiller (a, d) markéiert sinn, déi orange gepunktete Linnen an (b) an (e) representéieren déi simuléiert XAS Spektre vu Cr3+ mat engem Kristallfeldwäert vun 2.0 eV. Fir X-PEEM Biller, benotzt eng Wärmepalette fir d'Bildliesbarkeet ze verbesseren, wou d'Faarwe vu blo bis rout proportional zu der Intensitéit vun der Röntgenabsorptioun sinn (vun niddereg bis héich).
Onofhängeg vum chemeschen Ëmfeld vun dësen metalleschen Elementer, ass den chemeschen Zoustand vun den Zousätz vun Ni- a Ce-Legierungselementer fir béid Proben onverännert bliwwen. Zousätzlech Zeechnung. D'Figuren 5-9 weisen X-PEEM-Biller an entspriechend XAS-Spektre fir Ni a Ce op verschiddene Positiounen op der Uewerfläch vu waarm veraarbechten a kal gewalzte Proben. Ni XAS weist d'Oxidatiounszoustänn vun Ni2+ iwwer déi ganz gemoossen Uewerfläch vu waarm veraarbechten a kal gewalzte Proben (Zousätzlech Diskussioun). Et sollt bemierkt ginn, datt am Fall vu waarm veraarbechte Proben den XAS-Signal vu Ce net observéiert gouf, während am Fall vu kal gewalzte Proben de Spektrum vu Ce3+ observéiert gouf. D'Observatioun vu Ce-Flecken a kal gewalzte Proben huet gewisen, datt Ce haaptsächlech a Form vu Nidderschléi optrëtt.
Am thermesch deforméierten SDSS gouf keng lokal strukturell Ännerung am XAS um Fe L2,3 Rand observéiert (Fig. 2c). Wéi och ëmmer, ännert d'Fe-Matrix hiren chemeschen Zoustand mikroregional op siwe zoufälleg ausgewielte Punkte vum kalgewalzten SDSS, wéi an der Fig. 2f gewisen. Zousätzlech goufen, fir eng genee Iddi vun den Ännerungen am Zoustand vum Fe op de gewielte Plazen an der Fig. 2f ze kréien, lokal Uewerflächenstudien duerchgefouert (Fig. 3 an Ergänzungsfigur 10), an deenen méi kleng kreesfërmeg Regiounen ausgewielt goufen. D'XAS-Spektre vum Fe L2,3 Rand vun α-Fe2O3 Systemer an Fe2+ oktaedreschen Oxide goufen duerch multiple Kristallfeldberechnungen mat Kristallfelder vun 1,0 (Fe2+) an 1,0 (Fe3+) modeléiert. Mir bemierken, datt α-Fe2O3 an γ-Fe2O3 ënnerschiddlech lokal Symmetrien hunn45,46, Fe3O4 eng Kombinatioun vu Fe2+ & Fe3+ huet,47, an FeO45 als formell divalent Fe2+ Oxid (3d6) ass. Mir bemierken, datt α-Fe2O3 an γ-Fe2O3 ënnerschiddlech lokal Symmetrien hunn45,46, Fe3O4 eng Kombinatioun vu souwuel Fe2+ wéi och Fe3+ huet,47, an FeO45 als formell divalent Fe2+-Oxid (3d6).Et ass ze bemierken, datt α-Fe2O3 an γ-Fe2O3 ënnerschiddlech lokal Symmetrien hunn45,46, Fe3O4 kombinéiert souwuel Fe2+ wéi och Fe3+,47 a FeO45 a Form vum formell divalenten Oxid Fe2+ (3d6).Et ass ze bemierken, datt α-Fe2O3 an γ-Fe2O3 ënnerschiddlech lokal Symmetrien hunn45,46, Fe3O4 huet eng Kombinatioun aus Fe2+ an Fe3+,47 an FeO45 handelt als formellt divalent Fe2+ Oxid (3d6). All Fe3+ Ionen an α-Fe2O3 hunn nëmmen Oh Positiounen, während γ-Fe2O3 normalerweis duerch Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 Spinell mat Vakanzen an eg Positiounen representéiert gëtt. Dofir hunn d'Fe3+ Ionen an γ-Fe2O3 souwuel Td wéi och Oh Positiounen. Wéi an enger fréierer Publikatioun erwähnt,45 obwuel d'Intensitéitsverhältnis vun deenen zwee ënnerschiddlech ass, ass hiert Intensitéitsverhältnis eg/t2g ≈1, während an dësem Fall d'observéiert Intensitéitsverhältnis eg/t2g ongeféier 1 ass. Dëst schléisst d'Méiglechkeet aus, datt an der aktueller Situatioun nëmmen Fe3+ präsent ass. Wann een de Fall vu Fe3O4 mat souwuel Fe2+ wéi och Fe3+ betruecht, weist déi éischt Charakteristik, déi bekannt ass fir eng méi schwaach (méi staark) L3-Kant fir Fe, op en méi klengen (méi groussen) onbesaten Zoustand t2g hin. Dëst gëllt fir Fe2+ (Fe3+), wat weist, datt déi éischt Charakteristik vun der Erhéijung op eng Erhéijung vum Fe2+47-Gehalt hiweist. Dës Resultater weisen, datt d'Koexistenz vu Fe2+ an γ-Fe2O3, α-Fe2O3 an/oder Fe3O4 op der kalgewalzter Uewerfläch vun de Kompositmaterialien dominéiert.
Vergréissert Photoelektronen-Wärmebildgebungen vun den XAS-Spektre (a, c) an (b, d), déi de Fe L2,3-Kant op verschiddene raimleche Positiounen an de gewielte Regiounen 2 an E an de Fig. 2d kräizen.
Déi kritt experimentell Donnéeën (Fig. 4a an Ergänzungsfigur 11) ginn opgezeechent a mat den Donnéeë fir reng Verbindungen 40, 41, 48 verglach. Dräi verschidden Aarte vun experimentell observéierten Fe L-Kante XAS Spektren (XAS-1, XAS-2 an XAS-3: Fig. 4a). Besonnesch de Spektrum 2-a (bezeechent als XAS-1) an der Fig. 3b, gefollegt vum Spektrum 2-b (bezeechent als XAS-2), gouf iwwer de ganze Detektiounsberäich observéiert, während Spektren wéi E-3 an der Figur 3d (bezeechent als XAS-3) op spezifesche Plazen observéiert goufen. Als Regel goufen véier Parameter benotzt fir déi existent Valenzzoustänn an der ënnersichter Prouf z'identifizéieren: (1) Spektralcharakteristiken L3 an L2, (2) Energiepositioune vun de Charakteristiken L3 an L2, (3) Energieënnerscheed L3-L2, (4) L2/L3 Intensitéitsverhältnis. No visuellen Observatiounen (Fig. 4a) sinn all dräi Fe-Komponenten, nämlech Fe0, Fe2+ a Fe3+, op der ënnersichter SDSS-Uewerfläch präsent. Dat berechent Intensitéitsverhältnis L2/L3 huet och d'Präsenz vun allen dräi Komponenten ugedeit.
Simuléiert XAS-Spektre vu Fe mat observéierten dräi verschiddenen experimentellen Donnéeën (durchgezunne Linnen XAS-1, XAS-2 an XAS-3 entspriechen 2-a, 2-b an E-3 an Abb. 2 an 3). Vergläich: Oktaeder Fe2+, Fe3+ mat Kristallfeldwäerter vun 1,0 eV respektiv 1,5 eV, déi experimentell Donnéeën, déi mat bd (XAS-1, XAS-2, XAS-3) an den entspriechende optimiséierten LCF-Donnéeën (durchgezunne schwaarze Linn) gemooss goufen, an och a Form vun XAS-3-Spektre mat Fe3O4- (gemëschten Zoustand vu Fe) a Fe2O3 (reng Fe3+)-Standarden.
Eng linear Kombinatiounsanpassung (LCF) vun den dräi Standarden 40, 41, 48 gouf benotzt fir d'Zesummesetzung vun Eisenoxid ze quantifizéieren. LCF gouf fir dräi ausgewählte Fe L-Kante XAS-Spektre implementéiert, déi den héchste Kontrast weisen, nämlech XAS-1, XAS-2 an XAS-3, wéi an der Fig. 4b-d gewisen. Fir LCF-Fittings goufen 10% Fe0 an alle Fäll berücksichtegt, well mir e klenge Rand an allen Daten observéiert hunn, an och well metallescht Eisen den Haaptbestanddeel vum Stol ass. Tatsächlech ass d'Probatiounsdéift vun X-PEEM fir Fe (~6 nm)49 méi grouss wéi déi geschätzten Oxidatiounsschichtdicke (liicht > 4 nm), wat d'Detektioun vum Signal vun der Eisenmatrix (Fe0) ënner der Passivatiounsschicht erméiglecht. Tatsächlech ass d'Probatiounsdéift vun X-PEEM fir Fe (~6 nm)49 méi grouss wéi déi geschätzten Oxidatiounsschichtdicke (liicht > 4 nm), wat d'Detektioun vum Signal vun der Eisenmatrix (Fe0) ënner der Passivatiounsschicht erméiglecht. Действительно, пробная глубина X-PEEM fir Fe (~ 6 нм)49 méi, чем предполагаемая толщина слоя окисления (> 49 нм), позволяет обнаружить сигнал от железной матрицы (Fe0) под пассивирующим слоем. Tatsächlech ass d'X-PEEM-Déift vun der Sonde fir Fe (~6 nm)49 méi grouss wéi déi ugeholl Déckt vun der Oxidatiounsschicht (liicht >4 nm), wat et méiglech mécht, de Signal vun der Eisenmatrix (Fe0) ënner der Passivatiounsschicht ze detektéieren.事实上，X-PEEM 对Fe（~6 nm）49 的检测深度大于估计的氧化层厚度（略> 4 nm），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 nm） 49 的 检测 深度 大于 的 氧化层 厚度 略 兮m来自 钝化层 下方 铁基体 （fe0） 的。 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号信号 信号 信号Фактически, глубина обнаружения Fe (~ 6 нм) 49 с помощью X-PEEM больше, чем предполагаемая толщидно окогногосина > ( 4 нм), что позволяет обнаруживать сигнал от железной матрицы (Fe0) ниже пассивирующего слоя. Tatsächlech ass d'Detektiounsdéift vu Fe (~6 nm) 49 duerch X-PEEM méi grouss wéi déi erwaart Déckt vun der Oxidschicht (liicht > 4 nm), wat d'Detektioun vum Signal vun der Eisenmatrix (Fe0) ënner der Passivéierungsschicht erméiglecht. .Verschidde Kombinatioune vu Fe2+ a Fe3+ goufen duerchgefouert fir déi beschtméiglech Léisung fir déi observéiert experimentell Donnéeën ze fannen. An der Fig. 4b gëtt den XAS-1 Spektrum fir d'Kombinatioun vu Fe2+ a Fe3+ gewisen, wou d'Proportioune vu Fe2+ a Fe3+ ëm ongeféier 45% ähnlech waren, wat op gemëschte Oxidatiounszoustänn vu Fe hiweist. Wärend fir den XAS-2 Spektrum de Prozentsaz vu Fe2+ a Fe3+ ~30% respektiv 60% ass. Fe2+ ass manner wéi Fe3+. D'Verhältnes vu Fe2+ zu Fe3, gläich 1:2, bedeit datt Fe3O4 am selwechte Verhältnes tëscht Fe-Ionen geformt ka ginn. Zousätzlech gëtt fir den XAS-3 Spektrum de Prozentsaz vu Fe2+ a Fe3+ ~10% an 80%, wat op eng méi héich Konversioun vu Fe2+ a Fe3+ hiweist. Wéi uewe scho gesot, kann Fe3+ aus α-Fe2O3, γ-Fe2O3 oder Fe3O4 kommen. Fir déi warscheinlechst Quell vu Fe3+ ze verstoen, gouf den XAS-3-Spektrum mat verschiddene Fe3+-Standarden an der Figur 4e opgezeechent, wat eng Ähnlechkeet mat béide Standarden weist, wann de B-Peak berécksiichtegt gëtt. D'Intensitéit vun de Schëllerpeaken (A: vu Fe2+) an de B/A-Intensitéitsverhältnis weisen awer drop hin, datt de Spektrum vun XAS-3 no beim Spektrum vun γ-Fe2O3 läit, awer net mam Spektrum vun γ-Fe2O3 iwwereneestëmmt. Am Verglach mam Bulk-γ-Fe2O3 huet de Fe2p XAS-Peak vun A SDSS eng liicht méi héich Intensitéit (Fig. 4e), wat op eng méi héich Intensitéit vu Fe2+ hiweist. Och wann de Spektrum vun XAS-3 ähnlech wéi dee vu γ-Fe2O3 ass, wou Fe3+ op den Oh- an Td-Positiounen präsent ass, bleift d'Identifikatioun vu verschiddene Valenzzoustänn a Koordinatioun nëmmen laanscht de L2,3-Kant oder den L2/L3-Intensitéitsverhältnis Objet vun der lafender Fuerschungsdiskussioun wéinst der Komplexitéit vun de verschiddene Faktoren, déi de Schlussspektrum beaflossen.
Nieft de spektrale Differenzen am chemeschen Zoustand vun den uewe beschriwwenen ausgewählten Interessenregiounen, gouf och déi global chemesch Heterogenitéit vun de Schlësselelementer Cr a Fe bewäert, andeems all XAS-Spektre, déi op der Proufuewerfläch kritt goufen, mat der K-means Clustering-Method klasséiert goufen. D'Cr L Randprofiler bilden zwou raimlech verdeelt optimal Cluster an de waarmveraarbechten a kalgewalzten Proben, déi an de Fig. 5 gewisen sinn. Et ass kloer, datt keng lokal strukturell Ännerungen als ähnlech ugesi ginn, well déi zwee Schwéierpunkten vun den XAS Cr Spektre vergläichbar sinn. Dës spektrale Forme vun den zwee Cluster si bal identesch mat deene, déi dem Cr2O342 entspriechen, dat heescht, datt d'Cr2O3 Schichten relativ gläichméisseg op der SDSS verdeelt sinn.
Cr L K-bedeit Randregiounscluster, an b ass déi entspriechend XAS-Mëttelpunkten. Resultater vum K-bedeitend X-PEEM-Vergläich vu kaltgewalztem SDSS: c Cr L2.3 Randregioun vu K-bedeitend Cluster an d entspriechend XAS-Mëttelpunkten.
Fir méi komplex FeL-Kantekaarte ze illustréieren, goufen véier respektiv fënnef optimiséiert Cluster an hir associéiert Schwéierpunkten (Spektralprofiler) fir waarm veraarbechte respektiv kal gewalzte Prouwe benotzt. Dofir kann de Prozentsaz (%) vu Fe2+ a Fe3+ duerch d'Upassung vum LCF, deen an der Fig. 4 gewisen ass, kritt ginn. De Pseudoelektrodepotenzial Epseudo als Funktioun vu Fe0 gouf benotzt fir déi mikrochemesch Inhomogenitéit vum Uewerflächenoxidfilm ze weisen. Epseudo gëtt ongeféier mat der Mëschregel geschat,
woubei \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) gläich ass mat \(\rm{Fe} + 2e^ – \ bis \rm {Fe}^{2 + (3 + )}\), 0,440 respektiv 0,036 V. Regioune mat engem méi niddrege Potenzial hunn en méi héijen Inhalt vun der Fe3+ Verbindung. D'Potenzialverdeelung an thermesch deforméierte Proben huet e geschichtete Charakter mat enger maximaler Ännerung vu ronn 0,119 V (Fig. 6a, b). Dës Potenzialverdeelung ass enk mat der Uewerflächentopographie verbonnen (Fig. 6a). Keng aner positionsofhängeg Ännerungen am ënnerierdesche laminaren Interieur goufen observéiert (Fig. 6b). Am Géigendeel, fir d'Verbindung vun ënnerschiddlechen Oxiden mat ënnerschiddlechen Inhalter vu Fe2+ an Fe3+ a kalgewalztem SDSS, kann een eng net-uniform Natur vum Pseudopotential observéieren (Fig. 6c, d). Fe3+-Oxiden an/oder (Oxy)hydroxiden sinn déi Haaptbestanddeeler vum Rost a Stol a si permeabel fir Sauerstoff a Waasser50. An dësem Fall ginn d'Inselen, déi räich u Fe3+ sinn, als lokal verdeelt ugesinn a kënnen als korrodéiert Beräicher ugesi ginn. Gläichzäiteg kann de Gradient am Potentialfeld, anstatt den Absolutwäert vum Potential, als Indikator fir d'Lokalisatioun vun aktiven Korrosiounsplazen benotzt ginn. Dës ongläichméisseg Verdeelung vu Fe2+ a Fe3+ op der Uewerfläch vu kaltgewalztem SDSS kann déi lokal Chimie änneren an eng méi praktesch aktiv Uewerfläch während dem Oxidfilmofbau a Korrosiounsreaktiounen ubidden, wouduerch déi ënnerierdesch Metallmatrix weider korrodéiere kann, wat zu interner Heterogenitéit féiert.
K-bedeit Cluster an entspriechend XAS-Mëttelpunkten am Fe L2.3 Randberäich vum waarmdeforméierten X-PEEM ac an df vu kalgewalztem SDSS. a, d K-bedeit Cluster-Diagrammer, déi op X-PEEM-Biller iwwerlagert sinn. De berechent Pseudoelektrodepotenzial (Epseudo) gëtt zesumme mam K-bedeitende Cluster-Diagramm ernimmt. D'Hellegkeet vum X-PEEM-Bild, wéi d'Faarf an der Fig. 2, ass proportional zu der Röntgenabsorptiounsintensitéit.
Relativ eenheetlech Cr, awer ënnerschiddlechen chemeschen Zoustand vum Fe féiert zu ënnerschiddlechen Oxidfilmschued a Korrosiounsmuster am waarmveraarbechten a kalgewalzten Ce-2507. Dës Eegeschaft vum kalgewalzten Ce-2507 gouf gutt ënnersicht. Wat d'Bildung vun Oxiden an Hydroxiden vum Fe an der Ëmgéigendloft an dëser bal neutraler Aarbecht ugeet, sinn d'Reaktiounen wéi follegt:
Déi uewe genannten Reaktioune trieden an de folgende Szenarie baséiert op der X-PEEM Analyse op. Eng kleng Schëller, déi dem Fe0 entsprécht, ass mam ënnerläitende metalleschen Eisen assoziéiert. D'Reaktioun vum metallesche Fe mat der Ëmwelt féiert zur Bildung vun enger Fe(OH)2 Schicht (Equatioun (5)), déi de Fe2+ Signal am Fe L-Kante XAS verbessert. Eng verlängert Belaaschtung mat Loft kann zu der Bildung vu Fe3O4 an/oder Fe2O3 Oxiden no Fe(OH)252,53 féieren. Zwee stabil Forme vu Fe, Fe3O4 a Fe2O3, kënnen och an der Cr3+ räicher Schutzschicht bilden, vun där Fe3O4 eng eenheetlech a klebrig Struktur léiwer huet. D'Präsenz vu béide resultéiert a gemëschten Oxidatiounszoustänn (XAS-1 Spektrum). Den XAS-2 Spektrum entsprécht haaptsächlech dem Fe3O4. Wärend d'Observatioun vun den XAS-3 Spektren op verschiddene Plazen eng komplett Konversioun an γ-Fe2O3 ugedeit huet. Well d'Penetratiounsdéift vun den ausgefaltenen Röntgenstrahlen ongeféier 50 nm ass, resultéiert de Signal vun der ënneschter Schicht an enger méi héijer Intensitéit vum A-Peak.
Den XPA-Spektrum weist, datt d'Fe-Komponent am Oxidfilm eng geschichtete Struktur huet, déi mat enger Cr-Oxidschicht kombinéiert ass. Am Géigesaz zu de Zeeche vu Passivéierung wéinst der lokaler Inhomogenitéit vu Cr2O3 während der Korrosioun, gëtt trotz der eenheetlecher Schicht vu Cr2O3 an dëser Aarbecht eng niddreg Korrosiounsbeständegkeet an dësem Fall observéiert, besonnesch fir kalgewalzt Proben. Dat observéiert Verhalen kann als Heterogenitéit vum chemeschen Oxidatiounszoustand an der ieweschter Schicht (Fe) verstanen ginn, wat d'Korrosiounsleistung beaflosst. Wéinst der selwechter Stöchometrie vun der ieweschter Schicht (Eisenoxid) an der ënneschter Schicht (Chromoxid)52,53 féiert eng besser Interaktioun (Adhäsioun) tëscht hinnen zu engem luesen Transport vu Metall- oder Sauerstoffionen am Gitter, wat dann zu enger Erhéijung vun der Korrosiounsbeständegkeet féiert. Dofir ass e kontinuéierlecht stöchiometrescht Verhältnis, also een Oxidatiounszoustand vu Fe, besser wéi abrupt stöchiometresch Ännerungen. Den hëtzeverformten SDSS huet eng méi eenheetlech Uewerfläch, eng méi dicht Schutzschicht an eng besser Korrosiounsbeständegkeet. Wärend bei kaltgewalztem SDSS d'Präsenz vu Fe3+-räichen Inselen ënner der Schutzschicht d'Integritéit vun der Uewerfläch verletzt a galvanesch Korrosioun mam nooste Substrat verursaacht, wat zu engem schaarfen Réckgang vum Rp féiert (Tabell 1). Den EIS-Spektrum a seng Korrosiounsbeständegkeet gi reduzéiert. Et ass ze gesinn, datt déi lokal Verdeelung vun Fe3+-räichen Inselen wéinst plastescher Deformatioun haaptsächlech d'Korrosiounsbeständegkeet beaflosst, wat en Duerchbroch an dëser Aarbecht ass. Dofir presentéiert dës Studie spektroskopesch mikroskopesch Biller vun der Reduktioun vun der Korrosiounsbeständegkeet vun SDSS-Prouwen, déi mat der plastescher Deformatiounsmethod ënnersicht goufen.
Zousätzlech, obwuel d'Legierung vu seltenen Äerdmetaller a Zweiphasestähle besser Leeschtung weist, bleift d'Interaktioun vun dësem additiven Element mat der individueller Stolmatrix a punkto Korrosiounsverhalen no spektroskopescher Mikroskopie onkloer. D'Erscheinung vu Ce-Signaler (iwwer XAS M-Kante) erschéngt nëmmen op e puer Plazen beim Kaltwalzen, verschwënnt awer bei der waarmer Deformatioun vum SDSS, wat op eng lokal Nidderschlag vu Ce an der Stolmatrix hiweist, anstatt op eng homogen Legierung. Wärend d'mechanesch Eegeschafte vum SDSS6,7 net wesentlech verbessert ginn, reduzéiert d'Präsenz vu seltenen Äerdmetaller d'Gréisst vun den Inklusiounen a gëtt ugeholl, datt se d'Pitting an der initialer Regioun54 hemmt.
Schlussendlech weist dës Aarbecht den Effekt vun der Uewerflächenheterogenitéit op d'Korrosioun vun 2507 SDSS, deen mat Cer modifizéiert ass, op, andeems de chemeschen Inhalt vun den Nanoskala-Komponenten quantifizéiert gëtt. Mir beäntweren d'Fro, firwat Edelstol och ënner enger schützender Oxidschicht korrodéiert, andeems mir seng Mikrostruktur, Uewerflächenchemie a Signalveraarbechtung mat Hëllef vu K-means Clustering quantifizéieren. Et gouf festgestallt, datt Insele, déi räich u Fe3+ sinn, inklusiv hir oktaedresch a tetraedresch Koordinatioun laanscht déi ganz Charakteristik vum gemëschte Fe2+/Fe3+, d'Quell vu Schued a Korrosioun vum kaltgewalzten Oxidfilm SDSS sinn. Nanoinselen, déi vu Fe3+ dominéiert sinn, féieren zu enger schlechter Korrosiounsbeständegkeet, och a Präsenz vun enger ausreechender stöchiometrescher Cr2O3-Passivéierungsschicht. Zousätzlech zu methodesche Fortschrëtter bei der Bestëmmung vum Effekt vun der chemescher Heterogenitéit op Nanoskala op d'Korrosioun, gëtt erwaart, datt déi lafend Aarbecht Ingenieursprozesser inspiréiere wäert, fir d'Korrosiounsbeständegkeet vun Edelstol während der Stolproduktioun ze verbesseren.
Fir de Ce-2507 SDSS-Barr ze preparéieren, deen an dëser Studie benotzt gouf, gouf eng gemëschte Zesummesetzung mat Fe-Ce-Masterlegierung, déi mat engem rengen Eisenröhr versiegelt war, an engem 150 kg Mëttelfrequenz-Induktiounsuewen geschmolz, fir geschmollte Stol ze produzéieren an an eng Form gegoss. Déi gemoossen chemesch Zesummesetzungen (Gew.-%) sinn an der Ergänzungstabell 2 opgezielt. D'Barren ginn als éischt waarm zu Blöcke geschmied. Duerno goufe se 60 Minutte bei 1050°C geglüht, fir Stol am Zoustand vun enger fester Léisung ze kréien, an duerno a Waasser op Raumtemperatur ofgekillt. Déi studéiert Prouwe goufen am Detail mat TEM an DOE studéiert, fir d'Phasen, d'Käregréisst an d'Morphologie ze studéieren. Méi detailléiert Informatiounen iwwer d'Prouwe an de Produktiounsprozess kënnen an anere Quellen fonnt ginn6,7.
Zylindresch Prouwe (φ10 mm × 15 mm) fir d'Warmkompressioun goufen esou veraarbecht, datt d'Achs vum Zylinder parallel zur Deformatiounsrichtung vum Block war. D'Héichtemperaturkompressioun gouf bei verschiddenen Temperaturen am Beräich vun 1000-1150 °C mat engem Gleeble-3800 Thermosimulator mat enger konstanter Dehnungsquote am Beräich vun 0,01-10 s-1 duerchgefouert. Virun der Deformatioun goufen d'Prouwe mat enger Geschwindegkeet vun 10 °C s-1 fir 2 Minutten bei enger gewielter Temperatur erhëtzt, fir den Temperaturgradient ze eliminéieren. Nodeems d'Temperaturuniformitéit erreecht gouf, gouf d'Prouf op e richtege Dehnungswäert vun 0,7 deforméiert. No der Deformatioun goufen d'Prouwe direkt mat Waasser ofgekillt, fir déi deforméiert Struktur ze erhalen. Déi gehärtete Prouf gëtt dann parallel zur Kompressiounsrichtung geschnidden. Fir dës spezifesch Studie hu mir eng Prouf mat enger Waarmdehnungsbedingung vun 1050 °C, 10 s-1 gewielt, well déi observéiert Mikrohärte méi héich war wéi bei anere Prouwe7.
Massiv (80 × 10 × 17 mm3) Prouwe vun der fester Ce-2507 Léisung goufen an enger LG-300 Dräiphas asynchroner Zwee-Walzmill mat de beschte mechaneschen Eegeschafte vun all anere Verformungsniveauen6 benotzt. D'Dehnungsquote an d'Décktereduktioun fir all Wee sinn 0,2 m·s-1 a 5%, respektiv.
Eng elektrochemesch Aarbechtsstatioun vun Autolab PGSTAT128N gouf fir elektrochemesch SDSS-Miessunge benotzt, nodeems se kal gewalzt goufen, bis zu enger Décktreduktioun vun 90% (1,0 gläichwäerteg richteg Dehnung) an no engem waarme Pressen bei 1050°C fir 10 s-1 bis zu enger richteger Dehnung vun 0,7. D'Aarbechtsstatioun huet eng Dräielektrodenzell mat enger gesättigter Kalomelelektrod als Referenzelektrod, enger Graphit-Géigeelektrod an enger SDSS-Prouf als Aarbechtselektrod. D'Prouwe goufen a Zylinder mat engem Duerchmiesser vun 11,3 mm geschnidden, un deenen hir Säite Kupferdrot geléit goufen. D'Prouwe goufen dann mat Epoxy fixéiert, wouduerch eng oppe Aarbechtsfläch vun 1 cm2 als Aarbechtselektrod bliwwen ass (Ënnersäit vun der zylindrescher Prouf). Sidd virsiichteg beim Aushärten vum Epoxy an dem spéideren Schleifen a Polieren, fir Rëssbildung ze vermeiden. D'Aarbechtsfläche goufen mat enger Diamant-Poliersuspension mat enger Partikelgréisst vun 1 μm geschliffen a poléiert, mat destilléiertem Waasser an Ethanol gewäsch an a kaler Loft gedréchent. Virun den elektrochemesche Miessunge goufen déi poléiert Prouwe fir e puer Deeg der Loft ausgesat, fir e natierlechen Oxidfilm ze bilden. Eng wässerlech Léisung vu FeCl3 (6,0 Gew.-%), déi op pH = 1,0 ± 0,01 mat HCl no den ASTM-Empfehlungen stabiliséiert ass, gëtt benotzt fir d'Korrosioun vun Edelstol55 ze beschleunegen, well en a Präsenz vu Chloridionen mat enger staarker Oxidatiounskapazitéit an engem niddrege pH-Wäert korrosiv ass. Ëmweltnormen G48 an A923. Taucht d'Prouf 1 Stonn an d'Testléisung fir bal e stationären Zoustand z'erreechen, ier Dir Miessunge maacht. Fir fest Léisung, waarm geformt a kal gewalzt Prouwe goufen Impedanzmiessunge bei oppene Circuit-Potenzialer (OPC) vun 0,39, 0,33 respektiv 0,25 V am Frequenzberäich vun 1105 bis 0,1 Hz mat enger Amplitude vu 5 mV duerchgefouert. All chemesch Tester goufen op d'mannst 3 Mol ënner de selwechte Konditioune widderholl fir d'Reproduzéierbarkeet vun den Daten ze garantéieren.
Fir HE-SXRD-Miessunge goufen rechteckeg Duplex-Stahlblöcke mat enger Gréisst vun 1 × 1 × 1,5 mm3 gemooss, fir d'Zesummesetzung vun der Stralphas vun engem Brockhouse High-Energy Wiggler bei CLS, Kanada, ze quantifizéieren56. D'Datenerfassung gouf an der Debye-Scherrer-Geometrie oder der Transmissiounsgeometrie bei Raumtemperatur duerchgefouert. D'Röntgenwellenlängt, déi mam LaB6-Kalibrierer kalibréiert gouf, ass 0,212561 Å, wat 58 keV entsprécht, wat vill méi héich ass wéi déi vu Cu Kα (8 keV), deen allgemeng als Laborröntgenquell benotzt gëtt. D'Prouf war op enger Distanz vu 740 mm vum Detektor lokaliséiert. Den Detektiounsvolumen vun all Prouf ass 0,2 × 0,3 × 1,5 mm3, wat duerch d'Stralgréisst an d'Proufdicke bestëmmt gëtt. All Daten goufen mat engem Perkin Elmer-Flächendetektor, engem Flaachpanel-Röntgendetektor, 200 µm Pixelen, 40×40 cm2 mat enger Beliichtungszäit vun 0,3 s an 120 Biller gesammelt.
X-PEEM-Miessunge vun zwou ausgewählte Modellsystemer goufen an der Beamline MAXPEEM PEEM-Endstatioun am MAX IV Laboratoire (Lund, Schweden) duerchgefouert. D'Prouwe goufen op déiselwecht Aart a Weis wéi fir elektrochemesch Miessunge virbereet. Déi virbereet Prouwe goufen e puer Deeg an der Loft gehalen an an enger Ultrahochvakuumkammer entgast, ier se mat Synchrotronphotonen bestraalt goufen. D'Energieopléisung vun der Strahlinn gouf duerch d'Miessung vum Ionenausbezuelungsspektrum am Anregungsberäich vun N1s bis 1(τ_g^ \ast\) no bei hv = 401 eV an N2 mat der Ofhängegkeet vun der Photonenenergie vun E3/2, 57 erhalen. Approximatiounsspektre hunn eng ΔE (Breet vun der Spektrallinn) vu ronn 0,3 eV am gemoossenen Energieberäich erginn. Dofir gouf d'Energieopléisung vun der Strahlleitung op E/∆E = 700 eV/0,3 eV > 2000 an e Flux ≈1012 ph/s geschat, andeems e modifizéierten SX-700 Monochromator mat engem Si 1200-Linn mm−1 Gitter fir d'Fe2pL2,3 Kant, d'Cr2pL2,3 Kant, d'Ni2pL2,3 Kant an d'CeM4,5 Kant benotzt gouf. Dofir gouf d'Energieopléisung vun der Strahlleitung op E/∆E = 700 eV/0,3 eV > 2000 an e Flux ≈1012 ph/s geschat, andeems e modifizéierte SX-700 Monochromator mat engem Si 1200-Linn mm−1 Gitter fir d'Fe 2p L2.3 Kant, d'Cr 2p L2.3 Kant, d'Ni 2p L2.3 Kant an d'Ce M4.5 Kant benotzt gouf. Таким образом, энергетическое разрешение канала пучка было оценено как E/∆E = 700 эВ/0,3 эВоки 2000/0фоки > 2000/0 при использовании модифицированного монохроматора SX-700 с решеткой Si 1200 штрихов/мм для Fe кромка 2p L2,2, Cr 2p L2,2, Cr кромка Ni 2p L2,3 a кромка Ce M4,5. Dofir gouf d'Energieopléisung vum Stralkanal als E/∆E = 700 eV/0,3 eV > 2000 an de Flux ≈1012 f/s geschat, andeems e modifizéierte SX-700 Monochromator mat engem Si-Gitter vun 1200 Linnen/mm fir d'Fe-Kant 2p L2,3, d'Cr-Kant 2p L2,3, d'Ni-Kant 2p L2,3 an d'Ce-Kant M4,5 benotzt gouf.因此，光束线能量分辨率估计为E/ΔE = 700 eV/0.3 eV > 2000 1200 线mm-1 光栅的改进的SX-700 单色器用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、瘼 边缘、繼瘼,Ni 2p,M边缘.因此 ， 光束线 能量 分辨率 为 为 为 为 δe = 700 EV/0.3 EV> 2000 和 ≈1012 PH/S 带 ，带有 1200 线 mm-1 光栅 改进 的 SX-700 单色器 于 于 于 用 用 用Fe 2p L2.3 边缘、C 边缘、C. 2p L2.3 边缘和Ce M4.5 边缘.Also, wann een e modifizéierten SX-700 Monochromator mat engem 1200-Linnen-Si-Gitter benotzt. 3, Cr-Kant 2p L2.3, Ni-Kant 2p L2.3 a Ce-Kant M4.5.Scannt Photonenergie a Schrëtt vun 0,2 eV. Bei all Energie goufen PEEM-Biller mat engem TVIPS F-216 Glasfaser-gekoppelten CMOS-Detektor mat 2 x 2 Bins opgeholl, deen eng Opléisung vun 1024 × 1024 Pixel an engem Siichtfeld vun 20 µm bitt. D'Beliichtungszäit vun de Biller war 0,2 Sekonnen, mat engem Duerchschnëtt vun 16 Biller. D'Photoelektronebildenergie gëtt sou gewielt, datt dat maximalt sekundärt Elektronesignal geliwwert gëtt. All Miessunge goufen bei Normalinzidenz mat engem linear polariséierte Photonenstrahl duerchgefouert. Méi Informatiounen iwwer Miessunge fannt Dir an enger fréierer Studie. Nodeems de Gesamtelektronenausbezuelungsmodus (TEY) an seng Uwendung am X-PEEM49 studéiert gouf, gëtt d'Testdéift vun dëser Method op ongeféier 4-5 nm fir de Cr-Signal a ronn 6 nm fir Fe geschat. D'Cr-Déift ass ganz no bei der Déckt vum Oxidfilm (~4 nm)60,61, während d'Fe-Déift méi grouss ass wéi d'Déckt. XRD, déi um Rand vum FeL gesammelt gëtt, ass eng Mëschung aus XRD vun Eisenoxiden a Fe0 aus der Matrix. Am éischte Fall kënnt d'Intensitéit vun den emittéierten Elektronen vun all méiglechen Elektronentypen, déi zum TEY bäidroen. Wéi och ëmmer, e rengt Eisensignal brauch eng méi héich kinetesch Energie, fir datt d'Elektronen duerch d'Oxidschicht op d'Uewerfläch kommen a vum Analysator gesammelt kënne ginn. An dësem Fall ass de Fe0-Signal haaptsächlech op LVV Auger-Elektronen zréckzeféieren, souwéi op sekundär Elektronen, déi vun hinnen emittéiert ginn. Zousätzlech fält d'TEY-Intensitéit, déi vun dësen Elektronen bäigedroen gëtt, während dem Elektronen-Fluchtwee of, wat d'Fe0-Spektralantwort an der Eisen-XAS-Kaart weider reduzéiert.
D'Integratioun vun Data Mining an en Datenkubus (X-PEEM Daten) ass e Schlësselschrëtt fir relevant Informatiounen (chemesch oder physikalesch Eegeschaften) an engem multidimensionalen Usaz ze extrahéieren. K-means Clustering gëtt a verschiddene Beräicher wäit verbreet benotzt, dorënner Maschinnvisioun, Bildveraarbechtung, oniwwerwaacht Mustererkennung, kënschtlech Intelligenz a klassifizéierend Analyse. Zum Beispill huet K-means Clustering gutt Resultater beim Clustering vun hyperspektralen Bilddaten erreecht. Am Prinzip kann de K-means Algorithmus fir Multi-Feature Daten se einfach op Basis vun Informatiounen iwwer hir Attributer (Photonenenergieeegeschaften) gruppéieren. K-means Clustering ass en iterativen Algorithmus fir Daten an K net-iwwerlappend Gruppen (Cluster) opzedeelen, wou all Pixel zu engem spezifesche Cluster gehéiert ofhängeg vun der raimlecher Verdeelung vun der chemescher Inhomogenitéit an der mikrostruktureller Zesummesetzung vu Stol. De K-means Algorithmus enthält zwou Etappen: an der éischter Etapp ginn K Schwéierpunkten berechent, an an der zweeter Etapp gëtt all Punkt engem Cluster mat Nopeschschwéierpunkten zougewisen. De Schwéierpunkt vun engem Cluster gëtt als den arithmetesche Mëttelwäert vun den Datenpunkten (XAS Spektrum) fir dee Cluster definéiert. Et gëtt verschidden Distanzen, fir Nopeschzweigepunkten als euklidesch Distanz ze definéieren. Fir en Inputbild vu px,y (wou x an y d'Opléisung a Pixel sinn), ass CK de Schwéierpunkt vum Cluster; dëst Bild kann dann a K Cluster mat K-means63 segmentéiert (geclustert) ginn. Déi lescht Schrëtt vum K-means Clustering-Algorithmus sinn:
Schrëtt 2. Berechent d'Memberschaft vun alle Pixelen no dem aktuellen Schwéierpunkt. Zum Beispill gëtt se aus der euklidescher Distanz d tëscht dem Zentrum an all Pixel berechent:
Schrëtt 3. Zuweist all Pixel dem nooste Schwéierpunkt. Dann berechent d'K Schwéierpunktpositiounen nei wéi follegt:
Schrëtt 4. Widderhuelt de Prozess (Equatiounen (7) an (8)) bis d'Mëttelpunkten konvergéieren. Déi final Resultater vun der Clusteringqualitéit si staark mat der beschter Wiel vun initialen Zentroiden korreléiert. Fir d'PEEM-Datenstruktur vu Stolbiller ass typescherweis X (x × y × λ) e Kubus vun 3D-Arraydaten, während d'x- an y-Achsen raimlech Informatioun (Pixelopléisung) representéieren an d'λ-Achs engem Photonenergiespektralbild entsprécht. De K-means Algorithmus gëtt benotzt fir Regiounen vun Interessi an X-PEEM-Daten z'ënnersichen andeems Pixel (Cluster oder Ënnerblöcke) no hire spektrale Charakteristiken getrennt ginn an déi bescht Zentroiden (XAS-Spektralprofiler) fir all Analytcluster extrahéiert ginn. E gëtt benotzt fir d'raimlech Verdeelung, lokal spektral Ännerungen, Oxidatiounsverhalen a chemesch Zoustänn ze studéieren. Zum Beispill gouf de K-means Clustering Algorithmus fir Fe L-Kant- a Cr L-Kantregiounen a waarmveraarbechten a kalgewalzten X-PEEM benotzt. Verschidden Zuelen vu K Cluster (Mikrostrukturregiounen) goufen getest fir déi optimal Cluster a Schwéierpunkten ze fannen. Wann dës Zuelen ugewise ginn, ginn d'Pixel den entspriechende Clusterschwéierpunkten nei zougewisen. All Faarfverdeelung entsprécht dem Zentrum vum Cluster a weist d'raimlech Uerdnung vu chemeschen oder physikaleschen Objeten. Déi extrahéiert Schwéierpunkten si linear Kombinatioune vu pure Spektren.
Donnéeën, déi d'Resultater vun dëser Studie ënnerstëtzen, sinn op Ufro vum jeweilege WC-Auteur verfügbar.
Sieurin, H. & Sandström, R. Bruchzähheet vun engem geschweesste Duplex-Edelstahl. Sieurin, H. & Sandström, R. Bruchzähheet vun engem geschweesste Duplex-Edelstahl. Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной дуплексной нержавеющей стали. Sieurin, H. & Sandström, R. Bruchzähigkeit vu geschweesstem Duplex-Edelstahl. 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. Bruchzähheet vu geschweesste Duplex-Edelstahl.Britannia. Fraktionell Deel. fur. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Korrosiounsbeständegkeet vun Duplex-Edelstahl a gewielten organesche Säuren an organesche Säure/Chlorid-Ëmfeld. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Korrosiounsbeständegkeet vun Duplex-Edelstahl a gewielten organesche Säuren an organesche Säure/Chlorid-Ëmfeld.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. a Van Der Merwe, J. Korrosiounsbeständegkeet vun Duplex-Edelstahl a Milieuen mat e puer organesche Saieren an organesche Saieren/Chloriden. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH, & Van Der Merwe, J. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH, & Van Der Merwe, J.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. a Van Der Merwe, J. Korrosiounsbeständegkeet vun Duplex-Edelstahl a gewielten Ëmfeld vun organesche Saieren an organesche Saieren/Chloriden.Konservéierungsmëttel. Materials Methods 57, 107–117 (2010).
Barrera, S. et al. Korrosiouns-oxidativt Verhalen vun Fe-Al-Mn-C Duplexlegierungen. Materials 12, 2572 (2019).
Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Nei Generatioun vu Super-Duplex-Stähle fir d'Produktioun vu Gas- an Ueleganlagen. Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Nei Generatioun vu Super-Duplex-Stähle fir d'Produktioun vu Gas- an Ueleganlagen.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Nei Generatioun vu Super-Duplex-Stähle fir Ueleg- a Gasproduktiounsausrüstung.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Nei Generatioun vu Super-Duplex-Stähle fir Gas- an Uelegproduktiounsausrüstung. Webinar E3S 121, 04007 (2019).
Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Untersuchung vum Heissdeformatiounsverhalen vun Duplex-Edelstahl vum Grad 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Untersuchung vum Heissdeformatiounsverhalen vun Duplex-Edelstahl vum Grad 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей стали марки 2507. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Eng Studie iwwer d'Verhale vun der waarmer Deformatioun vun Duplex-Edelstahl vum Typ 2507. Metall. 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。Kingklang, S. an Utaisansuk, V. Untersuchung vum Verhalen vun der waarmer Deformatioun vun Duplex-Edelstahl vum Typ 2507. Metall.alma mater. trance. 48, 95–108 (2017).
Zhou, T. et al. Effekt vun der kontrolléierter Kaltwalzung op d'Mikrostruktur an d'mechanesch Eegeschafte vu Cer-modifizéiertem Super-Duplex SAF 2507 Edelstahl. alma mater. the science. Britannia. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. et al. Strukturell a mechanesch Eegeschaften, déi duerch thermesch Deformatioun vu Cer-modifizéiertem Super-Duplex SAF 2507 Edelstahl induzéiert ginn. J. Alma mater. Storage Tank. Technology. 9, 8379–8390 (2020).
Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Effekt vun de seltenen Äerdelementer op d'Oxidatiounsverhale vun austenitesche Stol bei héijen Temperaturen. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Effekt vun de seltenen Äerdelementer op d'Oxidatiounsverhale vun austenitesche Stol bei héijen Temperaturen.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. a Zheng K. Afloss vu seltenen Äerdelementer op d'Verhale vun austenitesche Stol ënner héijer Temperaturoxidatioun. 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. a Zheng K. Afloss vu seltenen Äerdelementer op d'Verhale vun austenitesche Stähle bei héijer Temperaturoxidatioun.Koros. D'Wëssenschaft. 164, 108359 (2020).
Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Auswierkunge vu Ce op d'Mikrostruktur an d'Eegeschafte vu 27Cr-3.8Mo-2Ni superferritesche Edelstahl. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Auswierkunge vu Ce op d'Mikrostruktur an d'Eegeschafte vu 27Cr-3.8Mo-2Ni superferritesche Edelstahl.Li Y., Yang G., Jiang Z., Chen K. a Sun S. Afloss vu Se op d'Mikrostruktur an d'Eegeschafte vu superferritesche Edelstahl 27Cr-3,8Mo-2Ni. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Ce. 对27Cr-3.8Mo-2Ni Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Effekt vum Ce op d'Mikrostruktur an d'Eegeschafte vun 27Cr-3.8Mo-2Ni Superstahl Edelstahl. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Effekt vu Ce op d'Mikrostruktur an d'Eegeschafte vu superferriteschem Edelstahl 27Cr-3,8Mo-2Ni.Eisenzeechen. Steelmak 47, 67–76 (2020).