Merci fir Äre Besuch op Nature.com. Dir benotzt eng Browserversioun mat limitéierter CSS-Ënnerstëtzung. Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten). Zousätzlech, fir eng weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, weisen mir d'Websäit ouni Stiler a JavaScript.
Weist e Karussell vun dräi Folien gläichzäiteg un. Benotzt d'Knäppercher "Virdrun" an "Nächst" fir duerch dräi Folien gläichzäiteg ze navigéieren, oder benotzt d'Schieberknäppercher um Enn fir duerch dräi Folien gläichzäiteg ze navigéieren.
De wäit verbreeten Edelstol a seng geschmiedte Versioune si korrosiounsbeständeg ënner Ëmfeldbedingungen, well seng Passivéierungsschicht aus Chromoxid besteet. Korrosioun an Erosioun vu Stol ginn normalerweis mat der Zerstéierung vun dëse Schichten a Verbindung bruecht, awer selten mat dem Optriede vun Uewerflächeninhomogenitéiten, ofhängeg vum mikroskopesche Niveau. An dëser Aarbecht dominéiert d'Nanoskala-chemesch Uewerflächenheterogenitéit, déi duerch spektroskopesch Mikroskopie a chemometresch Analyse festgestallt gouf, onerwaart d'Broch an d'Korrosioun vu kaltgewalztem Cer-modifizéiertem Super-Duplex-Edelstol 2507 (SDSS) während senger waarmer Deformatioun. Obwuel d'Röntgenphotoelektronenmikroskopie eng relativ gläichméisseg Ofdeckung vun der natierlecher Cr2O3-Schicht gewisen huet, war d'Passivéierungsleistung vum kaltgewalztem SDSS schlecht wéinst der lokaler Verdeelung vun Fe3+-räiche Nanoinselen op der Fe/Cr-Oxidschicht. Dëst Wëssen op atomarer Skala bitt e grëndlecht Verständnis vun der Edelstolkorrosioun a soll hëllefen, d'Korrosioun vun ähnlechen héichlegéierte Metaller ze bekämpfen.
Zënter der Erfindung vum Edelstol ginn d'Antikorrosiounseigenschaften vum Ferrochrom dem Chrom zougeschriwwen, wat staark Oxiden/Oxyhydroxide bildt an an de meeschte Ëmfeld e passivéierend Verhalen weist. Am Verglach mat konventionellen (austeniteschen a ferriteschen) Edelstoler 1, 2, 3 hunn Super-Duplex-Edelstoler (SDSS) eng besser Korrosiounsbeständegkeet an exzellent mechanesch Eegeschaften. Eng erhéicht mechanesch Stäerkt erlaabt 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 féiert, wouduerch seng Uwendung a Ëmweltschutz, chemesche Behälter an der Offshore-Ueleg- a Gasindustrie 4 erweidert gëtt. Wéi och ëmmer, de schmuele Beräich vun den Hëtztbehandlungstemperaturen an déi schlecht Formbarkeet behënneren hir breet praktesch Uwendung. Dofir gëtt SDSS modifizéiert fir déi uewe genannte Leeschtung ze verbesseren. Zum Beispill gouf d'Ce-Modifikatioun am SDSS 2507 (Ce-2507) mat engem héije Stickstoffgehalt 6,7,8 agefouert. Dat selten Äerdelement (Ce) an enger passender Konzentratioun vun 0,08 Gew.-% 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 ginn och verbessert9. Grouss Quantitéite vu Stéckstoff kënnen deieren Nickelgehalt ersetzen, wouduerch SDSS méi kosteneffektiv10 ass.
An der leschter Zäit gouf SDSS bei verschiddenen Temperaturen (kryogen, kal a waarm) plastesch deforméiert, fir exzellent mechanesch Eegeschaften z'erreechen6,7,8. Wéinst der exzellenter Korrosiounsbeständegkeet vum SDSS, déi duerch e dënnen Oxidfilm op der Uewerfläch entsteet, gëtt awer vu ville Faktoren beaflosst, wéi zum Beispill déi inherent Heterogenitéit, déi duerch heterogen Phasen mat verschiddene Kärengrenzen, ongewollten Nidderschléi an ënnerschiddleche Reaktiounsdeformatiounen vun austeniteschen a ferritesche Phasen7 entscheedend ass, fir d'SDSS-Korrosioun ze verstoen, an et erfuerdert komplex experimentell Techniken. Bis elo konnten Uewerflächenempfindlech Methoden, wéi Auger-Elektronespektroskopie11 an Röntgenphotoelektronespektroskopie12,13,14,15 an haart Röntgenphotoemissiounsmikroskopie (HAX-PEEM)16, am Allgemengen net chemesch Ënnerscheeder an den Uewerflächeschichten detektéieren. Déi chemesch Zoustänn vum selwechten Element op verschiddene Plazen am Nanoskalaraum. Verschidde rezent Studien hunn déi lokaliséiert Oxidatioun vu Chrom mam observéierte Korrosiounsverhalen vun austenitesche Stol17, martensitesche Stol18 an SDSS19,20 korreléiert. 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, déi als Resultat vun der thermomechanescher Behandlung eng kleng Gréisst geierft hunn, sinn awer an enker Noperschaft mateneen, ënnerscheede sech a Zesummesetzung an Oxidatiounszoustand16,21. Dofir ass et néideg, d'Uewerflächenheterogenitéit op mikroskopeschem Niveau ze verstoen, fir Rëssbildung vun Oxidfilmer an duerno Pitting z'entdecken. Trotz dësen Ufuerderungen feelen nach ëmmer quantitativ Schätzungen, wéi z. B. lateral Heterogenitéit an der Oxidatioun, besonnesch fir Fe op Nano- an Atomskala, a seng Korrelatioun mat der Korrosiounsbeständegkeet bleift onerfuerscht. Bis viru kuerzem gouf den chemeschen Zoustand vu verschiddenen Elementer, wéi Fe a Ca22, op Stolproben quantitativ mat Hëllef vun der mëller Röntgen-Photoelektronemikroskopie (X-PEEM) an Nanoskala-Synchrotronstrahlungsanlagen charakteriséiert. Kombinéiert mat chemesch empfindlecher Röntgenabsorptiounsspektroskopie (XAS) erméiglecht X-PEEM XAS-Miessunge mat héijer raimlecher a spektraler Opléisung, andeems se chemesch Informatiounen iwwer d'Zesummesetzung vun den Elementer an hire chemeschen Zoustand mat enger raimlecher Opléisung bis op eng Skala vun 23 Nanometer liwwert. Dës spektromikroskopesch Observatioun vum Ufank erliichtert lokal chemesch Observatiounen a kann chemesch Verännerungen am Raum vun der Eiseschicht demonstréieren, déi virdru net ënnersicht goufen.
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 e geklaasterte K-means24 chemometreschen Usaz fir déi global chemesch (hetero)Homogenitéit vun den involvéierten Elementer ze kartéieren, deenen hir chemesch Zoustänn an enger statistescher Representatioun presentéiert ginn. Am Géigesaz zu der Korrosioun, déi duerch d'Zerstéierung vum Chromoxidfilm am traditionelle Fall initiéiert gëtt, ginn de Moment manner Passivéierung an eng méi niddreg Korrosiounsbeständegkeet op lokaliséiert Fe3+-räich Nanoinselen no bei der Fe/Cr-Oxidschicht zougeschriwwen, wat Schutzeigenschaften kéinte sinn. Den Oxid zerstéiert de gepunktete Film 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 an enger sauer (pH = 1) wässerlecher Léisung vu FeCl3 bei Raumtemperatur. Den ausgewielten Elektrolyt wierkt als e staarkt Oxidatiounsmëttel, wat d'Tendenz vum Passivatiounsfilm charakteriséiert, sech ze zerbriechen. Och wann d'Material bei Raumtemperatur keng stabil Pitting gemaach huet, huet d'Analyse Abléck an méiglech Feelerereignisser an déi spéider Korrosioun geliwwert. Den Äquivalentkrees (Fig. 1d) gouf benotzt fir den elektrochemeschen Impedanzspektroskopie (EIS)-Spektrum unzepassen, an déi entspriechend Anpassungsresultater sinn an der Tabell 1 gewisen. Onvollstänneg Hallefkreesser erschéngen a Léisungsbehandelten a waarmveraarbechtte Proben, während kompriméiert Hallefkreesser a kalgewalzten Géigestécker erschéngen (Fig. 1b). An der EIS-Spektroskopie kann de Radius vum Hallefkrees als de Polarisatiounswidderstand (Rp)25,26 ugesi ginn. Den Rp vun der mat Léisung behandelter Landebunn an der Tabell 1 ass ongeféier 135 kΩ cm–2, awer d'Wäerter vun der waarmveraarbechter a kalgewalzter Landebunn si vill méi niddreg, 34,7 respektiv 2,1 kΩ cm–2. Dës bedeitend Reduktioun vum Rp weist den schiedlechen Effekt vun der plastescher Deformatioun op d'Passivéierung an d'Korrosiounsbeständegkeet, wéi a fréiere Rapporten gewisen27,28,29,30.
a Nyquist-, b, c Bode-Impedanz- a Phasendiagrammer, an d entspriechend Äquivalentschaltungsmodeller, wou RS den Elektrolytwidderstand ass, Rp de Polarisatiounswidderstand an QCPE den Oxid vum konstante Phasenelement ass, dat benotzt gëtt fir d'net-ideal Kapazitéit (n) ze modelléieren. EIS-Miessunge ginn bei oppene Schaltungspotenzial gemaach.
Déi gläichzäiteg Konstanten sinn am Bode-Diagramm gewisen, mat engem Plateau am héije Frequenzberäich, deen den Elektrolytwidderstand RS26 representéiert. Wann d'Frequenz erofgeet, klëmmt d'Impedanz an et gëtt e negativen Phasenwénkel fonnt, wat op eng Kapazitéitsdominanz hiweist. De Phasenwénkel klëmmt, behält e Maximum iwwer e relativ breede Frequenzberäich a hëlt dann of (Fig. 1c). Awer an allen dräi Fäll ass dëse Maximum ëmmer nach manner wéi 90°, wat op en net-idealt kapazitivt Verhalen wéinst kapazitiver Dispersioun hiweist. Dofir gëtt dat konstant Phasenelement (CPE) vu QCPE benotzt fir Grenzflächenkapazitanzverdeelungen duerzestellen, déi aus Uewerflächenrauheet oder Inhomogenitéit entstinn, besonnesch op atomarer Skala, fraktaler Geometrie, Elektrodenporositéit, net-uniformem Potenzial a Geometrie mat der Form vun Elektroden31,32. CPE-Impedanz:
wou j déi imaginär Zuel an ω d'Wénkelfrequenz ass. QCPE ass eng frequenzonofhängeg Konstant, déi proportional zu der effektiver oppener Fläch vum Elektrolyt ass. n ass eng dimensiounslos Leeschtungszuel, déi d'Ofwäichung vun engem Kondensator vun der idealer Kapazitéit beschreift, d.h. wat méi no n bei 1 ass, wat méi no ass de CPE bei reng kapazitiv, während wann n no bei Null ass, erschéngt en resistiv. Kleng Ofwäichunge vun n, no bei 1, weisen op dat net-ideal kapazitivt Verhalen vun der Uewerfläch no Polarisatiounstester hin. De QCPE vu kaltgewalztem SDSS ass däitlech méi héich wéi seng Géigestécker, dat heescht, datt d'Uewerflächenqualitéit manner eenheetlech ass.
Am Aklang mat de meeschte Korrosiounsbeständegkeetseigenschaften vun Edelstahl, resultéiert den relativ héije Cr-Gehalt vum SDSS allgemeng an enger exzellenter Korrosiounsbeständegkeet vum SDSS wéinst der Präsenz vun engem passivéierende Schutzoxidfilm op der Uewerfläch17. Sou Passivéierungsfilmer si meeschtens räich u Cr3+ Oxiden an/oder Hydroxiden, haaptsächlech a Kombinatioun mat Fe2+, Fe3+ Oxiden an/oder (Oxy)Hydroxiden33. Trotz der selwechter Uewerflächenuniformitéit, passivéierender Oxidschicht, a kengem observéierte Uewerflächenrëssbildung no mikroskopesche Miessungen6,7, ass d'Korrosiounsverhalen vu waarmveraarbechten a kalgewalzten SDSS anescht, sou datt eng detailléiert Studie vun de mikrostrukturelle Charakteristike fir d'Stoldeformatioun néideg ass.
D'Mikrostruktur vun deforméiertem Edelstol gouf quantitativ mat Hëllef vun intrinseschen an Synchrotron-Héichenergie-Röntgenstrahlen ënnersicht (Ergänzungsfiguren 1, 2). Eng detailléiert Analyse gëtt an den Ergänzungsinformatiounen ugebueden. Obwuel et e generelle Konsens iwwer den Typ vun der Haaptphas gëtt, goufen Ënnerscheeder an de Massephasfraktiounen fonnt, déi an der Ergänzungstabell 1 opgezielt sinn. Dës Ënnerscheeder kënnen op inhomogen Phasfraktiounen op der Uewerfläch an am Volumen zréckzeféieren sinn, déi duerch verschidden Röntgendiffraktiounsdéiften (XRD) mat verschiddenen Energiequellen vun afalen Photonen34 beaflosst ginn. Relativ héich Austenitfraktiounen a kalgewalzte Proben, déi duerch XRD aus enger Laborquell bestëmmt goufen, weisen op eng besser Passivéierung an duerno op eng besser Korrosiounsbeständegkeet35 hin, während méi genee a statistesch Resultater op entgéintgesate Tendenzen an de Phasfraktiounen 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, wat op Kären a Mikrongréisst hiweist, während déi glat Réng, déi an de kaltgewalzte Prouwe observéiert goufen (Ergänzungsfigur 3), op eng bedeitend Kärverfeinerung bis Nanogréisst a fréiere Aarbechten hiweisen. Dëst sollt d'Bildung vum passive Film an d'Erhéijung vun der Korrosiounsbeständegkeet favoriséieren. Eng méi héich Dislokatiounsdicht gëtt normalerweis mat enger méi niddreger Resistenz géint Pitting assoziéiert, wat gutt mat elektrochemesche Miessunge stëmmt.
Ännerungen am chemeschen Zoustand vun de Mikrodomänen vun den Haaptelementer goufen systematesch mat X-PEEM ënnersicht. Obwuel et méi Legierungselementer gëtt, ginn hei Cr, Fe, Ni a Ce39 gewielt, well Cr dat Schlësselelement fir d'Bildung vum passive Film ass, Fe dat Haaptelement fir Stol ass, an Ni d'Passivéierung verbessert an d'Ferrit-Austenitesch Phas ausbalancéiert. Struktur a Modifikatioun sinn den Zweck vum Ce. Duerch d'Ajustéiere vun der Synchrotronstrahlenergie huet XAS déi wichtegst Charakteristike vu Cr (L2.3 Kant), Fe (L2.3 Kant), Ni (L2.3 Kant) a Ce (M4.5 Kant) vun der Uewerfläch erfaasst. -2507 SDSS. Eng entspriechend Datenanalyse gouf duerchgefouert andeems d'Energiekalibratioun mat publizéierten Daten (z.B. XAS op Fe L2, 3 Rippen40,41) abegraff gouf.
An der Fig. 2 weist d'Figur X-PEEM-Biller vu waarmveraarbechten (Fig. 2a) a kalgewalzten (Fig. 2d) Ce-2507 SDSS a korrespondéierenden XAS Cr- a Fe L2,3-Kante op individuell markéierte Positiounen. D'L2,3 XAS-Kant ënnersicht déi onbesat 3D-Zoustänn vun Elektronen no der Photoexcitatioun op den 2p3/2 (L3-Kant) an 2p1/2 (L2-Kant) Spin-Orbit-Spléckungsniveauen. Informatioun iwwer de Valenzzoustand vu Cr gouf aus der Röntgendiffraktiounsanalyse vun der L2,3-Kant an der Fig. 2b,d kritt. De Linkvergläich. 42, 43 huet gewisen, datt véier Spëtzten A (578,3 eV), B (579,5 eV), C (580,4 eV) an D (582,2 eV) no beim L3-Kant observéiert goufen, déi oktaedresch Cr3+-Ionen reflektéieren, déi Cr2O3 entspriechen. Déi experimentell Spektre stëmmen mat den theoretesche Berechnungen iwwereneen, wéi an de Paneele b an e gewisen, déi aus multiple Kristallfeldberechnungen op der Cr L2.3-Grenzfläche mat engem Kristallfeld vun 2,0 eV44 kritt goufen. Béid Uewerfläche vum waarmveraarbechten a kalgewalzten SDSS sinn mat enger relativ gläichméisseger Schicht Cr2O3 beschichtet.
en Thermescht Bild vun X-PEEM waarmgeformtem SDSS, dat der Kant b Cr L2.3 an der Kant c Fe L2.3 entsprécht, d Thermescht Bild X-PEEM vu kaltgewalztem SDSS, dat der Kant e Cr L2.3 an f Fe L2.3 vun der Säit (e) entsprécht. D'XAS-Spektre, déi op verschiddene raimleche Positiounen op den Thermesche Biller (a, d) duerch déi orange gepunktet Linnen an (b) an (e) markéiert sinn, representéieren simuléiert XAS-Spektre vu Cr3+ mat engem Kristallfeldwäert vun 2,0 eV. Fir X-PEEM Biller gëtt eng Thermesch Palette benotzt 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 d'selwecht bliwwen. Zousätzlech Zeechnung. An der Fig. 5-9 sinn X-PEEM-Biller an entspriechend XAS-Spektre fir Ni a Ce op verschiddene Positiounen op der Uewerfläch vu waarm veraarbechten a kal gewalzte Proben ze gesinn. Ni XAS weist den Oxidatiounszoustand vun Ni2+ iwwer déi ganz gemoossen Uewerfläch vu waarm veraarbechten a kal gewalzte Proben (Zousätzlech Diskussioun). Et ass bemierkenswäert, datt am Fall vu waarm veraarbechte Proben den XAS-Signal vu Ce net observéiert gëtt, während de Spektrum vu Ce3+ vu kal gewalzte Proben op engem Punkt observéiert gëtt. D'Observatioun vu Ce-Flecken a kal gewalzte Proben huet gewisen, datt Ce haaptsächlech a Form vu Nidderschléi existéiert.
An thermesch deforméiertem SDSS gouf keng lokal strukturell Ännerung am XAS um Fe L2.3 Rand observéiert (Fig. 2c). Wéi awer an der Fig. 2f gewisen, ännert d'Fe-Matrix mikroskopesch hiren chemeschen Zoustand op siwe zoufälleg ausgewielte Punkten am kalgewalzten SDSS. 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 mat Multiplet-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 Kombinatioune vu Fe2+ a Fe3+ huet,47 an FeO45 als formell divalent Fe2+ Oxid (3d6) wierkt. All Fe3+ Ionen an α-Fe2O3 hunn nëmmen Oh Positiounen, während γ-Fe2O3 normalerweis als Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 Spinell mat Vakanzen an eg Positiounen ausgedréckt gëtt. Dofir hunn d'Fe3+ Ionen an γ-Fe2O3 souwuel Td wéi och Oh Positiounen. Wéi an der viregter Aarbecht erwähnt, obwuel d'Intensitéitsverhältnisser vun deenen zwee ënnerschiddlech sinn, ass hiert Intensitéitsverhältnis eg/t2g ≈1, während an dësem Fall dat observéiert Intensitéitsverhältnis eg/t2g ongeféier 1 ass. Dëst schléisst d'Méiglechkeet aus, datt an dësem Fall nëmmen Fe3+ präsent ass. Wann een de Fall vu Fe3O4 mat Kombinatioune vu Fe2+ a Fe3+ betruecht, ass bekannt, datt eng méi schwaach (staark) éischt Charakteristik am L3-Kant vum Fe eng méi kleng (méi grouss) Onbesetzung am t2g-Zoustand weist. Dëst gëllt fir Fe2+ (Fe3+), wat eng Erhéijung vum éischten Zeeche weist, dat eng Erhéijung vum Fe2+47-Gehalt ugeet. Dës Resultater weisen, datt Fe2+ an γ-Fe2O3, α-Fe2O3 an/oder Fe3O4 op de kalgewalzten Uewerfläche vun de Kompositmaterialien iwwerwiegen.
Vergréissert Photoemissiounselektronen-Wärmebiller vun den (a, c) an (b, d) XAS-Spektre laanscht de Fe L2,3-Kant op verschiddene raimleche Positiounen an de gewielte Regiounen 2 an E an de Fig. 2d.
Déi kritt experimentell Donnéeën (Fig. 4a an Ergänzungsfigur 11) goufen opgezeechent a mat deene vun de puren Verbindungen 40, 41, 48 verglach. Am Fong goufen dräi verschidden Aarte vun experimentell observéierten Fe L-Kante XAS Spektren (XAS-1, XAS-2 an XAS-3: Fig. 4a) op raimlech ënnerschiddleche Plazen observéiert. Besonnesch gouf e Spektrum ähnlech wéi 2-a (bezeechent als XAS-1) an der Fig. 3b iwwer déi ganz Regioun vun Interesse observéiert, gefollegt vun engem 2-b Spektrum (bezeechent als XAS-2), während e Spektrum ähnlech wéi E-3 an der Fig. 3d (bezeechent als XAS-3) observéiert gouf, a bestëmmte lokaliséierte Plazen observéiert gouf. Normalerweis gi véier Parameter benotzt fir d'Valenzzoustänn z'identifizéieren, déi an enger Sondeprobe präsent sinn: (1) L3- an L2-Spektralmerkmale, (2) Energiepositioune vun L3- an L2-Karakteristiken, (3) L3-L2 Energieënnerscheed, (4) L2 Intensitéitsverhältnis /L3. No visuellen Observatiounen (Fig. 4a) sinn all dräi Fe-Komponenten, nämlech Fe0, Fe2+ a Fe3+, op der Uewerfläch vum ënnersichten SDSS präsent. Dat berechent Intensitéitsverhältnis L2/L3 huet och d'Präsenz vun allen dräi Komponenten ugedeit.
a Observéiert verschidden dräi experimentell Donnéeën (durchgezunne Linnen XAS-1, XAS-2 an XAS-3 entspriechen 2-a, 2-b an E-3 an der Fig. 2 an der Fig. 3) am Verglach mat simuléierten XAS-Vergläichsspektren, Oktaeder Fe2+, Fe3+, Kristallfeldwäerter vun 1,0 eV respektiv 1,5 eV, b–d Gemoossen experimentell Donnéeën (XAS-1, XAS-2, XAS-3) an entspriechend optimiséiert LCF-Donnéeën (durchgezunne schwaarze Linn), a Vergläich vun XAS-3 Spektren mat Fe3O4 (gemëschten Zoustand vu Fe) a Fe2O3 (reng Fe3+) Standarden.
Eng linear Kombinatioun (LCF) Upassung vun den dräi Standarden40,41,48 gouf benotzt fir d'Zesummesetzung vum Eisenoxid ze quantifizéieren. LCF gouf fir dräi ausgewielte Fe L-Kant XAS Spektren 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 wéinst dem klenge Rand, deen mir an allen Daten observéiert hunn, an der Tatsaach, datt Eisenmetall 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.Tatsächlech detektéiert X-PEEM Fe (~6 nm)49 méi déif wéi déi erwaart Déckt vun der Oxidschicht (knapp iwwer 4 nm), wat d'Detektioun vu Signaler 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 weist d'Kombinatioun vu Fe2+ a Fe3+ am XAS-1 Spektrum, wou d'Proportioune vu Fe2+ a Fe3+ no beienee leien, ongeféier 45%, wat op e gemëschten Oxidatiounszoustand vu Fe hiweist. Wärend fir den XAS-2 Spektrum de Prozentsaz vu Fe2+ a Fe3+ ~30% respektiv 60% gëtt. Den Inhalt vu Fe2+ ass méi niddereg wéi dee vu Fe3+. D'Verhältnes vu Fe2+ zu Fe3 vun 1:2 bedeit, datt Fe3O4 beim selwechte Verhältnes vu Fe-Ionen geformt ka ginn. Zousätzlech hunn sech fir den XAS-3-Spektrum d'Prozentsätz vu Fe2+ a Fe3+ op ~10% an 80% geännert, wat op eng méi héich Konversioun vu Fe2+ a Fe3+ hiweist. Wéi uewe scho gesot, kann Fe3+ vun α-Fe2O3, γ-Fe2O3 oder Fe3O4 kommen. Fir déi warscheinlechst Quell vu Fe3+ ze verstoen, sinn XAS-3-Spektre zesumme mat verschiddene Fe3+-Standarden an der Fig. 4e duergestallt, déi Ähnlechkeet mat allen zwee Standarden weisen, wann de Peak B berécksiichtegt gëtt. D'Intensitéit vun der Schëller (A: vu Fe2+) an d'Intensitéitsverhältnis B/A weisen awer drop hin, datt de Spektrum vun XAS-3 no bei deem vu γ-Fe2O3 läit, awer net d'selwecht ass. Am Verglach mam Bulk-γ-Fe2O3 ass d'Fe2p XAS-Intensitéit vum A SDSS-Peak liicht méi héich (Fig. 4e), wat op eng méi héich Fe2+-Intensitéit hiweist. Obwuel de Spektrum vun XAS-3 ähnlech wéi dee vu γ-Fe2O3 ass, wou Fe3+ souwuel an den Oh- wéi och an den Td-Positiounen präsent ass, ass d'Identifikatioun vun ënnerschiddleche Valenzzoustänn an d'Koordinatioun nëmmen duerch d'L2,3-Kant oder den L2/L3-Intensitéitsverhältnis ëmmer nach e Problem. E widderhuelend Diskussiounsthema wéinst der Komplexitéit vun de verschiddene Faktoren, déi am endleche Spektrum bedeelegt sinn41.
Nieft der spektraler Diskriminéierung vun de chemeschen Zoustänn vun den uewe beschriwwenen ausgewählten Interessensregiounen, gouf déi global chemesch Heterogenitéit vun de Schlësselelementer Cr a Fe bewäert andeems all XAS-Spektre op der Proufuewerfläch mat der K-means Clustering-Method klassifizéiert goufen. D'Kanteprofiler Cr L goufen esou festgeluecht, datt zwou optimal Cluster entstane sinn, déi raimlech an de waarmveraarbechten a kalgewalzten Proben, déi an de Fig. 5 gewisen sinn, verdeelt sinn. Et ass kloer, datt keng lokal strukturell Ännerungen observéiert goufen, well déi zwee Schwéierpunkten vun den XAS Cr-Spektre ganz ähnlech sinn. Dës spektral Forme vun den zwee Cluster si bal identesch mat deene vun Cr2O342, wat bedeit, datt d'Cr2O3-Schichten relativ gläichméisseg iwwer den SDSS verdeelt sinn.
e Cluster vu K-means L-Kant Cr-Regiounen, b entspriechend XAS-Mëttelpunkten. Resultater vum K-means X-PEEM-Vergläich vu kaltgewalztem SDSS: c Cluster vu K-means Kantregiounen vu Cr L2,3 an d entspriechend XAS-Mëttelpunkten.
Fir eng méi komplex FeL-Kantekaart ze illustréieren, gi véier respektiv fënnef optimiséiert Cluster an hir associéiert Schwéierpunkten (Spektralverdeelungen) fir waarm veraarbechte respektiv kal gewalzte Proben 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 \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm {Fe}^{2 + (3 + )}\), wat 0,440 respektiv 0,036 V ass. Beräicher mat engem méi niddrege Potenzial hunn en méi héijen Inhalt u Fe3+ Verbindungen. D'Potenzialverdeelung an enger thermesch deforméierter Prouf 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 positionsbezunnen Ännerunge goufen am ënnerläitende lamellaren Interieur observéiert (Fig. 6b). Am Géigendeel, fir d'Kombinatioun vu verschiddenen Oxiden mat verschiddenen Inhalter vu Fe2+ an Fe3+ a kalgewalztem SDSS kann eng net-uniform Natur vum Pseudopotential observéiert ginn (Fig. 6c, d). Fe3+-Oxiden an/oder (Oxy)hydroxiden sinn déi Haaptkomponenten vun der Korrosioun a Stol a si permeabel fir Sauerstoff a Waasser50. An dësem Fall kann een erkennen, datt d'Inselen, déi räich u Fe3+ sinn, lokal verdeelt sinn a kënnen als Korrosiounsberäicher ugesi ginn. An dësem Fall kann de Gradient am Potentialfeld, anstatt den Absolutwäert vum Potential, als Indikator fir d'Lokalisatioun vun aktiven Korrosiounsberäicher51 ugesi ginn. Dës inhomogen Verdeelung vu Fe2+ a Fe3+ op der Uewerfläch vum kalgewalzten SDSS kann déi lokal chemesch Eegeschafte veränneren an eng méi effektiv Uewerfläch bei Oxidfilmrëss- a Korrosiounsreaktiounen ubidden, wouduerch déi ënnerierdesch Metallmatrix kontinuéierlech korrodéiert, wat zu enger interner Inhomogenitéit féiert an d'Schutzcharakteristike vun der Passivéierungsschicht reduzéiert.
K-Moyenne Cluster vu Fe L2,3 Randregiounen a korrespondéierend XAS-Mëttelpunkten fir a-c waarmveraarbechten X-PEEM an d-f kalgewalzten SDSS. a, d K-Moyenne Clusterdiagramm iwwerlagert op dem X-PEEM Bild. Geschätzte Pseudoelektrodepotenzialer (Epseudo) ginn zesumme mat K-Moyenne Clusterdiagrammer ernimmt. D'Hellegkeet vun engem X-PEEM Bild wéi d'Faarf an der Fig. 2 ass direkt proportional zu der Röntgenabsorptiounsintensitéit.
Relativ eenheetlech Cr, awer ënnerschiddlechen chemeschen Zoustand vum Fe féiert zu ënnerschiddlechen Urspronk vun den Oxidschicht-Rëssbildungen a Korrosiounsmuster am waarmgewalzten a kalgewalzten Ce-2507. Dës Eegeschaft vum kalgewalzten Ce-2507 ass bekannt. Wat d'Bildung vun Oxiden an Hydroxiden vum Fe an der Atmosphär ugeet, ginn déi folgend Reaktiounen an dëser Aarbecht als neutral Reaktiounen ofgeschloss:
Baséierend op der Miessung vun X-PEEM ass déi uewe genannte Reaktioun an de folgende Fäll geschitt. 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 XAS vum L-Kant vum Fe verstäerkt. Eng verlängert Belaaschtung mat Loft féiert zur Bildung vu Fe3O4- an/oder Fe2O3-Oxiden no Fe(OH)252,53. Zwee Aarte vu stabilem Fe, Fe3O4 a Fe2O3, kënnen och an enger Cr3+-räicher Schutzschicht bilden, wou Fe3O4 eng eenheetlech a kohäsiv Struktur léiwer huet. D'Präsenz vu béide resultéiert a gemëschten Oxidatiounszoustänn (XAS-1-Spektrum). Den XAS-2-Spektrum entsprécht haaptsächlech dem Fe3O4. Wärend d'XAS-3-Spektren, déi op verschiddene Positiounen observéiert goufen, eng komplett Konversioun an γ-Fe2O3 gewisen hunn. Well net agepakte Röntgenstrahlen eng Penetratiounsdéift vu ronn 50 nm hunn, resultéiert de Signal vun der ënnerläitender Schicht an enger méi héijer Intensitéit vum A-Peak.
Den XRD-Spektrum weist, datt d'Fe-Komponent am Oxidfilm eng geschichtete Struktur huet, déi mat der Cr-Oxidschicht kombinéiert ass. Am Géigesaz zu der Passivéierung, déi fir Korrosioun charakteristesch ass, wéinst der lokaler Inhomogenitéit vum Cr2O317, gouf trotz der eenheetlecher Schicht vum Cr2O3 an dëser Studie eng niddreg Korrosiounsbeständegkeet observéiert, besonnesch fir kalgewalzt Proben. Dat observéiert Verhalen kann als d'Heterogenitéit vum chemeschen Oxidatiounszoustand vun der ieweschter Schicht (Fe) verstanen ginn, déi d'Korrosiounsleistung beaflosst. Den luesen Transfer vu Metall- oder Sauerstoffionen am Gitter wéinst der selwechter Stöchiometrie vun der ieweschter (Fe-Oxid) an ënneschter Schicht (Cr-Oxid)52,53 féiert zu enger besserer Interaktioun (Adhäsioun) tëscht hinnen. Dëst verbessert dann d'Korrosiounsbeständegkeet. Dofir ass eng kontinuéierlech Stöchiometrie, also een Oxidatiounszoustand vum Fe, besser wéi abrupt stöchiometresch Ännerungen. Thermesch deforméiert SDSS huet eng méi eenheetlech Uewerfläch an eng méi dicht Schutzschicht, déi eng besser Korrosiounsbeständegkeet bitt. Wéi och ëmmer, fir kalgewalzt SDSS zerstéiert d'Präsenz vu Fe3+-räichen Inselen ënner der Schutzschicht d'Integritéit vun der Uewerfläch a verursaacht galvanesch Korrosioun vum nooste Substrat, wat zu enger Ofsenkung vum Rp (Tabell 1) an den EIS-Spektren a senger Korrosiounsbeständegkeet féiert. Dofir beaflossen lokal verdeelt Inselen, déi räich u Fe3+ wéinst plastescher Deformatioun sinn, haaptsächlech d'Korrosiounsbeständegkeetsleistung, wat en Duerchbroch an dëser Aarbecht ass. Dofir presentéiert dës Studie Spektromikrografie vun der Reduktioun vun der Korrosiounsbeständegkeet wéinst plastescher Deformatioun vun den ënnersichten SDSS-Prouwen.
Ausserdeem, obwuel d'Legierung vu seltenen Äerdmetaller a Zweiphasestähle besser funktionéiert, bleift d'Interaktioun vun dësem zousätzlechen Element mat der individueller Stolmatrix a punkto Korrosiounsverhalen onkloer baséiert op spektroskopesche Mikroskopie-Observatiounen. De Ce-Signal (entlaang der XAS M-Kant) erschéngt nëmmen op e puer Positiounen beim Kaltwalzen, verschwënnt awer bei der waarmer Deformatioun vum SDSS, wat op eng lokal Oflagerung vu Ce an der Stolmatrix amplaz vun enger homogener Legierung hiweist. Och wann d'mechanesch Eegeschafte vum SDSS net verbessert ginn6,7, reduzéiert d'Präsenz vu REE d'Gréisst vun den Inklusiounen a gëtt ugeholl datt se d'Pitting um Urspronk ënnerdréckt54.
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 gouf. Mir hunn d'Fro beäntwert, firwat Edelstol korrodéiert, och wann e mat enger schützender Oxidschicht beschichtet ass, andeems mir d'Mikrostruktur, den chemeschen Zoustand vun den Uewerflächemerkmale an d'Signalveraarbechtung mat Hëllef vu K-means Clustering quantitativ ënnersicht hunn. Et gouf festgestallt, datt Fe3+-räich Inselen, inklusiv hir oktaedresch an tetraedresch Koordinatioun an der ganzer Struktur vum gemëschte Fe2+/Fe3+, eng Quell vun der Zerstéierung vun der Oxidfilm an eng Quell vun der Korrosioun vu kaltgewalztem SDSS sinn. Nanoinselen, déi vu Fe3+ dominéiert sinn, féieren zu enger schlechter Korrosiounsbeständegkeet, och a Präsenz vun enger ausreechender stöchiometrescher Cr2O3-Passivéierungsschicht. Zousätzlech zu de methodesche Fortschrëtter, déi bei der Bestëmmung vum Effekt vun der chemescher Heterogenitéit op Nanoskala op d'Korrosioun gemaach goufen, gëtt erwaart, datt déi aktuell Aarbecht Ingenieursprozesser inspiréiere wäert, fir d'Korrosiounsbeständegkeet vun Edelstol während der Stolproduktioun ze verbesseren.
Fir d'Ce-2507 SDSS-Barren ze preparéieren, déi an dëser Studie benotzt goufen, goufen déi gemëschte Komponenten, dorënner d'Fe-Ce-Masterlegierung, déi mat rengen Eisenréier versiegelt war, an engem 150 kg Mëttelfrequenz-Induktiounsuewen geschmolz, fir geschmollte Stol ze produzéieren an a Gossformen ze gossen. Déi gemoossen chemesch Zesummesetzung (Gew.-%) sinn an der Ergänzungstabell 2 opgezielt. De Bar gëtt fir d'éischt waarm a Blöcke geformt. Duerno gouf de Stol 60 Minutte bei 1050°C bis zu enger fester Léisung geglüht an duerno a Waasser bis 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 fannt Dir an anere Quellen6,7.
Veraarbecht zylindresch Prouwen (φ10 mm × 15 mm) fir d'Warmpressen mat der Achs vum Zylinder parallel zur Deformatiounsrichtung vum Block. Héichtemperaturkompressioun gouf mat enger konstanter Dehnungsquote am Beräich vun 0,01-10 s-1 bei verschiddenen Temperaturen am Beräich vun 1000-1150°C mat engem Gleeble-3800 Thermosimulator duerchgefouert. Virun der Deformatioun goufen d'Prouwen 2 Minutten op der gewielter Temperatur mat enger Rate vun 10 °C s-1 erhëtzt, fir den Temperaturgradient ze eliminéieren. Nodeems d'Temperaturuniformitéit erreecht gouf, goufen d'Prouwen op e richtege Dehnungswäert vun 0,7 deforméiert. Nom Deformatioun gëtt se direkt mat Waasser ofgekillt, fir déi deforméiert Struktur z'erhalen. Duerno goufen déi gehärtete Prouwen parallel zur Kompressiounsrichtung geschnidden. Fir dës spezifesch Studie hu mir eng Prouwen gewielt, déi bei 1050°C, 10 s-1 thermesch deforméiert ass, wéinst enger méi héijer observéierter Mikrohärte wéi aner Prouwen7.
Grouss Prouwe (80 × 10 × 17 mm3) vun der fester Ce-2507 Léisung goufen op enger dräiphasescher asynchroner Zweiwalzen-Deformatiounsmaschinn LG-300 getest, déi déi bescht mechanesch Eegeschafte vun all deenen anere Deformatiounsklassen6 geliwwert huet. D'Dehnungsquote an d'Décktereduktioun waren 0,2 m·s-1 a 5% fir all Wee.
Eng elektrochemesch Aarbechtsstatioun vun Autolab PGSTAT128N gouf benotzt fir d'SDSS elektrochemesch ze moossen nom Kaltwalzen bis zu enger Déckereduktioun vun 90% (1,0 gläichwäerteg richteg Dehnung) a waarmpressen bis zu enger richteger Dehnung vun 0,7 bei 1050 °C an 10 s-1. 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. Duerno gouf d'Prouf mat Epoxyharz gegoss, wouduerch eng oppe Aarbechtsfläch vun 1 cm2 als Aarbechtselektrod (déi ënnescht Uewerfläch vun der zylindrescher Prouf) bliwwen ass. Sidd virsiichteg beim Aushärten vum Epoxy an beim spéideren Schleifen a Polieren, fir Rëss ze vermeiden. D'Aarbechtsfläch gëtt mat enger Diamant-Poliersuspension mat enger Partikelgréisst vun 1 Mikron iwwerlappt a poléiert, mat destilléiertem Waasser an Ethanol gereinegt 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 mat HCl op pH = 1,0 ± 0,01 stabiliséiert gouf, gouf benotzt fir d'Korrosioun vun Edelstol55 ze beschleunegen, well en an aggressiven Ëmfeld fonnt gëtt, wou Chloridionen mat staarker Oxidatiounskraaft a niddregem pH präsent sinn, wéi vun der ASTM spezifizéiert. Déi proposéiert Norme sinn G48 an A923. D'Prouwe goufen 1 Stonn an d'Testléisung getippt, ier iergendeng Miessunge gemaach goufen, fir en Zoustand no beim stationären Zoustand z'erreechen. Fir fest Léisung, waarmveraarbechte a kalgewalzte Prouwe war de Frequenzberäich vun der Impedanzmiessung 1 × 105 ~ 0,1 Hz, an den Open-Circuit-Potenzial (OPS) war 5 mV, wat 0,39, 0,33 respektiv 0,25 VSCE war. All elektrochemeschen Test vun all Prouf gouf mindestens dräimol ënner de selwechte Konditioune widderholl fir d'Reproduzéierbarkeet vun den Daten ze garantéieren.
Fir HE-SXRD-Miessunge goufen 1 × 1 × 1,5 mm3 rechteckeg Duplex-Stahlblöcke op enger Héichenergie-Brockhouse-Wigglerlinn bei CLS a Kanada gemooss, fir d'Phasenzesummesetzung ze quantifizéieren56. D'Datenerfassung gouf bei Raumtemperatur an der Debye-Scherrer-Geometrie oder der Transportgeometrie duerchgefouert. D'Wellenlängt vun de Röntgenstralen, déi no dem LaB6-Kalibrant kalibréiert sinn, 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 gëtt op enger Distanz vu 740 mm vum Detektor placéiert. Den Detektiounsvolumen vun all Prouf ass 0,2 × 0,3 × 1,5 mm3, wat duerch d'Stralgréisst an d'Proufdicke bestëmmt gëtt. All dës Donnéeë goufen mat engem Perkin-Elmer-Flächendetektor, engem Flaachpanel-Röntgendetektor, 200 µm Pixelen, 40 × 40 cm2, mat enger Beliichtungszäit vun 0,3 Sekonnen an 120 Biller gesammelt.
X-PEEM-Miessunge vun zwou ausgewählte Modellsystemer goufen op der PEEM-Endstatioun vun der Beamline MAXPEEM-Linn 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 vum Stral gëtt duerch d'Miessung vum Ionenausgangsspektrum vun N1s bis 1(τ_g^ \ast\) vum Anregungsberäich mat hv = 401 eV an N2 an der Ofhängegkeet vun der Photonenergie vun E3/2.57 erhalen. D'Spektralanpassung huet ΔE (Spektrallinnbreet) ~0.3 eV iwwer de gemoossene 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 和通量≈1012 ph/s通过使用改进的SX-700 单色器和Si 1200 线mm−1 光栅用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,32、Cr 2p L2,32边缘和Ce M4,5 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 甄 逿 通X 瀚单色器 和 SI 1200 线 mm-1 光栅 于 Fe 2P 2P 2P L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Ni 2p L2.3 边缌 边缌 羹缌Also, wann een e modifizéierten SX-700 Monochromator an e 1200-Linn Si-Gitter benotzt. 3, Cr-Kant 2p L2.3, Ni-Kant 2p L2.3 a Ce-Kant M4.5.Expandéiert d'Photonenenergie a Schrëtt vun 0,2 eV. Bei all Energie goufen PEEM-Biller mat engem TVIPS F-216 CMOS-Detektor mat enger 2 x 2 Binning-Glasfaserverbindung opgeholl, déi 1024 × 1024 Pixel an engem Siichtfeld vun 20 µm liwwert. D'Beliichtungszäit vun de Biller ass 0,2 Sekonnen, mat engem Duerchschnëtt vun 16 Biller. D'Photoelektronebildenergie gëtt sou gewielt, datt dat maximalt sekundärt Elektronesignal geliwwert gëtt. All Miessunge ginn bei normaler Inzidenz vun engem linear polariséierte Photonenstrahl duerchgefouert. Fir méi Informatiounen iwwer Miessunge kuckt eng fréier Studie58. Nodeems de Gesamtelektronenausbezuelungsmodus (TEY)59 a seng Uwendung am X-PEEM studéiert gouf, gëtt d'Detektiounsdéift vun dëser Method op ~4–5 nm fir de Cr-Signal an ~6 nm fir de Fe-Signal geschat. D'Cr-Déift ass ganz no bei der Oxidfilmdicke (~4 nm)60,61, während d'Fe-Déift méi grouss ass wéi d'Oxidfilmdicke. Den XAS, deen no beim FeL-Kant gesammelt gëtt, ass eng Mëschung aus Eisenoxid XAS an FeO aus der Matrix. Am éischte Fall ass d'Intensitéit vun den emittéierten Elektronen op all méiglech Aarte vun Elektronen zeréckzeféieren, déi zum TEY bäidroen. Wéi och ëmmer, e rengt Eisensignal brauch eng méi héich kinetesch Energie, fir datt d'Elektronen duerch d'Oxidschicht passéieren, d'Uewerfläch erreechen a vum Analysator gesammelt kënne ginn. An dësem Fall ass de Fe0-Signal haaptsächlech op LVV-Auger-Elektronen an sekundären Elektronen zeréckzeféieren, déi vun hinnen emittéiert ginn. Zousätzlech fält d'TEY-Intensitéit, déi vun dësen Elektronen bäigedroen gëtt, während dem Elektronen-Fluchtwee of, wat d'Spektralsignatur vum Fe0 an der Eisen-XAS-Kaart weider reduzéiert.
D'Integratioun vu Data Mining an Datenwierfelen (X-PEEM-Daten) ass e Schlësselschrëtt fir relevant Informatiounen (chemesch oder physikalesch Eegeschaften) op eng multidimensional Manéier ze extrahéieren. K-means Clustering gëtt a verschiddene Beräicher wäit verbreet benotzt, dorënner Maschinnvisioun, Bildveraarbechtung, oniwwerwaacht Mustererkennung, kënschtlech Intelligenz a klassifizéierend Analyse24. Zum Beispill ass K-means Clustering gutt ugewannt fir hyperspektral Bilddaten62 ze clusteren. Am Prinzip kann de K-means Algorithmus fir Multi-Objektdaten se einfach no Informatiounen iwwer hir Attributer (Photonenenergiecharakteristiken) gruppéieren. K-means Clustering ass en iterativen Algorithmus fir Daten a 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 besteet aus zwee Schrëtt: den éischte Schrëtt berechent déi K Schwéierpunkten, an den zweete Schrëtt weist all Punkt engem Cluster mat Nopeschschwéierpunkten zou. De Schwéierpunkt vun engem Cluster gëtt als den arithmetesche Mëttelwäert vun den Datenpunkten (XAS-Spektre) vun deem Cluster definéiert. Et gëtt verschidden Distanzen, fir Nopeschzwéngstenpunkten als euklidesch Distanzen ze definéieren. Fir en Inputbild vu px,y (x an y sinn d'Opléisung a Pixelen), 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 de Grad vun der Memberschaft vun alle Pixelen no dem aktuellen Schwéierpunkt. Zum Beispill gëtt et 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 endgülteg Resultater vun der Clusterqualitéit si staark mat der optimaler Wiel vun den initialen Zentroiden korreléiert63. 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 dem Energiespektralmodus vu Photonen entsprécht. De K-means Algorithmus gouf benotzt fir Regiounen vun Interessi an X-PEEM-Daten z'ënnersichen andeems Pixel (Cluster oder Ënnerblöcke) no hire spektrale Charakteristiken getrennt goufen an de beschte Mëttelpunkt (XAS-Spektralkurve) fir all Analyt (Cluster) extrahéiert gouf. E gëtt benotzt fir d'raimlech Verdeelung, lokal spektral Ännerungen, Oxidatiounsverhalen a chemeschen Zoustand 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-Clusteren (mikrostrukturell Regiounen) goufen getest fir déi bescht Clusteren a Schwéierpunkten ze fannen. Wann de Grafik ugewise gëtt, ginn d'Pixelen de richtege 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.Projet. Fraktal. 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 Milieuen mat e puer organesche Saieren an organesche Saieren/Chloriden.Antikorrosiounsmëttel. Method Mater 57, 107–117 (2010).
Barella S. et al. Korrosiounsoxidéierend Eegeschafte 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. E3S Webinar. 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. 2507 级双相不锈钢的热变形行为研究。 Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507Kingklang, S. an Utaisansuk, V. Untersuchung vum Verhalen vun der waarmer Deformatioun vun Duplex-Edelstahl vum Typ 2507. Metall.alma mater. Trance. A 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. project. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. et al. Duerch Hëtztdeformatioun induzéiert Struktur a mechanesch Eegeschafte vu Cer-modifizéiertem Super-Duplex SAF 2507 Edelstahl. 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.Korrosioun. d'Wëssenschaft. 164, 108359 (2020).