Nature.com сайтаар зочилсонд баярлалаа. Та хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй хөтчийн хувилбарыг ашиглаж байна. Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох). Нэмж дурдахад, байнгын дэмжлэгийг хангахын тулд бид сайтыг хэв маяг, JavaScript-гүй харуулж байна.
Гурван слайдаас бүрдсэн тойргийг нэг дор харуулна. Өмнөх болон Дараагийн товчийг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэх, эсвэл төгсгөлд байрлах гулсагч товчлуурыг ашиглан гурван слайдыг нэг дор гүйлгэж болно.
Өргөн хэрэглэгддэг зэвэрдэггүй ган болон түүний цутгамал хувилбарууд нь хромын исэлээс бүрдэх идэвхгүй давхаргаас шалтгаалан хүрээлэн буй орчны нөхцөлд зэврэлтэнд тэсвэртэй байдаг. Ган зэврэлт, элэгдэл нь ихэвчлэн эдгээр давхаргыг устгахтай холбоотой байдаг боловч микроскопийн түвшингээс хамааран гадаргуугийн жигд бус байдал үүсэх нь ховор байдаг. Энэхүү ажилд спектроскопийн микроскоп болон химометрийн шинжилгээгээр илрүүлсэн нано хэмжээст химийн гадаргуугийн нэг төрлийн бус байдал нь хүйтэн цувисан церитэй өөрчлөгдсөн супер дуплекс зэвэрдэггүй ган 2507 (SDSS) халуун хэв гажилтын үед хагарал, зэврэлтэд гэнэт давамгайлж байна. Рентген фотоэлектрон микроскопоор байгалийн Cr2O3 давхаргыг харьцангуй жигд бүрхсэн байсан ч Fe/Cr ислийн давхаргад Fe3+ баялаг нано арлууд орон нутагт тархсан тул хүйтэн цувисан SDSS-ийн идэвхгүй байдал муу байсан. Энэхүү атомын хэмжээний мэдлэг нь зэвэрдэггүй ган зэврэлтийн талаар гүн гүнзгий ойлголтыг өгдөг бөгөөд ижил төстэй өндөр хайлштай металлын зэврэлттэй тэмцэхэд туслах болно.
Зэвэрдэггүй ган зохион бүтээгдсэнээс хойш феррохромын зэврэлтээс хамгаалах шинж чанарыг хромтой холбосон бөгөөд энэ нь хүчтэй исэл/оксигидроксид үүсгэдэг бөгөөд ихэнх орчинд идэвхгүй байдлыг харуулдаг. Ердийн (аустенит ба феррит) зэвэрдэггүй ган 1, 2, 3-тай харьцуулахад супер дуплекс зэвэрдэггүй ган (SDSS) нь зэврэлтэнд тэсвэртэй, маш сайн механик шинж чанартай байдаг. Механик хүч чадлыг нэмэгдүүлснээр илүү хөнгөн, авсаархан загвар гаргах боломжтой. Үүний эсрэгээр, эдийн засгийн хэмнэлттэй SDSS нь нүхжилт, ан цавын зэврэлтэнд өндөр эсэргүүцэлтэй тул ашиглалтын хугацааг уртасгадаг бөгөөд ингэснээр бохирдлын хяналт, химийн сав, далайн газрын тос, байгалийн хийн үйлдвэрлэлд хэрэглэх хүрээг өргөжүүлдэг4. Гэсэн хэдий ч дулааны боловсруулалтын температурын нарийхан хүрээ, хэлбэр муутай байдал нь тэдгээрийг өргөн практикт хэрэглэхэд саад болж байна. Тиймээс дээрх гүйцэтгэлийг сайжруулахын тулд SDSS-ийг өөрчилсөн. Жишээлбэл, азотын өндөр агууламжтай SDSS 2507 (Ce-2507) стандартад Ce өөрчлөлтийг нэвтрүүлсэн6,7,8. Газрын ховор элемент (Ce) нь жингийн 0.08% -ийн зохистой концентрацитай байх нь үр тарианы цэвэршилт, үр тарианы хилийн бат бөх чанарыг сайжруулдаг тул DSS-ийн механик шинж чанарт сайнаар нөлөөлдөг. Мөн элэгдэл, зэврэлтэнд тэсвэртэй, суналтын бат бэх, уналтын бат бэх, халуунаар ажиллах чадвар сайжирсан9. Их хэмжээний азот нь үнэтэй никелийн агууламжийг орлож, SDSS-ийг илүү хэмнэлттэй болгодог10.
Сүүлийн үед SDSS нь маш сайн механик шинж чанарыг олж авахын тулд янз бүрийн температурт (криоген, хүйтэн, халуун) хуванцараар деформацид орсон байна6,7,8. Гэсэн хэдий ч гадаргуу дээр нимгэн оксидын хальс байгаа тул SDSS-ийн зэврэлтээс хамгаалах маш сайн эсэргүүцэл нь янз бүрийн үр тарианы хил хязгаар, хүсээгүй тунадас, өөр өөр хариу үйлдэл бүхий гетероген фазууд байдгаас төрөлхийн гетероген байдал зэрэг олон хүчин зүйлээс шалтгаална. аустенит ба феррит фазын деформаци7. Иймд ийм хальсны микроскопийн шинж чанарыг электрон бүтцийн түвшинд хүртэл судлах нь SDSS зэврэлтийг ойлгоход маш чухал бөгөөд туршилтын нарийн төвөгтэй арга техникийг шаарддаг. Одоогоор Auger электрон спектроскопи11, рентген фотоэлектрон спектроскопи12,13,14,15, хатуу рентген фотоэмиссийн микроскоп (HAX-PEEM)16 зэрэг гадаргуугийн мэдрэмтгий аргууд нь ерөнхийдөө гадаргуугийн давхаргын химийн ялгааг илрүүлж чадаагүй байна. нано хэмжээст орон зайн өөр өөр газар ижил элементийн химийн төлөв. Сүүлийн үеийн хэд хэдэн судалгаагаар хромын орон нутгийн исэлдэлтийг аустенитийн зэвэрдэггүй ган17, мартенсит ган18, SDSS19,20 зэрэг зэврэлтийн шинжтэй уялдуулан харуулсан. Гэсэн хэдий ч эдгээр судалгаанууд нь голчлон Cr гетероген байдлын (жишээ нь, Cr3+ исэлдэлтийн төлөв) зэврэлтэнд тэсвэртэй байдалд үзүүлэх нөлөөг голчлон авч үзсэн. Элементүүдийн исэлдэлтийн төлөв дэх хажуугийн гетероген байдал нь төмрийн исэл гэх мэт ижил бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй өөр өөр нэгдлүүдээс үүдэлтэй байж болно. Дулааны механик боловсруулалтын үр дүнд бага хэмжээгээр удамшсан эдгээр нэгдлүүд нь бие биентэйгээ ойрхон боловч найрлага, исэлдэлтийн төлөвөөрөө ялгаатай байдаг16,21. Тиймээс ислийн хальсны хагарал, дараагийн нүхжилтийг илрүүлэхийн тулд гадаргуугийн гетероген байдлыг микроскопийн түвшинд ойлгох шаардлагатай. Эдгээр шаардлагуудыг үл харгалзан исэлдэлтийн хажуугийн нэг төрлийн бус байдал, ялангуяа нано болон атомын хэмжээний Fe-ийн хувьд тоон тооцоолол байхгүй бөгөөд зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлын хамаарлыг судлаагүй хэвээр байна. Саяхныг хүртэл ган дээж дээрх Fe, Ca22 зэрэг янз бүрийн элементүүдийн химийн төлөвийг нано хэмжээний синхротрон цацрагийн байгууламжид зөөлөн рентген фотоэлектрон микроскоп (X-PEEM) ашиглан тоон байдлаар тодорхойлдог. Химийн мэдрэмтгий рентген шингээлтийн спектроскопи (XAS) -тай хослуулан X-PEEM нь орон зайн болон спектрийн өндөр нарийвчлалтай XAS хэмжилтийг хийх боломжийг олгодог бөгөөд элементүүдийн найрлага, тэдгээрийн химийн төлөвийн талаархи химийн мэдээллийг хорин гурван нанометр хүртэлх орон зайн нарийвчлалтайгаар өгдөг. . Энэхүү спектр микроскопийн ажиглалт нь орон нутгийн химийн ажиглалтыг хөнгөвчлөх бөгөөд төмрийн давхаргын орон зайд урьд өмнө судлагдаагүй химийн өөрчлөлтийг харуулж чадна.
Энэхүү судалгаа нь нано хэмжээст дэх химийн ялгааг илрүүлэхэд PEEM-ийн давуу талыг өргөжүүлж, Ce-2507-ийн зэврэлтийн шинж чанарыг ойлгохын тулд атомын түвшний гадаргуугийн шинжилгээний нарийн аргыг танилцуулж байна. Энэ нь химийн төлөвийг статистикийн дүрслэлд харуулсан элементүүдийн дэлхийн химийн (гетеро) нэгэн төрлийн байдлыг зураглахад кластер K-means24 химометрийн аргыг ашигладаг. Уламжлалт тохиолдолд хромын ислийн хальсыг устгаснаар үүссэн зэврэлтээс ялгаатай нь идэвхгүй байдал бага, зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал нь Fe/Cr ислийн давхаргын ойролцоох нутагшсан Fe3+ баялаг нано арлуудтай холбоотой бөгөөд энэ нь хамгаалалтын шинж чанартай байж болно. Оксид нь тасархай хальсыг устгаж, зэврэлт үүсгэдэг.
Деформацид орсон SDSS 2507-ийн идэмхий шинж чанарыг эхлээд цахилгаан химийн хэмжилтээр үнэлэв. Зураг дээр. Өрөөний температурт FeCl3-ийн хүчиллэг (рН = 1) усан уусмал дахь сонгосон дээжийн Nyquist болон Bode муруйг Зураг 1-д үзүүлэв. Сонгосон электролит нь хүчтэй исэлдүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг бөгөөд энэ нь идэвхгүйжүүлэх хальс задрах хандлагыг тодорхойлдог. Хэдийгээр энэ материал тасалгааны температурт тогтвортой хонхорхойд өртөөгүй ч шинжилгээ нь эвдрэл, дараа нь зэврэлтийн талаар ойлголт өгсөн. Эквивалент хэлхээг (Зураг 1d) цахилгаан химийн эсэргүүцлийн спектроскопийн (EIS) спектрийг тохируулахын тулд ашигласан бөгөөд тохирох тохируулгын үр дүнг Хүснэгт 1-д үзүүлэв. Бүрэн бус хагас тойрог нь уусмалаар боловсруулсан болон халуунаар боловсруулсан сорьцонд харагдана, харин шахсан хагас тойрог нь хүйтэн цувисан хэсгүүдэд харагдана (Зураг .1b). EIS спектроскопийн хувьд хагас тойргийн радиусыг туйлшралын эсэргүүцэл (Rp)25,26 гэж үзэж болно. Хүснэгт 1-ийн уусмалаар боловсруулсан ХБЗ-ийн Rp нь ойролцоогоор 135 кОм см-2 боловч халуун болон хүйтэн цувисан ХБЗ-ийн утга нь хамаагүй бага буюу 34.7 ба 2.1 кОм см-2 байна. Rp-ийн энэхүү мэдэгдэхүйц бууралт нь хуванцар хэв гажилтын идэвхгүй байдал, зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлын сөрөг нөлөөг харуулж байна, өмнөх тайлангууд 27,28,29,30.
a Nyquist, b, c Биеийн эсэргүүцэл ба фазын диаграммууд ба d харгалзах эквивалент хэлхээний загварууд, RS нь электролитийн эсэргүүцэл, Rp нь туйлшралын эсэргүүцэл, QCPE нь хамгийн тохиромжтой бус багтаамжийг (n) загварчлахад ашигладаг тогтмол фазын элементийн исэл юм. EIS хэмжилтийг нээлттэй хэлхээний боломжит үед хийдэг.
Нэгэн зэрэг тогтмол хэмжигдэхүүнүүдийг Bode графикт үзүүлсэн ба электролитийн эсэргүүцлийг RS26 илэрхийлсэн өндөр давтамжийн муж дахь өндөрлөг газар байна. Давтамж буурах тусам эсэргүүцэл нэмэгдэж, фазын сөрөг өнцөг олдох нь багтаамжийн давамгайллыг илтгэнэ. Фазын өнцөг нэмэгдэж, харьцангуй өргөн давтамжийн мужид хамгийн ихдээ хадгалагдаж, дараа нь буурдаг (Зураг 1c). Гэсэн хэдий ч, бүх гурван тохиолдолд энэ дээд тал нь 90 ° -аас бага хэвээр байгаа нь багтаамжийн тархалтаас шалтгаалан хамгийн тохиромжтой бус багтаамжтай байдлыг харуулж байна. Тиймээс, QCPE тогтмол фазын элемент (CPE) нь гадаргуугийн тэгш бус байдал эсвэл нэг төрлийн бус байдлаас үүсэх, ялангуяа атомын масштаб, фрактал геометр, электродын сүвэрхэг байдал, жигд бус потенциал, электродын хэлбэртэй геометрийн геометрийн гадаргуугийн багтаамжийн хуваарилалтыг илэрхийлэхэд ашиглагддаг31,32. CPE эсэргүүцэл:
Энд j нь төсөөллийн тоо, ω нь өнцгийн давтамж юм. QCPE нь электролитийн үр дүнтэй нээлттэй талбайтай пропорциональ давтамжаас хамааралгүй тогтмол юм. n нь конденсаторын хамгийн тохиромжтой багтаамжаас хазайлтыг тодорхойлдог хэмжээсгүй чадлын тоо, өөрөөр хэлбэл n нь 1-тэй ойр байх тусам CPE нь цэвэр багтаамжтай ойртох бөгөөд хэрэв n нь тэгтэй ойролцоо байвал эсэргүүцэлтэй мэт харагдана. 1-тэй ойролцоо n-ийн жижиг хазайлт нь туйлшралын туршилтын дараа гадаргуугийн багтаамжийн оновчтой бус байдлыг илтгэнэ. Хүйтэн цувисан SDSS-ийн QCPE нь бусадтай харьцуулахад хамаагүй өндөр бөгөөд энэ нь гадаргуугийн чанар жигд бус байна гэсэн үг юм.
Зэвэрдэггүй гангийн ихэнх зэврэлтэнд тэсвэртэй шинж чанаруудтай нийцдэг бөгөөд SDSS-ийн харьцангуй өндөр Cr агууламж нь гадаргуу дээр идэвхгүй хамгаалалтын ислийн хальс байдгаас SDSS-ийн зэврэлтэнд маш сайн тэсвэртэй байдаг17. Ийм идэвхгүй хальс нь ихэвчлэн Cr3+ исэл ба/эсвэл гидроксидоор баялаг бөгөөд голчлон Fe2+, Fe3+ исэл ба/эсвэл (окси) гидроксид33-тай хослуулсан байдаг. Гадаргуугийн жигд байдал, идэвхгүй оксидын давхарга, микроскопийн хэмжилтийн дагуу гадаргуугийн хагарал ажиглагдаагүй6,7 хэдий ч халуун болон хүйтэн цувисан SDSS-ийн зэврэлтийн шинж чанар өөр байдаг тул гангийн хэв гажилтын хувьд бичил бүтцийн шинж чанарыг гүнзгий судлах шаардлагатай.
Деформацид орсон зэвэрдэггүй гангийн бичил бүтцийг дотоод болон синхротрон өндөр энергийн рентген туяа ашиглан тоон байдлаар судалсан (Нэмэлт Зураг 1, 2). Нарийвчилсан дүн шинжилгээг Нэмэлт мэдээлэлд оруулсан болно. Хэдийгээр үндсэн фазын төрлүүдийн талаар ерөнхий зөвшилцөл байгаа ч нэмэлт 1-р хүснэгтэд жагсаасан бөөн фазын фракцуудын ялгаа олдсон. Эдгээр ялгаа нь рентген туяаны дифракц (XRD) илрүүлэх гүнд нөлөөлдөг гадаргуу болон эзэлхүүн дэх нэгэн төрлийн бус фазын фракцуудаас шалтгаалж болно. ) туссан фотонуудын янз бүрийн энергийн эх үүсвэрүүдтэй34. Лабораторийн эх сурвалжаас авсан XRD-ээр тодорхойлсон хүйтэн цувисан сорьцын харьцангуй өндөр аустенитын фракцууд нь идэвхгүйжүүлэлт, улмаар зэврэлтэнд тэсвэртэй болохыг харуулж байна35, харин илүү үнэн зөв, статистик үр дүн нь фазын фракцын эсрэг хандлагыг харуулж байна. Түүнчлэн гангийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал нь термомеханик боловсруулалтын явцад үүсэх үр тарианы хэмжээ, ширхэгийн хэмжээ багасах, бичил хэв гажилтын өсөлт, дислокацын нягт зэргээс хамаарна36,37,38. Халуун аргаар боловсруулсан сорьцууд нь илүү мөхлөгт шинж чанартай байсан нь микрон хэмжээтэй үр тариа байгааг илтгэж байсан бол хүйтэн цувисан сорьцонд ажиглагдсан гөлгөр цагирагууд (Нэмэлт зураг 3) өмнөх ажилд үр тарианы хэмжээг их хэмжээгээр сайжруулсаныг харуулж байна. Энэ нь идэвхгүй кинонд таатай байх ёстой. үүсэх ба зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлыг нэмэгдүүлэх. Илүү их мултралын нягтрал нь ихэвчлэн нүхжилтийн эсэргүүцэл багатай холбоотой байдаг бөгөөд энэ нь цахилгаан химийн хэмжилттэй сайн тохирдог.
Үндсэн элементүүдийн микродомайнуудын химийн төлөвийн өөрчлөлтийг X-PEEM ашиглан системтэйгээр судалсан. Илүү их хайлшлах элементүүд байгаа ч Cr, Fe, Ni, Ce39-ийг энд сонгосон, учир нь Cr нь идэвхгүй хальс үүсгэх гол элемент, Fe нь гангийн гол элемент бөгөөд Ni нь идэвхгүй байдлыг сайжруулж, феррит-аустенитийн фазыг тэнцвэржүүлдэг. Бүтэц ба өөрчлөлт нь Ce-ийн зорилго юм. Синхротроны цацрагийн энергийг тохируулснаар XAS нь гадаргуугаас Cr (L2.3 ирмэг), Fe (L2.3 ирмэг), Ni (L2.3 ирмэг), Ce (M4.5 ирмэг) гэсэн үндсэн шинж чанарыг олж авсан. -2507 SDSS. Эрчим хүчний калибровкийг нийтлэгдсэн өгөгдөлтэй (жишээ нь, Fe L2 дээрх XAS, 3 хавирга40,41) оруулах замаар зохих өгөгдлийн шинжилгээг хийсэн.
Зураг дээр. 2-р зурагт халуунаар боловсруулсан (Зураг 2а) болон хүйтэн цувисан (Зураг 2d) Ce-2507 SDSS болон харгалзах XAS Cr ба Fe L2,3 ирмэгүүдийн X-PEEM зургийг тус тусад нь тэмдэглэсэн байрлалд үзүүлэв. L2,3 XAS ирмэг нь 2p3/2 (L3 ирмэг) ба 2p1/2 (L2 ирмэг) эргэх тойрог замд хуваагдах түвшинд фото өдөөлтийн дараа электронуудын эзэнгүй 3d төлөвийг судалдаг. Cr-ийн валент байдлын талаарх мэдээллийг 2b,d-р зурагт L2,3 ирмэгийн рентген дифракцийн шинжилгээгээр авсан. Холбоосын харьцуулалт. 42, 43-т Cr2O3-тай харгалзах октаэдр Cr3+ ионуудыг тусгасан A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV), D (582.2 eV) гэсэн дөрвөн оргил ажиглагдсан болохыг харуулсан. Туршилтын спектрүүд нь 2.0 eV44-ийн болор талбарыг ашиглан Cr L2.3 интерфэйс дэх олон талст талбайн тооцооллоос олж авсан b ба e самбарт үзүүлсэн онолын тооцоололтой тохирч байна. Халуун болон хүйтэн цувисан SDSS-ийн гадаргуу нь Cr2O3-ийн харьцангуй жигд давхаргаар бүрсэн байна.
a Cr L2.3 ирмэг ба ирмэг c Fe L2.3, d Хажуу талын (e) Cr L2.3 ба f Fe L2.3 ирмэгт харгалзах X-PEEM халуун хэлбэрийн SDSS-ийн дулааны зураг. Дулааны зураг (a, d) дээр (b) ба (e) хэсэгт улбар шар өнгийн тасархай шугамаар тэмдэглэсэн орон зайн янз бүрийн байрлалд зурсан XAS спектрүүд нь 2.0 эВ талст талбайн утга бүхий Cr3+-ийн загварчилсан XAS спектрийг төлөөлдөг. X-PEEM зургийн хувьд дулааны палитрыг зураг унших чадварыг сайжруулахад ашигладаг бөгөөд цэнхэрээс улаан хүртэл өнгө нь рентген туяа шингээлтийн эрчимтэй (багагаас өндөр хүртэл) пропорциональ байдаг.
Эдгээр металл элементүүдийн химийн орчноос үл хамааран хоёр дээжийн Ni, Ce хайлшны элементүүдийн химийн төлөв ижил хэвээр байв. Нэмэлт зураг. Зураг дээр. 5-9-д халуун болон хүйтэн цувисан сорьцын гадаргуу дээрх янз бүрийн байрлал дахь Ni, Ce-ийн X-PEEM дүрс болон харгалзах XAS спектрийг харуулав. Ni XAS нь халуун болон хүйтэн цувисан сорьцын хэмжсэн бүх гадаргуу дээрх Ni2+-ийн исэлдэлтийн төлөвийг харуулж байна (Нэмэлт хэлэлцүүлэг). Халуунаар боловсруулсан сорьцын хувьд Ce-ийн XAS дохио ажиглагдахгүй байхад хүйтэн цувисан сорьцын Ce3+ спектр нэг цэгт ажиглагдаж байгаа нь анхаарал татаж байна. Хүйтэн цувисан дээж дэх Ce толбоны ажиглалт нь Ce нь ихэвчлэн тунадас хэлбэрээр оршдог болохыг харуулсан.
Дулааны гажигтай SDSS-д Fe L2.3 ирмэг дээр XAS-ийн орон нутгийн бүтцийн өөрчлөлт ажиглагдаагүй (Зураг 2c). Гэсэн хэдий ч, зурагт үзүүлсэн шиг. 2f, Fe матриц нь хүйтэн цувисан SDSS-ийн санамсаргүй байдлаар сонгосон долоон цэгт химийн төлөвөө микроскопоор өөрчилдөг. Нэмж дурдахад, 2f-р зурагт сонгосон газруудад Fe төлөвийн өөрчлөлтийн талаар үнэн зөв ойлголттой болохын тулд жижиг дугуй бүсүүдийг сонгосон орон нутгийн гадаргуугийн судалгааг (Зураг 3 ба Нэмэлт зураг 10) хийсэн. α-Fe2O3 системийн Fe L2,3 ирмэг ба Fe2+ октаэдр ислийн XAS спектрийг 1.0 (Fe2+) ба 1.0 (Fe3+)44 талст талбайнуудын олон талт талст талбайн тооцоолол ашиглан загварчилсан. α-Fe2O3 ба γ-Fe2O3 нь өөр өөр орон нутгийн тэгш хэмтэй45,46, Fe3O4 нь Fe2+, Fe3+,47, FeO45 нь албан ёсоор хоёр валенттай Fe2+ исэл (3d6)-ийн хослолтой болохыг бид тэмдэглэж байна. α-Fe2O3 ба γ-Fe2O3 нь өөр өөр орон нутгийн тэгш хэмтэй45,46, Fe3O4 нь Fe2+ & Fe3+,47, FeO45 нь албан ёсоор хоёр валенттай Fe2+ исэл (3d6)-ийн хослолтой болохыг бид тэмдэглэж байна.α-Fe2O3 ба γ-Fe2O3 нь өөр өөр орон нутгийн тэгш хэмтэй45,46, Fe3O4 нь Fe2+, Fe3+,47, FeO45 хоёрыг албан ёсоор хоёр валентын исэл Fe2+ (3d6) хэлбэрээр нэгтгэдэг болохыг анхаарна уу.α-Fe2O3 ба γ-Fe2O3 нь өөр өөр орон нутгийн тэгш хэмтэй байдаг45,46, Fe3O4 нь Fe2+, Fe3+,47, FeO45 нь албан ёсны хоёр валенттай Fe2+ исэл (3d6) үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг анхаарна уу. α-Fe2O3 дахь бүх Fe3+ ионууд нь зөвхөн Oх байрлалтай байдаг бол γ-Fe2O3 нь ихэвчлэн Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]жишээ нь байрлал дахь сул орон тоотой O4 шпинель хэлбэрээр илэрхийлэгддэг. Тиймээс γ-Fe2O3 дахь Fe3+ ионууд нь Td ба Oh байрлалтай байна. Өмнөх ажилд дурьдсанчлан, энэ хоёрын эрчим хүчний харьцаа өөр боловч эрчим хүчний харьцаа жишээлбэл/t2g ≈1 байхад энэ тохиолдолд ажиглагдсан эрчим хүчний харьцаа жишээлбэл/t2g 1 орчим байна. Энэ тохиолдолд зөвхөн Fe3+ байх боломжийг үгүйсгэдэг. Fe3O4-ийн Fe2+ ба Fe3+-ийн хослолыг авч үзвэл Fe-ийн L3 ирмэг дэх сул (хүчтэй) эхний шинж чанар нь t2g төлөвт бага (илүү их) хүнгүй байгааг илтгэдэг. Энэ нь Fe2+ (Fe3+) -д хамаатай бөгөөд энэ нь Fe2+47-ийн агууламж нэмэгдэж байгааг илтгэх эхний тэмдгийн өсөлтийг харуулж байна. Эдгээр үр дүн нь нийлмэл материалын хүйтэн цувисан гадаргуу дээр Fe2+ ба γ-Fe2O3, α-Fe2O3 ба/эсвэл Fe3O4 давамгайлж байгааг харуулж байна.
Зураг дээрх сонгосон бүс 2 ба Е доторх орон зайн янз бүрийн байрлал дахь Fe L2,3 ирмэг дээрх (a, c) ба (b, d) XAS спектрийн томруулсан фото цацралтын электрон дулааны зургууд. 2d.
Туршилтын өгөгдлүүдийг (Зураг 4а ба Нэмэлт зураг 11) графикаар зурж, 40, 41, 48-р цэвэр нэгдлүүдийнхтэй харьцуулсан. Үндсэндээ туршилтаар ажиглагдсан гурван өөр төрлийн Fe L ирмэгийн XAS спектрийг (XAS-1, XAS-2 ба XAS-3: Зураг 4а) рашаан сувиллын газруудад ажиглав. Тодруулбал, 3b-р зурагт үзүүлсэн 2-a (XAS-1 гэж тэмдэглэсэн)-тэй төстэй спектрийг сонирхож буй бүх бүс нутагт ажиглаж, дараа нь 2-b спектрийг (XAS-2 гэж тэмдэглэсэн) ажигласан бол E-3-тай төстэй спектрийг зурагт ажиглав. 3d (XAS-3 гэж нэрлэдэг) тодорхой орон нутгийн байршилд ажиглагдсан. Ихэвчлэн датчикийн дээжинд байгаа валентын төлөвийг тодорхойлохын тулд дөрвөн параметрийг ашигладаг: (1) L3 ба L2 спектрийн шинж чанарууд, (2) L3 ба L2 шинж чанаруудын энергийн байрлал, (3) L3-L2 энергийн ялгаа, (4) L2 эрчим хүчний харьцаа /L3. Харааны ажиглалтын дагуу (Зураг 4a) Fe0, Fe2+, Fe3+ зэрэг гурван Fe бүрэлдэхүүн хэсэг нь судлагдсан SDSS-ийн гадаргуу дээр байна. Тооцоолсон эрчим хүчний харьцаа L2/L3 нь мөн бүх гурван бүрэлдэхүүн хэсэг байгааг харуулсан.
a Ажиглагдсан гурван өөр туршилтын өгөгдөл (XAS-1, XAS-2 ба XAS-3 цул шугамууд нь 2-р зураг, 3-р зурагт үзүүлсэн 2-a, 2-b ба E-3-тай тохирч байна) XAS-ийн харьцуулсан спектрүүд, октаэдрүүд Fe2+, Fe3+, талст талбайн утгууд нь 1.0 eV, харгалзах Mea5, b-с тус тус харьцуулсан. туршилтын өгөгдөл (XAS-1, XAS-2, XAS-3) ба тохирох оновчтой LCF өгөгдөл (цул хар шугам), XAS-3 спектрийг Fe3O4 (Fe-ийн холимог төлөв) болон Fe2O3 (цэвэр Fe3+) стандарттай харьцуулах.
Төмрийн ислийн найрлагыг тодорхойлохын тулд гурван стандартын шугаман хослолыг (LCF) ашигласан40,41,48. LCF-ийг 4b-d-р зурагт үзүүлсэн шиг XAS-1, XAS-2 ба XAS-3 зэрэг хамгийн өндөр тодосгогчийг харуулсан гурван сонгосон Fe L ирмэгийн XAS спектрт хэрэгжүүлсэн. LCF холбох хэрэгслийн хувьд 10% Fe0-ийг бүх өгөгдлөөс ажигласан жижиг ирмэгээс шалтгаалан бүх тохиолдолд авч үзсэн бөгөөд хар металл нь гангийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Үнэн хэрэгтээ, Fe (~6 нм)49-ийн X-PEEM-ийн туршилтын гүн нь исэлдэлтийн давхаргын тооцоолсон зузаанаас (бага зэрэг > 4 нм) их бөгөөд энэ нь идэвхгүйжүүлэх давхаргын доорх төмрийн матрицаас (Fe0) дохиог илрүүлэх боломжийг олгодог. Үнэн хэрэгтээ, Fe (~6 нм)49-ийн X-PEEM-ийн туршилтын гүн нь исэлдэлтийн давхаргын тооцоолсон зузаанаас (бага зэрэг > 4 нм) их бөгөөд энэ нь идэвхгүйжүүлэх давхаргын доорх төмрийн матрицаас (Fe0) дохиог илрүүлэх боломжийг олгодог. Действительно, пробная глубина X-PEEM для Fe (~ 6 нм)49 больше, чем предполагаемая толщина слоя окисления (неймного > 4 нм), энэ нь железной матрицын (Fe0) под пассивирующимээс гарах дохио юм. Үнэн хэрэгтээ Fe (~6 нм)49-ийн X-PEEM гүн нь исэлдэлтийн давхаргын тооцоолсон зузаанаас (бага зэрэг >4 нм) их байдаг бөгөөд энэ нь идэвхгүйжүүлэх давхаргын доорх төмрийн матрицаас (Fe0) дохиог илрүүлэх боломжийг олгодог.Үнэн хэрэгтээ X-PEEM нь оксидын давхаргын хүлээгдэж буй зузаанаас (4 нм гаруй) илүү гүн Fe (~6 нм)49-ийг илрүүлж, идэвхгүйжүүлэх давхаргын доорх төмрийн матрицаас (Fe0) дохиог илрүүлэх боломжийг олгодог. Ажиглагдсан туршилтын өгөгдлийн хамгийн боломжит шийдлийг олохын тулд Fe2+ болон Fe3+-ийн янз бүрийн хослолыг хийсэн. Зураг дээр. Зураг 4б-д XAS-1 спектрийн Fe2+ ба Fe3+-ийн хослолыг харуулсан ба Fe2+ ба Fe3+-ийн харьцаа ойролцоо буюу 45% орчим байгаа нь Fe-ийн холимог исэлдэлтийн төлөвийг харуулж байна. Харин XAS-2 спектрийн хувьд Fe2+ ба Fe3+-ийн эзлэх хувь ~30% ба 60% болно. Fe2+-ийн агууламж Fe3+-ээс бага байна. Fe2+ ​​ба Fe3 харьцаа 1:2 байгаа нь Fe ионуудын ижил харьцаагаар Fe3O4 үүсэх боломжтой гэсэн үг юм. Үүнээс гадна XAS-3 спектрийн хувьд Fe2+ ба Fe3+-ийн хувь хэмжээ ~10% ба 80% болж өөрчлөгдсөн нь Fe2+-ийн Fe3+-д илүү их хувирч байгааг харуулж байна. Дээр дурдсанчлан Fe3+ нь α-Fe2O3, γ-Fe2O3 эсвэл Fe3O4-ээс гарч ирж болно. Fe3+-ийн хамгийн их магадлалтай эх үүсвэрийг ойлгохын тулд XAS-3 спектрийг янз бүрийн Fe3+ стандартуудын хамт Зураг 4e-д үзүүлсэн нь В оргилыг авч үзэхэд бүх хоёр стандарттай ижил төстэй байгааг харуулж байна. Гэсэн хэдий ч мөрний эрч хүч (A: Fe2+-аас) ба эрчмийн харьцаа B/A нь XAS-3-ийн спектр нь γ-Fe2O3-тай ойролцоо боловч ижил биш байгааг харуулж байна. Бөөнөөр γ-Fe2O3-тай харьцуулахад A SDSS оргилын Fe 2p XAS эрчим бага зэрэг өндөр байна (Зураг 4e), энэ нь Fe2+ илүү эрчимтэй байгааг харуулж байна. Хэдийгээр XAS-3 спектр нь Oh болон Td байрлалд Fe3+ байдаг γ-Fe2O3-ийн спектртэй төстэй боловч өөр өөр валентын төлөв, зохицуулалтыг зөвхөн L2,3 ирмэг эсвэл L2/L3 эрчмийн харьцаагаар тодорхойлох нь асуудал хэвээр байна. эцсийн спектрт хамаарах янз бүрийн хүчин зүйлсийн нарийн түвэгтэй байдлаас шалтгаалж дахин давтагдах хэлэлцүүлгийн сэдэв41.
Дээр дурдсан сонирхсон бүс нутгуудын химийн төлөв байдлын спектрээр ялгаварлан гадуурхахаас гадна дээжийн гадаргуу дээр олж авсан бүх XAS спектрийг K-дундаж кластерын аргыг ашиглан ангилах замаар Cr ба Fe гол элементүүдийн дэлхийн химийн нэг төрлийн бус байдлыг үнэлэв. Cr L ирмэгийн профайлыг Зураг дээр үзүүлсэн халуун болон хүйтэн цувисан сорьцуудад орон зайд хуваарилагдсан хоёр оновчтой кластер үүсгэх байдлаар тохируулсан. 5. XAS Cr спектрийн хоёр центроид нь маш төстэй тул орон нутгийн бүтцийн өөрчлөлт ажиглагдаагүй нь тодорхой байна. Эдгээр хоёр кластерын спектрийн хэлбэрүүд нь Cr2O342-тай бараг адилхан бөгөөд энэ нь Cr2O3 давхаргууд нь SDSS дээр харьцангуй жигд тархсан гэсэн үг юм.
a кластер K- гэсэн утгатай L ирмэг Cr мужууд, b харгалзах XAS centroids. Хүйтэн цувисан SDSS-ийн K-means X-PEEM харьцуулалтын үр дүн: C-ийн Cр L2,3-ийн захын бүсүүдийн c кластерууд ба d харгалзах XAS центроидууд.
Илүү төвөгтэй FeL ирмэгийн зургийг харуулахын тулд дөрвөн ба таван оновчтой кластер ба тэдгээртэй холбоотой центроидуудыг (спектр хуваарилалт) халуун болон хүйтэн цувисан сорьцуудад тус тус ашигладаг. Иймд 4-р зурагт үзүүлсэн LCF-ийг тохируулснаар Fe2+ ба Fe3+-ийн хувь (%)-ийг гаргаж болно. Гадаргуугийн оксидын хальсны микрохимийн нэг төрлийн бус байдлыг илрүүлэхийн тулд псевдоэлектродын боломжит Epseudo Fe0-ийн функцийг ашигласан. Epseudo-г холих дүрмээр ойролцоогоор тооцоолдог.
Энд \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) тэнцүү \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm { Fe}^{2 + (3 + )}\), энэ нь 0.440 ба 0.036 В байна. Боломж багатай газруудад Fe3+ нэгдлүүдийн агууламж өндөр байдаг. Дулааны хэв гажилттай дээж дэх боломжит тархалт нь ойролцоогоор 0.119 В-ийн хамгийн их өөрчлөлттэй давхаргат шинж чанартай байдаг (Зураг 6a,b). Энэхүү боломжит тархалт нь гадаргуугийн топографтай нягт холбоотой байдаг (Зураг 6а). Дотор давхаргын дотоод хэсэгт байрлалтай холбоотой өөр өөрчлөлт ажиглагдаагүй (Зураг 6б). Эсрэгээр, хүйтэн цувисан SDSS-д Fe2+ ба Fe3+-ийн өөр өөр агуулгатай өөр өөр ислийг хослуулахын тулд псевдопотенциалын жигд бус шинж чанарыг ажиглаж болно (Зураг 6c, d). Fe3+ исэл ба/эсвэл (хүчил) гидроксид нь ган дахь зэврэлтийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд хүчилтөрөгч, ус нэвчдэг50. Энэ тохиолдолд Fe3+-аар баялаг арлууд нь орон нутагт тархсан бөгөөд зэврэлтэнд өртсөн газар гэж үзэж болно. Энэ тохиолдолд потенциалын үнэмлэхүй утга гэхээсээ илүү потенциалын талбар дахь градиентийг идэвхтэй зэврэлтийн бүс нутгийг нутагшуулах үзүүлэлт гэж үзэж болно51. Хүйтэн цувисан SDSS-ийн гадаргуу дээр Fe2+, Fe3+-ийн нэгэн төрлийн бус тархалт нь орон нутгийн химийн шинж чанарыг өөрчилж, исэлдлийн хальсны хагарал, зэврэлтээс хамгаалах урвалын гадаргуугийн талбайг илүү үр дүнтэй болгож, улмаар үндсэн металлын матрицыг тасралтгүй зэврүүлж, улмаар дотоод жигд бус байдлыг бий болгодог. идэвхгүйжүүлэх давхаргын хамгаалалтын шинж чанарыг бууруулна.
Fe L2,3 захын бүсүүдийн K-дундаж кластерууд ба a–c халуунаар боловсруулсан X-PEEM ба d–f хүйтэн цувисан SDSS-ийн харгалзах XAS центроидууд. a, d K-нь X-PEEM зураг дээр давхардсан кластерын график гэсэн үг. Тооцоолсон псевдоэлектродын потенциалыг (epseudo) K-дундаж кластер диаграммуудын хамт дурдлаа. 2-р зураг дээрх өнгө гэх мэт X-PEEM зургийн тод байдал нь рентген туяаны шингээлтийн эрчимтэй шууд пропорциональ байна.
Харьцангуй жигд Cr, гэхдээ Fe-ийн өөр өөр химийн төлөв нь Ce-2507-ийн халуун цувисан болон хүйтэн цувисан дахь исэл хальсны хагарал, зэврэлтээс өөр өөр гарал үүслийг бий болгодог. Хүйтэн цувисан Ce-2507-ийн энэ шинж чанарыг сайн мэддэг. Агаар мандлын агаар дахь Fe-ийн исэл ба гидроксид үүсэхтэй холбоотойгоор энэ ажилд дараах урвалуудыг төвийг сахисан урвал гэж хаасан болно.
X-PEEM-ийн хэмжилт дээр үндэслэн дээрх урвал дараах тохиолдлуудад гарсан. Fe0-д тохирсон жижиг мөр нь үндсэн металл төмөртэй холбоотой байдаг. Металл Fe-ийн хүрээлэн буй орчинтой хийсэн урвал нь Fe (OH) 2 давхарга (тэгшитгэл (5)) үүсэхэд хүргэдэг бөгөөд энэ нь Fe-ийн L ирмэгийн XAS дахь Fe2+ дохиог нэмэгдүүлдэг. Агаарт удаан хугацаагаар өртөхөд Fe(OH)252,53-ын дараа Fe3O4 ба/эсвэл Fe2O3 исэлүүд үүснэ. Хоёр төрлийн тогтвортой Fe, Fe3O4 ба Fe2O3 нь Cr3+-аар баялаг хамгаалалтын давхаргад үүсэх боломжтой бөгөөд Fe3O4 нь жигд, нэгдмэл бүтцийг илүүд үздэг. Аль аль нь байгаа нь холимог исэлдэлтийн төлөвийг (XAS-1 спектр) үүсгэдэг. XAS-2 спектр нь голчлон Fe3O4-тэй тохирдог. Хэд хэдэн байрлалд ажиглагдсан XAS-3 спектрүүд нь γ-Fe2O3 болж бүрэн хувирсныг харуулж байна. Боодолгүй рентген туяа нь ойролцоогоор 50 нм нэвтрэлтийн гүнтэй байдаг тул доод давхаргын дохио нь А оргилын илүү эрчимийг үүсгэдэг.
XRD спектр нь ислийн хальсан дахь Fe бүрэлдэхүүн хэсэг нь Cr оксидын давхаргатай нийлсэн давхаргат бүтэцтэй болохыг харуулж байна. Cr2O317-ийн орон нутгийн нэгэн төрлийн бус байдлаас шалтгаалсан зэврэлтийг идэвхгүйжүүлэх шинж чанараас ялгаатай нь энэ судалгаанд Cr2O3-ийн жигд давхарга байсан ч энэ тохиолдолд зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал, ялангуяа хүйтэн цувисан дээжийн хувьд ажиглагдсан. Ажиглагдсан зан үйлийг дээд давхаргын химийн исэлдэлтийн төлөв (Fe) нь зэврэлтээс хамгаалах үйл ажиллагаанд нөлөөлдөг нэг төрлийн бус байдал гэж ойлгож болно. Дээд (Fe оксид) ба доод давхаргууд (Cr оксид) 52,53 ижил стехиометрийн улмаас торонд метал эсвэл хүчилтөрөгчийн ионууд удаан шилжиж байгаа нь тэдгээрийн хооронд илүү сайн харилцан үйлчлэл (наалдац) үүсэхэд хүргэдэг. Энэ нь эргээд зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлыг сайжруулдаг. Тиймээс стехиометрийн огцом өөрчлөлтөөс тасралтгүй стехиометр, өөрөөр хэлбэл Fe-ийн нэг исэлдэлтийн төлөвийг илүүд үздэг. Дулааны гажигтай SDSS нь илүү жигд гадаргуутай, илүү нягт хамгаалалтын давхаргатай тул зэврэлтээс илүү сайн эсэргүүцдэг. Гэсэн хэдий ч хүйтэн цувисан SDSS-ийн хувьд хамгаалалтын давхарга дор Fe3+-аар баялаг арлууд байгаа нь гадаргуугийн бүрэн бүтэн байдлыг эвдэж, ойролцоох субстратын гальваник зэврэлтийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь EIS спектрийн Rp (Хүснэгт 1) буурахад хүргэдэг. эсэргүүцэл. Иймд хуванцар хэв гажилтын улмаас Fe3+-аар баялаг орон нутагт тархсан арлууд нь зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлын үзүүлэлтэд голчлон нөлөөлдөг нь энэ ажлын амжилт юм. Тиймээс энэхүү судалгаанд судлагдсан SDSS дээжийн хуванцар хэв гажилтын улмаас зэврэлтэнд тэсвэртэй байдлын бууралтыг харуулсан спектромикрографуудыг үзүүлэв.
Цаашилбал, хоёр фазын ган дахь ховор шороон хайлш нь илүү сайн ажилладаг боловч энэ нэмэлт элементийн бие даасан ган матрицтай зэврэлтээс үүсэх харилцан үйлчлэл нь спектроскопийн микроскопийн ажиглалт дээр үндэслэн тодорхойгүй хэвээр байна. Ce дохио (XAS M ирмэгийн дагуу) хүйтэн гулсмал үед хэдхэн байрлалд гарч ирэх боловч SDSS-ийн халуун хэв гажилтын үед алга болох нь нэгэн төрлийн хайлшийн оронд ган матрицад Ce-ийн орон нутгийн хуримтлалыг илтгэнэ. Хэдийгээр SDSS-ийн механик шинж чанар сайжрахгүй6,7 боловч REE байгаа нь орцны хэмжээг багасгаж, эхэн дэх нүхжилтийг дарангуйлдаг гэж үздэг54.
Дүгнэж хэлэхэд, энэхүү ажил нь нано хэмжээний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн химийн агуулгыг тодорхойлох замаар цериумаар өөрчилсөн 2507 SDSS-ийн зэврэлтэнд гадаргуугийн нэг төрлийн бус байдлын нөлөөллийг илчилсэн. Хамгаалалтын ислийн давхаргаар бүрсэн ч зэвэрдэггүй ган яагаад зэвэрдэг вэ гэсэн асуултад гадаргуугийн шинж чанарын бичил бүтэц, химийн төлөв байдал, дохионы боловсруулалтыг K-means кластерын тусламжтайгаар тоон байдлаар судалж хариулсан. Fe3+-аар баялаг арлууд, түүний дотор холимог Fe2+/Fe3+-ийн бүх бүтэц дэх наймалж ба тетраэдр зохицуулалт нь оксидын хальс устгах эх үүсвэр, хүйтэн цувисан SDSS-ийн зэврэлтийн эх үүсвэр болох нь тогтоогдсон. Fe3+ давамгайлсан наной арлууд нь хангалттай стехиометрийн Cr2O3 идэвхгүй давхаргатай байсан ч зэврэлтэнд муу эсэргүүцэл үзүүлдэг. Нано хэмжээст химийн нэгдмэл бус байдлын зэврэлтэнд үзүүлэх нөлөөг тодорхойлох арга зүйн дэвшлээс гадна энэхүү ажил нь ган хайлуулах явцад зэвэрдэггүй гангийн зэврэлтээс хамгаалах чадварыг сайжруулах инженерчлэлийн процессуудад урам зориг өгөх болно.
Энэхүү судалгаанд ашигласан Ce-2507 SDSS ембүү бэлтгэхийн тулд холимог бүрэлдэхүүн хэсгүүд, түүний дотор цэвэр төмрийн хоолойгоор битүүмжилсэн Fe-Ce мастер хайлшийг 150 кг-ын дундаж давтамжийн индукцийн зууханд хайлуулж, хайлсан ган гаргаж аваад цутгах хэвэнд цутгасан. Хэмжсэн химийн найрлагыг ( жин %) Нэмэлт Хүснэгт 2-д жагсаав. Эмбүүг эхлээд халуунаар блок болгон хэлбэржүүлнэ. Дараа нь ганг 1050 градусын температурт 60 минутын турш хатуу уусмалд халааж, дараа нь тасалгааны температурт усанд буцалгана. Судалгаанд хамрагдсан дээжийг TEM болон DOE ашиглан үе шат, ширхэгийн хэмжээ, морфологийг судлах зорилгоор нарийвчлан судалсан. Дээж болон үйлдвэрлэлийн үйл явцын талаарх дэлгэрэнгүй мэдээллийг бусад эх сурвалжаас авах боломжтой6,7.
Цилиндр хэлбэрийн дээжийг (φ10 мм × 15 мм) цилиндрийн тэнхлэгийг блокийн хэв гажилтын чиглэлтэй параллель болгон халуун шахаж боловсруулна. Өндөр температурын шахалтыг Gleeble-3800 дулааны симулятор ашиглан 1000-1150 ° C-ийн янз бүрийн температурт 0.01-10 сек-1 мужид тогтмол хүчдэлийн хурдаар гүйцэтгэсэн. Деформаци хийхээс өмнө дээжийг сонгосон температурт 10 ° C s-1 хурдтайгаар 2 минутын турш халааж, температурын градиентийг арилгасан. Температурын жигд байдалд хүрсний дараа дээжийг 0.7-ийн жинхэнэ деформацид оруулав. Деформацийн дараа хэв гажилтын бүтцийг хадгалахын тулд нэн даруй усаар унтраадаг. Дараа нь хатуурсан сорьцыг шахалтын чиглэлтэй зэрэгцүүлэн таслав. Энэхүү тусгай судалгаанд бид бусад сорьцуудаас илүү ажиглагдсан бичил хатуулагтай учир 10 s-1 хэмд 1050°С-т дулааны хэв гажилттай сорьцыг сонгосон.
Ce-2507 хатуу уусмалын бөөнөөр (80 × 10 × 17 мм3) дээжийг гурван фазын асинхрон хоёр өнхрөх хэв гажилтын машин LG-300 дээр туршсан нь бусад бүх хэв гажилтын ангиудын дунд хамгийн сайн механик шинж чанарыг хангасан6. Тулгуурын хэмжээ болон зузаанын бууралт нь зам тус бүрд 0.2 м·с-1 ба 5% байв.
Autolab PGSTAT128N цахилгаан химийн ажлын станцыг хүйтэн өнхрүүлэн зузааныг 90% бууруулж (1.0 эквивалент жинхэнэ омог) ба 1050 oC ба 10 с-1 температурт 0.7 жинхэнэ омог хүртэл халуун шахалтын дараа SDSS-ийг цахилгаан химийн аргаар хэмжихэд ашигласан. Ажлын станц нь лавлагаа электрод болох ханасан каломель электрод, графит тоолуур электрод, ажлын электрод нь SDSS дээж бүхий гурван электродын эстэй. Дээжийг 11.3 мм диаметртэй цилиндр болгон хувааж, тэдгээрийн хажуу тал руу нь зэс утсыг гагнасан. Дараа нь дээжийг эпокси давирхайгаар цутгаж, 1 см2 ажлын нээлттэй талбайг ажлын электрод болгон (цилиндр дээжийн доод гадаргуу) үлдээв. Эпокси хагарахаас сэргийлж, дараа нь зүлгүүр, өнгөлгөө хийх явцад болгоомжтой байгаарай. Ажлын гадаргууг 1 микрон хэмжээтэй алмаазан өнгөлгөөний суспензээр өнгөлж, нэрмэл ус, этилийн спиртээр цэвэрлэж, хүйтэн агаарт хатаана. Цахилгаан химийн хэмжилт хийхээс өмнө өнгөлсөн дээжийг хэд хоногийн турш агаарт байлгаж, байгалийн ислийн хальс үүсгэсэн. Зэвэрдэггүй гангийн зэврэлтийг түргэсгэхийн тулд рН = 1.0 ± 0.01 хүртэл HCl-ээр тогтворжуулсан FeCl3 (6.0 жин%) усан уусмалыг ASTM-д заасны дагуу хлоридын ионууд хүчтэй исэлдүүлэх чадвартай, бага рН агуулсан түрэмгий орчинд олддог тул зэвэрдэггүй гангийн зэврэлтийг хурдасгахад ашигладаг. Санал болгож буй стандартууд нь G48 ба A923 юм. Хөдөлгөөнгүй байдалд хүрэхийн тулд аливаа хэмжилт хийхээс өмнө дээжийг туршилтын уусмалд 1 цагийн турш дүрнэ. Хатуу уусмал, халуунаар боловсруулсан болон хүйтэн цувисан сорьцын хувьд эсэргүүцлийн хэмжилтийн давтамжийн хүрээ нь 1 × 105 ~ 0.1 Гц, нээлттэй хэлхээний потенциал (OPS) 5 мВ байсан бөгөөд энэ нь тус тус 0.39, 0.33, 0.25 VSCE байв. Аливаа дээжийн цахилгаан химийн туршилт бүрийг ижил нөхцөлд өгөгдлийн дахин давтагдах байдлыг хангахын тулд дор хаяж гурван удаа давтан хийсэн.
HE-SXRD хэмжилтийн хувьд 1 × 1 × 1.5 мм3 хэмжээтэй тэгш өнцөгт хоёр талт ган блокуудыг Канадын CLS дахь өндөр энерги бүхий Brockhouse wiggler шугам дээр хэмжиж, фазын найрлагыг хэмжсэн56. Мэдээлэл цуглуулах ажлыг өрөөний температурт Дебай-Шеррер геометр эсвэл тээврийн геометрээр хийсэн. LaB6 тохируулгад тохируулсан рентген туяаны долгионы урт нь 0.212561 Å бөгөөд энэ нь 58 кВ-тай тохирч байгаа нь лабораторийн рентген туяаны эх үүсвэр болгон өргөн хэрэглэгддэг Cu Kα (8 кеВ)-ээс хамаагүй өндөр байна. Дээжийг илрүүлэгчээс 740 мм-ийн зайд байрлуулна. Дээж тус бүрийн илрүүлэх хэмжээ нь 0.2 × 0.3 × 1.5 мм3 бөгөөд энэ нь цацрагийн хэмжээ, дээжийн зузаанаар тодорхойлогддог. Эдгээр өгөгдөл бүрийг Perkin Elmer талбайн илрүүлэгч, хавтгай самбар бүхий рентген детектор, 200 μm пиксел, 40 × 40 см2, 0.3 секунд, 120 фрэймийн өртөх хугацаа ашиглан цуглуулсан.
Сонгосон хоёр загварын системийн X-PEEM хэмжилтийг MAX IV лабораторид (Лунд, Швед) Beamline MAXPEEM шугамын PEEM төгсгөлийн станцад хийсэн. Дээжийг цахилгаан химийн хэмжилтийн нэгэн адил бэлтгэсэн. Бэлтгэсэн дээжийг хэд хоногийн турш агаарт байлгаж, синхротрон фотоноор цацруулахын өмнө хэт өндөр вакуум камерт хийгүйжүүлсэн. Цацрагийн энергийн нягтралыг N2 дахь hv = 401 eV бүхий өдөөх бүсийн N 1 с-аас 1\(\pi _g^ \ast\) хүртэлх ионы гаралтын спектр ба E3/2.57-ээс фотоны энергийн хамаарлыг хэмжих замаар олж авна. Спектрийн тохируулга нь хэмжсэн энергийн хязгаарт ΔE (спектрийн шугамын өргөн) ~0.3 эВ-ийг өгсөн. Иймд Fe 2p L2, Nip, C2p, зах, Si 1200 шугамын мм-1 сараалжтай өөрчлөгдсөн SX-700 монохромататорыг ашиглан цацрагийн шугамын энергийн нягтралыг E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 ба урсгал ≈1012 ph/s гэж тооцоолсон. L2,3 ирмэг, Ce M4,5 ирмэг. Иймд Fe 2p L2, захад Si 1200 шугамтай мм−1 сараалжтай SX-700 монохроматорыг ашиглан цацрагийн шугамын энергийн нягтралыг E/∆E = 700 эВ/0.3 эВ > 2000 ба урсгал ≈1012 ph/s гэж тооцоолсон. L2.3 ирмэг, Ce M4.5 ирмэг. Таким образом, энергетическое разрешение канала пучка bylo оценено как E/∆E = 700 эВ/0,3 эВ > 2000 и поток ≈1012 ф/с при использовании модифицированного монохроматора SX-701 Fetrihov2 reshkoy/SX-701 с. L2,3, кромка Cr 2p L2,3, кромка Ni 2p L2,3 ба кромка Ce M4,5. Иймд цацрагийн сувгийн энергийн нягтралыг Fe ирмэг 2p L2 ,3p захад 1200 шугам/мм-ийн Si сараалжтай өөрчилсөн SX-700 монохроматор ашиглан E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 ба урсгалыг ≈1012 f/s гэж тооцсон. L2.3, Ce ирмэг M4.5.因此，光束线能量分辨率估计为E/ΔE = 700 eV/0.3 eV > 2000 和通量≈1012 ph/s 通过00X 通过佛用甿甿用单色器和Si 1200 线mm−1 光栅用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘和。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 通X-7 迿迚单色器 和 SI 1200 线 mm-1 光栅 于 Fe 2P 2P 2P L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Ni 2p L2.3 边缘、Ni 2p L2.3 弹缘。Тиймээс өөрчилсөн SX-700 монохромататор ба 1200 шугамын Si сараалжтай ашиглах үед. 3, Cr ирмэг 2p L2.3, Ni ирмэг 2p L2.3 болон Ce ирмэг M4.5.Фотоны энергийг 0.2 эВ алхмаар тэлэх. Эрчим хүч тус бүр дээр PEEM дүрсийг 20 μм харах талбарт 1024 × 1024 пикселээр хангадаг 2 x 2 холбогч шилэн кабелийн холболттой TVIPS F-216 CMOS детектор ашиглан бүртгэсэн. Зургийн өртөх хугацаа 0.2 секунд, дунджаар 16 кадр байна. Фотоэлектроны дүрсний энергийг хамгийн их хоёрдогч электрон дохио өгөх байдлаар сонгосон. Бүх хэмжилтийг шугаман туйлширсан фотоны цацрагийн хэвийн давтамжтайгаар гүйцэтгэнэ. Хэмжилтийн талаарх дэлгэрэнгүй мэдээллийг өмнөх судалгаанаас үзнэ үү58. Нийт электрон гарц (TEY)59 илрүүлэх горим болон түүний X-PEEM-д хэрэглэгдэх байдлыг судалсны дараа энэ аргын илрүүлэх гүнийг Cr дохионы хувьд ~4–5 нм, Fe дохионы хувьд ~6 нм гэж тооцсон. Cr гүн нь оксидын хальсны зузаан (~4 нм)60,61-тэй маш ойрхон байдаг бол Fe-ийн гүн нь исэл хальсны зузаанаас их байна. Fe L ирмэгийн ойролцоо цуглуулсан XAS нь матрицаас төмрийн исэл XAS ба FeO-ийн холимог юм. Эхний тохиолдолд ялгарсан электронуудын эрч хүч нь TEY-д хувь нэмэр оруулах боломжтой бүх төрлийн электронуудаас шалтгаална. Гэсэн хэдий ч цэвэр төмрийн дохио нь электронууд оксидын давхаргаар дамжин өнгөрч, гадаргуу дээр хүрч, анализаторт цуглуулагдахын тулд илүү их кинетик энерги шаарддаг. Энэ тохиолдолд Fe0 дохио нь голчлон LVV Auger электронууд болон тэдгээрийн ялгаруулдаг хоёрдогч электронуудаас шалтгаална. Нэмж дурдахад эдгээр электронуудын нөлөөлсөн TEY эрчим нь электрон зугтах замд49 задарч, төмрийн XAS газрын зураг дээрх Fe0-ийн спектрийн тэмдгийг улам бүр бууруулдаг.
Өгөгдлийн олборлолтыг өгөгдлийн шоо (X-PEEM өгөгдөл) болгон нэгтгэх нь холбогдох мэдээллийг (химийн эсвэл физик шинж чанар) олон хэмжээст аргаар гаргаж авах гол алхам юм. K-means clustering нь машины хараа, дүрс боловсруулах, хяналтгүй хэв маягийг таних, хиймэл оюун ухаан, ангиллын шинжилгээ зэрэг хэд хэдэн салбарт өргөн хэрэглэгддэг. Жишээлбэл, гиперспектр дүрсний өгөгдлийг кластер болгоход K-дундаж кластерийг сайн ашигладаг62. Зарчмын хувьд, олон объектын өгөгдлийн хувьд K-means алгоритм нь тэдгээрийг шинж чанаруудын (фотон энергийн шинж чанар) талаархи мэдээллийн дагуу хялбархан бүлэглэж чаддаг. K-тэдгээрийн кластер нь гангийн бичил бүтцийн найрлага дахь химийн нэгдмэл бус байдлын орон зайн тархалтаас хамааран пиксел бүр нь тодорхой кластерт харьяалагддаг, өгөгдлийг K давхардалгүй бүлэгт (кластер) хуваах давталтын алгоритм юм. K-means алгоритм нь хоёр үе шатаас бүрдэнэ: эхний алхам нь K төвийг тооцоолох, хоёр дахь алхам нь цэг бүрийг хөрш зэргэлдээ төвүүдтэй кластерт хуваарилдаг. Кластерын хүндийн төвийг тухайн кластерын өгөгдлийн цэгүүдийн (XAS спектр) арифметик дундажаар тодорхойлно. Хөрш зэргэлдээх төвүүдийг Евклидийн зай гэж тодорхойлох өөр өөр зай байдаг. px,y (x ба y нь пикселийн нарийвчлал)-ийн оролтын зургийн хувьд CK нь кластерын хүндийн төв юм; Энэ зургийг дараа нь K-means63 ашиглан K кластерт хувааж (бүлэглэж) болно. K-means кластер хийх алгоритмын эцсийн алхамууд нь:
Алхам 2. Одоогийн центроид дагуу бүх пикселийн гишүүнчлэлийн зэргийг тооцоол. Жишээлбэл, төв ба пиксел бүрийн хоорондох Евклидийн d зайнаас тооцоолно.
Алхам 3 Пиксел бүрийг хамгийн ойрын центроид руу оноо. Дараа нь K төвийн байрлалыг дараах байдлаар дахин тооцоол.
Алхам 4. Центроидууд нийлэх хүртэл (тэгшитгэл (7) ба (8)) үйлдлийг давтана. Кластерын чанарын эцсийн үр дүн нь эхний центроидуудын оновчтой сонголттой ихээхэн хамааралтай байна63. Ган зургийн PEEM өгөгдлийн бүтцийн хувьд ихэвчлэн X (x × y × λ) нь 3D массив өгөгдлийн шоо байдаг бол x ба y тэнхлэгүүд нь орон зайн мэдээллийг (пикселийн нягтрал), λ тэнхлэг нь фотонуудын энергийн спектрийн горимтой тохирдог. K-means алгоритмыг X-PEEM өгөгдлийн сонирхсон бүс нутгийг судлахад пикселийг (кластер эсвэл дэд блок) спектрийн шинж чанараар нь салгаж, анализатор (кластер) тус бүрийн хамгийн сайн центроид (XAS спектрийн муруй) гаргаж авсан. Энэ нь орон зайн тархалт, орон нутгийн спектрийн өөрчлөлт, исэлдэлтийн төлөв байдал, химийн төлөвийг судлахад ашиглагддаг. Жишээлбэл, халуун болон хүйтэн цувисан X-PEEM-ийн Fe L ирмэг ба Cr L ирмэгийн мужуудад K-means кластерийн алгоритмыг ашигласан. Шилдэг кластерууд болон центроидуудыг олохын тулд янз бүрийн тооны К кластеруудыг (бичил бүтцийн бүсүүд) туршсан. График гарч ирэхэд пикселүүд нь зөв кластерын төвүүдэд дахин хуваарилагдана. Өнгөний тархалт бүр нь кластерын төвтэй тохирч, химийн болон физик объектуудын орон зайн зохицуулалтыг харуулдаг. Олж авсан центроидууд нь цэвэр спектрүүдийн шугаман хослолууд юм.
Энэхүү судалгааны үр дүнг дэмжих өгөгдлийг зохих хүсэлтийн дагуу WC-ийн зохиогчоос авах боломжтой.
Sieurin, H. & Sandström, R. Гагнасан дуплекс зэвэрдэггүй гангийн хугарлын хатуулаг. Sieurin, H. & Sandström, R. Гагнасан дуплекс зэвэрдэггүй гангийн хугарлын хатуулаг. Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной дуплексной нержавеющей стали. Sieurin, H. & Sandström, R. Гагнасан дуплекс зэвэрдэггүй гангийн хугарлын бат бөх чанар. 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. Гагнасан дуплекс зэвэрдэггүй гангийн хугарлын бат бөх чанар.төсөл. фрактал. үслэг. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Сонгосон органик хүчил, органик хүчил / хлоридын орчинд дуплекс зэвэрдэггүй гангийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Сонгосон органик хүчил, органик хүчил / хлоридын орчинд дуплекс зэвэрдэггүй гангийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал.Адамс, FW, Олубамби, ТХГН-ийн, Потгитер, Ж.Х. болон Van Der Merwe, J. Зарим органик хүчил, органик хүчил/хлорид бүхий орчинд дуплекс зэвэрдэггүй гангийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相不锈钢在选定有机酸和有机酸/氯化物环境一肀机 Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相зэвэрдэггүй ган在特定organic酸和Organic酸/хлоржуулсан орчин的耐而性性。Адамс, FW, Олубамби, ТХГН-ийн, Потгитер, Ж.Х. болон Van Der Merwe, J. Зарим органик хүчил, органик хүчил/хлорид бүхий орчинд дуплекс зэвэрдэггүй гангийн зэврэлтэнд тэсвэртэй байдал.зэврэлтээс хамгаалах. Method Mater 57, 107–117 (2010).
Barella S. et al. Fe-Al-Mn-C хоёр талт хайлшийн зэврэлтийг исэлдүүлэх шинж чанар. Материал 12, 2572 (2019).
Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Тоног төхөөрөмжийн хий, газрын тосны үйлдвэрлэлийн супер дуплекс ган шинэ үеийн. Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Тоног төхөөрөмжийн хий, газрын тосны үйлдвэрлэлийн супер дуплекс ган шинэ үеийн.Левков Л., Шурыгин Д., Дуб В., Косырев К., Баликоев А. Газрын тос, байгалийн хийн үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмжийн супер дуплекс гангийн шинэ үеийн.Левков Л., Шурыгин Д., Дуб В., Косырев К., Баликоев А. Хийн болон газрын тосны үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмжийн супер дуплекс гангийн шинэ үеийн. E3S вэбинар. 121, 04007 (2019).
Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Хоёр талт зэвэрдэггүй гангийн 2507 ангийн халуун хэв гажилтын судалгаа. Металл. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Хоёр талт зэвэрдэггүй гангийн 2507 ангийн халуун хэв гажилтын судалгаа. Металл. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей стали марки 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507 төрлийн хоёр талт зэвэрдэггүй гангийн халуун хэв гажилтын зан үйлийн судалгаа. Металл. 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. болон Utaisansuk, V. 2507 төрлийн хоёр талт зэвэрдэггүй гангийн халуун хэв гажилтын үйл ажиллагааны судалгаа. Металл.алма матер. транс. A 48, 95–108 (2017).
Жоу, Т. нар. Церийн өөрчилсөн супер-дуплекс SAF 2507 зэвэрдэггүй гангийн бичил бүтэц, механик шинж чанарт хяналттай хүйтэн цувих нөлөө. алма матер. шинжлэх ухаан. төсөл. A 766, 138352 (2019).
Жоу, Т. нар. Церийн өөрчилсөн супер-дуплекс SAF 2507 зэвэрдэггүй гангийн халуун деформациас үүдэлтэй бүтэц, механик шинж чанарууд. Ж. Алма матер. хадгалах сав. технологи. 9, 8379–8390 (2020).
Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Austenitic гангийн өндөр температурт исэлдэлтийн зан төлөвт газрын ховор элементийн нөлөө. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Austenitic гангийн өндөр температурт исэлдэлтийн зан төлөвт газрын ховор элементийн нөлөө.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. and Zheng K. Газрын ховор элементийн өндөр температурт исэлдэлтийн үед аустенитийн гангийн зан төлөвт үзүүлэх нөлөө. Жэн, З., Ван, С., Лонг, Ж., Ван, Ж. & Жэн, К. 稀土元素对奥氏体钢高温氧化行为的影响。 Жэн, З., Ван, С., Лонг, Ж., Ван, Ж., Жэн, К.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. and Zheng K. Өндөр температурт исэлдэлтийн үед аустенитийн гангийн зан төлөвт газрын ховор элементийн нөлөө.зэврэлт. шинжлэх ухаан. 164, 108359 (2020).