Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझरच्या आवृत्तीमध्ये CSS साठी मर्यादित समर्थन आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये कॉम्पॅटिबिलिटी मोड अक्षम करा). यादरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही ही साइट स्टाईल्स आणि जावास्क्रिप्टशिवाय प्रस्तुत करू.
व्यापकपणे वापरले जाणारे स्टेनलेस स्टील आणि त्याचे घडवलेले प्रकार, क्रोमियम ऑक्साईडच्या पॅसिव्हेशन थरामुळे सभोवतालच्या परिस्थितीत गंजण्यास प्रतिरोधक असतात. स्टीलचे गंजणे आणि झीज होणे हे पारंपरिकरित्या या थरांच्या विनाशाशी संबंधित मानले जाते, परंतु पृष्ठभागाच्या असमानतेच्या उगमावर अवलंबून, सूक्ष्म स्तरावर हे क्वचितच घडते. या अभ्यासात, स्पेक्ट्रोस्कोपिक मायक्रोस्कोपी आणि केमोमेट्रिक विश्लेषणाद्वारे शोधलेली नॅनोस्केल पृष्ठभागाची रासायनिक विषमता, कोल्ड रोल्ड सेरियम मॉडिफाईड सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील 2507 (SDSS) च्या उष्ण विकृतीकरण प्रक्रियेदरम्यान त्याच्या विघटन आणि गंजण्यावर अनपेक्षितपणे वर्चस्व गाजवते. जरी एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीने नैसर्गिक Cr2O3 थराचे तुलनेने एकसमान आच्छादन दाखवले असले तरी, Fe/Cr ऑक्साईड थरावर Fe3+ समृद्ध नॅनोआयलँड्सच्या स्थानिक वितरणामुळे कोल्ड रोल्ड SDSS ने खराब पॅसिव्हेशन परिणाम दर्शवले. अणू स्तरावरील हे ज्ञान स्टेनलेस स्टीलच्या गंजण्याबद्दल सखोल समज देते आणि तत्सम उच्च-मिश्रधातूंच्या गंजण्याला प्रतिबंध करण्यास मदत करेल अशी अपेक्षा आहे.
स्टेनलेस स्टीलच्या शोधापासून, फेरोक्रोमियम मिश्रधातूंचा गंज-प्रतिरोध क्रोमियममुळे असल्याचे मानले जाते, जे बहुतेक वातावरणात पॅसिव्हेटिंग वर्तन दर्शवणारे एक मजबूत ऑक्साइड/ऑक्सीहायड्रॉक्साइड तयार करते. पारंपारिक (ऑस्टेनिटिक आणि फेरिटिक) स्टेनलेस स्टीलच्या तुलनेत, उत्तम गंज-प्रतिरोध असलेल्या सुपर डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलमध्ये (SDSS) उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्म असतात¹,²,³. वाढलेल्या यांत्रिक शक्तीमुळे हलक्या आणि अधिक संक्षिप्त रचना शक्य होतात. याउलट, किफायतशीर SDSS मध्ये पिटिंग आणि क्रेविस गंजाला उच्च प्रतिकारशक्ती असते, ज्यामुळे त्याचे सेवा आयुष्य वाढते आणि प्रदूषण नियंत्रण, रासायनिक कंटेनर आणि ऑफशोअर तेल व वायू उद्योगात त्याचा व्यापक वापर होतो⁴. तथापि, उष्णता उपचारांच्या तापमानाची मर्यादित श्रेणी आणि खराब आकार्यता त्याच्या व्यापक व्यावहारिक उपयोगात अडथळा आणतात. म्हणून, वरील गुणधर्म सुधारण्यासाठी SDSS मध्ये बदल करण्यात आले आहेत. उदाहरणार्थ, 2507 SDSS (Ce-2507) मध्ये Ce बदल आणि N 6, 7, 8 ची उच्च भर घालण्यात आली. ०.०८ वजन टक्के दुर्मिळ मूलद्रव्य (Ce) च्या योग्य प्रमाणामुळे DSS च्या यांत्रिक गुणधर्मांवर फायदेशीर परिणाम होतो, कारण ते कण शुद्धीकरण आणि कण सीमा सामर्थ्य सुधारते. झीज आणि गंज प्रतिरोध, तन्य शक्ती आणि उत्पन्न शक्ती, आणि उष्ण कार्यक्षमता देखील सुधारली आहे9. मोठ्या प्रमाणात नायट्रोजन महागड्या निकेलची जागा घेऊ शकतो, ज्यामुळे SDSS अधिक किफायतशीर बनते10.
अलीकडे, उत्कृष्ट यांत्रिक गुणधर्म मिळवण्यासाठी SDSS ला विविध तापमानांवर (कमी तापमान, थंड आणि गरम) प्लॅस्टिकली विकृत केले गेले आहे⁶,⁷,⁸. तथापि, SDSS चा उत्कृष्ट गंज-प्रतिरोध हा पृष्ठभागावरील पातळ ऑक्साईड फिल्मच्या उपस्थितीमुळे आहे, जी अनेक घटकांमुळे प्रभावित होते, जसे की वेगवेगळ्या ग्रेन बाउंड्रीसह अनेक टप्प्यांची उपस्थिती, अवांछित अवक्षेप आणि वेगवेगळ्या प्रतिक्रिया. विविध ऑस्टेनिटिक आणि फेरिटिक टप्प्यांची अंतर्गत विषम सूक्ष्म-संरचना विकृत होते⁷. म्हणून, SDSS च्या गंजण्याची प्रक्रिया समजून घेण्यासाठी इलेक्ट्रॉनिक संरचनेच्या स्तरावर अशा फिल्म्सच्या मायक्रोडोमेन गुणधर्मांचा अभ्यास करणे अत्यंत महत्त्वाचे आहे आणि त्यासाठी जटिल प्रायोगिक तंत्रांची आवश्यकता असते. आतापर्यंत, ऑगर इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी¹¹ आणि एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी¹²,¹³,¹⁴,¹⁵ यांसारख्या पृष्ठभाग-संवेदनशील पद्धती, तसेच हार्ड एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन प्रणाली, नॅनोस्केलवर अवकाशातील वेगवेगळ्या बिंदूंवर एकाच मूलद्रव्याच्या रासायनिक अवस्थांमध्ये फरक करतात, परंतु अनेकदा त्यांना वेगळे करण्यात अयशस्वी ठरतात. अनेक अलीकडील अभ्यासांनी क्रोमियमच्या स्थानिक ऑक्सिडेशनला १७ ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील, १८ मार्टेन्सिटिक स्टेनलेस स्टील आणि SDSS १९, २० च्या निरीक्षित गंजण्याच्या वर्तनाशी जोडले आहे. तथापि, या अभ्यासांनी मुख्यत्वे गंज-प्रतिरोधकतेवर Cr च्या विषमतेच्या (उदा., Cr3+ ऑक्सिडेशन स्थिती) परिणामावर लक्ष केंद्रित केले आहे. मूलद्रव्यांच्या ऑक्सिडेशन स्थितींमधील पार्श्वीय विषमता ही लोह ऑक्साईडसारख्या, समान घटक मूलद्रव्यांच्या वेगवेगळ्या संयुगांमुळे होऊ शकते. ही संयुगे थर्मोमेकॅनिकल प्रक्रियेद्वारे एकमेकांच्या अगदी जवळ लहान आकारात येतात, परंतु त्यांची रचना आणि ऑक्सिडेशन स्थिती भिन्न असते१६,२१. त्यामुळे, ऑक्साईड फिल्म्सचा नाश आणि त्यानंतर होणारे पिटिंग उघड करण्यासाठी सूक्ष्म स्तरावरील पृष्ठभागाच्या विषमतेची समज असणे आवश्यक आहे. या आवश्यकता असूनही, पार्श्वीय ऑक्सिडेशन विषमतेसारखे परिमाणात्मक मूल्यांकन, विशेषतः नॅनो/अणू स्तरावरील लोहाचे, अजूनही उपलब्ध नाही आणि गंज-प्रतिरोधकतेसाठी त्याचे महत्त्व अज्ञात आहे. अलीपर्यंत, Fe आणि Ca सारख्या विविध मूलद्रव्यांची रासायनिक स्थिती, नॅनोस्केल सिंक्रोट्रॉन रेडिएशन सुविधांमध्ये सॉफ्ट एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (X-PEEM) वापरून स्टीलच्या नमुन्यांवर संख्यात्मकदृष्ट्या वर्णन केली जात होती. रासायनिकदृष्ट्या संवेदनशील एक्स-रे ॲबसॉर्प्शन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XAS) तंत्रांसह एकत्रित केल्यावर, X-PEEM उच्च स्थानिक आणि वर्णक्रमीय रिझोल्यूशनसह XAS मापनास सक्षम करते, ज्यामुळे मूलद्रव्यांची रचना आणि त्यांच्या रासायनिक स्थितीबद्दल नॅनोमीटर स्केलपर्यंतच्या स्थानिक रिझोल्यूशनसह रासायनिक माहिती मिळते 23. मायक्रोस्कोपखाली आरंभाच्या जागेचे हे वर्णक्रमीय निरीक्षण स्थानिक रासायनिक प्रयोगांना सुलभ करते आणि Fe थरातील पूर्वी अज्ञात असलेले रासायनिक बदल स्थानिकरित्या प्रदर्शित करू शकते.
हा अभ्यास नॅनोस्केलवरील रासायनिक फरक ओळखण्यासाठी PEEM च्या फायद्यांचा विस्तार करतो आणि Ce-2507 च्या क्षरण वर्तनाला समजून घेण्यासाठी एक अंतर्दृष्टीपूर्ण अणू-स्तरीय पृष्ठभाग विश्लेषण पद्धत सादर करतो. यात सहभागी असलेल्या मूलद्रव्यांच्या जागतिक रासायनिक रचनेचे (विषमजातीयता) मॅपिंग करण्यासाठी K-means क्लस्टर केमोमेट्रिक डेटा24 वापरला जातो, ज्यात त्यांच्या रासायनिक अवस्था सांख्यिकीय स्वरूपात सादर केल्या जातात. क्रोमियम ऑक्साईड फिल्मच्या विघटनामुळे होणाऱ्या क्षरणाच्या पारंपरिक प्रकाराच्या विपरीत, सध्याचे खराब पॅसिव्हेशन आणि कमी क्षरण प्रतिरोध हे Fe/Cr ऑक्साईड थराजवळील स्थानिक Fe3+ समृद्ध नॅनोआयलँड्समुळे आहेत, जे संरक्षक ऑक्साईडचा परिणाम असू शकतात. विघटनाच्या ठिकाणी एक फिल्म तयार होते, ज्यामुळे क्षरण होते.
विकृत SDSS 2507 च्या क्षरणशील वर्तनाचे मूल्यांकन सर्वप्रथम इलेक्ट्रोकेमिकल मापनांचा वापर करून करण्यात आले. आकृती १ मध्ये, खोलीच्या तापमानाला FeCl3 च्या आम्लधर्मी (pH = 1) जलीय द्रावणांमधील निवडक नमुन्यांसाठी नायक्विस्ट आणि बोड वक्र दर्शविले आहेत. निवडलेला इलेक्ट्रोलाइट एक शक्तिशाली ऑक्सिडायझिंग एजंट म्हणून कार्य करतो, जो पॅसिव्हेशन फिल्म तुटण्याच्या प्रवृत्तीचे वैशिष्ट्य दर्शवतो. जरी पदार्थामध्ये खोलीच्या तापमानाला स्थिर पिटिंग झाले नाही, तरी या विश्लेषणांनी संभाव्य बिघाडाच्या घटना आणि क्षरणोत्तर प्रक्रियांबद्दल अंतर्दृष्टी प्रदान केली. इलेक्ट्रोकेमिकल इम्पेडन्स स्पेक्ट्रोस्कोपी (EIS) स्पेक्ट्रा फिट करण्यासाठी समतुल्य सर्किट (आकृती १d) वापरण्यात आले आणि संबंधित फिटिंगचे परिणाम तक्ता १ मध्ये दर्शविले आहेत. सोल्युशन ट्रीटेड आणि हॉट वर्क्ड नमुन्यांची चाचणी करताना अपूर्ण अर्धवर्तुळे दिसली, तर कोल्ड रोल्ड नमुन्यांमध्ये संबंधित संकुचित अर्धवर्तुळे दिसली (आकृती १b). EIS स्पेक्ट्रममध्ये, अर्धवर्तुळाची त्रिज्या पोलरायझेशन रेझिस्टन्स (Rp)²⁵,²⁶ म्हणून मानली जाऊ शकते. सारणी १ मध्ये सोल्युशन ट्रीटेड SDSS चा Rp सुमारे १३५ kΩ cm-2 आहे, तथापि हॉट वर्क्ड आणि कोल्ड रोल्ड SDSS साठी आपल्याला अनुक्रमे ३४.७ आणि २.१ kΩ cm–2 इतकी खूपच कमी मूल्ये दिसतात. Rp मधील ही लक्षणीय घट, मागील अहवाल २७, २८, २९, ३० मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, पॅसिव्हेशन आणि क्षरण प्रतिरोधावर प्लॅस्टिक डिफॉर्मेशनचा हानिकारक परिणाम दर्शवते.
a नायक्विस्ट, b, c बोडे प्रतिबाधा आणि फेज आकृत्या, आणि d साठी एक समतुल्य सर्किट मॉडेल, जिथे RS हा इलेक्ट्रोलाइट प्रतिरोध आहे, Rp हा ध्रुवीकरण प्रतिरोध आहे, आणि QCPE हे नॉन-आयडियल कपॅसिटन्स (n) मॉडेल करण्यासाठी वापरलेले कॉन्स्टंट फेज एलिमेंट ऑक्साइड आहे. EIS मापन नो-लोड पोटेन्शिअलवर करण्यात आले.
पहिल्या क्रमाचे स्थिरांक बोडे आकृतीमध्ये दर्शविले आहेत आणि उच्च वारंवारतेचा पठार इलेक्ट्रोलाइट प्रतिरोध RS26 दर्शवतो. जसजशी वारंवारता कमी होते, तसतसा इम्पेडन्स वाढतो आणि एक नकारात्मक फेज कोन आढळतो, जो कपॅसिटन्सचे वर्चस्व दर्शवतो. फेज कोन वाढतो, तुलनेने विस्तृत वारंवारता श्रेणीमध्ये त्याचे कमाल मूल्य टिकवून ठेवतो आणि नंतर कमी होतो (आकृती 1c). तथापि, तिन्ही प्रकरणांमध्ये हे कमाल मूल्य अजूनही 90° पेक्षा कमी आहे, जे कपॅसिटिव्ह डिस्पर्शनमुळे एक अ-आदर्श कपॅसिटिव्ह वर्तन दर्शवते. अशाप्रकारे, QCPE कॉन्स्टंट फेज एलिमेंट (CPE) चा उपयोग पृष्ठभागाच्या खडबडीतपणा किंवा असमानतेतून, विशेषतः अणू स्तरावर, फ्रॅक्टल भूमिती, इलेक्ट्रोडची सच्छिद्रता, असमान संभाव्यता आणि पृष्ठभागावर अवलंबून असलेल्या विद्युत प्रवाहाच्या वितरणाच्या संदर्भात, मिळवलेल्या आंतरपृष्ठीय कपॅसिटन्स वितरणाचे प्रतिनिधित्व करण्यासाठी केला जातो. इलेक्ट्रोड भूमिती31,32. CPE इम्पेडन्स:
येथे j ही काल्पनिक संख्या आहे आणि ω ही कोनीय वारंवारता आहे. QCPE हा इलेक्ट्रोलाइटच्या सक्रिय खुल्या क्षेत्राच्या प्रमाणात असलेला एक वारंवारता-निरपेक्ष स्थिरांक आहे. n ही एक परिमाणरहित घातांक संख्या आहे जी कपॅसिटरच्या आदर्श कपॅसिटिव्ह वर्तनापासून होणारे विचलन दर्शवते, म्हणजेच n जितका 1 च्या जवळ असेल, तितका CPE शुद्ध कपॅसिटन्सच्या जवळ असतो, आणि जर n शून्याच्या जवळ असेल, तर तो रोध असतो. n चे थोडेसे विचलन, जे 1 च्या जवळ असते, ते ध्रुवीकरण चाचणीनंतर पृष्ठभागाचे गैर-आदर्श कपॅसिटिव्ह वर्तन दर्शवते. कोल्ड रोल्ड SDSS चा QCPE समान उत्पादनांपेक्षा खूप जास्त असतो, याचा अर्थ पृष्ठभागाची गुणवत्ता कमी एकसमान असते.
स्टेनलेस स्टीलच्या बहुतेक गंज-प्रतिरोधक गुणधर्मांप्रमाणेच, SDSS मधील तुलनेने उच्च Cr (क्रोमियम) प्रमाणामुळे पृष्ठभागावर निष्क्रिय संरक्षक ऑक्साईड फिल्मच्या उपस्थितीमुळे सामान्यतः SDSS ला उत्कृष्ट गंज-प्रतिरोधकता प्राप्त होते¹⁷. ही निष्क्रिय करणारी फिल्म सामान्यतः Cr³⁺ ऑक्साईड्स आणि/किंवा हायड्रॉक्साईड्सने समृद्ध असते, ज्यात प्रामुख्याने Fe²⁺, Fe³⁺ ऑक्साईड्स आणि/किंवा (ऑक्सी)हायड्रॉक्साईड्स³³ समाविष्ट असतात. सूक्ष्मदर्शकीय प्रतिमांद्वारे निश्चित केल्यानुसार, पृष्ठभागाची एकसमानता, निष्क्रिय करणारा ऑक्साईड थर आणि पृष्ठभागावर कोणताही दृश्यमान तडा नसतानाही⁶,⁷, उष्ण-प्रक्रिया केलेल्या (hot-worked) आणि शीत-रोलिंग केलेल्या (cold-rolled) SDSS चे गंज-वर्तन भिन्न असते आणि म्हणूनच स्टीलच्या विकृती सूक्ष्म-संरचना आणि संरचनात्मक वैशिष्ट्यांचा सखोल अभ्यास करणे आवश्यक आहे.
विकृत स्टेनलेस स्टीलच्या सूक्ष्म संरचनेचा अभ्यास अंतर्गत आणि सिंक्रोट्रॉन उच्च-ऊर्जा एक्स-रे वापरून संख्यात्मकदृष्ट्या करण्यात आला (पूरक आकृत्या १, २). याचे सविस्तर विश्लेषण पूरक माहितीमध्ये दिले आहे. जरी हे मुख्यतः मुख्य टप्प्याच्या प्रकाराशी जुळत असले तरी, टप्प्यांच्या आकारमानाच्या अंशांमध्ये फरक आढळले, जे पूरक सारणी १ मध्ये सूचीबद्ध आहेत. हा फरक पृष्ठभागावरील विषम टप्प्यांच्या अंशामुळे आणि आपाती फोटॉनच्या विविध ऊर्जा स्रोतांसह एक्स-रे विवर्तन वापरून वेगवेगळ्या खोलीवर आधारित आकारमान अंशामुळे (XRD) असू शकतो. प्रयोगशाळेतील स्रोतावरून XRD द्वारे निर्धारित केल्यानुसार, कोल्ड रोल्ड नमुन्यांमध्ये ऑस्टेनाइटचे तुलनेने जास्त प्रमाण चांगले पॅसिव्हेशन आणि परिणामी चांगला गंज प्रतिरोध दर्शवते³⁵, तर अधिक अचूक आणि सांख्यिकीय परिणाम टप्प्यांच्या प्रमाणांमध्ये विरुद्ध प्रवृत्ती दर्शवतात. याव्यतिरिक्त, स्टीलचा गंज प्रतिरोध थर्मोमेकॅनिकल उपचारादरम्यान होणाऱ्या कण शुद्धीकरणाची पातळी, कणांचा आकार कमी होणे, सूक्ष्म विकृतींमध्ये वाढ आणि विस्थापन घनतेवर देखील अवलंबून असतो³⁶,³⁷,³⁸. उष्ण-प्रक्रिया केलेल्या नमुन्यांमध्ये अधिक दाणेदार स्वरूप दिसून येते, जे मायक्रॉन-आकाराच्या कणांचे सूचक आहे, तर शीत-रोलिंग केलेल्या नमुन्यांमध्ये (पूरक आकृती ३) दिसणारी गुळगुळीत कडी, मागील कामातील नॅनोस्केलपर्यंत झालेल्या लक्षणीय कण-सूक्ष्मीकरणाचे संकेत देतात⁶, ज्यामुळे फिल्म पॅसिव्हेशन निर्मिती आणि गंज-प्रतिरोध वाढण्यास हातभार लागतो. उच्च डिसलोकेशन घनता सामान्यतः पिटिंगला कमी प्रतिकाराशी संबंधित असते, जे इलेक्ट्रोकेमिकल मापनांशी सुसंगत आहे.
एक्स-पीईईएम (X-PEEM) वापरून मूलभूत मूलद्रव्यांच्या सूक्ष्मक्षेत्रांमधील रासायनिक अवस्थांमधील बदलांचा पद्धतशीरपणे अभ्यास करण्यात आला आहे. मिश्रधातू मूलद्रव्यांची विपुलता असूनही, येथे Cr, Fe, Ni, आणि Ce39 यांची निवड करण्यात आली, कारण Cr हे पॅसिव्हेशन फिल्मच्या निर्मितीसाठी महत्त्वाचे मूलद्रव्य आहे, Fe हे स्टीलमधील मुख्य मूलद्रव्य आहे, आणि Ni पॅसिव्हेशन वाढवते व फेराइट-ऑस्टेनिटिक फेज संरचनेत संतुलन साधते आणि Ce मध्ये बदल करण्याचा उद्देश आहे. सिंक्रोट्रॉन रेडिएशनची ऊर्जा समायोजित करून, Cr (एज L2.3), Fe (एज L2.3), Ni (एज L2.3) आणि Ce (एज M4.5) या मुख्य वैशिष्ट्यांसह RAS च्या पृष्ठभागावर लेप चढवण्यात आला. हॉट फॉर्मिंग आणि कोल्ड रोलिंग Ce-2507 SDSS. प्रकाशित डेटासह (उदा. Fe L2, 3 एजवरील XAS 40, 41) ऊर्जा कॅलिब्रेशन समाविष्ट करून योग्य डेटा विश्लेषण केले गेले.
आकृती २ मध्ये हॉट-वर्क्ड (आकृती २अ) आणि कोल्ड-रोल्ड (आकृती २ड) Ce-2507 SDSS च्या X-PEEM प्रतिमा आणि स्वतंत्रपणे चिन्हांकित केलेल्या ठिकाणी Cr आणि Fe च्या संबंधित XAS L2,3 एज दर्शविल्या आहेत. XAS चा L2,3 एज हा 2p3/2 (L3 एज) आणि 2p1/2 (L2 एज) या स्पिन-ऑर्बिट स्प्लिटिंग स्तरांवर इलेक्ट्रॉन फोटोएक्साइटेशननंतर रिक्त 3d अवस्था तपासतो. आकृती २ब, इ मध्ये L2,3 एजवरील XAS मधून Cr च्या व्हॅलेन्स अवस्थेबद्दल माहिती मिळाली. परीक्षकांशी तुलना केल्यावर असे दिसून आले की L3 एजजवळ A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV) आणि D (582.2 eV) अशी चार शिखरे आढळली, जी अष्टफलकीय Cr3+ दर्शवतात, जे Cr2O3 आयनशी संबंधित आहे. प्रायोगिक स्पेक्ट्रा हे पॅनेल b आणि e मध्ये दर्शविलेल्या सैद्धांतिक गणितांशी जुळतात, जे 2.0 eV44 च्या क्रिस्टल फील्डचा वापर करून Cr L2.3 इंटरफेसवरील क्रिस्टल फील्डच्या अनेक गणितांमधून प्राप्त झाले आहेत. हॉट-वर्क्ड आणि कोल्ड-रोल्ड SDSS चे दोन्ही पृष्ठभाग Cr2O3 च्या तुलनेने एकसमान थराने लेपित आहेत.
a उष्णतेने विकृत झालेल्या SDSS ची X-PEEM थर्मल प्रतिमा, जी b Cr L2.3 एज आणि c Fe L2.3 एजशी संबंधित आहे, d कोल्ड रोल्ड SDSS ची X-PEEM थर्मल प्रतिमा, जी e Cr L2.3 एज आणि f Fe L2.3 एज बाजूशी (f) संबंधित आहे. XAS स्पेक्ट्रा थर्मल प्रतिमांवर (a, d) चिन्हांकित केलेल्या वेगवेगळ्या अवकाशीय स्थानांवर रेखाटले आहेत, (b) आणि (e) मधील नारंगी ठिपक्यांच्या रेषा 2.0 eV च्या क्रिस्टल फील्ड मूल्यासह Cr3+ चे सिम्युलेटेड XAS स्पेक्ट्रा दर्शवतात. X-PEEM प्रतिमांसाठी, प्रतिमेची वाचनीयता सुधारण्यासाठी थर्मल पॅलेट वापरा, जिथे निळ्यापासून लाल रंगापर्यंतचे रंग एक्स-रे शोषणाच्या तीव्रतेच्या (कमी ते जास्त) प्रमाणात असतात.
या धातूंच्या मूलद्रव्यांच्या रासायनिक वातावरणाची पर्वा न करता, दोन्ही नमुन्यांसाठी Ni आणि Ce या मिश्रधातूंच्या मिश्रणाची रासायनिक स्थिती अपरिवर्तित राहिली. अतिरिक्त रेखाचित्र. आकृत्या ५-९ उष्ण-प्रक्रिया केलेल्या आणि शीत-रोलिंग केलेल्या नमुन्यांच्या पृष्ठभागावरील विविध स्थानांवरील Ni आणि Ce साठी X-PEEM प्रतिमा आणि संबंधित XAS स्पेक्ट्रा दर्शवतात. Ni XAS उष्ण-प्रक्रिया केलेल्या आणि शीत-रोलिंग केलेल्या नमुन्यांच्या संपूर्ण मोजलेल्या पृष्ठभागावरील Ni2+ च्या ऑक्सिडेशन अवस्था दर्शवते (पूरक चर्चा). हे लक्षात घ्यावे की, उष्ण-प्रक्रिया केलेल्या नमुन्यांच्या बाबतीत, Ce चा XAS सिग्नल आढळला नाही, तर शीत-रोलिंग केलेल्या नमुन्यांच्या बाबतीत, Ce3+ चा स्पेक्ट्रम आढळला. शीत-रोलिंग केलेल्या नमुन्यांमध्ये Ce चे ठिपके आढळल्याने असे दिसून आले की Ce प्रामुख्याने अवक्षेपांच्या स्वरूपात आढळतो.
उष्णतेने विकृत झालेल्या SDSS मध्ये, Fe L2,3 एजवर XAS मध्ये कोणताही स्थानिक संरचनात्मक बदल दिसून आला नाही (आकृती 2c). तथापि, आकृती 2f मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, कोल्ड-रोल्ड SDSS च्या सात यादृच्छिकपणे निवडलेल्या बिंदूंवर Fe मॅट्रिक्स सूक्ष्म-प्रादेशिकरित्या आपली रासायनिक अवस्था बदलते. याव्यतिरिक्त, आकृती 2f मधील निवडलेल्या ठिकाणी Fe च्या अवस्थेतील बदलांची अचूक कल्पना मिळवण्यासाठी, स्थानिक पृष्ठभागाचा अभ्यास करण्यात आला (आकृती 3 आणि पूरक आकृती 10), ज्यामध्ये लहान गोलाकार क्षेत्रे निवडण्यात आली. α-Fe2O3 प्रणाली आणि Fe2+ अष्टफलकीय ऑक्साईडच्या Fe L2,3 एजच्या XAS स्पेक्ट्राचे मॉडेलिंग 1.0 (Fe2+) आणि 1.0 (Fe3+)44 च्या क्रिस्टल फील्ड्सचा वापर करून मल्टिपल क्रिस्टल फील्ड गणनेद्वारे करण्यात आले. आपण हे लक्षात घेतो की α-Fe2O3 आणि γ-Fe2O3 मध्ये भिन्न स्थानिक समरूपता आहेत45,46, Fe3O4 मध्ये Fe2+ आणि Fe3+ दोन्हींचे संयोजन आहे,47 आणि FeO45 हे औपचारिकपणे द्विसंयोजक Fe2+ ऑक्साइड (3d6) आहे. आपण हे लक्षात घेतो की α-Fe2O3 आणि γ-Fe2O3 मध्ये भिन्न स्थानिक समरूपता आहेत45,46, Fe3O4 मध्ये Fe2+ आणि Fe3+ दोन्हींचे संयोजन आहे,47 आणि FeO45 हे औपचारिकपणे द्विसंयोजक Fe2+ ऑक्साइड (3d6) आहे.लक्षात घ्या की α-Fe2O3 आणि γ-Fe2O3 मध्ये भिन्न स्थानिक समरूपता आहेत45,46, Fe3O4 मध्ये Fe2+ आणि Fe3+ दोन्ही एकत्र येतात,47 आणि FeO45 औपचारिकपणे द्विसंयोजक ऑक्साइड Fe2+ (3d6) च्या स्वरूपात.लक्षात घ्या की α-Fe2O3 आणि γ-Fe2O3 मध्ये भिन्न स्थानिक समरूपता आहेत⁴⁵,⁴⁶, Fe3O4 मध्ये Fe2+ आणि Fe3+ यांचे मिश्रण आहे⁴⁷, आणि FeO4⁵ हे एक औपचारिक द्विसंयोजक Fe2+ ऑक्साइड (3d6) म्हणून कार्य करते. α-Fe2O3 मधील सर्व Fe3+ आयनांमध्ये फक्त Oh पोझिशन्स असतात, तर γ-Fe2O3 सामान्यतः eg पोझिशन्समध्ये रिक्त जागा असलेल्या Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 स्पिनेलद्वारे दर्शविले जाते. म्हणून, γ-Fe2O3 मधील Fe3+ आयनांमध्ये Td आणि Oh दोन्ही पोझिशन्स असतात. मागील एका शोधनिबंधात नमूद केल्याप्रमाणे⁴⁵, जरी दोघांचे तीव्रता गुणोत्तर भिन्न असले तरी, त्यांचे तीव्रता गुणोत्तर eg/t2g ≈1 आहे, तर या प्रकरणात निरीक्षित तीव्रता गुणोत्तर eg/t2g सुमारे 1 आहे. यामुळे सध्याच्या परिस्थितीत फक्त Fe3+ उपस्थित असण्याची शक्यता नाकारली जाते. Fe2+ ​​आणि Fe3+ दोन्ही असलेल्या Fe3O4 च्या बाबतीत विचार केल्यास, पहिले वैशिष्ट्य, ज्यामध्ये Fe साठी कमकुवत (मजबूत) L3 एज असल्याचे ज्ञात आहे, ते रिक्त t2g स्टेट्सची कमी (जास्त) संख्या दर्शवते. हे Fe2+ (Fe3+) ला लागू होते, जे दर्शवते की वाढीचे पहिले वैशिष्ट्य Fe2+47 च्या प्रमाणामध्ये वाढ दर्शवते. हे परिणाम दर्शवतात की कंपोझिट्सच्या कोल्ड-रोल्ड पृष्ठभागावर Fe2+ आणि γ-Fe2O3, α-Fe2O3 आणि/किंवा Fe3O4 यांचे सहअस्तित्व प्रबळ आहे.
आकृती 2d मधील निवडक प्रदेश 2 आणि E मधील विविध स्थानिक स्थितींवर Fe L2,3 एज ओलांडणाऱ्या XAS स्पेक्ट्रा (a, c) आणि (b, d) च्या विस्तारित फोटोइलेक्ट्रॉन थर्मल इमेजिंग प्रतिमा.
मिळालेला प्रायोगिक डेटा (आकृती ४अ आणि पूरक आकृती ११) आलेखित केला आहे आणि त्याची तुलना शुद्ध संयुगे ४०, ४१, ४८ यांच्या डेटाशी केली आहे. प्रायोगिकरित्या निरीक्षण केलेल्या तीन वेगवेगळ्या प्रकारच्या Fe L-एज XAS स्पेक्ट्रा (XAS-1, XAS-2 आणि XAS-3: आकृती ४अ). विशेषतः, आकृती ३ब मधील स्पेक्ट्रम २-अ (XAS-1 म्हणून दर्शविलेला) आणि त्यानंतरचा स्पेक्ट्रम २-ब (XAS-2 म्हणून लेबल केलेला) संपूर्ण शोध क्षेत्रावर निरीक्षण करण्यात आला, तर आकृती ३ड मध्ये निरीक्षण केलेले E-3 सारखे स्पेक्ट्रा (XAS-3 म्हणून लेबल केलेले) विशिष्ट ठिकाणी निरीक्षण करण्यात आले. नियमानुसार, अभ्यासाधीन नमुन्यातील अस्तित्वात असलेल्या व्हॅलेन्स अवस्था ओळखण्यासाठी चार पॅरामीटर्स वापरले गेले: (१) स्पेक्ट्रल वैशिष्ट्ये L3 आणि L2, (२) वैशिष्ट्ये L3 आणि L2 ची ऊर्जा स्थिती, (३) L3-L2 ऊर्जा फरक, (४) L2/L3 तीव्रतेचे गुणोत्तर. दृश्य निरीक्षणांनुसार (आकृती ४अ), अभ्यासाधीन SDSS पृष्ठभागावर Fe0, Fe2+, आणि Fe3+ हे तिन्ही Fe घटक उपस्थित आहेत. गणना केलेले तीव्रता गुणोत्तर L2/L3 ने देखील या तिन्ही घटकांची उपस्थिती दर्शविली.
निरीक्षण केलेल्या तीन वेगवेगळ्या प्रायोगिक डेटासह Fe चे सिम्युलेटेड XAS स्पेक्ट्रा (घन रेषा XAS-1, XAS-2 आणि XAS-3 आकृती 2 आणि 3 मधील 2-a, 2-b आणि E-3 शी संबंधित आहेत) तुलना, अनुक्रमे 1.0 eV आणि 1.5 eV क्रिस्टल फील्ड मूल्यांसह अष्टफलक Fe2+, Fe3+, bd (XAS-1, XAS-2, XAS-3) सह मोजलेला प्रायोगिक डेटा आणि संबंधित ऑप्टिमाइझ केलेला LCF डेटा (घन काळी रेषा), आणि तसेच Fe3O4 (Fe ची मिश्र अवस्था) आणि Fe2O3 (शुद्ध Fe3+) मानकांसह XAS-3 स्पेक्ट्राच्या स्वरूपात.
आयर्न ऑक्साईडच्या रचनेचे प्रमाण निश्चित करण्यासाठी तीन स्टँडर्ड्स ४०, ४१, ४८ यांचे लिनियर कॉम्बिनेशन फिट (LCF) वापरण्यात आले. आकृती ४ब-ड मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, सर्वाधिक कॉन्ट्रास्ट दर्शवणाऱ्या तीन निवडक Fe L-एज XAS स्पेक्ट्रा, म्हणजेच XAS-1, XAS-2 आणि XAS-3, यांच्यासाठी LCF लागू करण्यात आले. LCF फिटिंगसाठी, सर्व प्रकरणांमध्ये १०% Fe0 विचारात घेण्यात आले, कारण आम्हाला सर्व डेटामध्ये एक लहान लेज आढळला, आणि तसेच धातुरूप लोह हा स्टीलचा मुख्य घटक आहे. खरंच, Fe साठी X-PEEM ची प्रोबेशन डेप्थ (~6 nm)49 ही अंदाजित ऑक्सिडेशन लेयरच्या जाडीपेक्षा (किंचित > 4 nm) जास्त आहे, ज्यामुळे पॅसिव्हेशन लेयरच्या खाली असलेल्या आयर्न मॅट्रिक्स (Fe0) मधून सिग्नल शोधणे शक्य होते. खरंच, Fe साठी X-PEEM ची प्रोबेशन डेप्थ (~6 nm)49 ही अंदाजित ऑक्सिडेशन लेयरच्या जाडीपेक्षा (किंचित > 4 nm) जास्त आहे, ज्यामुळे पॅसिव्हेशन लेयरच्या खाली असलेल्या आयर्न मॅट्रिक्स (Fe0) मधून सिग्नल शोधणे शक्य होते. Действительно, пробная глубина X-PEEM для Fe (~ 6 нм)49 больше, чем предполагаемая толщина слоя окисления (немнопоя немного > 49) обнаружить сигнал от железной матрицы (Fe0) под пассивирующим слоем. खरंच, Fe साठी प्रोब X-PEEM खोली (~6 nm)49 ही ऑक्सिडेशन लेयरच्या गृहीत जाडीपेक्षा (किंचित >4 nm) जास्त आहे, ज्यामुळे पॅसिव्हेशन लेयरखाली असलेल्या आयर्न मॅट्रिक्स (Fe0) मधून सिग्नल शोधणे शक्य होते.事实上，X-PEEM 对Fe（~6 nm）49 的检测深度大于估计的氧化层厚度（略> 4 nm）, 允许检测来自钝化层下方的铁基体（Fe0）的信号.事实上 ， X-PEEM 对 Fe （~ 6 nm） 49 的 检测 深度 大于 的 氧化层 厚度 略 略> 4 nm） 慀誥浀钝化层 下方 铁基体 （fe0） 的。 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号信号Фактически, глубина обнаружения Fe (~ 6 нм) 49 с помощью X-PEEM больше, чем предполагаемая толщина оксидного (~ 6 нм) , оксидного (~ 6 нм) позволяет обнаруживать сигнал от железной матрицы (Fe0) ниже пассивирующего слоя. खरं तर, X-PEEM द्वारे Fe ची शोधण्याची खोली (~6 nm) 49 ही ऑक्साइड थराच्या अपेक्षित जाडीपेक्षा (किंचित > 4 nm) जास्त आहे, ज्यामुळे पॅसिव्हेशन थराखाली असलेल्या लोह मॅट्रिक्स (Fe0) मधून सिग्नल शोधणे शक्य होते. .निरीक्षण केलेल्या प्रायोगिक माहितीसाठी सर्वोत्तम संभाव्य उपाय शोधण्याकरिता Fe2+ आणि Fe3+ चे विविध संयोग वापरून प्रयोग करण्यात आले. आकृती 4b मध्ये Fe2+ आणि Fe3+ च्या संयोगासाठी XAS-1 स्पेक्ट्रम दाखवला आहे, जिथे Fe2+ आणि Fe3+ चे प्रमाण सुमारे 45% ने समान होते, जे Fe च्या मिश्र ऑक्सिडेशन अवस्था दर्शवते. तर XAS-2 स्पेक्ट्रमसाठी, Fe2+ आणि Fe3+ ची टक्केवारी अनुक्रमे ~30% आणि 60% होते. Fe2+ हे Fe3+ पेक्षा कमी आहे. Fe2+ ते Fe3 चे गुणोत्तर 1:2 असण्याचा अर्थ असा आहे की Fe आयनांच्या समान गुणोत्तराने Fe3O4 तयार होऊ शकते. याव्यतिरिक्त, XAS-3 स्पेक्ट्रमसाठी, Fe2+ आणि Fe3+ ची टक्केवारी ~10% आणि 80% होते, जे Fe2+ चे Fe3+ मध्ये उच्च रूपांतरण दर्शवते. वर नमूद केल्याप्रमाणे, Fe3+ हे α-Fe2O3, γ-Fe2O3 किंवा Fe3O4 मधून येऊ शकते. Fe3+ चा सर्वात संभाव्य स्रोत समजून घेण्यासाठी, XAS-3 स्पेक्ट्रम आकृती 4e मध्ये वेगवेगळ्या Fe3+ मानकांसह रेखाटण्यात आला, जो B शिखराचा विचार केल्यास दोन्ही मानकांशी साम्य दर्शवतो. तथापि, खांद्याच्या शिखरांची (A: Fe2+ पासून) तीव्रता आणि B/A तीव्रता गुणोत्तर हे सूचित करतात की XAS-3 चा स्पेक्ट्रम जवळचा आहे, परंतु तो γ-Fe2O3 च्या स्पेक्ट्रमशी तंतोतंत जुळत नाही. बल्क γ-Fe2O3 च्या तुलनेत, A SDSS च्या Fe 2p XAS शिखराची तीव्रता किंचित जास्त आहे (आकृती 4e), जे Fe2+ ची उच्च तीव्रता दर्शवते. जरी XAS-3 चा स्पेक्ट्रम γ-Fe2O3 च्या स्पेक्ट्रमसारखा असला, जिथे Fe3+ हे Oh आणि Td स्थानांवर उपस्थित आहे, तरीही वेगवेगळ्या संयुजा अवस्थांची ओळख आणि केवळ L2,3 कडेवरील समन्वय किंवा L2/L3 तीव्रता गुणोत्तर ही एक समस्या आहे. अंतिम स्पेक्ट्रमवर परिणाम करणाऱ्या विविध घटकांच्या जटिलतेमुळे हा एक सतत चर्चेचा विषय आहे41.
वर वर्णन केलेल्या निवडक स्वारस्य क्षेत्रांच्या रासायनिक स्थितीतील वर्णक्रमीय फरकांव्यतिरिक्त, नमुन्याच्या पृष्ठभागावर प्राप्त झालेल्या सर्व XAS वर्णपटांचे K-means क्लस्टरिंग पद्धतीचा वापर करून वर्गीकरण करून Cr आणि Fe या प्रमुख मूलद्रव्यांच्या जागतिक रासायनिक विषमतेचे देखील मूल्यांकन करण्यात आले. आकृती ५ मध्ये दर्शविलेल्या उष्ण-प्रक्रिया केलेल्या आणि शीत-रोल्ड नमुन्यांमध्ये अवकाशीय दृष्ट्या वितरित दोन इष्टतम क्लस्टर्स तयार करण्यासाठी एज प्रोफाइल्स Cr L सेट केले आहेत. हे स्पष्ट आहे की कोणतेही स्थानिक संरचनात्मक बदल समान म्हणून जाणवत नाहीत, कारण XAS Cr वर्णपटांचे दोन्ही केंद्रबिंदू तुलनात्मक आहेत. या दोन क्लस्टर्सचे वर्णक्रमीय आकार Cr2O342 शी संबंधित आकारांसारखेच आहेत, याचा अर्थ असा की SDSS वर Cr2O3 चे थर तुलनेने समान अंतरावर आहेत.
Cr L K-means एज रीजन क्लस्टर्स, आणि b हे संबंधित XAS सेंट्रॉइड्स आहेत. कोल्ड-रोल्ड SDSS च्या K-means X-PEEM तुलनेचे परिणाम: c K-means क्लस्टर्सचा Cr L2.3 एज रीजन आणि d संबंधित XAS सेंट्रॉइड्स.
अधिक गुंतागुंतीचे FeL एज मॅप्स स्पष्ट करण्यासाठी, हॉट-वर्क्ड आणि कोल्ड-रोल्ड नमुन्यांसाठी अनुक्रमे चार आणि पाच ऑप्टिमाइझ्ड क्लस्टर्स आणि त्यांचे संबंधित सेंट्रॉइड्स (स्पेक्ट्रल प्रोफाइल्स) वापरण्यात आले. त्यामुळे, आकृती ४ मध्ये दर्शविलेल्या LCF ला फिट करून Fe2+ आणि Fe3+ ची टक्केवारी (%) मिळवता येते. पृष्ठभागावरील ऑक्साइड फिल्मची सूक्ष्मरासायनिक विषमता उघड करण्यासाठी Fe0 चे फंक्शन म्हणून स्यूडोइलेक्ट्रोड पोटेन्शियल Epseudo वापरण्यात आले. Epseudo चा अंदाजे अंदाज मिक्सिंग रूलद्वारे लावला जातो,
येथे \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) हे \(\rm{Fe} + 2e^ – \ ते \rm { Fe}^{2 + (3 + )}\), अनुक्रमे 0.440 आणि 0.036 V च्या बरोबर आहे. कमी विभव असलेल्या प्रदेशांमध्ये Fe3+ संयुगाचे प्रमाण जास्त असते. उष्णतेने विकृत केलेल्या नमुन्यांमधील विभव वितरणाचे स्वरूप स्तरित असून त्यात सुमारे 0.119 V चा कमाल बदल आढळतो (आकृती 6a, b). हे विभव वितरण पृष्ठभागाच्या स्थलाकृतीशी जवळून संबंधित आहे (आकृती 6a). खालील स्तरित अंतर्भागात स्थानानुसार होणारे इतर कोणतेही बदल दिसून आले नाहीत (आकृती 6b). याउलट, कोल्ड-रोल्ड SDSS मध्ये Fe2+ आणि Fe3+ चे वेगवेगळे प्रमाण असलेल्या भिन्न ऑक्साईड्सच्या जोडणीसाठी, स्यूडो-पोटेंशिअलचे असमान स्वरूप दिसून येते (आकृती 6c, d). स्टीलमधील गंजाचे मुख्य घटक Fe3+ ऑक्साईड आणि/किंवा (ऑक्सी)हायड्रॉक्साईड आहेत आणि ते ऑक्सिजन आणि पाण्याला पारगम्य असतात50. या प्रकरणात, Fe3+ ने समृद्ध असलेले भाग स्थानिकरित्या वितरित मानले जातात आणि त्यांना गंजलेले क्षेत्र मानले जाऊ शकते. त्याच वेळी, सक्रिय गंजण्याच्या ठिकाणांच्या स्थानिकीकरणासाठी, संभाव्यतेच्या निरपेक्ष मूल्याऐवजी, संभाव्य क्षेत्रातील प्रवणतेचा सूचक म्हणून वापर केला जाऊ शकतो. कोल्ड रोल्ड SDSS च्या पृष्ठभागावरील Fe2+ आणि Fe3+ चे हे असमान वितरण स्थानिक रसायनशास्त्र बदलू शकते आणि ऑक्साईड फिल्मचे विघटन आणि गंजण्याच्या प्रतिक्रियांमध्ये अधिक व्यावहारिक सक्रिय पृष्ठभाग क्षेत्र प्रदान करू शकते, ज्यामुळे खालील धातूच्या मॅट्रिक्सचे सतत गंजणे शक्य होते, परिणामी अंतर्गत गंज निर्माण होतो. गुणधर्मांची विषमता आणि पॅसिव्हेटिंग लेयरच्या संरक्षक गुणधर्मांमध्ये घट होते.
कोल्ड-रोल्ड SDSS च्या हॉट-डिफॉर्म्ड X-PEEM ac आणि df मधील Fe L2.3 एज रीजनमधील के-मीन्स क्लस्टर्स आणि संबंधित XAS सेंट्रॉइड्स. a, d एक्स-पीईईएम इमेजेसवर आच्छादित केलेले के-मीन्स क्लस्टर प्लॉट्स. गणना केलेले स्यूडोइलेक्ट्रोड पोटेन्शियल (Epseudo) के-मीन्स क्लस्टर प्लॉटसोबत नमूद केले आहे. एक्स-पीईईएम इमेजची चमक, आकृती २ मधील रंगाप्रमाणे, एक्स-रे शोषण तीव्रतेच्या प्रमाणात असते.
तुलनेने एकसमान क्रोमियम (Cr) परंतु लोहाच्या (Fe) भिन्न रासायनिक स्थितीमुळे उष्ण-प्रक्रिया केलेल्या आणि शीत-रोलिंग केलेल्या Ce-2507 मध्ये ऑक्साईड फिल्मचे नुकसान आणि क्षरणाचे नमुने वेगवेगळे आढळतात. शीत-रोलिंग केलेल्या Ce-2507 च्या या गुणधर्माचा सखोल अभ्यास केला गेला आहे. या जवळपास उदासीन परिस्थितीत सभोवतालच्या हवेत लोहाच्या ऑक्साईड आणि हायड्रॉक्साईडच्या निर्मितीसंदर्भात, प्रतिक्रिया खालीलप्रमाणे आहेत:
एक्स-पीईईएम (X-PEEM) विश्लेषणावर आधारित, वरील प्रतिक्रिया खालील परिस्थितींमध्ये घडतात. Fe0 शी संबंधित एक लहान खाच (शोल्डर) खालील धातुरूपी लोहाशी संबंधित आहे. धातुरूपी Fe ची पर्यावरणाशी होणाऱ्या प्रतिक्रियेमुळे Fe(OH)2 थराची निर्मिती होते (समीकरण (5)), ज्यामुळे Fe L-एज XAS मध्ये Fe2+ सिग्नल वाढतो. हवेच्या दीर्घकाळ संपर्कामुळे Fe(OH)2 नंतर Fe3O4 आणि/किंवा Fe2O3 ऑक्साईड्सची निर्मिती होऊ शकते 52,53. Cr3+ समृद्ध संरक्षक थरात Fe ची दोन स्थिर रूपे, Fe3O4 आणि Fe2O3, देखील तयार होऊ शकतात, ज्यापैकी Fe3O4 एकसमान आणि चिकट संरचनेला प्राधान्य देते. या दोन्हींच्या उपस्थितीमुळे मिश्र ऑक्सिडेशन अवस्था (XAS-1 स्पेक्ट्रम) निर्माण होतात. XAS-2 स्पेक्ट्रम मुख्यत्वे Fe3O4 शी संबंधित आहे. तर अनेक ठिकाणी XAS-3 स्पेक्ट्रमच्या निरीक्षणाने γ-Fe2O3 मध्ये पूर्ण रूपांतरण झाल्याचे सूचित केले. उलगडलेल्या एक्स-रेची प्रवेश खोली सुमारे 50 nm असल्याने, खालच्या थरातून येणाऱ्या सिग्नलमुळे A पीकची तीव्रता जास्त असते.
एक्सपीए स्पेक्ट्रम दर्शवितो की ऑक्साइड फिल्ममधील Fe घटकाची रचना स्तरित असून ती Cr ऑक्साइडच्या थरासोबत जोडलेली आहे. क्षरणादरम्यान Cr2O3 च्या स्थानिक असमानतेमुळे होणाऱ्या पॅसिव्हेशनच्या चिन्हांच्या विपरीत, या कामात Cr2O3 चा एकसमान थर असूनही, या प्रकरणात कमी क्षरण प्रतिरोध दिसून येतो, विशेषतः कोल्ड-रोल्ड नमुन्यांमध्ये. निरीक्षित वर्तन हे वरच्या थरातील (Fe) रासायनिक ऑक्सिडेशन स्थितीच्या विषमतेमुळे समजू शकते, जे क्षरण कामगिरीवर परिणाम करते. वरचा थर (आयर्न ऑक्साइड) आणि खालचा थर (क्रोमियम ऑक्साइड)52,53 यांच्या समान स्टॉइकिओमेट्रीमुळे त्यांच्यातील चांगल्या आंतरक्रियेमुळे (आसंजन) जाळीमध्ये धातू किंवा ऑक्सिजन आयनांची वाहतूक मंदावते, ज्यामुळे क्षरण प्रतिरोधात वाढ होते. म्हणून, अचानक होणाऱ्या स्टॉइकिओमेट्रिक बदलांपेक्षा एक सलग स्टॉइकिओमेट्रिक गुणोत्तर, म्हणजेच Fe ची एकच ऑक्सिडेशन स्थिती, अधिक श्रेयस्कर आहे. उष्णतेने विकृत केलेल्या SDSS मध्ये अधिक एकसमान पृष्ठभाग, अधिक दाट संरक्षक थर आणि उत्तम क्षरण प्रतिरोध असतो. याउलट, कोल्ड-रोल्ड SDSS च्या बाबतीत, संरक्षक थराखाली Fe3+-समृद्ध बेटांच्या उपस्थितीमुळे पृष्ठभागाची अखंडता भंग पावते आणि जवळच्या सब्सट्रेटसोबत गॅल्व्हॅनिक क्षरण होते, ज्यामुळे Rp मध्ये तीव्र घट होते (तक्ता १). EIS स्पेक्ट्रम आणि त्याची क्षरण प्रतिरोधकता कमी होते. यावरून असे दिसून येते की, प्लॅस्टिक विरूपणामुळे तयार झालेल्या Fe3+ समृद्ध बेटांचे स्थानिक वितरण प्रामुख्याने क्षरण प्रतिरोधकतेवर परिणाम करते, जे या कामातील एक महत्त्वपूर्ण यश आहे. अशाप्रकारे, हा अभ्यास प्लॅस्टिक विरूपण पद्धतीने अभ्यासलेल्या SDSS नमुन्यांच्या क्षरण प्रतिरोधकतेतील घटीची स्पेक्ट्रोस्कोपिक सूक्ष्मदर्शी प्रतिमा सादर करतो.
याव्यतिरिक्त, जरी द्वि-फेज स्टीलमध्ये दुर्मिळ पृथ्वी मूलद्रव्यांचे मिश्रण केल्याने चांगली कामगिरी दिसून येत असली तरी, स्पेक्ट्रोस्कोपिक मायक्रोस्कोपी डेटानुसार क्षरण वर्तनाच्या संदर्भात या अतिरिक्त मूलद्रव्याची वैयक्तिक स्टील मॅट्रिक्ससोबतची आंतरक्रिया अस्पष्ट राहते. कोल्ड रोलिंग दरम्यान Ce सिग्नल्स (XAS M-एजेसद्वारे) फक्त काही ठिकाणी दिसतात, परंतु SDSS च्या हॉट डिफॉर्मेशन दरम्यान ते नाहीसे होतात, जे एकसंध मिश्रणाऐवजी स्टील मॅट्रिक्समध्ये Ce चे स्थानिक अवक्षेपण दर्शवते. SDSS6,7 चे यांत्रिक गुणधर्म लक्षणीयरीत्या सुधारत नसले तरी, दुर्मिळ पृथ्वी मूलद्रव्यांच्या उपस्थितीमुळे इनक्लुजनचा आकार कमी होतो आणि सुरुवातीच्या भागात पिटिंगला प्रतिबंध होतो असे मानले जाते54.
सारांशतः, हे कार्य नॅनोस्केल घटकांच्या रासायनिक सामग्रीचे परिमाणीकरण करून, सेरियमने सुधारित केलेल्या २५०७ एसडीएसएसच्या क्षरणावर पृष्ठभागाच्या विषमतेचा होणारा परिणाम उघड करते. आम्ही के-मीन्स क्लस्टरिंगचा वापर करून स्टेनलेस स्टीलची सूक्ष्म-संरचना, पृष्ठभागीय रसायनशास्त्र आणि सिग्नल प्रोसेसिंगचे परिमाणीकरण करून, संरक्षक ऑक्साईड थराखालीही त्याचे क्षरण का होते या प्रश्नाचे उत्तर देतो. हे सिद्ध झाले आहे की, Fe³⁺ ने समृद्ध असलेले नॅनोआयलँड्स, ज्यात मिश्र Fe²⁺/Fe³⁺ च्या संपूर्ण वैशिष्ट्यासह त्यांचे अष्टफलकीय आणि चतुष्फलकीय समन्वय समाविष्ट आहे, हे कोल्ड-रोल्ड ऑक्साईड फिल्म एसडीएसएसच्या नुकसानीचे आणि क्षरणाचे स्रोत आहेत. Fe³⁺ चे वर्चस्व असलेले नॅनोआयलँड्स, पुरेसा स्टॉइकिओमेट्रिक Cr₂O₃ पॅसिव्हेटिंग थर उपस्थित असतानाही, कमी क्षरण-प्रतिरोध निर्माण करतात. क्षरणावर नॅनोस्केल रासायनिक विषमतेचा होणारा परिणाम निश्चित करण्याच्या पद्धतशीर प्रगतीव्यतिरिक्त, चालू असलेले कार्य पोलाद निर्मितीदरम्यान स्टेनलेस स्टीलचा क्षरण-प्रतिरोध सुधारण्यासाठी अभियांत्रिकी प्रक्रियांना प्रेरणा देईल अशी अपेक्षा आहे.
या अभ्यासात वापरलेला Ce-2507 SDSS इंगॉट तयार करण्यासाठी, शुद्ध लोखंडी नळीने सीलबंद केलेल्या Fe-Ce मास्टर मिश्रधातूचा समावेश असलेले एक मिश्र मिश्रण १५० किलोच्या मध्यम-फ्रिक्वेन्सी इंडक्शन फर्नेसमध्ये वितळवून वितळलेले पोलाद तयार केले गेले आणि ते एका साच्यात ओतले गेले. मोजलेली रासायनिक रचना (वजन टक्के) पूरक सारणी २ मध्ये सूचीबद्ध आहे. इंगॉट्सना प्रथम उष्ण फोर्जिंग करून ब्लॉक्स बनवले जातात. त्यानंतर, सॉलिड सोल्युशनच्या अवस्थेतील पोलाद मिळवण्यासाठी त्याला १०५०°C तापमानावर ६० मिनिटांसाठी ॲनील केले गेले आणि नंतर खोलीच्या तापमानापर्यंत पाण्यात क्वेंच केले गेले. अभ्यास केलेल्या नमुन्यांचा, फेजेस, ग्रेन साईज आणि मॉर्फोलॉजीचा अभ्यास करण्यासाठी TEM आणि DOE वापरून तपशीलवार अभ्यास केला गेला. नमुने आणि उत्पादन प्रक्रियेबद्दल अधिक तपशीलवार माहिती इतर स्रोतांमध्ये⁶,⁷ मिळू शकते.
उष्ण संपीडनासाठी दंडगोलाकार नमुने (φ10 मिमी×15 मिमी) अशा प्रकारे तयार केले गेले की दंडगोलाचा अक्ष ब्लॉकच्या विरूपण दिशेला समांतर असेल. ग्लीबल-३८०० थर्मल सिम्युलेटरचा वापर करून १०००-११५०°C च्या श्रेणीतील विविध तापमानांवर ०.०१-१० s-1 च्या श्रेणीतील स्थिर विकृती दराने उच्च-तापमान संपीडन केले गेले. विरूपणापूर्वी, तापमान प्रवणता नाहीशी करण्यासाठी नमुन्यांना निवडलेल्या तापमानावर २ मिनिटांसाठी १० °C s-1 दराने गरम केले गेले. तापमानात एकसमानता आल्यानंतर, नमुन्याला ०.७ च्या वास्तविक विकृती मूल्यापर्यंत विरूपित केले गेले. विरूपणानंतर, विरूपित रचना टिकवून ठेवण्यासाठी नमुन्यांना त्वरित पाण्याने थंड केले गेले. त्यानंतर कठीण झालेला नमुना संपीडन दिशेला समांतर कापला जातो. या विशिष्ट अभ्यासासाठी, आम्ही १०५०°C, १० s-1 च्या उष्ण विकृती स्थितीतील नमुना निवडला कारण त्याची निरीक्षित सूक्ष्मकठोरता इतर नमुन्यांपेक्षा जास्त होती⁷.
Ce-2507 सॉलिड सोल्युशनचे मोठे (80 × 10 × 17 mm3) नमुने LG-300 थ्री-फेज असिंक्रोनस टू-रोल मिलमध्ये वापरले गेले, ज्यात इतर सर्व डिफॉर्मेशन लेव्हल्सपेक्षा सर्वोत्तम यांत्रिक गुणधर्म आहेत⁶. प्रत्येक पाथसाठी स्ट्रेन रेट आणि जाडीतील घट अनुक्रमे 0.2 m·s⁻¹ आणि 5% आहे.
जाडीमध्ये ९०% घट (१.० समतुल्य वास्तविक विकृती) होईपर्यंत कोल्ड रोलिंग केल्यानंतर आणि १०५०°C तापमानावर १० सेकंदांसाठी हॉट प्रेसिंग करून ०.७ वास्तविक विकृती मिळवल्यानंतर, SDSS च्या विद्युत रासायनिक मोजमापांसाठी ऑटोलॅब PGSTAT128N विद्युत रासायनिक वर्कस्टेशनचा वापर करण्यात आला. या वर्कस्टेशनमध्ये तीन-इलेक्ट्रोड सेल असून, त्यात संदर्भ इलेक्ट्रोड म्हणून सॅचुरेटेड कॅलोमेल इलेक्ट्रोड, एक ग्रॅफाइट काउंटर इलेक्ट्रोड आणि कार्यरत इलेक्ट्रोड म्हणून SDSS नमुना आहे. नमुने ११.३ मिमी व्यासाच्या दंडगोलांमध्ये कापले गेले, ज्यांच्या बाजूंना तांब्याच्या तारा सोल्डर केल्या गेल्या. त्यानंतर नमुने इपॉक्सीने स्थिर केले गेले, आणि कार्यरत इलेक्ट्रोड म्हणून १ सेमी² चे मोकळे क्षेत्र (दंडगोलाकार नमुन्याची खालची बाजू) शिल्लक ठेवले. इपॉक्सीच्या क्युरिंग दरम्यान आणि त्यानंतरच्या सँडिंग व पॉलिशिंग करताना तडे जाणे टाळण्यासाठी काळजी घ्यावी. कार्यरत पृष्ठभाग १ μm कणांच्या आकाराच्या डायमंड पॉलिशिंग सस्पेंशनने घासून आणि पॉलिश करून, डिस्टिल्ड वॉटर व इथेनॉलने धुतले आणि थंड हवेत वाळवले. इलेक्ट्रोकेमिकल मोजमाप करण्यापूर्वी, पॉलिश केलेले नमुने नैसर्गिक ऑक्साईड फिल्म तयार होण्यासाठी अनेक दिवस हवेत उघडे ठेवले. स्टेनलेस स्टीलचे क्षरण जलद करण्यासाठी, ASTM शिफारशींनुसार HCl वापरून pH = १.० ± ०.०१ वर स्थिर केलेले FeCl3 (६.० wt%) चे जलीय द्रावण वापरले जाते५५, कारण ते तीव्र ऑक्सिडायझिंग क्षमता आणि कमी pH असलेल्या क्लोराईड आयनांच्या उपस्थितीत क्षरणकारी असते. पर्यावरणीय मानके G48 आणि A923. कोणतेही मोजमाप करण्यापूर्वी, नमुना चाचणी द्रावणात १ तास बुडवून ठेवा जेणेकरून तो जवळपास स्थिर स्थितीत पोहोचेल. सॉलिड-सोल्यूशन, हॉट-फॉर्म्ड आणि कोल्ड-रोल्ड नमुन्यांसाठी, इम्पेडन्स मापन अनुक्रमे ०.३९, ०.३३ आणि ०.२५ व्होल्टच्या ओपन सर्किट पोटेन्शिअल्सवर (OPC), १,१०५ ते ०.१ हर्ट्झच्या फ्रिक्वेन्सी रेंजमध्ये ५ मिलिव्होल्टच्या अॅम्प्लिट्यूडसह करण्यात आले. डेटाची पुनरुत्पादकता सुनिश्चित करण्यासाठी सर्व रासायनिक चाचण्या त्याच परिस्थितीत किमान ३ वेळा पुन्हा करण्यात आल्या.
HE-SXRD मापनांसाठी, कॅनडातील CLS येथील ब्रॉकहाऊस हाय-एनर्जी विग्लरच्या बीम फेज कंपोझिशनचे प्रमाण निश्चित करण्यासाठी 1 × 1 × 1.5 mm³ मापाचे आयताकृती ड्युप्लेक्स स्टीलचे ठोकळे मोजण्यात आले. डेटा संकलन डेबी-शेरर जिओमेट्री किंवा ट्रान्समिशन जिओमेट्रीमध्ये खोलीच्या तापमानावर करण्यात आले. LaB6 कॅलिब्रेटरने कॅलिब्रेट केलेली एक्स-रे तरंगलांबी 0.212561 Å आहे, जी 58 keV शी जुळते. ही तरंगलांबी प्रयोगशाळेत सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या Cu Kα (8 keV) पेक्षा खूप जास्त आहे. नमुना डिटेक्टरपासून 740 मिमी अंतरावर ठेवण्यात आला होता. प्रत्येक नमुन्याचे डिटेक्शन व्हॉल्यूम 0.2 × 0.3 × 1.5 mm³ आहे, जे बीमचा आकार आणि नमुन्याच्या जाडीनुसार निश्चित केले जाते. सर्व डेटा पर्किन एल्मर एरिया डिटेक्टर, फ्लॅट पॅनल एक्स-रे डिटेक्टर, 200 µm पिक्सेल, 40×40 cm2 वापरून 0.3 s एक्सपोजर वेळेत आणि 120 फ्रेम्ससह गोळा करण्यात आला.
दोन निवडक मॉडेल प्रणालींचे एक्स-पीईईएम (X-PEEM) मापन स्वीडनमधील लुंड येथील मॅक्स IV प्रयोगशाळेतील बीमलाइन मॅक्सपीईईएम (Beamline MAXPEEM) एंड स्टेशनवर करण्यात आले. इलेक्ट्रोकेमिकल मापनांप्रमाणेच नमुने तयार करण्यात आले. तयार केलेले नमुने अनेक दिवस हवेत ठेवण्यात आले आणि सिंक्रोट्रॉन फोटॉनने विकिरणित करण्यापूर्वी त्यांना अल्ट्राहाय व्हॅक्यूम चेंबरमध्ये डीगॅस करण्यात आले. बीम लाइनचे ऊर्जा रिझोल्यूशन, N2 मध्ये hv = 401 eV जवळ N 1s ते 1πg⁻¹ पर्यंतच्या उत्तेजन क्षेत्रात आयन यील्ड स्पेक्ट्रमचे मापन करून आणि फोटॉन ऊर्जेचे E3/2 वरील अवलंबित्व वापरून मिळवण्यात आले. अंदाजित स्पेक्ट्राने मोजलेल्या ऊर्जा श्रेणीमध्ये सुमारे 0.3 eV चे ΔE (स्पेक्ट्रल लाइनची रुंदी) दिले. म्हणून, Fe 2p L2,3 एज, Cr 2p L2,3 एज, Ni 2p L2,3 एज, आणि Ce M4,5 एज साठी Si 1200-लाइन mm−1 ग्रेटिंगसह सुधारित SX-700 मोनोक्रोमेटरचा वापर करून बीमलाइन ऊर्जा रिझोल्यूशन E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 आणि फ्लक्स ≈1012 ph/s असा अंदाज लावण्यात आला. म्हणून, Fe 2p L2.3 एज, Cr 2p L2.3 एज, Ni 2p L2.3 एज, आणि Ce M4.5 एज साठी Si 1200-लाइन mm−1 ग्रेटिंगसह सुधारित SX-700 मोनोक्रोमेटरचा वापर करून बीमलाइन ऊर्जा रिझोल्यूशन E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 आणि फ्लक्स ≈1012 ph/s असा अंदाज लावण्यात आला. Таким образом, энергетическое разрешение канала пучка было оценено как E/∆E = 700 эВ/0,3 эВ > 2000 и поток ≈101010 модифицированного монохроматора SX-700 с решеткой Si 1200 штрихов/мм для Fe кромка 2p L2,3, кромка Cr 2p L2,3, кромка, L2,3, кромка, L2,32. अशाप्रकारे, Fe एज 2p L2.3, Cr एज 2p L2.3, Ni एज 2p L2.3, आणि Ce एज M4.5 साठी 1200 लाईन्स/मिमी च्या Si ग्रेटिंगसह सुधारित SX-700 मोनोक्रोमेटर वापरून बीम चॅनेलचे ऊर्जा रिझोल्यूशन E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 आणि फ्लक्स ≈1012 f/s असा अंदाज लावण्यात आला.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,通过佉有02S线mm-1 光栅的改进的SX-700 单色器用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 M.5.因此 ， 光束线 能量 分辨率 为 为 为 δe = 700 EV/0.3 EV> 2000 和 ≈1012 PH/S, 分辨率 为1200 线 मिमी-1 光栅 改进 的 SX-700 单色器 于 于 用 用Fe 2p L2.3 边缘、Cr 2p L2p L2.333.边缘和Ce M4.5 边缘.अशाप्रकारे, 1200 लाइन Si ग्रेटिंगसह सुधारित SX-700 मोनोक्रोमेटर वापरताना. 3, Cr एज 2p L2.3, Ni एज 2p L2.3 आणि Ce एज M4.5.फोटॉन ऊर्जा ०.२ eV च्या टप्प्यांमध्ये स्कॅन केली. प्रत्येक ऊर्जेवर, २ x २ बिन्स असलेल्या फायबर-कपल्ड TVIPS F-216 CMOS डिटेक्टरचा वापर करून PEEM प्रतिमा रेकॉर्ड केल्या गेल्या, जे २० µm फील्ड ऑफ व्ह्यूमध्ये १०२४ x १०२४ पिक्सेलचे रिझोल्यूशन प्रदान करते. प्रतिमांचा एक्सपोजर वेळ ०.२ सेकंद होता, ज्यामध्ये १६ फ्रेम्सची सरासरी काढण्यात आली. फोटोइलेक्ट्रॉन प्रतिमेची ऊर्जा अशा प्रकारे निवडली जाते की जास्तीत जास्त दुय्यम इलेक्ट्रॉन सिग्नल मिळेल. सर्व मोजमापे नॉर्मल इन्सिडन्सवर लिनिअरली पोलराइज्ड फोटॉन बीम वापरून केली गेली. मोजमापांबद्दल अधिक माहिती मागील अभ्यासात आढळू शकते. टोटल इलेक्ट्रॉन यील्ड (TEY) डिटेक्शन मोड आणि X-PEEM49 मधील त्याच्या अनुप्रयोगाचा अभ्यास केल्यानंतर, या पद्धतीची ट्रायल डेप्थ Cr सिग्नलसाठी सुमारे ४-५ nm आणि Fe साठी सुमारे ६ nm असल्याचा अंदाज आहे. Cr ची डेप्थ ऑक्साइड फिल्मच्या जाडीच्या (~४ nm)60,61 खूप जवळ आहे, तर Fe ची डेप्थ जाडीपेक्षा जास्त आहे. Fe L च्या कडेला गोळा केलेला XRD हा आयर्न ऑक्साईडच्या XRD आणि मॅट्रिक्समधील Fe0 यांचे मिश्रण आहे. पहिल्या प्रकरणात, उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनची तीव्रता TEY मध्ये योगदान देणाऱ्या सर्व संभाव्य प्रकारच्या इलेक्ट्रॉनमधून येते. तथापि, शुद्ध आयर्न सिग्नलसाठी इलेक्ट्रॉनना ऑक्साईडच्या थरातून पृष्ठभागावर जाण्यासाठी आणि विश्लेषकाद्वारे गोळा केले जाण्यासाठी जास्त गतिज ऊर्जेची आवश्यकता असते. या प्रकरणात, Fe0 सिग्नल मुख्यत्वे LVV ऑगर इलेक्ट्रॉन, तसेच त्यांच्याद्वारे उत्सर्जित होणाऱ्या दुय्यम इलेक्ट्रॉनमुळे असतो. याव्यतिरिक्त, या इलेक्ट्रॉनमुळे मिळणारी TEY तीव्रता इलेक्ट्रॉन बाहेर पडण्याच्या मार्गात क्षीण होते, ज्यामुळे आयर्न XAS मॅपमधील Fe0 स्पेक्ट्रल प्रतिसाद आणखी कमी होतो.
डेटा क्यूबमध्ये (X-PEEM डेटा) डेटा मायनिंग समाकलित करणे, हे बहुआयामी दृष्टिकोनातून संबंधित माहिती (रासायनिक किंवा भौतिक गुणधर्म) मिळवण्यामधील एक महत्त्वाचे पाऊल आहे. के-मीन्स क्लस्टरिंगचा वापर मशीन व्हिजन, इमेज प्रोसेसिंग, अनसुपरवाइज्ड पॅटर्न रेकग्निशन, आर्टिफिशियल इंटेलिजन्स आणि वर्गीकरणात्मक विश्लेषण यांसारख्या अनेक क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. उदाहरणार्थ, हायपरस्पेक्ट्रल इमेज डेटाच्या क्लस्टरिंगमध्ये के-मीन्स क्लस्टरिंगने चांगली कामगिरी केली आहे. तत्त्वतः, बहु-वैशिष्ट्य डेटासाठी, के-मीन्स अल्गोरिदम त्यांच्या गुणधर्मांच्या (फोटॉन ऊर्जा गुणधर्म) माहितीच्या आधारावर त्यांना सहजपणे गटबद्ध करू शकतो. के-मीन्स क्लस्टरिंग हा डेटाला K नॉन-ओव्हरलॅपिंग गटांमध्ये (क्लस्टर्स) विभागण्यासाठी एक पुनरावृत्ती अल्गोरिदम आहे, जिथे प्रत्येक पिक्सेल स्टीलच्या सूक्ष्म-संरचनात्मक रचनेतील रासायनिक विषमतेच्या स्थानिक वितरणावर अवलंबून एका विशिष्ट क्लस्टरशी संबंधित असतो. के-मीन्स अल्गोरिदममध्ये दोन टप्पे समाविष्ट आहेत: पहिल्या टप्प्यात, K सेंट्रॉइड्सची गणना केली जाते आणि दुसऱ्या टप्प्यात, प्रत्येक बिंदूला शेजारील सेंट्रॉइड्ससह एक क्लस्टर नियुक्त केला जातो. क्लस्टरचे गुरुत्वमध्य हे त्या क्लस्टरमधील डेटा पॉइंट्सच्या (XAS स्पेक्ट्रम) अंकगणितीय सरासरीनुसार परिभाषित केले जाते. शेजारील गुरुत्वमध्यांना परिभाषित करण्यासाठी युक्लिडियन अंतरासारखी विविध अंतरे आहेत. px,y (जिथे x आणि y हे पिक्सेल्समधील रिझोल्यूशन आहेत) या इनपुट इमेजसाठी, CK हे क्लस्टरचे गुरुत्वमध्य असते; या इमेजला नंतर K-means63 वापरून K क्लस्टर्समध्ये विभागले (क्लस्टर केले) जाऊ शकते. K-means क्लस्टरिंग अल्गोरिदमच्या अंतिम पायऱ्या खालीलप्रमाणे आहेत:
पायरी २. सध्याच्या सेंट्रॉइडनुसार सर्व पिक्सेलच्या सदस्यत्वाची गणना करा. उदाहरणार्थ, केंद्र आणि प्रत्येक पिक्सेल यांच्यातील युक्लिडियन अंतर d वरून याची गणना केली जाते:
पायरी ३ प्रत्येक पिक्सेलला सर्वात जवळच्या सेंट्रॉइडशी जोडा. त्यानंतर K सेंट्रॉइड स्थितींची पुनर्गणना खालीलप्रमाणे करा:
पायरी ४. सेंट्रॉइड्स एकत्र येईपर्यंत प्रक्रिया (समीकरणे (७) आणि (८)) पुन्हा करा. अंतिम क्लस्टरिंग गुणवत्तेचे परिणाम सुरुवातीच्या सेंट्रॉइड्सच्या सर्वोत्तम निवडीशी दृढपणे संबंधित आहेत. स्टीलच्या प्रतिमांच्या PEEM डेटा संरचनेसाठी, सामान्यतः X (x × y × λ) हा ३डी अॅरे डेटाचा एक घन असतो, जिथे x आणि y अक्ष अवकाशीय माहिती (पिक्सेल रिझोल्यूशन) दर्शवतात आणि λ अक्ष फोटॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रल चित्राशी संबंधित असतो. K-means अल्गोरिदमचा उपयोग X-PEEM डेटामधील स्वारस्यपूर्ण क्षेत्रे शोधण्यासाठी केला जातो, ज्यामध्ये पिक्सेल (क्लस्टर किंवा उप-ब्लॉक) त्यांच्या स्पेक्ट्रल वैशिष्ट्यांनुसार वेगळे केले जातात आणि प्रत्येक विश्लेषकासाठी सर्वोत्तम सेंट्रॉइड्स (XAS स्पेक्ट्रल प्रोफाइल) काढले जातात. याचा उपयोग अवकाशीय वितरण, स्थानिक स्पेक्ट्रल बदल, ऑक्सिडेशन वर्तन आणि रासायनिक अवस्था यांचा अभ्यास करण्यासाठी केला जातो. उदाहरणार्थ, हॉट-वर्क्ड आणि कोल्ड-रोल्ड X-PEEM मधील Fe L-एज आणि Cr L-एज क्षेत्रांसाठी K-means क्लस्टरिंग अल्गोरिदमचा वापर केला गेला. इष्टतम क्लस्टर्स आणि सेंट्रॉइड्स शोधण्यासाठी K क्लस्टर्सच्या (सूक्ष्मसंरचनेचे प्रदेश) विविध संख्यांची चाचणी घेण्यात आली. जेव्हा या संख्या दर्शविल्या जातात, तेव्हा पिक्सेल्सना संबंधित क्लस्टर सेंट्रॉइड्समध्ये पुन्हा नियुक्त केले जाते. प्रत्येक रंग वितरण क्लस्टरच्या केंद्राशी संबंधित आहे, जे रासायनिक किंवा भौतिक वस्तूंची अवकाशीय मांडणी दर्शवते. काढलेले सेंट्रॉइड्स हे शुद्ध स्पेक्ट्राचे रेषीय संयोग आहेत.
या अभ्यासाच्या निष्कर्षांना आधार देणारा डेटा, संबंधित WC लेखकाकडून वाजवी विनंती केल्यावर उपलब्ध होईल.
Sieurin, H. & Sandström, R. Fracture toughness of a welded duplex stainless steel. Sieurin, H. & Sandström, R. Fracture toughness of a welded duplex stainless steel. सियुरिन, एच. आणि सँडस्ट्रॉम, आर. Sieurin, H. & Sandström, R. Fracture toughness of welded duplex stainless steel. सियुरिन, एच. आणि सँडस्ट्रोम, आर. 焊接双相不锈钢的断裂韧性. सियुरिन, एच. आणि सँडस्ट्रॉम, आर. 焊接双相不锈钢的断裂韧性. सियुरिन, एच. आणि सँडस्ट्रॉम, आर. Sieurin, H. & Sandström, R. Fracture toughness of welded duplex stainless steels.ब्रिटानिया. फ्रॅक्शनल पार्ट. फर. 73, 377–390 (2006).
अ‍ॅडम्स, एफव्ही, ओलुबाम्बी, पीए, पोटगिएटर, जेएच आणि व्हॅन डर मेरवे, जे. निवडक सेंद्रिय आम्ल आणि सेंद्रिय आम्ल/क्लोराईड वातावरणात ड्युप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलचा गंज प्रतिरोध. अ‍ॅडम्स, एफव्ही, ओलुबाम्बी, पीए, पोटगिएटर, जेएच आणि व्हॅन डर मेरवे, जे. निवडक सेंद्रिय आम्ल आणि सेंद्रिय आम्ल/क्लोराईड वातावरणात ड्युप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलचा गंज प्रतिरोध.अ‍ॅडम्स, एफडब्ल्यू, ओलुबाम्बी, पीए, पोटगिएटर, जे. ख. आणि व्हॅन डर मेरवे, जे. काही सेंद्रिय आम्ल आणि सेंद्रिय आम्ल/क्लोराइड असलेल्या वातावरणात ड्युप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलचा गंज प्रतिरोध. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相स्टेनलेस स्टील在选定的 सेंद्रिय酸和ऑर्गेनिक 酸/क्लोरीनयुक्त वातावरण 耐而性性.अ‍ॅडम्स, एफडब्ल्यू, ओलुबाम्बी, पीए, पोटगिएटर, जे. ख. आणि व्हॅन डर मेरवे, जे. सेंद्रिय आम्ल आणि सेंद्रिय आम्ल/क्लोराइडच्या निवडक वातावरणात ड्युप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलचा गंज प्रतिरोध.संरक्षक. मटेरियल मेथड्स 57, 107–117 (2010).
बॅरेरा, एस. व इतर. Fe-Al-Mn-C ड्युप्लेक्स मिश्रधातूंचे क्षरण-ऑक्सिडीकरण वर्तन. मटेरियल्स 12, 2572 (2019).
लेव्हकोव्ह, एल., शुरीगिन, डी., डब, व्ही., कोसिरेव्ह, के. आणि बालिकोएव्ह, ए. वायू आणि तेल उत्पादन उपकरणांसाठी नवीन पिढीचे सुपर डुप्लेक्स स्टील. लेव्हकोव्ह, एल., शुरीगिन, डी., डब, व्ही., कोसिरेव्ह, के. आणि बालिकोएव्ह, ए. वायू आणि तेल उत्पादन उपकरणांसाठी नवीन पिढीचे सुपर डुप्लेक्स स्टील.लेव्हकोव्ह एल., शुरीगिन डी., डब व्ही., कोसिरेव्ह के., बालिकोएव्ह ए. तेल आणि वायू उत्पादन उपकरणांसाठी नवीन पिढीचे सुपर डुप्लेक्स स्टील.लेव्हकोव्ह एल., शुरीगिन डी., डब व्ही., कोसिरेव्ह के., बालिकोएव्ह ए. गॅस आणि तेल उत्पादन उपकरणांसाठी सुपर डुप्लेक्स स्टीलची नवीन पिढी. वेबिनार E3S 121, 04007 (2019).
किंगक्लांग, एस. आणि उथाईसांगसुक, व्ही. ड्युप्लेक्स स्टेनलेस स्टील ग्रेड 2507 च्या उष्ण विकृतीकरण वर्तणुकीचा अभ्यास. मेटॅल. किंगक्लांग, एस. आणि उथाईसांगसुक, व्ही. ड्युप्लेक्स स्टेनलेस स्टील ग्रेड 2507 च्या उष्ण विकृतीकरण वर्तणुकीचा अभ्यास. मेटॅल. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей стали марки 2507. धातू. किंगक्लांग, एस. आणि उथाईसांगसुक, व्ही. टाइप 2507 डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलच्या उष्ण विकृतीकरण वर्तनाचा अभ्यास. मेटॅल. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 双相不锈钢2507 级热变形行为的研究. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507 级热变形行为的研究.किंगक्लांग, एस. आणि उताइसानसुक, व्ही. 2507 प्रकारच्या डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टीलच्या उष्ण विकृतीकरण वर्तणुकीचा अभ्यास. मेटल.अल्मा मेटर. ट्रान्स. 48, 95–108 (2017).
झोऊ, टी. व इतर. सेरियम-सुधारित सुपर-डुप्लेक्स SAF 2507 स्टेनलेस स्टीलच्या सूक्ष्मसंरचना आणि यांत्रिक गुणधर्मांवर नियंत्रित कोल्ड रोलिंगचा परिणाम. अल्मा मेटर. द सायन्स. ब्रिटानिया. A 766, 138352 (2019).
झोऊ, टी. व इतर. सेरियम-सुधारित सुपर-डुप्लेक्स SAF 2507 स्टेनलेस स्टीलच्या औष्णिक विकृतीमुळे प्रेरित संरचनात्मक आणि यांत्रिक गुणधर्म. जे. अल्मा मेटर. स्टोरेज टँक. टेक्नॉलॉजी. 9, 8379–8390 (2020).
झेंग, झेड., वांग, एस., लाँग, जे., वांग, जे. आणि झेंग, के. ऑस्टेनिटिक स्टीलच्या उच्च तापमान ऑक्सिडेशन वर्तनावर दुर्मिळ पृथ्वी मूलद्रव्यांचा प्रभाव. झेंग, झेड., वांग, एस., लाँग, जे., वांग, जे. आणि झेंग, के. ऑस्टेनिटिक स्टीलच्या उच्च तापमान ऑक्सिडेशन वर्तनावर दुर्मिळ पृथ्वी मूलद्रव्यांचा प्रभाव.झेंग झेड., वांग एस., लाँग जे., वांग जे. आणि झेंग के. उच्च तापमान ऑक्सिडेशन अंतर्गत ऑस्टेनिटिक स्टीलच्या वर्तनावर दुर्मिळ पृथ्वी मूलद्रव्यांचा प्रभाव. झेंग, झेड., वांग, एस., लाँग, जे., वांग, जे. आणि झेंग, के. 稀土元素对奥氏体钢高温氧化行为的影响. झेंग, झेड., वांग, एस., लाँग, जे., वांग, जे. आणि झेंग, के.झेंग झेड., वांग एस., लाँग जे., वांग जे. आणि झेंग के. उच्च तापमान ऑक्सिडेशनमध्ये ऑस्टेनिटिक स्टीलच्या वर्तनावर दुर्मिळ पृथ्वी मूलद्रव्यांचा प्रभाव.कोरोस. द सायन्स. 164, 108359 (2020).
ली, वाय., यांग, जी., जियांग, झेड., चेन, सी. आणि सन, एस. 27Cr-3.8Mo-2Ni सुपर-फेरिटिक स्टेनलेस स्टीलच्या सूक्ष्मसंरचना आणि गुणधर्मांवर Ce चा प्रभाव. ली, वाय., यांग, जी., जियांग, झेड., चेन, सी. आणि सन, एस. 27Cr-3.8Mo-2Ni सुपर-फेरिटिक स्टेनलेस स्टीलच्या सूक्ष्मसंरचना आणि गुणधर्मांवर Ce चा प्रभाव.ली वाय., यांग जी., जियांग झेड., चेन के. आणि सन एस. 27Cr-3,8Mo-2Ni या सुपरफेरिटिक स्टेनलेस स्टीलच्या सूक्ष्मसंरचना आणि गुणधर्मांवर सेलेनियमचा प्रभाव. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Ce 对27Cr-3.8Mo-2Ni 超铁素体不锈钢的显微组织和性能的影响。 ली, वाय., यांग, जी., जियांग, झेड., चेन, सी. आणि सन, एस. 27Cr-3.8Mo-2Ni सुपर-स्टील स्टेनलेस स्टीलच्या सूक्ष्मसंरचना आणि गुणधर्मांवर Ce चा प्रभाव. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Влияние Ce на микроструктуру и свойства суперферритной нержавеющей стали 27Cr-3,Mo. ली, वाय., यांग, जी., जियांग, झेड., चेन, सी. आणि सन, एस. सुपरफेरिटिक स्टेनलेस स्टील 27Cr-3,8Mo-2Ni च्या सूक्ष्मसंरचना आणि गुणधर्मांवर Ce चा प्रभाव.लोखंडी चिन्ह. स्टीलमॅक 47, 67–76 (2020).