Terima kasih kerana melayari Nature.com. Versi pelayar yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad. Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan pelayar yang dikemas kini (atau melumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan memaparkan laman web tanpa gaya dan JavaScript.
Keluli tahan karat yang digunakan secara meluas dan versi tempaannya tahan terhadap kakisan dalam keadaan ambien disebabkan oleh lapisan pasifasi yang terdiri daripada kromium oksida. Kakisan dan hakisan keluli secara tradisinya dikaitkan dengan kemusnahan lapisan ini, tetapi jarang pada tahap mikroskopik, bergantung pada asal ketidakhomogenan permukaan. Dalam kajian ini, heterogeniti kimia permukaan nano yang dikesan oleh mikroskopi spektroskopi dan analisis kemometrik secara tidak dijangka mendominasi penguraian dan kakisan keluli tahan karat super dupleks diubah suai cerium gulung sejuk 2507 (SDSS) semasa tingkah laku ubah bentuk panasnya. Walaupun mikroskopi fotoelektron sinar-X menunjukkan liputan lapisan Cr2O3 semula jadi yang agak seragam, SDSS gulung sejuk menunjukkan hasil pasifasi yang lemah disebabkan oleh taburan nanoisland kaya Fe3+ setempat pada lapisan oksida Fe/Cr. Pengetahuan pada tahap atom ini memberikan pemahaman yang mendalam tentang kakisan keluli tahan karat dan dijangka dapat membantu memerangi kakisan logam aloi tinggi yang serupa.
Sejak penciptaan keluli tahan karat, rintangan kakisan aloi ferokromium telah dikaitkan dengan kromium, yang membentuk oksida/oksihidroksida yang kuat yang mempamerkan sifat pasif dalam kebanyakan persekitaran. Berbanding dengan keluli tahan karat konvensional (austenit dan ferit), keluli tahan karat super dupleks (SDSS) dengan rintangan kakisan yang lebih baik mempunyai sifat mekanikal yang unggul1,2,3. Kekuatan mekanikal yang meningkat membolehkan reka bentuk yang lebih ringan dan lebih padat. Sebaliknya, SDSS yang ekonomik mempunyai rintangan yang tinggi terhadap kakisan lubang dan celah, menghasilkan jangka hayat yang lebih lama dan aplikasi yang lebih luas dalam kawalan pencemaran, bekas kimia dan industri minyak dan gas luar pesisir4. Walau bagaimanapun, julat suhu rawatan haba yang sempit dan kebolehbentukan yang lemah menghalang aplikasi praktikalnya yang luas. Oleh itu, SDSS telah diubah suai untuk meningkatkan sifat-sifat di atas. Contohnya, pengubahsuaian Ce dan penambahan N 6, 7, 8 yang tinggi telah diperkenalkan dalam 2507 SDSS (Ce-2507). Kepekatan 0.08 wt.% unsur nadir bumi (Ce) yang sesuai mempunyai kesan yang baik terhadap sifat mekanikal DSS, kerana ia meningkatkan penghalusan butiran dan kekuatan sempadan butiran. Rintangan haus dan kakisan, kekuatan tegangan dan kekuatan alah, serta kebolehkerjaan panas juga telah dipertingkatkan9. Sejumlah besar nitrogen boleh menggantikan kandungan nikel yang mahal, menjadikan SDSS lebih kos efektif10.
Baru-baru ini, SDSS telah diubah bentuk secara plastik pada pelbagai suhu (suhu rendah, sejuk dan panas) untuk mencapai sifat mekanikal yang sangat baik6,7,8. Walau bagaimanapun, rintangan kakisan SDSS yang sangat baik adalah disebabkan oleh kehadiran filem oksida nipis pada permukaan, yang dipengaruhi oleh banyak faktor, seperti kehadiran banyak fasa dengan sempadan butiran yang berbeza, mendakan yang tidak diingini dan tindak balas yang berbeza. Mikrostruktur dalaman yang tidak homogen bagi pelbagai fasa austenit dan ferit telah diubah bentuk7. Oleh itu, kajian sifat mikrodomain filem sedemikian pada tahap struktur elektronik adalah sangat penting untuk memahami kakisan SDSS dan memerlukan teknik eksperimen yang kompleks. Setakat ini, kaedah sensitif permukaan seperti spektroskopi elektron Auger11 dan spektroskopi fotoelektron sinar-X12,13,14,15 serta sistem fotoelektron fotoelektron sinar-X keras membezakan, tetapi selalunya gagal memisahkan, keadaan kimia unsur yang sama pada titik berbeza dalam ruang pada skala nano. Beberapa kajian baru-baru ini telah mengaitkan pengoksidaan kromium setempat dengan kelakuan kakisan yang diperhatikan bagi 17 keluli tahan karat austenit, 18 keluli tahan karat martensit, dan SDSS 19, 20. Walau bagaimanapun, kajian ini tertumpu terutamanya pada kesan heterogeniti Cr (contohnya, keadaan pengoksidaan Cr3+) terhadap rintangan kakisan. Heterogeniti lateral dalam keadaan pengoksidaan unsur boleh disebabkan oleh sebatian berbeza dengan unsur konstituen yang sama, seperti oksida besi. Sebatian ini mewarisi saiz kecil yang diproses secara termomekanikal yang berdekatan antara satu sama lain, tetapi berbeza dalam komposisi dan keadaan pengoksidaan 16,21. Oleh itu, mendedahkan pemusnahan filem oksida dan kemudian lubang memerlukan pemahaman tentang ketidakhomogenan permukaan pada peringkat mikroskopik. Walaupun terdapat keperluan ini, penilaian kuantitatif seperti heterogeniti pengoksidaan lateral, terutamanya besi pada skala nano/atom, masih kurang dan kepentingannya untuk rintangan kakisan masih belum diterokai. Sehingga baru-baru ini, keadaan kimia pelbagai unsur, seperti Fe dan Ca, telah diterangkan secara kuantitatif pada sampel keluli menggunakan mikroskop fotoelektron sinar-X lembut (X-PEEM) dalam kemudahan sinaran sinkrotron skala nano. Digabungkan dengan teknik spektroskopi penyerapan sinar-X (XAS) yang sensitif secara kimia, X-PEEM membolehkan pengukuran XAS dengan resolusi spatial dan spektrum yang tinggi, memberikan maklumat kimia tentang komposisi unsur dan keadaan kimianya dengan resolusi spatial sehingga skala nanometer 23. Pemerhatian spektroskopi tapak permulaan di bawah mikroskop ini memudahkan eksperimen kimia tempatan dan boleh menunjukkan secara spatial perubahan kimia yang belum diterokai sebelum ini dalam lapisan Fe.
Kajian ini memperluaskan kelebihan PEEM dalam mengesan perbezaan kimia pada skala nano dan membentangkan kaedah analisis permukaan peringkat atom yang bernas untuk memahami kelakuan kakisan Ce-2507. Ia menggunakan data kemometrik kluster K-means24 untuk memetakan komposisi kimia global (heterogeniti) unsur-unsur yang terlibat, dengan keadaan kimianya dibentangkan dalam perwakilan statistik. Tidak seperti kes kakisan tradisional yang disebabkan oleh kerosakan filem kromium oksida, pasifasi semasa yang lemah dan rintangan kakisan yang lemah dikaitkan dengan pulau nano yang kaya dengan Fe3+ setempat berhampiran lapisan oksida Fe/Cr, yang mungkin disebabkan oleh oksida pelindung. Di tempat kerosakan, filem terbentuk yang menyebabkan kakisan.
Tingkah laku menghakis SDSS 2507 yang berubah bentuk pertama kali dinilai menggunakan ukuran elektrokimia. Pada rajah, Rajah 1 menunjukkan lengkung Nyquist dan Bode untuk sampel terpilih dalam larutan akueus berasid (pH = 1) FeCl3 pada suhu bilik. Elektrolit terpilih bertindak sebagai agen pengoksidaan yang kuat, yang mencirikan kecenderungan filem pempasifan untuk rosak. Walaupun bahan tersebut tidak mengalami pemipisan suhu bilik yang stabil, analisis ini memberikan gambaran tentang potensi peristiwa kegagalan dan proses pasca-karat. Litar setara (Rajah 1d) digunakan untuk menyesuaikan spektrum spektroskopi impedans elektrokimia (EIS), dan keputusan pemasangan yang sepadan ditunjukkan dalam Jadual 1. Separuh bulatan yang tidak lengkap muncul semasa menguji sampel larutan yang dirawat dan dikerjakan panas, manakala separuh bulatan termampat yang sepadan digulung sejuk (Rajah 1b). Dalam spektrum EIS, jejari separuh bulatan boleh dianggap sebagai rintangan pengkutuban (Rp)25,26. Rp SDSS yang dirawat dengan larutan dalam Jadual 1 adalah kira-kira 135 kΩ cm-2, namun bagi SDSS yang dikerjakan panas dan digulung sejuk, kita dapat melihat nilai yang jauh lebih rendah masing-masing iaitu 34.7 dan 2.1 kΩ cm–2. Penurunan Rp yang ketara ini menunjukkan kesan buruk ubah bentuk plastik terhadap pasivasi dan rintangan kakisan, seperti yang ditunjukkan dalam laporan sebelumnya 27, 28, 29, 30.
a Gambarajah impedans dan fasa Nyquist, b, c, dan model litar setara untuk d, dengan RS ialah rintangan elektrolit, Rp ialah rintangan pengkutuban, dan QCPE ialah oksida unsur fasa malar yang digunakan untuk memodelkan kapasitans bukan ideal (n). Pengukuran EIS dijalankan pada potensi tanpa beban.
Pemalar tertib pertama ditunjukkan dalam gambar rajah Bode dan dataran frekuensi tinggi mewakili rintangan elektrolit RS26. Apabila frekuensi berkurangan, impedans meningkat dan sudut fasa negatif ditemui, menunjukkan dominasi kapasitans. Sudut fasa meningkat, mengekalkan nilai maksimumnya dalam julat frekuensi yang agak luas, dan kemudian berkurangan (Rajah 1c). Walau bagaimanapun, dalam ketiga-tiga kes ini nilai maksimum masih kurang daripada 90°, menunjukkan tingkah laku kapasitif yang tidak ideal disebabkan oleh penyebaran kapasitif. Oleh itu, elemen fasa pemalar QCPE (CPE) digunakan untuk mewakili taburan kapasitans antara muka yang diperoleh daripada kekasaran permukaan atau ketidakhomogenan, terutamanya dari segi skala atom, geometri fraktal, keliangan elektrod, potensi tidak seragam dan taburan arus bergantung permukaan. Geometri elektrod 31,32. Impedans CPE:
di mana j ialah nombor khayalan dan ω ialah frekuensi sudut. QCPE ialah pemalar bebas frekuensi yang berkadar terus dengan luas terbuka aktif elektrolit. n ialah nombor kuasa tanpa dimensi yang menggambarkan sisihan daripada sifat kapasitif ideal kapasitor, iaitu semakin hampir n kepada 1, semakin hampir CPE kepada kapasitans tulen, dan jika n hampir kepada sifar, ia adalah rintangan. Sisihan kecil n, hampir kepada 1, menunjukkan sifat kapasitif permukaan yang tidak ideal selepas ujian polarisasi. QCPE SDSS gulung sejuk adalah jauh lebih tinggi daripada produk yang serupa, yang bermaksud kualiti permukaan kurang seragam.
Selaras dengan kebanyakan sifat rintangan kakisan keluli tahan karat, kandungan Cr SDSS yang agak tinggi secara amnya menghasilkan rintangan kakisan SDSS yang unggul disebabkan oleh kehadiran filem oksida pelindung pasif pada permukaan17. Filem pasif ini biasanya kaya dengan oksida Cr3+ dan/atau hidroksida, terutamanya yang menggabungkan Fe2+, oksida Fe3+ dan/atau (oksi)hidroksida 33. Walaupun keseragaman permukaan, lapisan oksida pasif dan tiada retakan yang kelihatan pada permukaan adalah sama, seperti yang ditentukan oleh imej mikroskopik,6,7 kelakuan kakisan SDSS kerja panas dan gulung sejuk adalah berbeza dan oleh itu memerlukan kajian mendalam tentang mikrostruktur ubah bentuk dan ciri struktur keluli.
Mikrostruktur keluli tahan karat yang cacat telah dikaji secara kuantitatif menggunakan sinar-X bertenaga tinggi dalaman dan sinkrotron (Rajah Tambahan 1, 2). Analisis terperinci disediakan dalam Maklumat Tambahan. Walaupun ini kebanyakannya sepadan dengan jenis fasa utama, perbezaan ditemui dalam pecahan isipadu fasa, yang disenaraikan dalam Jadual Tambahan 1. Perbezaan ini mungkin disebabkan oleh pecahan fasa heterogen di permukaan dan pecahan isipadu (XRD) yang tertakluk kepada kedalaman pengesanan yang berbeza dengan menggunakan pembelauan sinar-X dengan pelbagai sumber tenaga foton insiden. Perkadaran austenit yang agak tinggi dalam spesimen gulung sejuk, yang ditentukan oleh XRD dari sumber makmal, menunjukkan pasifasi yang lebih baik dan seterusnya rintangan kakisan yang lebih baik35, manakala keputusan yang lebih tepat dan statistik menunjukkan trend yang bertentangan dalam perkadaran fasa. Di samping itu, rintangan kakisan keluli juga bergantung pada tahap penghalusan butiran, pengurangan saiz butiran, peningkatan mikrodeformasi dan ketumpatan kehelan yang berlaku semasa rawatan termomekanikal36,37,38. Spesimen yang dikerjakan panas menunjukkan sifat yang lebih berbutir, menunjukkan butiran bersaiz mikron, manakala cincin licin yang diperhatikan dalam spesimen gulung sejuk (Rajah Tambahan 3) menunjukkan penghalusan butiran yang ketara pada skala nano dalam kerja sebelumnya6, yang sepatutnya menyumbang kepada pempasifan filem. pembentukan dan peningkatan rintangan kakisan. Ketumpatan kehelan yang lebih tinggi biasanya dikaitkan dengan rintangan yang lebih rendah terhadap lubang, yang sepadan dengan pengukuran elektrokimia.
Perubahan dalam keadaan kimia mikrodomain unsur asas telah dikaji secara sistematik menggunakan X-PEEM. Walaupun terdapat banyak unsur pengaloi, Cr, Fe, Ni, dan Ce39 dipilih di sini kerana Cr ialah unsur utama untuk pembentukan filem pasifasi, Fe ialah unsur utama dalam keluli, dan Ni meningkatkan pasifasi dan mengimbangi struktur fasa ferit-austenit dan tujuan mengubah suai Ce. Dengan melaraskan tenaga sinaran sinkrotron, RAS disalut dari permukaan dengan ciri-ciri utama Cr (tepi L2.3), Fe (tepi L2.3), Ni (tepi L2.3) dan Ce (tepi M4.5), pembentukan panas dan penggelek sejuk Ce-2507 SDSS. Analisis data yang sesuai telah dilakukan dengan menggabungkan penentukuran tenaga dengan data yang diterbitkan (cth. XAS 40, 41 pada Fe L2, 3 tepi).
Pada rajah. Rajah 2 menunjukkan imej X-PEEM bagi Ce-2507 SDSS yang dikerjakan panas (Rajah 2a) dan digulung sejuk (Rajah 2d) dan tepi XAS yang sepadan bagi Cr dan Fe L2,3 di lokasi yang ditanda secara individu. Tepi L2,3 bagi XAS menyiasat keadaan 3d yang tidak diduduki selepas fotopengujaan elektron pada aras pemisahan orbit spin 2p3/2 (tepi L3) dan 2p1/2 (tepi L2). Maklumat tentang keadaan valens Cr diperoleh daripada XAS pada tepi L2,3 dalam Rajah 2b, e. Perbandingan dengan hakim. 42,43 menunjukkan bahawa empat puncak diperhatikan berhampiran tepi L3, dinamakan A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV) dan D (582.2 eV), yang mencerminkan Cr3+ oktahedral, yang sepadan dengan ion Cr2O3. Spektrum eksperimen bersetuju dengan pengiraan teori yang ditunjukkan dalam panel b dan e, yang diperoleh daripada pelbagai pengiraan medan kristal pada antara muka Cr L2.3 menggunakan medan kristal 2.0 eV44. Kedua-dua permukaan SDSS yang dikerjakan panas dan digulung sejuk disalut dengan lapisan Cr2O3 yang agak seragam.
Imej terma X-PEEM SDSS yang terubah bentuk secara terma sepadan dengan tepi b Cr L2.3 dan tepi c Fe L2.3, imej terma d X-PEEM SDSS gulung sejuk sepadan dengan tepi e Cr L2.3 dan sisi tepi f Fe L2.3 (f). Spektrum XAS diplotkan pada kedudukan ruang berbeza yang ditanda pada imej terma (a, d), garis putus-putus oren dalam (b) dan (e) mewakili spektrum XAS simulasi Cr3+ dengan nilai medan kristal 2.0 eV. Untuk imej X-PEEM, gunakan palet terma untuk meningkatkan kebolehbacaan imej, di mana warna dari biru ke merah adalah berkadar dengan keamatan penyerapan sinar-X (dari rendah ke tinggi).
Terlepas dari persekitaran kimia unsur-unsur logam ini, keadaan kimia penambahan unsur pengaloi Ni dan Ce untuk kedua-dua sampel kekal tidak berubah. Lukisan tambahan. Rajah 5-9 menunjukkan imej X-PEEM dan spektrum XAS yang sepadan untuk Ni dan Ce pada pelbagai kedudukan pada permukaan spesimen kerja panas dan gulung sejuk. Ni XAS menunjukkan keadaan pengoksidaan Ni2+ di seluruh permukaan spesimen kerja panas dan gulung sejuk yang diukur (Perbincangan Tambahan). Perlu diingatkan bahawa, dalam kes sampel kerja panas, isyarat XAS Ce tidak diperhatikan, manakala dalam kes sampel gulung sejuk, spektrum Ce3+ diperhatikan. Pemerhatian bintik Ce dalam sampel gulung sejuk menunjukkan bahawa Ce terutamanya muncul dalam bentuk mendakan.
Dalam SDSS yang berubah bentuk secara terma, tiada perubahan struktur tempatan dalam XAS pada pinggir Fe L2,3 diperhatikan (Rajah 2c). Walau bagaimanapun, matriks Fe mengubah keadaan kimianya secara mikro-wilayah pada tujuh titik SDSS yang digulung sejuk yang dipilih secara rawak, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2f. Di samping itu, untuk mendapatkan gambaran yang tepat tentang perubahan keadaan Fe di lokasi yang dipilih dalam Rajah 2f, kajian permukaan tempatan telah dijalankan (Rajah 3 dan Rajah Tambahan 10) di mana kawasan bulat yang lebih kecil telah dipilih. Spektrum XAS bagi pinggir Fe L2,3 sistem α-Fe2O3 dan oksida oktahedral Fe2+ telah dimodelkan melalui pengiraan medan kristal berganda menggunakan medan kristal 1.0 (Fe2+) dan 1.0 (Fe3+)44. Kami perhatikan bahawa α-Fe2O3 dan γ-Fe2O3 mempunyai simetri tempatan yang berbeza45,46, Fe3O4 mempunyai gabungan kedua-dua Fe2+ & Fe3+,47, dan FeO45 sebagai oksida Fe2+ divalen secara formal (3d6). Kami perhatikan bahawa α-Fe2O3 dan γ-Fe2O3 mempunyai simetri tempatan yang berbeza45,46, Fe3O4 mempunyai gabungan kedua-dua Fe2+ & Fe3+,47, dan FeO45 sebagai oksida Fe2+ divalen secara formal (3d6).Perhatikan bahawa α-Fe2O3 dan γ-Fe2O3 mempunyai simetri tempatan yang berbeza45,46, Fe3O4 menggabungkan kedua-dua Fe2+ dan Fe3+,47 dan FeO45 dalam bentuk oksida divalen formal Fe2+ (3d6).Perhatikan bahawa α-Fe2O3 dan γ-Fe2O3 mempunyai simetri tempatan yang berbeza45,46, Fe3O4 mempunyai gabungan Fe2+ dan Fe3+,47 dan FeO45 bertindak sebagai oksida Fe2+ divalen formal (3d6). Semua ion Fe3+ dalam α-Fe2O3 hanya mempunyai kedudukan Oh, manakala γ-Fe2O3 biasanya diwakili oleh spinel Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]egO4 dengan kekosongan dalam kedudukan eg. Oleh itu, ion Fe3+ dalam γ-Fe2O3 mempunyai kedudukan Td dan Oh. Seperti yang dinyatakan dalam kertas kerja sebelumnya,45 walaupun nisbah keamatan kedua-duanya berbeza, nisbah keamatan eg/t2g ialah ≈1, manakala dalam kes ini nisbah keamatan yang diperhatikan eg/t2g adalah kira-kira 1. Ini menolak kemungkinan bahawa dalam situasi semasa hanya Fe3+ yang hadir. Memandangkan kes Fe3O4 dengan kedua-dua Fe2+ dan Fe3+, ciri pertama, yang diketahui mempunyai pinggir L3 yang lebih lemah (lebih kuat) untuk Fe, menunjukkan bilangan keadaan t2g yang tidak diduduki yang lebih kecil (lebih besar). Ini terpakai kepada Fe2+ (Fe3+), yang menunjukkan bahawa ciri pertama peningkatan menunjukkan peningkatan dalam kandungan Fe2+47. Keputusan ini menunjukkan bahawa kewujudan bersama Fe2+ dan γ-Fe2O3, α-Fe2O3 dan/atau Fe3O4 mendominasi pada permukaan komposit yang digulung sejuk.
Imej pengimejan terma fotoelektron yang diperbesarkan bagi spektrum XAS (a, c) dan (b, d) yang melintasi pinggir Fe L2,3 pada pelbagai kedudukan ruang dalam kawasan 2 dan E yang dipilih dalam Rajah 2d.
Data eksperimen yang diperoleh (Rajah 4a dan Rajah Tambahan 11) diplot dan dibandingkan dengan data untuk sebatian tulen 40, 41, 48. Tiga jenis spektrum XAS tepi-L Fe yang diperhatikan secara eksperimen (XAS-1, XAS-2 dan XAS-3: Rajah 4a). Khususnya, spektrum 2-a (dilambangkan sebagai XAS-1) dalam Rajah 3b diikuti oleh spektrum 2-b (dilabel XAS-2) diperhatikan di seluruh kawasan pengesanan, manakala spektrum seperti E-3 diperhatikan dalam rajah 3d (dilabel XAS-3) diperhatikan di lokasi tertentu. Sebagai peraturan, empat parameter digunakan untuk mengenal pasti keadaan valens sedia ada dalam sampel yang dikaji: (1) ciri spektrum L3 dan L2, (2) kedudukan tenaga ciri L3 dan L2, (3) perbezaan tenaga L3-L2., (4) nisbah keamatan L2/L3. Menurut pemerhatian visual (Rajah 4a), ketiga-tiga komponen Fe, iaitu Fe0, Fe2+, dan Fe3+, terdapat pada permukaan SDSS yang dikaji. Nisbah keamatan yang dikira L2/L3 juga menunjukkan kehadiran ketiga-tiga komponen tersebut.
Spektrum XAS simulasi Fe dengan tiga data eksperimen berbeza yang diperhatikan (garis pepejal XAS-1, XAS-2 dan XAS-3 sepadan dengan 2-a, 2-b dan E-3 dalam Rajah 2 dan 3) Perbandingan, Oktahedron Fe2+, Fe3+ dengan nilai medan kristal masing-masing 1.0 eV dan 1.5 eV, data eksperimen diukur dengan bd (XAS-1, XAS-2, XAS-3) dan data LCF dioptimumkan yang sepadan (garis hitam pepejal), dan juga dalam bentuk spektrum XAS-3 dengan piawaian Fe3O4 (keadaan campuran Fe) dan Fe2O3 (Fe3+ tulen).
Padanan kombinasi linear (LCF) bagi tiga piawaian 40, 41, 48 telah digunakan untuk mengukur komposisi oksida besi. LCF telah dilaksanakan untuk tiga spektrum XAS tepi-L Fe terpilih yang menunjukkan kontras tertinggi, iaitu XAS-1, XAS-2 dan XAS-3, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4b–d. Bagi kelengkapan LCF, 10% Fe0 telah diambil kira dalam semua kes disebabkan oleh fakta bahawa kami memerhatikan birai kecil dalam semua data, dan juga disebabkan oleh fakta bahawa besi logam merupakan komponen utama keluli. Sesungguhnya, kedalaman percubaan X-PEEM untuk Fe (~6 nm)49 adalah lebih besar daripada ketebalan lapisan pengoksidaan yang dianggarkan (sedikit > 4 nm), yang membolehkan pengesanan isyarat daripada matriks besi (Fe0) di bawah lapisan pempasifan. Sesungguhnya, kedalaman percubaan X-PEEM untuk Fe (~6 nm)49 adalah lebih besar daripada ketebalan lapisan pengoksidaan yang dianggarkan (sedikit > 4 nm), yang membolehkan pengesanan isyarat daripada matriks besi (Fe0) di bawah lapisan pempasifan. Действительно, пробная глубина X-PEEM для Fe (~ 6 нм)49 больше, чем предполагаемая толщина слоя окислониго (> 4 tahun) обнаружить сигнал от железной матрицы (Fe0) под пассивирующим слоем. Sesungguhnya, kedalaman prob X-PEEM untuk Fe (~6 nm)49 adalah lebih besar daripada ketebalan lapisan pengoksidaan yang diandaikan (sedikit >4 nm), yang membolehkan isyarat daripada matriks besi (Fe0) dikesan di bawah lapisan pempasifan.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） 允许钝化层 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 ( >сидного ( >сидного) что позволяет обнаруживать сигнал от железной матрицы (Fe0) ниже пассивирующего слоя. Malah, kedalaman pengesanan Fe (~6 nm) 49 oleh X-PEEM adalah lebih besar daripada ketebalan lapisan oksida yang dijangkakan (sedikit > 4 nm), yang membolehkan pengesanan isyarat daripada matriks besi (Fe0) di bawah lapisan pasifasi. .Pelbagai kombinasi Fe2+ dan Fe3+ telah dilakukan untuk mencari penyelesaian terbaik bagi data eksperimen yang diperhatikan. Rajah 4b menunjukkan spektrum XAS-1 untuk gabungan Fe2+ dan Fe3+, di mana perkadaran Fe2+ dan Fe3+ adalah serupa kira-kira 45%, menunjukkan keadaan pengoksidaan campuran Fe. Manakala bagi spektrum XAS-2, peratusan Fe2+ dan Fe3+ masing-masing menjadi ~30% dan 60%. Fe2+ adalah kurang daripada Fe3+. Nisbah Fe2+ kepada Fe3, bersamaan dengan 1:2, bermakna Fe3O4 boleh dibentuk pada nisbah yang sama antara ion Fe. Di samping itu, bagi spektrum XAS-3, peratusan Fe2+ dan Fe3+ menjadi ~10% dan 80%, yang menunjukkan penukaran Fe2+ kepada Fe3+ yang lebih tinggi. Seperti yang dinyatakan di atas, Fe3+ boleh datang daripada α-Fe2O3, γ-Fe2O3 atau Fe3O4. Untuk memahami sumber Fe3+ yang paling berkemungkinan, spektrum XAS-3 telah diplotkan dengan piawaian Fe3+ yang berbeza dalam Rajah 4e, menunjukkan persamaan dengan kedua-dua piawaian apabila mempertimbangkan puncak B. Walau bagaimanapun, keamatan puncak bahu (A: daripada Fe2+) dan nisbah keamatan B/A menunjukkan bahawa spektrum XAS-3 adalah hampir, tetapi tidak sepadan dengan spektrum γ-Fe2O3. Berbanding dengan γ-Fe2O3 pukal, puncak Fe 2p XAS bagi A SDSS mempunyai keamatan yang sedikit lebih tinggi (Rajah 4e), yang menunjukkan keamatan Fe2+ yang lebih tinggi. Walaupun spektrum XAS-3 adalah serupa dengan γ-Fe2O3, di mana Fe3+ terdapat dalam kedudukan Oh dan Td, pengenalpastian keadaan valens yang berbeza dan koordinasi hanya di sepanjang pinggir L2,3 atau nisbah keamatan L2/L3 masih menjadi masalah. Topik perbincangan berterusan disebabkan oleh kerumitan pelbagai faktor yang mempengaruhi spektrum akhir41.
Selain perbezaan spektrum dalam keadaan kimia kawasan terpilih yang dihuraikan di atas, heterogeniti kimia global unsur utama Cr dan Fe juga dinilai dengan mengklasifikasikan semua spektrum XAS yang diperoleh pada permukaan sampel menggunakan kaedah pengelompokan K-means. Profil tepi CrL ditetapkan untuk membentuk dua kluster optimum yang diagihkan secara spatial dalam spesimen kerja panas dan gelek sejuk yang ditunjukkan dalam Rajah 5. Jelas bahawa tiada perubahan struktur tempatan yang dianggap serupa, kerana dua sentroid spektrum XAS Cr adalah setanding. Bentuk spektrum kedua-dua kluster ini hampir sama dengan yang sepadan dengan Cr2O342, yang bermaksud bahawa lapisan Cr2O3 dijarakkan secara relatif sama rata pada SDSS.
Cr L K-bermakna gugusan kawasan pinggir, dan b ialah sentroid XAS yang sepadan. Keputusan perbandingan K-bermakna X-PEEM SDSS tergelek sejuk: c Cr L2.3 kawasan pinggir gugusan K-bermakna dan d sentroid XAS yang sepadan.
Untuk menggambarkan peta pinggir FeL yang lebih kompleks, empat dan lima kluster yang dioptimumkan dan sentroid yang berkaitan (profil spektrum) masing-masing telah digunakan untuk spesimen kerja panas dan gulung sejuk. Oleh itu, peratusan (%) Fe2+ dan Fe3+ boleh diperoleh dengan memadankan LCF yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Potensi pseudoelektrod Epseudo sebagai fungsi Fe0 telah digunakan untuk mendedahkan ketidakhomogenan mikrokimia filem oksida permukaan. Epseudo dianggarkan secara kasar oleh peraturan pencampuran,
di mana \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) bersamaan dengan \(\rm{Fe} + 2e^ – \ kepada \rm { Fe}^{2 + (3 + )}\), 0.440 dan 0.036 V, masing-masing. Kawasan dengan potensi yang lebih rendah mempunyai kandungan sebatian Fe3+ yang lebih tinggi. Taburan potensi dalam sampel yang diubah bentuk secara terma mempunyai watak berlapis dengan perubahan maksimum kira-kira 0.119 V (Rajah 6a, b). Taburan potensi ini berkait rapat dengan topografi permukaan (Rajah 6a). Tiada perubahan lain yang bergantung kepada kedudukan dalam bahagian dalam laminar yang mendasari diperhatikan (Rajah 6b). Sebaliknya, untuk sambungan oksida yang berbeza dengan kandungan Fe2+ dan Fe3+ yang berbeza dalam SDSS tergelek sejuk, seseorang boleh memerhatikan sifat pseudopotensial yang tidak seragam (Rajah 6c, d). Oksida Fe3+ dan/atau (oksi)hidroksida merupakan juzuk utama karat dalam keluli dan telap terhadap oksigen dan air50. Dalam kes ini, pulau-pulau yang kaya dengan Fe3+ dianggap tersebar secara setempat dan boleh dianggap sebagai kawasan berkarat. Pada masa yang sama, kecerunan dalam medan potensi, dan bukannya nilai mutlak potensi, boleh digunakan sebagai penunjuk untuk penyetempatan tapak kakisan aktif. Taburan Fe2+ dan Fe3+ yang tidak sekata pada permukaan SDSS gulung sejuk ini boleh mengubah kimia setempat dan menyediakan luas permukaan aktif yang lebih praktikal dalam tindak balas kerosakan filem oksida dan kakisan, sekali gus membolehkan kakisan berterusan pada matriks logam di bawahnya, mengakibatkan kakisan dalaman. heterogeniti sifat dan penurunan sifat pelindung lapisan pasif.
Gugusan K-means dan sentroid XAS yang sepadan dalam kawasan pinggir Fe L2.3 bagi X-PEEM ac yang terubah bentuk panas dan df bagi SDSS gulung sejuk. a, d Plot gugusan K-means yang ditindih pada imej X-PEEM. Potensi pseudoelektrod yang dikira (Epseudo) disebut bersama plot gugusan K-means. Kecerahan imej X-PEEM, seperti warna dalam Rajah 2, adalah berkadar dengan keamatan penyerapan sinar-X.
Cr yang agak seragam tetapi keadaan kimia Fe yang berbeza menyebabkan kerosakan filem oksida dan corak kakisan yang berbeza dalam Ce-2507 yang dikerjakan panas dan digulung sejuk. Sifat Ce-2507 yang digulung sejuk ini telah dikaji dengan baik. Berkenaan dengan pembentukan oksida dan hidroksida Fe dalam udara ambien dalam kerja yang hampir neutral ini, tindak balasnya adalah seperti berikut:
Tindak balas di atas berlaku dalam senario berikut berdasarkan analisis X-PEEM. Bahu kecil yang sepadan dengan Fe0 dikaitkan dengan besi logam di bawahnya. Tindak balas Fe logam dengan persekitaran menghasilkan pembentukan lapisan Fe(OH)2 (persamaan (5)), yang meningkatkan isyarat Fe2+ dalam XAS tepi-L Fe. Pendedahan berpanjangan kepada udara boleh mengakibatkan pembentukan oksida Fe3O4 dan/atau Fe2O3 selepas Fe(OH)252,53. Dua bentuk Fe yang stabil, Fe3O4 dan Fe2O3, juga boleh terbentuk dalam lapisan pelindung yang kaya dengan Cr3+, yang mana Fe3O4 lebih suka struktur yang seragam dan melekit. Kehadiran kedua-duanya menghasilkan keadaan pengoksidaan campuran (spektrum XAS-1). Spektrum XAS-2 terutamanya sepadan dengan Fe3O4. Walaupun pemerhatian spektrum XAS-3 di beberapa tempat menunjukkan penukaran lengkap kepada γ-Fe2O3. Oleh kerana kedalaman penembusan sinar-X yang tidak terungkap adalah kira-kira 50 nm, isyarat dari lapisan bawah menghasilkan keamatan puncak A yang lebih tinggi.
Spektrum XPA menunjukkan bahawa komponen Fe dalam filem oksida mempunyai struktur berlapis yang digabungkan dengan lapisan oksida Cr. Berbeza dengan tanda-tanda pasifasi disebabkan oleh ketidakhomogenan tempatan Cr2O3 semasa kakisan, walaupun lapisan Cr2O3 seragam dalam kajian ini, rintangan kakisan yang rendah diperhatikan dalam kes ini, terutamanya untuk spesimen gulung sejuk. Tingkah laku yang diperhatikan boleh difahami sebagai heterogeniti keadaan pengoksidaan kimia dalam lapisan atas (Fe), yang mempengaruhi prestasi kakisan. Disebabkan oleh stoikiometri yang sama pada lapisan atas (besi oksida) dan lapisan bawah (kromium oksida)52,53, interaksi (lekatan) yang lebih baik antara mereka membawa kepada pengangkutan ion logam atau oksigen yang perlahan dalam kekisi, yang seterusnya, membawa kepada peningkatan rintangan kakisan. Oleh itu, nisbah stoikiometri berterusan, iaitu satu keadaan pengoksidaan Fe, adalah lebih baik daripada perubahan stoikiometri yang mendadak. SDSS yang berubah bentuk haba mempunyai permukaan yang lebih seragam, lapisan pelindung yang lebih padat, dan rintangan kakisan yang lebih baik. Manakala bagi SDSS gulung sejuk, kehadiran pulau-pulau kaya Fe3+ di bawah lapisan pelindung melanggar integriti permukaan dan menyebabkan kakisan galvanik dengan substrat berdekatan, yang membawa kepada penurunan mendadak dalam Rp (Jadual 1). Spektrum EIS dan rintangan kakisannya berkurangan. Dapat dilihat bahawa taburan tempatan pulau-pulau kaya Fe3+ akibat ubah bentuk plastik terutamanya mempengaruhi rintangan kakisan, yang merupakan satu kejayaan dalam kajian ini. Oleh itu, kajian ini membentangkan imej mikroskopik spektroskopi pengurangan rintangan kakisan sampel SDSS yang dikaji melalui kaedah ubah bentuk plastik.
Di samping itu, walaupun pengaloian dengan unsur nadir bumi dalam keluli dua fasa menunjukkan prestasi yang lebih baik, interaksi unsur tambahan ini dengan matriks keluli individu dari segi kelakuan kakisan mengikut data mikroskopi spektroskopi masih sukar difahami. Kemunculan isyarat Ce (melalui tepi-M XAS) hanya muncul di beberapa tempat semasa penggelek sejuk, tetapi hilang semasa ubah bentuk panas SDSS, menunjukkan pemendakan Ce setempat dalam matriks keluli, bukannya pengaloian homogen. Walaupun tidak meningkatkan sifat mekanikal SDSS6,7 dengan ketara, kehadiran unsur nadir bumi mengurangkan saiz rangkuman dan dianggap menghalang pembentukan bopeng di kawasan awal54.
Kesimpulannya, kajian ini mendedahkan kesan heterogeniti permukaan terhadap kakisan 2507 SDSS yang diubah suai dengan cerium dengan mengukur kandungan kimia komponen nano. Kami menjawab persoalan mengapa keluli tahan karat menghakis walaupun di bawah lapisan oksida pelindung dengan mengukur mikrostruktur, kimia permukaan dan pemprosesan isyaratnya menggunakan pengelompokan K-means. Telah terbukti bahawa pulau-pulau yang kaya dengan Fe3+, termasuk koordinasi oktahedral dan tetrahedralnya di sepanjang keseluruhan ciri campuran Fe2+/Fe3+, adalah sumber kerosakan dan kakisan filem oksida tergelek sejuk SDSS. Pulau-pulau nano yang didominasi oleh Fe3+ menyebabkan rintangan kakisan yang lemah walaupun terdapat lapisan pasif Cr2O3 stoikiometri yang mencukupi. Selain kemajuan metodologi dalam menentukan kesan heterogeniti kimia nano terhadap kakisan, kerja berterusan dijangka akan memberi inspirasi kepada proses kejuruteraan untuk meningkatkan rintangan kakisan keluli tahan karat semasa pembuatan keluli.
Untuk menyediakan jongkong Ce-2507 SDSS yang digunakan dalam kajian ini, komposisi campuran termasuk aloi induk Fe-Ce yang dimeteraikan dengan tiub besi tulen telah dicairkan dalam relau aruhan frekuensi sederhana 150 kg untuk menghasilkan keluli cair dan dituang ke dalam acuan. Komposisi kimia yang diukur (wt%) disenaraikan dalam Jadual Tambahan 2. Jongkong pertama kali ditempa panas menjadi blok. Kemudian ia disepuh panas pada suhu 1050°C selama 60 minit untuk mendapatkan keluli dalam keadaan larutan pepejal, dan kemudian didinginkan dalam air hingga suhu bilik. Sampel yang dikaji telah dikaji secara terperinci menggunakan TEM dan DOE untuk mengkaji fasa, saiz butiran dan morfologi. Maklumat yang lebih terperinci tentang sampel dan proses pengeluaran boleh didapati dalam sumber lain6,7.
Sampel silinder (φ10 mm×15 mm) untuk pemampatan panas telah diproses supaya paksi silinder selari dengan arah ubah bentuk blok. Pemampatan suhu tinggi telah dijalankan pada pelbagai suhu dalam julat 1000-1150°C menggunakan simulator haba Gleeble-3800 pada kadar terikan malar dalam julat 0.01-10 s-1. Sebelum ubah bentuk, sampel dipanaskan pada kadar 10 °C s-1 selama 2 minit pada suhu yang dipilih untuk menghapuskan kecerunan suhu. Selepas mencapai keseragaman suhu, sampel telah diubah bentuk kepada nilai terikan sebenar 0.7. Selepas ubah bentuk, sampel telah segera didinginkan dengan air untuk mengekalkan struktur yang telah diubah bentuk. Spesimen yang telah dikeraskan kemudiannya dipotong selari dengan arah mampatan. Untuk kajian khusus ini, kami memilih spesimen dengan keadaan terikan panas 1050°C, 10 s-1 kerana kekerasan mikro yang diperhatikan adalah lebih tinggi daripada spesimen lain7.
Sampel besar-besaran (80 × 10 × 17 mm3) bagi larutan pepejal Ce-2507 telah digunakan dalam kilang dua gulung tak segerak tiga fasa LG-300 dengan sifat mekanikal terbaik antara semua tahap ubah bentuk yang lain6. Kadar terikan dan pengurangan ketebalan bagi setiap laluan masing-masing ialah 0.2 m·s-1 dan 5%.
Stesen kerja elektrokimia Autolab PGSTAT128N telah digunakan untuk pengukuran elektrokimia SDSS selepas penggelek sejuk kepada pengurangan ketebalan sebanyak 90% (terikan sebenar setara 1.0) dan selepas penekanan panas pada suhu 1050°C selama 10 s-1 kepada ketegangan sebenar 0.7. Stesen kerja ini mempunyai sel tiga elektrod dengan elektrod kalomel tepu sebagai elektrod rujukan, elektrod balas grafit, dan sampel SDSS sebagai elektrod kerja. Sampel dipotong menjadi silinder dengan diameter 11.3 mm, di sisinya wayar kuprum dipateri. Sampel kemudiannya dilekatkan dengan epoksi, meninggalkan kawasan terbuka kerja seluas 1 cm2 sebagai elektrod kerja (bahagian bawah sampel silinder). Berhati-hati semasa pengawetan epoksi dan pengamplasan serta penggilapan berikutnya untuk mengelakkan keretakan. Permukaan kerja dikisar dan digilap dengan suspensi penggilap berlian dengan saiz zarah 1 μm, dibasuh dengan air suling dan etanol, dan dikeringkan di udara sejuk. Sebelum pengukuran elektrokimia, sampel yang digilap didedahkan kepada udara selama beberapa hari untuk membentuk filem oksida semula jadi. Larutan akueus FeCl3 (6.0 wt%), yang distabilkan kepada pH = 1.0 ± 0.01 dengan HCl mengikut cadangan ASTM, digunakan untuk mempercepatkan kakisan keluli tahan karat55 kerana ia menghakis dengan kehadiran ion klorida dengan kapasiti pengoksidaan yang kuat dan pH rendah piawaian Alam Sekitar G48 dan A923. Rendam sampel dalam larutan ujian selama 1 jam untuk mencapai keadaan hampir stabil sebelum membuat sebarang pengukuran. Bagi sampel larutan pepejal, terbentuk panas dan gulung sejuk, pengukuran impedans dijalankan pada potensi litar terbuka (OPC) masing-masing 0.39, 0.33 dan 0.25 V, dalam julat frekuensi dari 1 105 hingga 0.1 Hz dengan amplitud 5 mV. Semua ujian kimia diulang sekurang-kurangnya 3 kali di bawah keadaan yang sama untuk memastikan kebolehulangan data.
Untuk pengukuran HE-SXRD, blok keluli dupleks segi empat tepat berukuran 1 × 1 × 1.5 mm3 telah diukur untuk mengukur komposisi fasa pancaran bagi penggelek bertenaga tinggi Brockhouse di CLS, Kanada56. Pengumpulan data dijalankan dalam geometri Debye-Scherrer atau geometri penghantaran pada suhu bilik. Panjang gelombang sinar-X yang dikalibrasi dengan penentukur LaB6 ialah 0.212561 Å, yang sepadan dengan 58 keV, yang jauh lebih tinggi daripada Cu Kα (8 keV) yang biasa digunakan sebagai sumber sinar-X makmal. Sampel terletak pada jarak 740 mm dari pengesan. Isipadu pengesanan setiap sampel ialah 0.2 × 0.3 × 1.5 mm3, yang ditentukan oleh saiz pancaran dan ketebalan sampel. Semua data dikumpul menggunakan pengesan kawasan Perkin Elmer, pengesan sinar-X panel rata, piksel 200 µm, 40 × 40 cm2 menggunakan masa pendedahan 0.3 s dan 120 bingkai.
Pengukuran X-PEEM bagi dua sistem model terpilih telah dijalankan di stesen hujung Beamline MAXPEEM PEEM di makmal MAX IV (Lund, Sweden). Sampel disediakan dengan cara yang sama seperti untuk pengukuran elektrokimia. Sampel yang disediakan disimpan di udara selama beberapa hari dan dinyahgas dalam ruang vakum ultratinggi sebelum disinari dengan foton sinkrotron. Resolusi tenaga garisan pancaran diperoleh dengan mengukur spektrum hasil ion dalam kawasan pengujaan dari N1s ​​hingga 1\(\pi_g^ \ast\) berhampiran hv = 401 eV dalam N2 dengan pergantungan tenaga foton pada E3/2, 57. Spektrum anggaran memberikan ΔE (lebar garisan spektrum) kira-kira 0.3 eV dalam julat tenaga yang diukur. Oleh itu, resolusi tenaga garisan pancaran dianggarkan sebagai E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 dan fluks ≈1012 ph/s dengan menggunakan monokromator SX-700 yang diubah suai dengan kekisi Si garisan 1200 mm−1 untuk tepi Fe 2p L2,3, tepi Cr 2p L2,3, tepi Ni 2p L2,3 dan tepi Ce M4,5. Oleh itu, resolusi tenaga garisan pancaran dianggarkan sebagai E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 dan fluks ≈1012 ph/s dengan menggunakan monokromator SX-700 yang diubah suai dengan kekisi Si garisan 1200 mm−1 untuk tepi Fe 2p L2.3, tepi Cr 2p L2.3, tepi Ni 2p L2.3 dan tepi Ce M4.5. Таким образом, энергетическое разрешение канала пучка было оценено как E/∆E = 700 эВ/0,3 эВ > 2000 и/10при ≈ использовании модифицированного монохроматора SX-700 с решеткой Si 1200 штрихов/мм для Fe кромка 2p L2,3, кромка 2, кромка 2, кромка Cr 3 кромка Ce M4,5. Oleh itu, resolusi tenaga saluran pancaran dianggarkan sebagai E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 dan fluks ≈1012 f/s menggunakan monokromator SX-700 yang diubah suai dengan kisi Si sebanyak 1200 garis/mm untuk tepi Fe 2p L2,3, tepi Cr 2p L2.3, tepi Ni 2p L2.3, dan tepi Ce 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，通过使甉 1mm 1mm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 边缘和 边缘和边缘和Ce M4,5 。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 ， 使禔1200 线 mm-1 光栅 改进 的 SX-700 单色器 于 于 于 用 用 用Fe 2p L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Cr 2p L2.3、边缘和Ce M4.5 边缘。Oleh itu, apabila menggunakan monokromator SX-700 yang diubah suai dengan kisi Si garisan 1200. 3, tepi Cr 2p L2.3, tepi Ni 2p L2.3 dan tepi Ce M4.5.Imbas tenaga foton dalam langkah 0.2 eV. Pada setiap tenaga, imej PEEM dirakam menggunakan pengesan TVIPS F-216 CMOS bergandingan gentian dengan 2 x 2 bin, yang memberikan resolusi 1024 x 1024 piksel dalam medan pandangan 20 µm. Masa pendedahan imej ialah 0.2 s, dengan purata 16 bingkai. Tenaga imej fotoelektron dipilih sedemikian rupa untuk memberikan isyarat elektron sekunder maksimum. Semua pengukuran dijalankan pada kejadian normal menggunakan pancaran foton terkutub linear. Maklumat lanjut tentang pengukuran boleh didapati dalam kajian terdahulu. Selepas mengkaji mod pengesanan hasil elektron jumlah (TEY) dan aplikasinya dalam X-PEEM49, kedalaman percubaan kaedah ini dianggarkan kira-kira 4-5 nm untuk isyarat Cr dan kira-kira 6 nm untuk Fe. Kedalaman Cr adalah sangat hampir dengan ketebalan filem oksida (~4 nm)60,61 manakala kedalaman Fe adalah lebih besar daripada ketebalannya. XRD yang dikumpulkan di pinggir FeL adalah campuran XRD oksida besi dan Fe0 daripada matriks. Dalam kes pertama, keamatan elektron yang dipancarkan datang daripada semua jenis elektron yang mungkin menyumbang kepada TEY. Walau bagaimanapun, isyarat besi tulen memerlukan tenaga kinetik yang lebih tinggi untuk elektron melalui lapisan oksida ke permukaan dan dikumpulkan oleh penganalisis. Dalam kes ini, isyarat Fe0 terutamanya disebabkan oleh elektron Auger LVV, serta elektron sekunder yang dipancarkan olehnya. Di samping itu, keamatan TEY yang disumbangkan oleh elektron ini mereput semasa laluan pelepasan elektron, seterusnya mengurangkan tindak balas spektrum Fe0 dalam peta XAS besi.
Mengintegrasikan perlombongan data ke dalam kiub data (data X-PEEM) merupakan langkah utama dalam mengekstrak maklumat yang berkaitan (sifat kimia atau fizikal) dalam pendekatan multidimensi. Pengelompokan K-means digunakan secara meluas dalam beberapa bidang, termasuk penglihatan mesin, pemprosesan imej, pengecaman corak tanpa pengawasan, kecerdasan buatan dan analisis pengelasan. Contohnya, pengelompokan K-means telah menunjukkan prestasi yang baik dalam pengelompokan data imej hiperspektral. Pada prinsipnya, untuk data berbilang ciri, algoritma K-means boleh mengumpulkannya dengan mudah berdasarkan maklumat tentang atributnya (sifat tenaga foton). Pengelompokan K-means ialah algoritma iteratif untuk membahagikan data kepada kumpulan K yang tidak bertindih (kelompok), di mana setiap piksel tergolong dalam kelompok tertentu bergantung pada taburan ruang ketidakhomogenan kimia dalam komposisi mikrostruktur keluli. Algoritma K-means merangkumi dua peringkat: pada peringkat pertama, K sentroid dikira dan pada peringkat kedua, setiap titik diberikan kelompok dengan sentroid bersebelahan. Pusat graviti sesuatu gugusan ditakrifkan sebagai min aritmetik bagi titik data (spektrum XAS) untuk gugusan tersebut. Terdapat pelbagai jarak untuk mentakrifkan sentroid bersebelahan sebagai jarak Euclidean. Untuk imej input px,y (di mana x dan y ialah resolusi dalam piksel), CK ialah pusat graviti gugusan; imej ini kemudiannya boleh dibahagikan (dikelompokkan) kepada K gugusan menggunakan K-means63. Langkah terakhir algoritma pengelompokan K-means ialah:
Langkah 2. Kira keahlian semua piksel mengikut sentroid semasa. Contohnya, ia dikira daripada jarak Euclidean d antara pusat dan setiap piksel:
Langkah 3 Tetapkan setiap piksel kepada sentroid terdekat. Kemudian kira semula kedudukan K sentroid seperti berikut:
Langkah 4. Ulangi proses (persamaan (7) dan (8)) sehingga sentroid bertemu. Keputusan kualiti pengelompokan akhir berkorelasi kuat dengan pilihan sentroid awal yang terbaik. Bagi struktur data PEEM imej keluli, biasanya X (x × y × λ) ialah kiub data tatasusunan 3D, manakala paksi x dan y mewakili maklumat ruang (resolusi piksel) dan paksi λ sepadan dengan gambar spektrum tenaga foton. Algoritma K-means digunakan untuk meneroka kawasan yang diminati dalam data X-PEEM dengan memisahkan piksel (kelompok atau sub-blok) mengikut ciri spektrumnya dan mengekstrak sentroid terbaik (profil spektrum XAS) untuk setiap analit. kelompok). Ia digunakan untuk mengkaji taburan ruang, perubahan spektrum tempatan, tingkah laku pengoksidaan dan keadaan kimia. Contohnya, algoritma pengelompokan K-means digunakan untuk kawasan Fe-tepi-L dan Cr-tepi-L dalam X-PEEM yang dikerjakan panas dan digulung sejuk. Pelbagai bilangan gugusan K (kawasan mikrostruktur) telah diuji untuk mencari gugusan dan sentroid yang optimum. Apabila nombor-nombor ini dipaparkan, piksel akan ditugaskan semula kepada sentroid gugusan yang sepadan. Setiap taburan warna sepadan dengan pusat gugusan, menunjukkan susunan ruang objek kimia atau fizikal. Sentroid yang diekstrak adalah gabungan linear spektrum tulen.
Data yang menyokong hasil kajian ini boleh didapati atas permintaan yang munasabah daripada pengarang WC masing-masing.
Sieurin, H. & Sandström, R. Ketangguhan patah bagi keluli tahan karat dupleks yang dikimpal. Sieurin, H. & Sandström, R. Ketangguhan patah bagi keluli tahan karat dupleks yang dikimpal. Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной дуплексной нержавеющей стали. Sieurin, H. & Sandström, R. Ketangguhan patah keluli tahan karat dupleks yang dikimpal. 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. Ketangguhan patah keluli tahan karat dupleks yang dikimpal.Britannia. Bahagian pecahan. bulu. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Rintangan kakisan keluli tahan karat dupleks dalam persekitaran asid organik dan asid organik/klorida terpilih. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Rintangan kakisan keluli tahan karat dupleks dalam persekitaran asid organik dan asid organik/klorida terpilih.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. dan Van Der Merwe, J. Rintangan kakisan keluli tahan karat dupleks dalam persekitaran dengan beberapa asid organik dan asid organik/klorida. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相 keluli tahan karat在选定的organic酸和organik酸/persekitaran berklorin的耐而性性。Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. dan Van Der Merwe, J. Rintangan kakisan keluli tahan karat dupleks dalam persekitaran asid organik dan asid organik/klorida terpilih.pengawet. Kaedah Bahan 57, 107–117 (2010).
Barrera, S. et al. Tingkah laku kakisan-oksidatif aloi dupleks Fe-Al-Mn-C. Bahan 12, 2572 (2019).
Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Generasi baharu keluli super dupleks untuk pengeluaran gas dan minyak peralatan. Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Generasi baharu keluli super dupleks untuk pengeluaran gas dan minyak peralatan.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Generasi baharu keluli super dupleks untuk peralatan pengeluaran minyak dan gas.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Generasi baharu keluli super dupleks untuk peralatan pengeluaran gas dan minyak. Webinar E3S 121, 04007 (2019).
Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Penyiasatan tingkah laku ubah bentuk panas keluli tahan karat dupleks gred 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Penyiasatan tingkah laku ubah bentuk panas keluli tahan karat dupleks gred 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей стали марки 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Satu Kajian tentang Tingkah Laku Deformasi Panas Keluli Tahan Karat Dupleks Jenis 2507. Logam. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 双相不锈钢2507 级热变形行为的研究。 Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507 级热变形行为的研究。Kingklang, S. dan Utaisansuk, V. Penyiasatan Kelakuan Ubah Bentuk Panas Keluli Tahan Karat Dupleks Jenis 2507. Logam.almamater. berkhayal. 48, 95–108 (2017).
Zhou, T. et al. Kesan penggelek sejuk terkawal terhadap mikrostruktur dan sifat mekanikal keluli tahan karat SAF 2507 super-dupleks yang diubah suai cerium. alma mater. sains. Britannia. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. et al. Sifat struktur dan mekanikal yang disebabkan oleh ubah bentuk haba keluli tahan karat SAF 2507 super-dupleks yang diubah suai cerium. J. Alma mater. tangki simpanan. teknologi. 9, 8379–8390 (2020).
Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Kesan unsur nadir bumi terhadap sifat pengoksidaan suhu tinggi keluli austenit. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Kesan unsur nadir bumi terhadap sifat pengoksidaan suhu tinggi keluli austenit.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. dan Zheng K. Pengaruh unsur nadir bumi terhadap kelakuan keluli austenit di bawah pengoksidaan suhu tinggi. 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. dan Zheng K. Pengaruh unsur nadir bumi terhadap kelakuan keluli austenit pada pengoksidaan suhu tinggi.koros. sains. 164, 108359 (2020).
Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Kesan Ce terhadap mikrostruktur dan sifat keluli tahan karat super-ferit 27Cr-3.8Mo-2Ni. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Kesan Ce terhadap mikrostruktur dan sifat keluli tahan karat super-ferit 27Cr-3.8Mo-2Ni.Li Y., Yang G., Jiang Z., Chen K. dan Sun S. Pengaruh Se terhadap mikrostruktur dan sifat keluli tahan karat superferit 27Cr-3,8Mo-2Ni. 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。 Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Kesan Ce terhadap mikrostruktur dan sifat keluli tahan karat super 27Cr-3.8Mo-2Ni. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Влияние Ce на микроструктуру и свойства суперферритной нержавеющей стали 27Cr-3.8Mo-2Ni.8 Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Kesan Ce terhadap mikrostruktur dan sifat keluli tahan karat superferit 27Cr-3,8Mo-2Ni.Papan tanda besi. Steelmak 47, 67–76 (2020).