Terima kasih kerana melawat Nature.com. Anda menggunakan versi penyemak imbas dengan sokongan CSS terhad. Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau lumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer). Di samping itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami menunjukkan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Memaparkan karusel tiga slaid serentak. Gunakan butang Sebelum dan Seterusnya untuk bergerak melalui tiga slaid pada satu masa, atau gunakan butang gelangsar pada penghujung untuk bergerak melalui tiga slaid pada satu masa.
Keluli tahan karat yang digunakan secara meluas dan versi tempanya adalah tahan terhadap kakisan dalam keadaan ambien disebabkan oleh lapisan pempasifan yang terdiri daripada kromium oksida. Kakisan dan hakisan keluli biasanya dikaitkan dengan pemusnahan lapisan ini, tetapi jarang sekali dengan penampilan ketidakhomogenan permukaan, bergantung pada tahap mikroskopik. Dalam kerja ini, kepelbagaian permukaan kimia berskala nano, yang dikesan oleh mikroskop spektroskopi dan analisis kemometrik, secara tidak dijangka mendominasi patah dan kakisan keluli tahan karat super dupleks 2507 (SDSS) yang diubah suai serium gelek sejuk semasa ubah bentuk panasnya. Walaupun mikroskop fotoelektron sinar-X menunjukkan liputan yang agak seragam bagi lapisan Cr2O3 semula jadi, prestasi pempasifan SDSS canai sejuk adalah lemah disebabkan oleh taburan tempatan pulau-pulau nano kaya Fe3+ pada lapisan oksida Fe/Cr. Pengetahuan skala atom ini memberikan pemahaman mendalam tentang kakisan keluli tahan karat dan dijangka membantu memerangi kakisan logam aloi tinggi yang serupa.
Sejak penciptaan keluli tahan karat, sifat anti-karat ferrochrome telah dikaitkan dengan kromium, yang membentuk oksida/oksihidroksida kuat dan mempamerkan tingkah laku pasif dalam kebanyakan persekitaran. Berbanding dengan keluli tahan karat konvensional (austenit dan ferit) 1, 2, 3, keluli tahan karat super dupleks (SDSS) mempunyai rintangan kakisan yang lebih baik dan sifat mekanikal yang sangat baik. Kekuatan mekanikal yang lebih tinggi membolehkan reka bentuk yang lebih ringan dan lebih padat. Sebaliknya, SDSS yang ekonomik mempunyai rintangan yang tinggi terhadap kakisan pitting dan celah, menghasilkan hayat perkhidmatan yang lebih lama, dengan itu meluaskan penggunaannya untuk kawalan pencemaran, bekas kimia, dan industri minyak dan gas luar pesisir4. Walau bagaimanapun, julat sempit suhu rawatan haba dan kebolehbentukan yang lemah menghalang penggunaan praktikalnya yang luas. Oleh itu, SDSS diubah suai untuk meningkatkan prestasi di atas. Sebagai contoh, pengubahsuaian Ce telah diperkenalkan dalam SDSS 2507 (Ce-2507) dengan kandungan nitrogen yang tinggi6,7,8. Unsur nadir bumi (Ce) pada kepekatan 0.08 wt.% yang sesuai mempunyai kesan yang baik terhadap sifat mekanikal DSS, kerana ia meningkatkan penghalusan bijirin dan kekuatan sempadan bijian. Rintangan haus dan kakisan, kekuatan tegangan dan kekuatan hasil, dan kebolehkerjaan panas juga dipertingkatkan9. Jumlah nitrogen yang besar boleh menggantikan kandungan nikel yang mahal, menjadikan SDSS lebih kos efektif10.
Baru-baru ini, SDSS telah diubah bentuk secara plastik pada pelbagai suhu (kriogenik, sejuk dan panas) untuk mencapai sifat mekanikal yang sangat baik6,7,8. Walau bagaimanapun, rintangan kakisan SDSS yang sangat baik disebabkan oleh kehadiran filem oksida nipis pada permukaan dipengaruhi oleh banyak faktor seperti heterogeniti yang wujud disebabkan oleh kehadiran fasa heterogen dengan sempadan butiran yang berbeza, mendakan yang tidak diingini dan tindak balas yang berbeza. ubah bentuk fasa austenit dan ferit7. Oleh itu, kajian sifat domain mikroskopik filem tersebut hingga ke tahap struktur elektronik menjadi 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 dan mikroskop pancaran sinar-X keras (HAX-PEEM)16 secara amnya gagal mengesan perbezaan kimia dalam lapisan permukaan. keadaan kimia unsur yang sama di tempat yang berbeza dalam ruang skala nano. Beberapa kajian baru-baru ini telah mengaitkan pengoksidaan tempatan kromium dengan tingkah laku kakisan yang diperhatikan keluli tahan karat austenit17, keluli martensit18 dan SDSS19,20. Walau bagaimanapun, kajian ini tertumpu terutamanya kepada kesan heterogeniti Cr (cth, keadaan pengoksidaan Cr3+) ke atas rintangan kakisan. Heterogenitas sisi dalam keadaan pengoksidaan unsur boleh disebabkan oleh sebatian yang berbeza dengan unsur juzuk yang sama, seperti oksida besi. Sebatian ini, yang telah mewarisi saiz yang kecil hasil daripada rawatan termomekanikal, berada dalam jarak yang dekat antara satu sama lain, tetapi berbeza dalam komposisi dan keadaan pengoksidaan16,21. Oleh itu, untuk mengesan keretakan filem oksida dan pitting berikutnya, adalah perlu untuk memahami heterogeniti permukaan pada tahap mikroskopik. Walaupun keperluan ini, anggaran kuantitatif seperti heterogeniti sisi dalam pengoksidaan, terutamanya untuk Fe pada skala nano dan atom, masih kurang, dan korelasinya dengan rintangan kakisan masih belum diterokai. Sehingga baru-baru ini, keadaan kimia pelbagai unsur, seperti Fe dan Ca22, pada sampel keluli dicirikan secara kuantitatif menggunakan mikroskop fotoelektron sinar-X lembut (X-PEEM) dalam kemudahan sinaran sinkrotron skala nano. Digabungkan dengan spektroskopi serapan sinar-X (XAS) sensitif kimia, X-PEEM mendayakan pengukuran XAS dengan resolusi spatial dan spektrum yang tinggi, memberikan maklumat kimia tentang komposisi unsur dan keadaan kimianya dengan resolusi spatial hingga skala dua puluh tiga nanometer. . Pemerhatian spektromikroskopik terhadap permulaan ini memudahkan pemerhatian kimia tempatan dan boleh menunjukkan perubahan kimia dalam ruang lapisan besi yang belum pernah disiasat sebelum ini.
Kajian ini memanjangkan kelebihan PEEM dalam mengesan perbezaan kimia pada skala nano dan membentangkan kaedah analisis permukaan tahap atom yang berwawasan untuk memahami tingkah laku kakisan Ce-2507. Ia menggunakan pendekatan kemometrik K-means24 berkelompok untuk memetakan kehomogenan kimia global (hetero) unsur-unsur yang terlibat, yang keadaan kimianya dibentangkan dalam perwakilan statistik. Berbeza dengan kakisan yang dimulakan oleh pemusnahan filem kromium oksida dalam kes tradisional, kurang pempasifan dan rintangan kakisan yang lebih rendah pada masa ini dikaitkan dengan pulau-pulau kecil Fe3+ yang kaya setempat berhampiran lapisan oksida Fe/Cr, yang mungkin merupakan sifat pelindung. Oksida memusnahkan filem bertitik dan menyebabkan kakisan.
Tingkah laku menghakis SDSS 2507 yang cacat pertama kali dinilai menggunakan pengukuran 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, mencirikan kecenderungan filem pempasifan untuk rosak. Walaupun bahan tidak mengalami pitting yang stabil pada suhu bilik, analisis memberikan gambaran tentang kemungkinan kejadian kegagalan dan kakisan seterusnya. Litar setara (Rajah 1d) digunakan untuk memuatkan spektrum spektroskopi impedans elektrokimia (EIS), dan keputusan pemasangan sepadan ditunjukkan dalam Jadual 1. Separuh bulatan yang tidak lengkap muncul dalam spesimen yang dirawat dengan larutan dan dikerjakan dengan panas, manakala separuh bulatan termampat muncul dalam pasangan gelek sejuk (Gamb. 1b). Dalam spektroskopi EIS, jejari separuh bulatan boleh dianggap sebagai rintangan polarisasi (Rp)25,26. Rp landasan dirawat penyelesaian dalam Jadual 1 ialah kira-kira 135 kΩ cm–2, walau bagaimanapun, nilai landasan kerja panas dan gulung sejuk adalah jauh lebih rendah, masing-masing 34.7 dan 2.1 kΩ cm–2. Pengurangan ketara dalam Rp ini menunjukkan kesan buruk ubah bentuk plastik terhadap pempasifan dan rintangan kakisan, seperti yang ditunjukkan dalam laporan terdahulu27,28,29,30.
a Nyquist, b, c Impedans Bode dan rajah fasa, dan d model litar setara yang sepadan, dengan RS ialah rintangan elektrolit, Rp ialah rintangan polarisasi, dan QCPE ialah oksida unsur fasa malar yang digunakan untuk memodelkan kemuatan bukan ideal (n). Pengukuran EIS dibuat pada potensi litar terbuka.
Pemalar serentak ditunjukkan dalam plot Bode, dengan dataran tinggi dalam julat frekuensi tinggi mewakili rintangan elektrolit RS26. Apabila frekuensi berkurangan, impedans meningkat dan sudut fasa negatif ditemui, menunjukkan penguasaan kapasitansi. Sudut fasa meningkat, mengekalkan maksimum pada julat frekuensi yang agak luas, dan kemudian berkurangan (Rajah 1c). Walau bagaimanapun, dalam ketiga-tiga kes, maksimum ini masih kurang daripada 90°, menunjukkan tingkah laku kapasitif tidak ideal disebabkan oleh penyebaran kapasitif. Oleh itu, elemen fasa malar QCPE (CPE) digunakan untuk mewakili taburan kemuatan antara muka yang timbul daripada kekasaran permukaan atau ketidakhomogenan, terutamanya pada skala atom, geometri fraktal, keliangan elektrod, potensi tidak seragam, dan geometri dengan bentuk elektrod31,32. Impedans CPE:
di mana j ialah nombor khayalan dan ω ialah kekerapan sudut. QCPE ialah pemalar bebas frekuensi yang berkadar dengan kawasan terbuka berkesan elektrolit. n ialah nombor kuasa tanpa dimensi yang menerangkan sisihan kapasitor daripada kemuatan ideal, iaitu semakin hampir n kepada 1, semakin dekat CPE kepada kapasitif semata-mata, manakala jika n hampir kepada sifar, ia kelihatan rintangan. Sisihan kecil n, hampir kepada 1, menunjukkan kelakuan kapasitif bukan ideal permukaan selepas ujian polarisasi. QCPE SDSS canai sejuk adalah jauh lebih tinggi daripada rakan sejawatannya, bermakna 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 sangat baik disebabkan oleh kehadiran filem oksida pelindung pasif pada permukaan17. Filem pasif tersebut biasanya kaya dengan oksida Cr3+ dan/atau hidroksida, terutamanya dalam kombinasi dengan Fe2+, Fe3+ oksida dan/atau (oksi)hidroksida33. Walaupun keseragaman permukaan yang sama, lapisan oksida yang memasifkan, dan tiada retakan permukaan yang diperhatikan mengikut ukuran mikroskopik6,7, tingkah laku kakisan SDSS kerja panas dan gelek sejuk adalah berbeza, jadi kajian mendalam tentang ciri mikrostruktur diperlukan untuk ubah bentuk keluli.
Struktur mikro keluli tahan karat yang cacat telah dikaji secara kuantitatif menggunakan sinar-X tenaga tinggi intrinsik dan sinkrotron (Rajah Tambahan 1, 2). Analisis terperinci disediakan dalam Maklumat Tambahan. Walaupun terdapat konsensus umum mengenai jenis fasa utama, perbezaan dalam pecahan fasa pukal ditemui, yang disenaraikan dalam Jadual Tambahan 1. Perbezaan ini mungkin disebabkan oleh pecahan fasa tidak homogen pada permukaan dan dalam isipadu, yang dipengaruhi oleh kedalaman pengesanan pembelauan sinar-X (XRD) yang berbeza. ) dengan sumber tenaga yang berbeza bagi foton kejadian34. Pecahan austenit yang agak tinggi dalam spesimen canai sejuk yang ditentukan oleh XRD daripada sumber makmal menunjukkan pempasifan yang lebih baik dan kemudian rintangan kakisan yang lebih baik35, manakala keputusan yang lebih tepat dan statistik mencadangkan arah aliran yang bertentangan dalam pecahan fasa. Selain itu, rintangan kakisan keluli juga bergantung kepada tahap penghalusan butiran, pengurangan saiz butiran, peningkatan dalam mikrodeformasi dan ketumpatan kehelan yang berlaku semasa rawatan termomekanikal36,37,38. Spesimen kerja panas menunjukkan sifat yang lebih berbutir, menunjukkan butiran bersaiz mikron, manakala gelang licin yang diperhatikan dalam spesimen gelek sejuk (Tambahan Rajah 3) menunjukkan penghalusan bijirin yang ketara kepada saiz nano dalam kerja sebelumnya. Ini sepatutnya memihak kepada filem pasif. pembentukan dan peningkatan rintangan kakisan. Ketumpatan terkehel yang lebih tinggi biasanya dikaitkan dengan rintangan yang lebih rendah terhadap pitting, yang sesuai dengan pengukuran elektrokimia.
Perubahan dalam keadaan kimia mikrodomain unsur utama dikaji secara sistematik menggunakan X-PEEM. Walaupun terdapat lebih banyak unsur pengaloian, Cr, Fe, Ni dan Ce39 dipilih di sini, memandangkan Cr ialah elemen utama untuk membentuk filem pasif, Fe ialah elemen utama untuk keluli, dan Ni meningkatkan pempasifan dan mengimbangi fasa ferit-austenit. Struktur dan pengubahsuaian adalah tujuan Ce. Dengan menala tenaga pancaran synchrotron, XAS menangkap ciri utama Cr (tepi L2.3), Fe (tepi L2.3), Ni (tepi L2.3), dan Ce (tepi M4.5) dari permukaan. -2507 SDSS. Analisis data yang sesuai dilakukan dengan memasukkan penentukuran tenaga dengan data yang diterbitkan (cth XAS pada Fe L2, 3 rusuk40,41).
Pada rajah. Rajah 2 menunjukkan imej X-PEEM bagi hasil kerja panas (Rajah 2a) dan gulung sejuk (Rajah 2d) Ce-2507 SDSS dan tepi XAS Cr dan Fe L2,3 yang sepadan pada kedudukan yang ditanda secara individu. Tepi L2,3 XAS meneroka keadaan 3d elektron yang tidak diduduki selepas fotopengujaan pada tahap pemisahan spin-orbit 2p3/2 (tepi L3) dan 2p1/2 (tepi L2). Maklumat tentang keadaan valens Cr diperoleh daripada analisis pembelauan sinar-X bagi tepi L2,3 dalam Rajah 2b,d. Perbandingan pautan. 42, 43 menunjukkan bahawa empat puncak A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV), dan D (582.2 eV) diperhatikan berhampiran tepi L3, memantulkan ion Cr3+ oktahedral, sepadan Cr2O3. Spektrum eksperimen adalah selaras dengan pengiraan teori, seperti yang ditunjukkan dalam panel b dan e, diperoleh daripada pengiraan medan kristal berbilang pada antara muka Cr L2.3 menggunakan medan kristal 2.0 eV44. Kedua-dua permukaan SDSS kerja panas dan gelek sejuk disalut dengan lapisan Cr2O3 yang agak seragam.
a Imej terma X-PEEM SDSS bentuk panas sepadan dengan tepi b Cr L2.3 dan tepi c Fe L2.3, d Imej terma X-PEEM SDSS gelek sejuk sepadan dengan tepi e Cr L2.3 dan f Fe L2.3 sebelah (e) . Spektrum XAS diplot pada pelbagai kedudukan spatial yang ditandakan pada imej terma (a, d) oleh garis putus-putus oren dalam (b) dan (e) mewakili spektrum XAS simulasi Cr3+ dengan nilai medan kristal 2.0 eV. Untuk imej X-PEEM, palet terma digunakan untuk meningkatkan kebolehbacaan imej, di mana warna dari biru ke merah adalah berkadar dengan keamatan penyerapan sinar-X (dari rendah ke tinggi).
Tanpa mengira persekitaran kimia unsur logam ini, keadaan kimia penambahan unsur pengaloian Ni dan Ce untuk kedua-dua sampel kekal sama. Lukisan tambahan. Pada 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 gelek sejuk. Ni XAS menunjukkan keadaan pengoksidaan Ni2+ ke atas keseluruhan permukaan terukur spesimen kerja panas dan gelek sejuk (Perbincangan Tambahan). Perlu diperhatikan bahawa dalam kes spesimen kerja panas, isyarat XAS Ce tidak diperhatikan, manakala spektrum Ce3+ spesimen gelek sejuk diperhatikan pada satu titik. Pemerhatian bintik-bintik Ce dalam sampel gulung sejuk menunjukkan bahawa Ce terutamanya wujud dalam bentuk mendakan.
Dalam SDSS yang cacat terma, tiada perubahan struktur tempatan dalam XAS diperhatikan pada tepi Fe L2.3 (Rajah 2c). Walau bagaimanapun, seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Dalam Rajah 2f, matriks Fe secara mikroskopik mengubah keadaan kimianya pada tujuh titik yang dipilih secara rawak dalam SDSS gulung sejuk. Di samping itu, untuk mendapatkan idea yang tepat tentang perubahan dalam keadaan Fe di lokasi terpilih dalam Rajah 2f, kajian permukaan tempatan telah dilakukan (Rajah 3 dan Rajah Tambahan 10) di mana kawasan bulat yang lebih kecil telah dipilih. Spektrum XAS bagi tepi Fe L2,3 sistem α-Fe2O3 dan oksida oktahedral Fe2+ telah dimodelkan menggunakan pengiraan medan kristal berganda menggunakan medan kristal 1.0 (Fe2+) dan 1.0 (Fe3+)44. Kami ambil perhatian bahawa α-Fe2O3 dan γ-Fe2O3 mempunyai simetri tempatan yang berbeza45,46, Fe3O4 mempunyai gabungan kedua-dua Fe2+ & Fe3+,47, dan FeO45 sebagai Fe2+ oksida secara formal divalen (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 Fe2+ oksida (3d6) secara formal divalen.Ambil perhatian 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 secara formal Fe2+ (3d6).Ambil perhatian bahawa α-Fe2O3 dan γ-Fe2O3 mempunyai simetri tempatan yang berbeza45,46, Fe3O4 mempunyai gabungan Fe2+ dan Fe3+,47 dan FeO45 bertindak sebagai divalen formal Fe2+ oksida (3d6). Semua ion Fe3+ dalam α-Fe2O3 hanya mempunyai kedudukan Oh, manakala γ-Fe2O3 biasanya dinyatakan sebagai Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3] cth O4 spinel dengan kekosongan dalam kedudukan cth. Oleh itu, ion Fe3+ dalam γ-Fe2O3 mempunyai kedua-dua kedudukan Td dan Oh. Seperti yang dinyatakan dalam kerja sebelum ini, walaupun nisbah keamatan kedua-duanya berbeza, nisbah keamatan mereka eg/t2g ialah ≈1, manakala dalam kes ini nisbah keamatan yang diperhatikan eg/t2g ialah kira-kira 1. Ini menolak kemungkinan hanya Fe3+ yang hadir dalam kes ini. Mempertimbangkan kes Fe3O4 dengan gabungan Fe2+ dan Fe3+, diketahui bahawa ciri pertama yang lebih lemah (kuat) di pinggir L3 Fe menunjukkan ketidakdudukan yang lebih kecil (lebih besar) dalam keadaan t2g. Ini terpakai kepada Fe2+ (Fe3+), yang menunjukkan peningkatan dalam tanda pertama yang menunjukkan peningkatan dalam kandungan Fe2+47. Keputusan ini menunjukkan bahawa Fe2+ dan γ-Fe2O3, α-Fe2O3 dan/atau Fe3O4 mendominasi pada permukaan gelek sejuk komposit.
Imej haba elektron pembebasan foto yang diperbesarkan bagi spektrum (a, c) dan (b, d) XAS merentasi pinggir Fe L2,3 pada pelbagai kedudukan spatial dalam kawasan terpilih 2 dan E dalam Rajah. 2h.
Data eksperimen yang diperolehi (Rajah 4a dan Rajah Tambahan 11) telah diplotkan dan dibandingkan dengan sebatian tulen 40, 41, 48. Pada asasnya, tiga jenis spektrum Fe L-edge XAS yang diperhatikan secara eksperimen (XAS-1, XAS-2 dan XAS-3: Rajah 4a) diperhatikan pada lokasi yang berbeza secara spatial. Khususnya, spektrum yang serupa dengan 2-a (ditandakan sebagai XAS-1) dalam Rajah 3b diperhatikan di seluruh kawasan yang diminati, diikuti oleh spektrum 2-b (dilabelkan XAS-2), manakala spektrum yang serupa dengan E-3 diperhatikan dalam rajah. 3d (dirujuk sebagai XAS-3) telah diperhatikan di lokasi setempat tertentu. Biasanya, empat parameter digunakan untuk mengenal pasti keadaan valens yang terdapat dalam sampel probe: (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.
a Memerhatikan tiga data eksperimen yang berbeza (garisan pepejal XAS-1, XAS-2 dan XAS-3 sepadan dengan 2-a, 2-b dan E-3 dalam Rajah 2 dan Rajah 3) berbanding dengan simulasi spektrum Perbandingan XAS, oktahedron Fe2+, Fe3+, nilai medan hablur masing-masing sebanyak 1.0 eV– data eksperimental 1.5 eV dan 1. (XAS-1, XAS-2, XAS-3) dan data LCF dioptimumkan yang sepadan (garis hitam pejal), dan perbandingan spektrum XAS-3 dengan piawaian Fe3O4 (keadaan campuran Fe) dan Fe2O3 (Fe3+ tulen).
Padanan kombinasi linear (LCF) bagi tiga piawai40,41,48 digunakan untuk mengukur komposisi oksida besi. LCF telah dilaksanakan untuk tiga spektrum Fe L-edge XAS terpilih yang menunjukkan kontras tertinggi, iaitu XAS-1, XAS-2 dan XAS-3, seperti ditunjukkan dalam Rajah 4b–d. Untuk kelengkapan LCF, 10% Fe0 telah dipertimbangkan dalam semua kes disebabkan oleh langkan kecil yang kami perhatikan dalam semua data dan fakta bahawa logam ferus adalah komponen utama keluli. Sesungguhnya, kedalaman percubaan X-PEEM untuk Fe (~6 nm)49 adalah lebih besar daripada anggaran ketebalan lapisan pengoksidaan (sedikit > 4 nm), membenarkan pengesanan isyarat daripada matriks besi (Fe0) di bawah lapisan pempasifan. Sesungguhnya, kedalaman percubaan X-PEEM untuk Fe (~6 nm)49 adalah lebih besar daripada anggaran ketebalan lapisan pengoksidaan (sedikit > 4 nm), membenarkan 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 X-PEEM probe untuk Fe (~6 nm)49 adalah lebih besar daripada ketebalan lapisan pengoksidaan yang diandaikan (sedikit >4 nm), yang memungkinkan untuk mengesan isyarat daripada matriks besi (Fe0) di bawah lapisan pempasifan.Malah, X-PEEM mengesan Fe (~6 nm)49 lebih dalam daripada jangkaan ketebalan lapisan oksida (lebih daripada 4 nm), membolehkan pengesanan isyarat daripada matriks besi (Fe0) di bawah lapisan pempasifan. Pelbagai kombinasi Fe2+ dan Fe3+ telah dilakukan untuk mencari penyelesaian terbaik bagi data eksperimen yang diperhatikan. Pada rajah. Rajah 4b menunjukkan gabungan Fe2+ dan Fe3+ dalam spektrum XAS-1, di mana perkadaran Fe2+ dan Fe3+ adalah hampir, kira-kira 45%, yang menunjukkan keadaan pengoksidaan campuran Fe. Manakala bagi spektrum XAS-2, peratusan Fe2+ dan Fe3+ masing-masing menjadi ~30% dan 60%. Kandungan Fe2+ lebih rendah daripada Fe3+. Nisbah Fe2+ kepada Fe3 1:2 bermakna Fe3O4 boleh dibentuk pada nisbah ion Fe yang sama. Di samping itu, untuk spektrum XAS-3, peratusan Fe2+ dan Fe3+ berubah kepada ~10% dan 80%, 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 mungkin, spektrum XAS-3 diplot bersama pelbagai piawaian Fe3+ dalam Rajah 4e menunjukkan persamaan dengan kedua-dua piawaian apabila Puncak B dipertimbangkan. Walau bagaimanapun, keamatan bahu (A: dari Fe2+) dan nisbah keamatan B/A menunjukkan bahawa spektrum XAS-3 adalah hampir tetapi tidak sama dengan γ-Fe2O3. Berbanding dengan pukal γ-Fe2O3, keamatan Fe 2p XAS bagi puncak A SDSS adalah lebih tinggi sedikit (Rajah 4e), yang menunjukkan keamatan Fe2+ yang lebih tinggi. Walaupun spektrum XAS-3 adalah serupa dengan γ-Fe2O3, di mana Fe3+ hadir dalam kedua-dua kedudukan Oh dan Td, pengenalpastian keadaan valens yang berbeza dan koordinasi hanya dengan tepi L2,3 atau nisbah keamatan L2/L3 masih menjadi masalah. topik perbincangan yang berulang disebabkan oleh kerumitan pelbagai faktor yang terlibat dalam spektrum akhir41.
Sebagai tambahan kepada diskriminasi spektrum keadaan kimia kawasan terpilih yang diterangkan di atas, heterogeniti kimia global unsur-unsur utama Cr dan Fe telah dinilai dengan mengklasifikasikan semua spektrum XAS yang diperoleh pada permukaan sampel menggunakan kaedah pengelompokan K-means. Profil tepi Cr L telah ditetapkan sedemikian rupa untuk membentuk dua kelompok optimum yang diedarkan secara spatial dalam spesimen kerja panas dan gelek sejuk yang ditunjukkan dalam Rajah. 5. Jelas bahawa tiada perubahan struktur tempatan diperhatikan, kerana kedua-dua centroid spektrum XAS Cr adalah sangat serupa. Bentuk spektrum kedua-dua kelompok ini hampir sama dengan yang sepadan dengan Cr2O342, yang bermaksud bahawa lapisan Cr2O3 secara relatifnya diedarkan secara seragam ke atas SDSS.
sekumpulan kawasan Cr-bermaksud L-edge K, b centroid XAS yang sepadan. Keputusan perbandingan K-means X-PEEM bagi SDSS canai sejuk: c kelompok kawasan tepi K-means Cr L2,3 dan d centroid XAS yang sepadan.
Untuk menggambarkan peta tepi FeL yang lebih kompleks, empat dan lima kelompok yang dioptimumkan dan centroid yang berkaitan (taburan spektrum) masing-masing digunakan untuk spesimen kerja panas dan gelek sejuk. Oleh itu, peratusan (%) Fe2+ dan Fe3+ boleh diperolehi dengan melaraskan LCF yang ditunjukkan dalam Rajah.4. Potensi pseudoelektrod Epseudo sebagai fungsi Fe0 digunakan untuk mendedahkan ketidakhomogenan mikrokimia filem oksida permukaan. Epseudo dianggarkan secara kasar mengikut peraturan pencampuran,
di mana \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) sama dengan \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm { Fe}^{2 + (3 + )}\), iaitu 0.440 dan 0.036 V, masing-masing. Kawasan yang berpotensi lebih rendah mempunyai kandungan sebatian Fe3+ yang lebih tinggi. Taburan potensi dalam sampel cacat haba 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 berkaitan kedudukan lain diperhatikan dalam bahagian dalam lamelar asas (Rajah 6b). Sebaliknya, untuk gabungan oksida yang berbeza dengan kandungan Fe2+ dan Fe3+ yang berbeza dalam SDSS gelek sejuk, sifat pseudopotential yang tidak seragam boleh diperhatikan (Rajah 6c, d). Fe3+ oksida dan/atau (oksi)hidroksida ialah komponen utama kakisan dalam keluli dan telap kepada oksigen dan air50. Dalam kes ini, dapat dilihat bahawa pulau-pulau yang kaya dengan Fe3+ diedarkan secara tempatan dan boleh dianggap sebagai kawasan kakisan. Dalam kes ini, kecerunan dalam medan potensi, dan bukannya nilai mutlak potensi, boleh dianggap sebagai penunjuk untuk penyetempatan kawasan kakisan aktif51. Taburan Fe2+ dan Fe3+ yang tidak homogen pada permukaan SDSS canai sejuk ini boleh mengubah sifat kimia tempatan dan memberikan luas permukaan yang lebih berkesan dalam tindak balas rekahan dan kakisan filem oksida, dengan itu membenarkan matriks logam asas untuk terus menghakis, mengakibatkan ketidakhomogenan dalaman. dan mengurangkan ciri perlindungan lapisan pasif.
Kelompok K-min bagi kawasan tepi Fe L2,3 dan XAS centroids yang sepadan untuk a–c hot-worked X-PEEM dan d–f cold-rolled SDSS. a, d K-bermaksud plot kelompok yang ditindih pada imej X-PEEM. Anggaran potensi pseudoelektrod (epseudo) disebut bersama-sama dengan rajah gugusan K-means. Kecerahan imej X-PEEM seperti warna dalam Rajah 2 adalah berkadar terus dengan keamatan penyerapan sinar-X.
Cr yang agak seragam tetapi keadaan kimia Fe yang berbeza membawa kepada asal yang berbeza rekahan filem oksida dan corak kakisan dalam gulung panas dan gulung sejuk Ce-2507. Sifat Ce-2507 canai sejuk ini terkenal. Berkenaan dengan pembentukan oksida dan hidroksida Fe dalam udara atmosfera, tindak balas berikut ditutup dalam kerja ini sebagai tindak balas neutral:
Berdasarkan pengukuran X-PEEM, tindak balas di atas berlaku dalam kes berikut. Bahu kecil yang sepadan dengan Fe0 dikaitkan dengan besi logam asas. Tindak balas Fe logam dengan persekitaran membawa kepada pembentukan lapisan Fe(OH)2 (persamaan (5)), yang menguatkan isyarat Fe2+ dalam XAS pinggir L Fe. Pendedahan yang berpanjangan kepada udara akan mengakibatkan pembentukan Fe3O4 dan/atau Fe2O3 oksida selepas Fe(OH)252,53. Dua jenis Fe stabil, Fe3O4 dan Fe2O3, juga boleh terbentuk dalam lapisan pelindung yang kaya dengan Cr3+, di mana Fe3O4 lebih suka struktur seragam dan padu. Kehadiran kedua-duanya menghasilkan keadaan pengoksidaan bercampur (spektrum XAS-1). Spektrum XAS-2 terutamanya sepadan dengan Fe3O4. Manakala spektrum XAS-3 yang diperhatikan pada beberapa kedudukan menunjukkan penukaran lengkap kepada γ-Fe2O3. Memandangkan sinar-X yang tidak dibalut mempunyai kedalaman penembusan kira-kira 50 nm, isyarat daripada lapisan asas menghasilkan keamatan puncak A yang lebih tinggi.
Spektrum XRD menunjukkan bahawa komponen Fe dalam filem oksida mempunyai struktur berlapis, yang digabungkan dengan lapisan Cr oksida. Berbeza dengan ciri pempasifan kakisan akibat ketidakhomogenan tempatan Cr2O317, walaupun lapisan seragam Cr2O3 dalam kajian ini, rintangan kakisan yang rendah diperhatikan dalam kes ini, terutamanya untuk sampel gulung sejuk. Tingkah laku yang diperhatikan boleh difahami sebagai kepelbagaian keadaan pengoksidaan kimia lapisan atas (Fe) yang mempengaruhi prestasi kakisan. Pemindahan perlahan ion logam atau oksigen dalam kekisi disebabkan oleh stoikiometri yang sama bagi lapisan atas (Fe oksida) dan lapisan bawah (Cr oksida)52,53 membawa kepada interaksi (lekatan) yang lebih baik antara mereka. Ini, seterusnya, meningkatkan rintangan kakisan. Oleh itu, stoikiometri berterusan, iaitu satu keadaan pengoksidaan Fe, adalah lebih baik daripada perubahan stoikiometri yang mendadak. SDSS yang cacat terma mempunyai permukaan yang lebih seragam dan lapisan pelindung yang lebih padat, yang memberikan rintangan kakisan yang lebih baik. Walau bagaimanapun, untuk SDSS canai sejuk, kehadiran pulau kaya Fe3+ di bawah lapisan pelindung memusnahkan integriti permukaan dan menyebabkan kakisan galvanik substrat berdekatan, yang membawa kepada penurunan Rp (Jadual 1) dalam spektrum EIS dan kakisannya. rintangan. Oleh itu, pulau taburan tempatan yang kaya dengan Fe3+ disebabkan oleh ubah bentuk plastik terutamanya mempengaruhi prestasi rintangan kakisan, yang merupakan satu kejayaan dalam kerja ini. Oleh itu, kajian ini membentangkan spektromikrograf pengurangan rintangan kakisan akibat ubah bentuk plastik sampel SDSS yang dikaji.
Tambahan pula, sementara pengaloian nadir bumi dalam keluli dwi fasa berprestasi lebih baik, interaksi unsur tambahan ini dengan matriks keluli individu dari segi kelakuan kakisan kekal sukar difahami berdasarkan pemerhatian mikroskop spektroskopi. Isyarat Ce (sepanjang XAS M-edge) muncul hanya pada beberapa kedudukan semasa menggelek sejuk, tetapi hilang semasa ubah bentuk panas SDSS, menunjukkan pemendapan tempatan Ce dalam matriks keluli dan bukannya pengaloian homogen. Walaupun sifat mekanikal SDSS tidak dipertingkatkan6,7, kehadiran REE mengurangkan saiz kemasukan dan dianggap menghalang pitting pada asal54.
Kesimpulannya, kerja ini mendedahkan kesan heterogeniti permukaan terhadap kakisan 2507 SDSS yang diubah suai dengan serium dengan mengukur kandungan kimia komponen skala nano. Kami menjawab persoalan mengapa keluli tahan karat menghakis walaupun disalut dengan lapisan oksida pelindung dengan mengkaji secara kuantitatif struktur mikro, keadaan kimia ciri permukaan dan pemprosesan isyarat menggunakan pengelompokan K-means. Telah ditetapkan bahawa pulau-pulau yang kaya dengan Fe3+, termasuk koordinasi oktahedral dan tetrahedral di seluruh struktur campuran Fe2+/Fe3+, merupakan sumber pemusnahan filem oksida dan sumber kakisan SDSS gelek sejuk. Nanoislands yang dikuasai oleh Fe3+ membawa kepada rintangan kakisan yang lemah walaupun dengan kehadiran lapisan pasif Cr2O3 stoikiometrik yang mencukupi. Sebagai tambahan kepada kemajuan metodologi yang dibuat dalam menentukan kesan heterogeniti kimia skala nano ke atas kakisan, kerja sekarang dijangka 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, komponen campuran, termasuk aloi induk Fe-Ce yang dimeterai dengan tiub besi tulen, telah dicairkan dalam relau aruhan frekuensi sederhana 150 kg untuk menghasilkan keluli cair dan dituangkan ke dalam acuan tuangan. Komposisi kimia yang diukur (wt %) disenaraikan dalam Jadual Tambahan 2. Jongkong mula-mula panas dibentuk menjadi bongkah. Kemudian keluli itu disepuhlindapkan pada 1050°C selama 60 minit kepada larutan pepejal, dan kemudian dipadamkan dalam air pada suhu bilik. Sampel yang dikaji 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 di sumber lain6,7.
Proses sampel silinder (φ10 mm × 15 mm) untuk tekanan panas dengan paksi silinder selari dengan arah ubah bentuk blok. Mampatan suhu tinggi dilakukan pada kadar terikan malar dalam julat 0.01-10 s-1 pada pelbagai suhu dalam julat 1000-1150°C menggunakan simulator terma Gleeble-3800. Sebelum ubah bentuk, sampel dipanaskan pada suhu terpilih pada kadar 10 °C s-1 selama 2 minit untuk menghapuskan kecerunan suhu. Selepas mencapai keseragaman suhu, sampel telah diubah bentuk kepada nilai terikan sebenar 0.7. Selepas ubah bentuk, ia segera dipadamkan dengan air untuk mengekalkan struktur yang cacat. Kemudian spesimen yang mengeras dipotong selari dengan arah pemampatan. Untuk kajian khusus ini, kami memilih spesimen yang berubah bentuk secara terma pada 1050°C, 10 s-1 disebabkan oleh kekerasan mikro yang lebih tinggi daripada spesimen lain7.
Sampel pukal (80 × 10 × 17 mm3) bagi larutan pepejal Ce-2507 telah diuji pada mesin ubah bentuk dua gulung tak segerak tiga fasa LG-300, yang memberikan sifat mekanikal terbaik antara semua kelas ubah bentuk lain6. Kadar terikan dan pengurangan ketebalan adalah 0.2 m·s-1 dan 5% untuk setiap laluan, masing-masing.
Stesen kerja elektrokimia PGSTAT128N Autolab telah digunakan untuk mengukur SDSS secara elektrokimia selepas gelek sejuk kepada pengurangan ketebalan 90% (tekanan sebenar bersamaan 1.0) dan tekanan panas kepada 0.7 terikan sebenar pada 1050 oC dan 10 s-1. Stesen kerja mempunyai sel tiga elektrod dengan elektrod calomel tepu sebagai elektrod rujukan, elektrod pembilang grafit dan sampel SDSS sebagai elektrod kerja. Sampel dipotong menjadi silinder dengan diameter 11.3 mm, ke sisi yang mana wayar tembaga dipateri. Kemudian sampel dituangkan dengan resin epoksi, meninggalkan kawasan terbuka kerja 1 cm2 sebagai elektrod kerja (permukaan bawah sampel silinder). Berhati-hati semasa pengawetan epoksi dan semasa mengempelas dan menggilap seterusnya untuk mengelakkan keretakan. Permukaan kerja dilap dan digilap dengan suspensi penggilap berlian dengan saiz zarah 1 mikron, dibersihkan dengan air suling dan etanol dan dikeringkan dalam 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.%), distabilkan dengan HCl kepada pH = 1.0 ± 0.01, telah digunakan untuk mempercepatkan kakisan keluli tahan karat55, kerana ia ditemui dalam persekitaran yang agresif di mana ion klorida hadir dengan kuasa pengoksidaan yang kuat dan pH rendah seperti yang ditentukan oleh ASTM. Piawaian yang dicadangkan ialah G48 dan A923. Sampel direndam dalam larutan ujian selama 1 jam sebelum sebarang ukuran diambil untuk mencapai keadaan yang hampir dengan pegun. Untuk larutan pepejal, spesimen kerja panas dan gelek sejuk, julat frekuensi pengukuran impedans ialah 1 × 105 ~ 0.1 Hz, dan potensi litar terbuka (OPS) ialah 5 mV, iaitu 0.39, 0.33, dan 0.25 VSCE, masing-masing. Setiap ujian elektrokimia bagi mana-mana sampel diulang sekurang-kurangnya tiga kali di bawah keadaan yang sama untuk memastikan kebolehulangan data.
Untuk pengukuran HE-SXRD, blok keluli dupleks segi empat tepat 1 × 1 × 1.5 mm3 diukur pada garisan penggoyang Brockhouse bertenaga tinggi di CLS, Kanada untuk mengukur komposisi fasa56. Pengumpulan data telah dijalankan pada suhu bilik dalam geometri Debye-Scherrer atau geometri pengangkutan. Panjang gelombang sinar-X yang ditentukur kepada kalibran 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 diletakkan pada jarak 740 mm dari pengesan. Isipadu pengesanan setiap sampel ialah 0.2 × 0.3 × 1.5 mm3, yang ditentukan oleh saiz rasuk dan ketebalan sampel. Setiap data ini dikumpul menggunakan pengesan kawasan Perkin Elmer, pengesan sinar-X panel rata, piksel 200 µm, 40 × 40 cm2, menggunakan masa pendedahan 0.3 saat dan 120 bingkai.
Pengukuran X-PEEM bagi dua sistem model terpilih telah dijalankan di stesen akhir PEEM barisan Beamline MAXPEEM 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 synchrotron. Resolusi tenaga rasuk diperoleh dengan mengukur spektrum keluaran ion dari N 1 s hingga 1\(\pi _g^ \ast\) kawasan pengujaan dengan hv = 401 eV dalam N2 dan pergantungan tenaga foton pada E3/2.57. Kesesuaian spektrum memberikan ΔE (lebar garis spektrum) ~0.3 eV ke atas julat tenaga yang diukur. Oleh itu, resolusi tenaga beamline dianggarkan E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 dan fluks ≈1012 ph/s dengan menggunakan monokromator SX-700 yang diubah suai dengan grating Si 1200-line mm−1 untuk Fe 2p L2, 32 edge. Tepi L2,3 dan tepi Ce M4,5. Oleh itu, resolusi tenaga beamline dianggarkan sebagai E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 dan fluks ≈1012 ph/s dengan menggunakan monokromator SX-700 yang diubah suai dengan grating Si 1200-line mm−1 untuk tepi Fe 2p2, L232 edge. Tepi 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 rasuk dianggarkan sebagai E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 dan fluks ≈1012 f/s menggunakan monokromator SX-700 yang diubah suai dengan parut Si sebanyak 1200 garis/mm untuk tepi Fe 2p L2 ,3, tepi Nip L.2, Nip L2, tepi Cr. dan Ce edge 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 通过使甿 通过使甿0.3单色器和Si 1200 线mm−1 光栅用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘缘边缘和C。因此 ， 光束线 能量 分辨率 为 为 为 为 δe = 700 EV/0.3 EV> 2000 和 ≈1012 PH/S 通 过 0 SX-过单色器 和 SI 1200 线 mm-1 光栅 于 Fe 2P 2P 2P L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Ni 2p L2.3 边缘 。Oleh itu, apabila menggunakan monokromator SX-700 yang diubah suai dan parut Si 1200 baris. 3, Tepi Cr 2p L2.3, Tepi Ni 2p L2.3 dan Tepi Ce M4.5.Kembangkan tenaga foton dalam 0.2 langkah eV. Pada setiap tenaga, imej PEEM dirakam menggunakan pengesan CMOS TVIPS F-216 dengan sambungan gentian optik binning 2 x 2 yang menyediakan 1024 × 1024 piksel dalam medan pandangan 20 µm. Masa pendedahan imej ialah 0.2 saat, dengan purata 16 bingkai. Tenaga imej fotoelektron dipilih sedemikian rupa untuk memberikan isyarat elektron sekunder maksimum. Semua pengukuran dilakukan pada kejadian biasa pancaran foton terpolarisasi linear. Untuk maklumat lanjut tentang ukuran, lihat kajian terdahulu58. Selepas mengkaji mod pengesanan jumlah hasil elektron (TEY)59 dan aplikasinya dalam X-PEEM, kedalaman pengesanan kaedah ini dianggarkan pada ~ 4-5 nm untuk isyarat Cr dan ~ 6 nm untuk isyarat Fe. Kedalaman Cr adalah sangat hampir dengan ketebalan filem oksida (~4 nm)60,61 manakala kedalaman Fe lebih besar daripada ketebalan filem oksida. XAS yang dikumpul berhampiran tepi Fe L ialah campuran oksida besi XAS dan FeO daripada matriks. Dalam kes pertama, keamatan elektron yang dipancarkan adalah disebabkan oleh semua jenis elektron yang mungkin menyumbang kepada TEY. Walau bagaimanapun, isyarat besi tulen memerlukan tenaga kinetik yang lebih tinggi untuk elektron melalui lapisan oksida, mencapai permukaan, dan dikumpulkan oleh penganalisis. Dalam kes ini, isyarat Fe0 terutamanya disebabkan oleh elektron LVV Auger dan elektron sekunder yang dipancarkan oleh mereka. Di samping itu, keamatan TEY yang disumbangkan oleh elektron ini mereput semasa laluan pelarian elektron49 seterusnya mengurangkan tandatangan spektrum Fe0 dalam peta besi XAS.
Mengintegrasikan perlombongan data ke dalam kiub data (data X-PEEM) ialah langkah utama dalam mengekstrak maklumat yang berkaitan (sifat kimia atau fizikal) dalam cara berbilang dimensi. K-means clustering digunakan secara meluas dalam beberapa bidang, termasuk penglihatan mesin, pemprosesan imej, pengecaman corak tanpa pengawasan, kecerdasan buatan dan analisis klasifikasi24. Sebagai contoh, pengelompokan K-means digunakan dengan baik untuk mengelompokkan data imej hiperspektral62. Pada dasarnya, untuk data berbilang objek, algoritma K-means boleh mengumpulkannya dengan mudah mengikut maklumat tentang sifatnya (ciri tenaga foton). K-means clustering ialah algoritma berulang untuk membahagikan data ke dalam kumpulan K tidak bertindih (cluster), di mana setiap piksel tergolong dalam kelompok tertentu bergantung pada taburan ruang ketidakhomogenan kimia dalam komposisi mikrostruktur keluli. Algoritma K-means terdiri daripada dua langkah: langkah pertama mengira centroid K, dan langkah kedua menetapkan setiap titik kepada kelompok dengan centroid yang bersebelahan. Pusat graviti gugusan ditakrifkan sebagai min aritmetik bagi titik data (spektra XAS) bagi gugusan itu. Terdapat jarak yang berbeza untuk mentakrifkan centroid jiran sebagai jarak Euclidean. Untuk imej input px,y (x dan y ialah resolusi dalam piksel), CK ialah pusat graviti gugusan; imej ini kemudiannya boleh dibahagikan (berkelompok) kepada kelompok K menggunakan K-means63. Langkah terakhir algoritma pengelompokan K-means ialah:
Langkah 2. Kira darjah keahlian semua piksel mengikut centroid semasa. Sebagai contoh, ia dikira daripada jarak Euclidean d antara pusat dan setiap piksel:
Langkah 3 Berikan setiap piksel kepada centroid terdekat. Kemudian kira semula kedudukan K centroid seperti berikut:
Langkah 4. Ulangi proses (persamaan (7) dan (8)) sehingga sentroid bertumpu. Keputusan kualiti kluster akhir sangat berkorelasi dengan pilihan optimum centroid awal63. Untuk struktur data PEEM imej keluli, biasanya X (x × y × λ) ialah kiub data tatasusunan 3D, manakala paksi x dan y mewakili maklumat spatial (resolusi piksel) dan paksi λ sepadan dengan mod spektrum tenaga foton . Algoritma K-means digunakan untuk meneroka kawasan yang menarik dalam data X-PEEM dengan mengasingkan piksel (kluster atau sub-blok) mengikut ciri spektrumnya dan mengekstrak centroid terbaik (lengkung spektrum XAS) untuk setiap analit (kluster). Ia digunakan untuk mengkaji taburan spatial, perubahan spektrum tempatan, tingkah laku pengoksidaan dan keadaan kimia. Sebagai contoh, algoritma pengelompokan K-means digunakan untuk kawasan Fe L-edge dan Cr L-edge dalam X-PEEM yang dikerjakan secara panas dan sejuk. Pelbagai bilangan K-cluster (kawasan mikrostruktur) telah diuji untuk mencari kelompok dan centroid yang terbaik. Apabila graf dipaparkan, piksel ditugaskan semula kepada centroid gugusan yang betul. Setiap taburan warna sepadan dengan pusat gugusan, menunjukkan susunan ruang objek kimia atau fizikal. Centroid yang diekstrak adalah gabungan linear spektrum tulen.
Data yang menyokong hasil kajian ini boleh didapati daripada pengarang WC masing-masing atas permintaan yang munasabah.
Sieurin, H. & Sandström, R. Keliatan patah bagi keluli tahan karat dupleks yang dikimpal. Sieurin, H. & Sandström, R. Keliatan patah bagi keluli tahan karat dupleks yang dikimpal. Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной дуплексной нержавеющей стали. Sieurin, H. & Sandström, R. Keliatan 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. Keliatan patah bagi keluli tahan karat dupleks yang dikimpal.projek. fraktal. bulu. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Rintangan kakisan keluli tahan karat dupleks dalam asid organik terpilih dan persekitaran asid/klorida organik. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Rintangan kakisan keluli tahan karat dupleks dalam asid organik terpilih dan persekitaran asid/klorida organik.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/klorida organik. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相不锈钢在选定有机酸和有机酸/氯化物环境中的耐。 Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相 keluli tahan karat在特定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 dengan beberapa asid organik dan asid/klorida organik.anti karat. Kaedah Mater 57, 107–117 (2010).
Barella S. et al. Sifat pengoksidaan kakisan 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 kelakuan ubah bentuk panas gred keluli tahan karat dupleks 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Penyiasatan kelakuan ubah bentuk panas gred keluli tahan karat dupleks 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей стали марки 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Kajian Kelakuan Ubah Bentuk Panas Keluli Tahan Karat Dupleks Jenis 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507 级双相不锈钢的热变形行为研究。 Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507Kingklang, S. and Utaisansuk, V. Penyiasatan Kelakuan Ubah Bentuk Panas Keluli Tahan Karat Dupleks Jenis 2507. logam.almamater. berkhayal. A 48, 95–108 (2017).
Zhou, T. et al. Kesan guling sejuk terkawal pada struktur mikro dan sifat mekanikal keluli tahan karat SAF 2507 super dupleks diubah suai serium. almamater. sains itu. projek. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. et al. Struktur akibat ubah bentuk panas dan sifat mekanikal keluli tahan karat SAF 2507 super dupleks diubah suai serium. J. Alma mater. tangki simpanan. teknologi. 9, 8379–8390 (2020).
Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Kesan unsur nadir bumi pada tingkah laku pengoksidaan suhu tinggi keluli austenit. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Kesan unsur nadir bumi pada tingkah laku pengoksidaan suhu tinggi keluli austenit.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. dan Zheng K. Pengaruh unsur nadir bumi terhadap tingkah laku 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 tingkah laku keluli austenit pada pengoksidaan suhu tinggi.kakisan. sains itu. 164, 108359 (2020).