Grazzi talli żort Nature.com. Qed tuża verżjoni tal-browser b'appoġġ limitat għas-CSS. Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibilità fl-Internet Explorer). Barra minn hekk, biex niżguraw appoġġ kontinwu, nuru s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Juri karużell ta’ tliet slides f’daqqa. Uża l-buttuni Preċedenti u Li Jmiss biex timxi minn tliet slides kull darba, jew uża l-buttuni tas-slider fl-aħħar biex timxi minn tliet slides kull darba.
L-azzar inossidabbli użat ħafna u l-verżjonijiet maħduma tiegħu huma reżistenti għall-korrużjoni f'kundizzjonijiet ambjentali minħabba s-saff ta' passivazzjoni li jikkonsisti minn ossidu tal-kromju. Il-korrużjoni u l-erożjoni tal-azzar ġeneralment huma assoċjati mal-qerda ta' dawn is-saffi, iżda rarament mad-dehra ta' inomoġenjitajiet tal-wiċċ, skont il-livell mikroskopiku. F'dan ix-xogħol, l-eteroġeneità kimika tal-wiċċ fuq skala nanometrika, skoperta permezz ta' mikroskopija spettroskopika u analiżi kemometrika, tiddomina b'mod mhux mistenni l-ksur u l-korrużjoni tal-azzar inossidabbli super duplex modifikat biċ-ċerju rrumblat fil-kesħa 2507 (SDSS) waqt id-deformazzjoni sħuna tiegħu. Għalkemm il-mikroskopija fotoelettronika bir-raġġi-X uriet kopertura relattivament uniformi tas-saff naturali Cr2O3, il-prestazzjoni tal-passivazzjoni tal-SDSS irrumblat fil-kesħa kienet fqira minħabba d-distribuzzjoni lokali ta' nano-gżejjer rikki f'Fe3+ fuq is-saff tal-ossidu Fe/Cr. Dan l-għarfien fuq skala atomika jipprovdi fehim profond tal-korrużjoni tal-azzar inossidabbli u huwa mistenni li jgħin fil-ġlieda kontra l-korrużjoni ta' metalli simili b'liga għolja.
Mill-invenzjoni tal-azzar inossidabbli, il-proprjetajiet kontra l-korrużjoni tal-ferrochrome ġew attribwiti lill-kromju, li jifforma ossidi/ossidrossidi qawwija u juri mġiba passivanti fil-biċċa l-kbira tal-ambjenti. Meta mqabbel mal-azzar inossidabbli konvenzjonali (awstenitiku u ferritiku) 1, 2, 3, l-azzar inossidabbli super duplex (SDSS) għandu reżistenza aħjar għall-korrużjoni u proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti. Saħħa mekkanika akbar tippermetti disinji eħfef u aktar kompatti. B'kuntrast, l-SDSS ekonomiku għandu reżistenza għolja għall-korrużjoni bil-ħofor u xquq, li tirriżulta f'ħajja ta' servizz itwal, u b'hekk tespandi l-applikazzjoni tiegħu għall-kontroll tat-tniġġis, kontenituri kimiċi, u l-industrija taż-żejt u l-gass offshore4. Madankollu, il-firxa dejqa ta' temperaturi tat-trattament bis-sħana u l-formabilità fqira jfixklu l-applikazzjoni prattika wiesgħa tagħhom. Għalhekk, l-SDSS huwa modifikat biex itejjeb il-prestazzjoni ta' hawn fuq. Pereżempju, il-modifika Ce ġiet introdotta fl-SDSS 2507 (Ce-2507) b'kontenut għoli ta' nitroġenu6,7,8. L-element rari tad-dinja (Ce) f'konċentrazzjoni xierqa ta' 0.08 wt.% għandu effett benefiċjarju fuq il-proprjetajiet mekkaniċi tad-DSS, peress li jtejjeb ir-raffinar tal-qamħ u s-saħħa tal-konfini tal-qamħ. Ir-reżistenza għall-użu u l-korrużjoni, is-saħħa tat-tensjoni u s-saħħa tar-rendiment, u l-kapaċità li taħdem bis-sħana huma wkoll imtejba9. Ammonti kbar ta' nitroġenu jistgħu jissostitwixxu kontenut ta' nikil li jiswa ħafna flus, u b'hekk l-SDSS isir aktar kosteffettiv10.
Riċentement, l-SDSS ġie deformat plastikament f'temperaturi varji (krijoġeniku, kiesaħ u sħun) biex jikseb proprjetajiet mekkaniċi eċċellenti6,7,8. Madankollu, ir-reżistenza eċċellenti għall-korrużjoni tal-SDSS minħabba l-preżenza ta' film irqiq ta' ossidu fuq il-wiċċ hija affettwata minn ħafna fatturi bħall-eteroġeneità inerenti minħabba l-preżenza ta' fażijiet eteroġenji b'konfini tal-qamħ differenti, preċipitati mhux mixtieqa u deformazzjonijiet ta' rispons differenti tal-fażijiet awstenitiċi u ferritiċi7. Għalhekk, l-istudju tal-proprjetajiet tad-dominju mikroskopiku ta' films bħal dawn sal-livell tal-istruttura elettronika jsir kruċjali għall-fehim tal-korrużjoni tal-SDSS u jeħtieġ tekniki sperimentali kumplessi. S'issa, metodi sensittivi għall-wiċċ bħall-ispettroskopija tal-elettroni Auger11 u l-ispettroskopija tal-fotoelettroni bir-raġġi-X12,13,14,15 u l-mikroskopija tal-fotoemissjoni bir-raġġi-X iebsa (HAX-PEEM)16 ġeneralment ma rnexxilhomx jiskopru differenzi kimiċi fl-istati kimiċi tal-istess element f'postijiet differenti tal-ispazju nanoskala. Diversi studji reċenti kkorrelataw l-ossidazzjoni lokalizzata tal-kromju mal-imġiba osservata tal-korrużjoni tal-azzar inossidabbli awstenitiku17, l-azzar martensitiku18 u l-SDSS19,20. Madankollu, dawn l-istudji ffokaw prinċipalment fuq l-effett tal-eteroġeneità tas-Cr (eż., l-istat ta' ossidazzjoni tas-Cr3+) fuq ir-reżistenza għall-korrużjoni. L-eteroġeneità laterali fl-istati ta' ossidazzjoni tal-elementi tista' tkun ikkawżata minn komposti differenti bl-istess elementi kostitwenti, bħal ossidi tal-ħadid. Dawn il-komposti, li wirtu daqs żgħir bħala riżultat tat-trattament termomekkaniku, huma viċin xulxin, iżda jvarjaw fil-kompożizzjoni u l-istat ta' ossidazzjoni16,21. Għalhekk, sabiex jiġi skopert il-qsim tal-films tal-ossidu u t-tħaffir sussegwenti, huwa meħtieġ li tinftiehem l-eteroġeneità tal-wiċċ fil-livell mikroskopiku. Minkejja dawn ir-rekwiżiti, stimi kwantitattivi bħall-eteroġeneità laterali fl-ossidazzjoni, speċjalment għall-Fe fuq skala nano u atomika, għadhom nieqsa, u l-korrelazzjoni tagħha mar-reżistenza għall-korrużjoni tibqa' mhux esplorata. Sa ftit ilu, l-istat kimiku ta' diversi elementi, bħal Fe u Ca22, fuq kampjuni tal-azzar kien ikkaratterizzat kwantitattivament bl-użu ta' mikroskopija fotoelettronika bir-raġġi-X rotob (X-PEEM) f'faċilitajiet ta' radjazzjoni sinkrotron fuq skala nanometrika. Flimkien ma' spettroskopija ta' assorbiment bir-raġġi-X sensittiva għall-kimiċi (XAS), X-PEEM jippermetti kejl XAS b'riżoluzzjoni spazjali u spettrali għolja, u jipprovdi informazzjoni kimika dwar il-kompożizzjoni tal-elementi u l-istat kimiku tagħhom b'riżoluzzjoni spazjali sa skala ta' tlieta u għoxrin nanometru. Din l-osservazzjoni spettromikroskopika tal-bidu tiffaċilita osservazzjonijiet kimiċi lokali u tista' turi bidliet kimiċi fl-ispazju tas-saff tal-ħadid li qabel ma ġewx investigati.
Dan l-istudju jestendi l-vantaġġi tal-PEEM fl-iskoperta ta' differenzi kimiċi fuq in-nanoskala u jippreżenta metodu insightful ta' analiżi tal-wiċċ fil-livell atomiku għall-fehim tal-imġiba tal-korrużjoni ta' Ce-2507. Juża approċċ kemometriku K-means24 miġbur biex jimmappa l-omoġeneità kimika (etero) globali tal-elementi involuti, li l-istati kimiċi tagħhom huma ppreżentati f'rappreżentazzjoni statistika. B'kuntrast mal-korrużjoni mibdija mill-qerda tal-film tal-ossidu tal-kromju fil-każ tradizzjonali, inqas passivazzjoni u reżistenza aktar baxxa għall-korrużjoni bħalissa huma attribwiti għal nanoislands lokalizzati b'ħafna Fe3+ ħdejn is-saff tal-ossidu Fe/Cr, li jistgħu jkunu proprjetajiet protettivi. L-ossidu jeqred il-film bit-tikek u jikkawża korrużjoni.
L-imġiba korrużiva ta' SDSS 2507 deformat ġiet evalwata għall-ewwel darba bl-użu ta' kejl elettrokimiku. Fil-figura 1, turi l-kurvi ta' Nyquist u Bode għal kampjuni magħżula f'soluzzjoni akwea aċiduża (pH = 1) ta' FeCl3 f'temperatura tal-kamra. L-elettrolit magħżul jaġixxi bħala aġent ossidanti qawwi, li jikkaratterizza t-tendenza tal-film tal-passivazzjoni li jitkisser. Għalkemm il-materjal ma għaddiex minn pitting stabbli f'temperatura tal-kamra, l-analiżi pprovdiet għarfien dwar avvenimenti possibbli ta' ħsara u korrużjoni sussegwenti. Iċ-ċirkwit ekwivalenti (Fig. 1d) intuża biex jitwaħħal l-ispettru tal-ispettroskopija tal-impedenza elettrokimika (EIS), u r-riżultati tat-twaħħil korrispondenti huma murija fit-Tabella 1. Semiċrieki mhux kompluti jidhru f'kampjuni ttrattati b'soluzzjoni u maħduma bis-sħana, filwaqt li semiċrieki kkompressati jidhru f'kontropartijiet irrumblati fil-kesħa (Fig. .1b). Fl-ispettroskopija EIS, ir-raġġ tas-semiċirku jista' jitqies bħala r-reżistenza tal-polarizzazzjoni (Rp)25,26. L-Rp tar-runway ittrattata b'soluzzjoni fit-Tabella 1 hija madwar 135 kΩ cm–2, madankollu, il-valuri tar-runway maħduma bis-sħana u rrumblata fil-kesħa huma ħafna aktar baxxi, 34.7 u 2.1 kΩ cm–2, rispettivament. Din it-tnaqqis sinifikanti fl-Rp turi l-effett detrimentali tad-deformazzjoni tal-plastik fuq il-passivazzjoni u r-reżistenza għall-korrużjoni, kif muri f'rapporti preċedenti27,28,29,30.
a Dijagrammi tal-impedenza u l-fażi ta' Nyquist, b, c Bode, u d mudelli ta' ċirkwit ekwivalenti korrispondenti, fejn RS hija r-reżistenza tal-elettrolit, Rp hija r-reżistenza tal-polarizzazzjoni, u QCPE huwa l-ossidu tal-element tal-fażi kostanti użat biex jimmudella l-kapaċitanza mhux ideali (n). Il-kejl tal-EIS isir f'potenzjal ta' ċirkwit miftuħ.
Il-kostanti simultanji huma murija fil-plott ta' Bode, b'plateau fil-medda ta' frekwenza għolja li jirrappreżenta r-reżistenza tal-elettrolit RS26. Hekk kif il-frekwenza tonqos, l-impedenza tiżdied u jinstab angolu tal-fażi negattiv, li jindika dominanza tal-kapaċitanza. L-angolu tal-fażi jiżdied, u jżomm massimu fuq medda ta' frekwenza relattivament wiesgħa, u mbagħad jonqos (Fig. 1c). Madankollu, fit-tliet każijiet kollha, dan il-massimu xorta huwa inqas minn 90°, li jindika mġiba kapaċittiva mhux ideali minħabba dispersjoni kapaċittiva. Għalhekk, l-element tal-fażi kostanti QCPE (CPE) jintuża biex jirrappreżenta distribuzzjonijiet ta' kapaċitanza interfaċċjali li jirriżultaw minn ħruxija jew inomoġenjità tal-wiċċ, speċjalment fuq skala atomika, ġeometrija frattali, porożità tal-elettrodu, potenzjal mhux uniformi, u ġeometrija bil-forma tal-elettrodi31,32. Impedenza CPE:
Fejn j huwa n-numru immaġinarju u ω hija l-frekwenza angolari. QCPE hija kostanti indipendenti mill-frekwenza li hija proporzjonali għall-erja miftuħa effettiva tal-elettrolit. n huwa numru ta' qawwa mingħajr dimensjoni li jiddeskrivi d-devjazzjoni ta' capacitor minn capacitanza ideali, jiġifieri iktar ma n tkun qrib 1, iktar is-CPE tkun qrib purament capacitive, filwaqt li jekk n tkun qrib żero, tidher reżistiva. Devjazzjonijiet żgħar ta' n, qrib 1, jindikaw l-imġiba capacitive mhux ideali tal-wiċċ wara testijiet tal-polarizzazzjoni. Il-QCPE ta' SDSS irrumblat fil-kesħa huwa sinifikament ogħla mill-kontropartijiet tiegħu, li jfisser li l-kwalità tal-wiċċ hija inqas uniformi.
Konsistenti mal-biċċa l-kbira tal-proprjetajiet ta' reżistenza għall-korrużjoni tal-azzar inossidabbli, il-kontenut relattivament għoli ta' Cr tal-SDSS ġeneralment jirriżulta f'reżistenza eċċellenti għall-korrużjoni tal-SDSS minħabba l-preżenza ta' film protettiv passivanti tal-ossidu fuq il-wiċċ17. Films passivanti bħal dawn ġeneralment ikunu rikki f'ossidi Cr3+ u/jew idrossidi, prinċipalment flimkien ma' Fe2+, ossidi Fe3+ u/jew (ossi)idrossidi33. Minkejja l-istess uniformità tal-wiċċ, saff ta' ossidu passivanti, u l-ebda qsim tal-wiċċ osservat skont kejl mikroskopiku6,7, l-imġiba tal-korrużjoni tal-SDSS maħdum bis-sħana u rrumblat fil-kesħa hija differenti, għalhekk studju fil-fond tal-karatteristiċi mikrostrutturali huwa meħtieġ għad-deformazzjoni tal-azzar.
Il-mikrostruttura tal-azzar inossidabbli deformat ġiet studjata b'mod kwantitattiv bl-użu ta' raġġi-X intrinsiċi u sinkrotron ta' enerġija għolja (Figuri Supplimentari 1, 2). Analiżi dettaljata hija pprovduta fl-Informazzjoni Supplimentari. Għalkemm hemm kunsens ġenerali dwar it-tip ta' fażi ewlenija, instabu differenzi fil-frazzjonijiet tal-fażi bl-ingrossa, li huma elenkati fit-Tabella Supplimentari 1. Dawn id-differenzi jistgħu jkunu dovuti għal frazzjonijiet ta' fażi mhux omoġenji fil-wiċċ u fil-volum, li huma affettwati minn fond differenti ta' skoperta tad-diffrazzjoni tar-raġġi-X (XRD). ) b'sorsi ta' enerġija differenti ta' fotoni inċidenti34. Frazzjonijiet ta' awstenita relattivament għoljin f'kampjuni rrumblati fil-kesħa determinati minn XRD minn sors tal-laboratorju jindikaw passivazzjoni aħjar u mbagħad reżistenza aħjar għall-korrużjoni35, filwaqt li riżultati aktar preċiżi u statistiċi jissuġġerixxu xejriet opposti fil-frazzjonijiet tal-fażi. Barra minn hekk, ir-reżistenza għall-korrużjoni tal-azzar tiddependi wkoll fuq il-grad ta' raffinament tal-qamħ, it-tnaqqis fid-daqs tal-qamħ, iż-żieda fil-mikrodeformazzjonijiet u d-densità tad-dislokazzjoni li jseħħu waqt it-trattament termomekkaniku36,37,38. Il-kampjuni maħduma bis-sħana wrew natura aktar granulari, li tindika qmuħ ta' daqs mikron, filwaqt li ċ-ċrieki lixxi osservati fil-kampjuni rrumblati fil-kesħa (Fig. Supplimentari 3) kienu indikattivi ta' raffinament sinifikanti tal-qmuħ għal daqs nano f'xogħol preċedenti. Dan għandu jiffavorixxi l-formazzjoni ta' film passiv u ż-żieda fir-reżistenza għall-korrużjoni. Densità ogħla ta' dislokazzjoni ġeneralment hija assoċjata ma' reżistenza aktar baxxa għall-pitting, li taqbel sew mal-kejl elettrokimiku.
Bidliet fl-istat kimiku tal-mikrodominji tal-elementi ewlenin ġew studjati sistematikament bl-użu ta' X-PEEM. Għalkemm hemm aktar elementi ta' liga, Cr, Fe, Ni u Ce39 huma magħżula hawn, peress li Cr huwa l-element ewlieni għall-formazzjoni tal-film passiv, Fe huwa l-element ewlieni għall-azzar, u Ni jtejjeb il-passivazzjoni u jibbilanċja l-fażi ferrite-awstenitika. L-istruttura u l-modifika huma l-iskop ta' Ce. Billi aġġusta l-enerġija tar-raġġ tas-sinkrotron, XAS qabad il-karatteristiċi ewlenin ta' Cr (tarf L2.3), Fe (tarf L2.3), Ni (tarf L2.3), u Ce (tarf M4.5) mill-wiċċ. -2507 SDSS. Twettqet analiżi xierqa tad-dejta billi ġiet inkluża l-kalibrazzjoni tal-enerġija b'dejta ppubblikata (eż. XAS fuq Fe L2, 3 kustilji40,41).
Fil-figura 2, il-Figura 2 turi immaġini X-PEEM ta' Ce-2507 SDSS maħdum bis-sħana (Fig. 2a) u rrumblat fil-kesħa (Fig. 2d) u t-truf XAS Cr u Fe L2,3 korrispondenti f'pożizzjonijiet immarkati individwalment. It-tarf L2,3 XAS jesplora l-istati 3d mhux okkupati tal-elettroni wara l-fotoeċċitazzjoni fil-livelli ta' qsim tal-orbita tal-ispin 2p3/2 (tarf L3) u 2p1/2 (tarf L2). Informazzjoni dwar l-istat ta' valenza ta' Cr inkisbet mill-analiżi tad-diffrazzjoni bir-raġġi-X tat-tarf L2,3 fil-figura 2b,d. Paragun tar-rabtiet. 42, 43 urew li erba' qċaċet A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV), u D (582.2 eV) ġew osservati ħdejn it-tarf L3, li jirriflettu joni Cr3+ ottaedriċi, li jikkorrispondu ma' Cr2O3. L-ispettri sperimentali jaqblu mal-kalkoli teoretiċi, kif muri fil-pannelli b u e, miksuba minn kalkoli multipli tal-kamp kristallin fl-interfaċċja Cr L2.3 bl-użu ta' kamp kristallin ta' 2.0 eV44. Iż-żewġ uċuħ tal-SDSS maħdum bis-sħana u rrumblat fil-kesħa huma miksija b'saff relattivament uniformi ta' Cr2O3.
a Immaġni termali ta' SDSS iffurmat bis-sħana b-PEEM li jikkorrispondi għat-tarf b Cr L2.3 u t-tarf c Fe L2.3, d Immaġni termali X-PEEM ta' SDSS irrumblat fil-kesħa li jikkorrispondi għat-tarf e Cr L2.3 u f Fe L2.3 tan-naħa (e). L-ispettri XAS ipplottjati f'diversi pożizzjonijiet spazjali mmarkati fuq l-immaġini termali (a, d) bil-linji bit-tikek oranġjo f'(b) u (e) jirrappreżentaw spettri XAS simulati ta' Cr3+ b'valur tal-kamp kristallin ta' 2.0 eV. Għal immaġini X-PEEM, tintuża paletta termali biex tittejjeb il-leġġibilità tal-immaġni, fejn il-kuluri minn blu għal aħmar huma proporzjonali għall-intensità tal-assorbiment tar-raġġi-X (minn baxx għal għoli).
Irrispettivament mill-ambjent kimiku ta' dawn l-elementi metalliċi, l-istat kimiku taż-żidiet tal-elementi ta' liga tan-Ni u s-Ce għaż-żewġ kampjuni baqa' l-istess. Tpinġija addizzjonali. Fil-fig. 5-9 jidhru immaġini X-PEEM u spettri XAS korrispondenti għan-Ni u s-Ce f'diversi pożizzjonijiet fuq il-wiċċ ta' kampjuni maħduma bis-sħana u rrumblati fil-kesħa. L-XAS tan-Ni juri l-istat ta' ossidazzjoni tan-Ni2+ fuq il-wiċċ imkejjel kollu tal-kampjuni maħduma bis-sħana u rrumblati fil-kesħa (Diskussjoni Supplimentari). Ta' min jinnota li fil-każ ta' kampjuni maħduma bis-sħana, is-sinjal XAS tas-Ce ma jiġix osservat, filwaqt li l-ispettru tas-Ce3+ tal-kampjuni rrumblati fil-kesħa jiġi osservat f'punt wieħed. L-osservazzjoni tat-tikek tas-Ce f'kampjuni rrumblati fil-kesħa wriet li s-Ce jeżisti prinċipalment fil-forma ta' preċipitati.
Fl-SDSS deformat termalment, ma ġiet osservata l-ebda bidla strutturali lokali fl-XAS fit-tarf Fe L2.3 (Fig. 2c). Madankollu, kif muri fil-fig. 2f, il-matriċi Fe tbiddel mikroskopikament l-istat kimiku tagħha f'seba' punti magħżula b'mod każwali fl-SDSS irrumblat fil-kesħa. Barra minn hekk, sabiex tinkiseb idea preċiża tal-bidliet fl-istat ta' Fe fil-postijiet magħżula fil-Fig. 2f, twettqu studji tal-wiċċ lokali (Fig. 3 u Fig. Supplimentari 10) li fihom intgħażlu reġjuni ċirkolari iżgħar. L-ispettri XAS tat-tarf Fe L2,3 tas-sistemi α-Fe2O3 u l-ossidi ottaedriċi Fe2+ ġew immudellati bl-użu ta' kalkoli tal-kamp kristallin multiplet bl-użu ta' kampi kristallini ta' 1.0 (Fe2+) u 1.0 (Fe3+)44. Ninnotaw li α-Fe2O3 u γ-Fe2O3 għandhom simmetriji lokali differenti45,46, Fe3O4 għandu taħlita kemm ta' Fe2+ kif ukoll ta' Fe3+,47, u FeO45 bħala ossidu Fe2+ formalment divalenti (3d6). Ninnotaw li α-Fe2O3 u γ-Fe2O3 għandhom simmetriji lokali differenti45,46, Fe3O4 għandu taħlita kemm ta' Fe2+ kif ukoll ta' Fe3+,47, u FeO45 bħala ossidu Fe2+ formalment divalenti (3d6).Innota li α-Fe2O3 u γ-Fe2O3 għandhom simmetriji lokali differenti45,46, Fe3O4 jikkombina kemm Fe2+ kif ukoll Fe3+,47 u FeO45 fil-forma ta' ossidu formalment divalenti Fe2+ (3d6).Innota li α-Fe2O3 u γ-Fe2O3 għandhom simmetriji lokali differenti45,46, Fe3O4 għandu kombinazzjonijiet ta' Fe2+ u Fe3+,47 u FeO45 jaġixxi bħala ossidu divalenti formali ta' Fe2+ (3d6). Il-joni kollha ta' Fe3+ f'α-Fe2O3 għandhom biss pożizzjonijiet Oh, filwaqt li γ-Fe2O3 ġeneralment jiġi espress bħala Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 spinel b'postijiet vojta f'pożizzjonijiet eg. Għalhekk, il-joni ta' Fe3+ f'γ-Fe2O3 għandhom kemm pożizzjonijiet Td kif ukoll Oh. Kif imsemmi fix-xogħol preċedenti, għalkemm il-proporzjonijiet tal-intensità tat-tnejn huma differenti, il-proporzjon tal-intensità tagħhom eg/t2g huwa ≈1, filwaqt li f'dan il-każ il-proporzjon tal-intensità osservat eg/t2g huwa madwar 1. Dan jeskludi l-possibbiltà li Fe3+ biss ikun preżenti f'dan il-każ. Meta wieħed jikkunsidra l-każ ta' Fe3O4 b'kombinazzjonijiet ta' Fe2+ u Fe3+, huwa magħruf li karatteristika inizjali aktar dgħajfa (qawwija) fit-tarf L3 ta' Fe tindika nuqqas ta' okkupanza iżgħar (akbar) fl-istat t2g. Dan japplika għal Fe2+ (Fe3+), li jindika żieda fl-ewwel sinjal li jindika żieda fil-kontenut ta' Fe2+47. Dawn ir-riżultati juru li Fe2+ u γ-Fe2O3, α-Fe2O3 u/jew Fe3O4 jippredominaw fuq l-uċuħ irrumblati fil-kesħa tal-kompożiti.
Immaġnijiet termali ta' fotoemissjoni elettronika mkabbra tal-ispettri XAS (a, c) u (b, d) tul it-tarf tal-Fe L2,3 f'diversi pożizzjonijiet spazjali fir-reġjuni magħżula 2 u E fil-Figuri 2d.
Id-dejta sperimentali miksuba (Fig. 4a u Fig. Supplimentari 11) ġiet ipplottjata u mqabbla ma' dik tal-komposti puri 40, 41, 48. Bażikament, tliet tipi differenti ta' spettri XAS tat-tarf L tal-Fe osservati b'mod sperimentali (XAS-1, XAS-2 u XAS-3: Fig. 4a) ġew osservati f'postijiet spazjalment differenti. B'mod partikolari, spettru simili għal 2-a (immarkat bħala XAS-1) fil-Fig. 3b ġie osservat fuq ir-reġjun kollu ta' interess, segwit minn spettru 2-b (immarkat XAS-2), filwaqt li spettru simili għal E-3 ġie osservat fil-fig. 3d (imsejjaħ XAS-3) ġie osservat f'ċerti postijiet lokalizzati. Normalment, erba' parametri jintużaw biex jidentifikaw l-istati ta' valenza preżenti f'kampjun tas-sonda: (1) karatteristiċi spettrali L3 u L2, (2) pożizzjonijiet tal-enerġija tal-karatteristiċi L3 u L2, (3) differenza fl-enerġija L3-L2, (4) proporzjon tal-intensità L2 /L3. Skont osservazzjonijiet viżwali (Fig. 4a), it-tliet komponenti tal-Fe, jiġifieri Fe0, Fe2+, u Fe3+, huma preżenti fuq il-wiċċ tal-SDSS studjat. Il-proporzjon tal-intensità kkalkulat L2/L3 indika wkoll il-preżenza tat-tliet komponenti kollha.
a Tliet dejta sperimentali differenti osservati (linji solidi XAS-1, XAS-2 u XAS-3 jikkorrispondu għal 2-a, 2-b u E-3 fil-Fig. 2 u l-Fig. 3) imqabbla ma' spettri simulati ta' tqabbil XAS, ottaedri Fe2+, Fe3+, valuri tal-kamp kristallin ta' 1.0 eV u 1.5 eV, rispettivament, b–d Dejta sperimentali mkejla (XAS-1, XAS-2, XAS-3) u dejta LCF ottimizzata korrispondenti (linja sewda solida), u tqabbil tal-ispettri XAS-3 ma' standards Fe3O4 (stat imħallat ta' Fe) u Fe2O3 (Fe3+ pur).
Intuża twaħħil ta' kombinazzjoni lineari (LCF) tat-tliet standards40,41,48 biex tiġi kwantifikata l-kompożizzjoni tal-ossidu tal-ħadid. L-LCF ġie implimentat għal tliet spettri XAS magħżula ta' Fe L-edge li juru l-ogħla kuntrast, jiġifieri XAS-1, XAS-2 u XAS-3, kif muri fil-Fig. 4b–d. Għat-tagħmir tal-LCF, 10% Fe0 ġie kkunsidrat fil-każijiet kollha minħabba l-ispazjar żgħir li osservajna fid-dejta kollha u l-fatt li l-metall ferruż huwa l-komponent ewlieni tal-azzar. Tabilħaqq, il-fond tal-probazzjoni ta' X-PEEM għal Fe (~6 nm)49 huwa akbar mill-ħxuna stmata tas-saff ta' ossidazzjoni (ftit > 4 nm), u dan jippermetti l-iskoperta tas-sinjal mill-matriċi tal-ħadid (Fe0) taħt is-saff ta' passivazzjoni. Tabilħaqq, il-fond tal-probazzjoni ta' X-PEEM għal Fe (~6 nm)49 huwa akbar mill-ħxuna stmata tas-saff ta' ossidazzjoni (ftit > 4 nm), u dan jippermetti l-iskoperta tas-sinjal mill-matriċi tal-ħadid (Fe0) taħt is-saff ta' passivazzjoni. Действительно, пробная глубина X-PEEM для Fe (~ 6 нм)49 больше, чем предполагаемая толщина толщина слщина слоя нмо 4 нм), что позволяет обнаружить сигнал от железной матрицы (Fe0) под пассивирующим слоем. Tabilħaqq, il-fond tas-sonda X-PEEM għal Fe (~6 nm)49 huwa akbar mill-ħxuna preżunta tas-saff ta' ossidazzjoni (ftit >4 nm), li jagħmilha possibbli li jiġi skopert is-sinjal mill-matriċi tal-ħadid (Fe0) taħt is-saff ta' passivazzjoni.Fil-fatt, X-PEEM jiskopri Fe (~6 nm)49 aktar fil-fond mill-ħxuna mistennija tas-saff tal-ossidu (ftit aktar minn 4 nm), u b'hekk jippermetti s-sejbien ta' sinjali mill-matriċi tal-ħadid (Fe0) taħt is-saff tal-passivazzjoni. Twettqu diversi kombinazzjonijiet ta' Fe2+ u Fe3+ biex tinstab l-aħjar soluzzjoni possibbli għad-dejta sperimentali osservata. Fil-figura 4b turi l-kombinazzjoni ta' Fe2+ u Fe3+ fl-ispettru XAS-1, fejn il-proporzjonijiet ta' Fe2+ u Fe3+ huma qrib xulxin, madwar 45%, li jindika stat ta' ossidazzjoni mħallat ta' Fe. Filwaqt li għall-ispettru XAS-2, il-perċentwal ta' Fe2+ u Fe3+ isir ~30% u 60%, rispettivament. Il-kontenut ta' Fe2+ huwa aktar baxx minn dak ta' Fe3+. Il-proporzjon ta' Fe2+ għal Fe3 ta' 1:2 ifisser li Fe3O4 jista' jiġi ffurmat bl-istess proporzjon ta' joni Fe. Barra minn hekk, għall-ispettru XAS-3, il-perċentwali ta' Fe2+ u Fe3+ inbidlu għal ~10% u 80%, li jindika konverżjoni ogħla ta' Fe2+ għal Fe3+. Kif imsemmi hawn fuq, Fe3+ jista' jiġi minn α-Fe2O3, γ-Fe2O3 jew Fe3O4. Biex nifhmu l-aktar sors probabbli ta' Fe3+, l-ispettri XAS-3 huma pplottjati flimkien ma' diversi standards ta' Fe3+ fil-Fig. 4e li juru similarità maż-żewġ standards kollha meta tiġi kkunsidrata l-Qċaċet B. Madankollu, l-intensità tal-ispalla (A: minn Fe2+) u l-proporzjon tal-intensità B/A jindikaw li l-ispettru ta' XAS-3 huwa qrib iżda mhux l-istess bħal dak ta' γ-Fe2O3. Meta mqabbel mal-γ-Fe2O3 bl-ingrossa, l-intensità Fe 2p XAS tal-quċċata A SDSS hija kemxejn ogħla (Fig. 4e), li jindika intensità ogħla ta' Fe2+. Għalkemm l-ispettru ta' XAS-3 huwa simili għal dak ta' γ-Fe2O3, fejn Fe3+ huwa preżenti kemm fil-pożizzjonijiet Oh kif ukoll f'Td, l-identifikazzjoni ta' stati ta' valenza differenti u l-koordinazzjoni biss bit-tarf L2,3 jew il-proporzjon tal-intensità L2/L3 għadha problema, suġġett rikorrenti ta' diskussjoni minħabba l-kumplessità tad-diversi fatturi involuti fl-ispettru finali41.
Minbarra d-diskriminazzjoni spettrali tal-istati kimiċi tar-reġjuni ta' interess magħżula deskritti hawn fuq, l-eteroġeneità kimika globali tal-elementi ewlenin Cr u Fe ġiet ivvalutata billi ġew ikklassifikati l-ispettri XAS kollha miksuba fuq il-wiċċ tal-kampjun bl-użu tal-metodu ta' raggruppament K-means. Il-profili tat-truf Cr L ġew issettjati b'tali mod li jiffurmaw żewġ raggruppamenti ottimali mqassma spazjalment fil-kampjuni maħduma bis-sħana u rrumblati fil-kesħa murija fil-Figuri 5. Huwa ċar li ma ġew osservati l-ebda bidliet strutturali lokali, peress li ż-żewġ ċentrojdi tal-ispettri XAS Cr huma simili ħafna. Dawn il-forom spettrali taż-żewġ raggruppamenti huma kważi identiċi għal dawk li jikkorrispondu għal Cr2O342, li jfisser li s-saffi Cr2O3 huma mqassma b'mod relattivament uniformi fuq l-SDSS.
grupp ta' reġjuni Cr b'tarf L ta' K-means, b ċentrojdi XAS korrispondenti. Riżultati tat-tqabbil X-PEEM ta' K-means ta' SDSS irrumblat fil-kesħa: c gruppi ta' reġjuni b'tarf ta' K-means ta' Cr L2,3 u d ċentrojdi XAS korrispondenti.
Biex nispjegaw mappa tat-truf tal-FeL aktar kumplessa, erba' u ħames gruppi ottimizzati u ċ-ċentrojdi assoċjati tagħhom (distribuzzjonijiet spettrali) jintużaw għal kampjuni maħduma bis-sħana u rrumblati fil-kesħa, rispettivament. Għalhekk, il-perċentwal (%) ta' Fe2+ u Fe3+ jista' jinkiseb billi jiġi aġġustat l-LCF muri fil-Fig.4. Il-potenzjal tal-psewdoelettrodu Epseudo bħala funzjoni ta' Fe0 intuża biex jiżvela l-inomoġenità mikrokimika tal-film tal-ossidu tal-wiċċ. Epseudo huwa stmat bejn wieħed u ieħor bir-regola tat-taħlit,
fejn \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) huwa ugwali għal \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm { Fe}^{2 + (3 + )}\), li huwa 0.440 u 0.036 V, rispettivament. Żoni b'potenzjal aktar baxx għandhom kontenut ogħla ta' komposti Fe3+. Id-distribuzzjoni tal-potenzjal f'kampjun deformat termalment għandha karattru f'saffi b'bidla massima ta' madwar 0.119 V (Fig. 6a,b). Din id-distribuzzjoni tal-potenzjal hija relatata mill-qrib mat-topografija tal-wiċċ (Fig. 6a). Ma ġew osservati l-ebda bidliet oħra relatati mal-pożizzjoni fl-intern lamellari sottostanti (Fig. 6b). Għall-kuntrarju, għall-kombinazzjoni ta' ossidi differenti b'kontenut differenti ta' Fe2+ u Fe3+ f'SDSS irrumblat fil-kesħa, tista' tiġi osservata natura mhux uniformi tal-psewdopotenzjal (Fig. 6c, d). L-ossidi tal-Fe3+ u/jew l-(ossi)idrossidi huma l-komponenti ewlenin tal-korrużjoni fl-azzar u huma permeabbli għall-ossiġnu u l-ilma50. F'dan il-każ, jista' jidher li l-gżejjer rikki fl-Fe3+ huma mqassma lokalment u jistgħu jitqiesu bħala żoni ta' korrużjoni. F'dan il-każ, il-gradjent fil-kamp potenzjali, aktar milli l-valur assolut tal-potenzjal, jista' jitqies bħala indikatur għal-lokalizzazzjoni ta' reġjuni attivi ta' korrużjoni51. Din id-distribuzzjoni inomoġenja tal-Fe2+ u l-Fe3+ fuq il-wiċċ tal-SDSS irrumblat fil-kesħa tista' tbiddel il-proprjetajiet kimiċi lokali u tipprovdi erja tal-wiċċ aktar effettiva fir-reazzjonijiet ta' qsim u korrużjoni tal-film tal-ossidu, u b'hekk tippermetti li l-matriċi tal-metall sottostanti tissaddad kontinwament, li tirriżulta f'inomoġenjità interna, u tnaqqas il-karatteristiċi protettivi tas-saff passivanti.
Raggruppamenti K-mean ta' reġjuni tat-tarf Fe L2,3 u ċ-ċentrojdi XAS korrispondenti għal X-PEEM maħdum bis-sħana a–c u SDSS irrumblat fil-kesħa d–f. Plott ta' raggruppament K-means a, d sovrappost fuq l-immaġni X-PEEM. Il-potenzjali stmati tal-pseudoelettrodi (epseudo) huma msemmija flimkien mad-dijagrammi tar-raggruppament K-means. Il-luminożità ta' immaġni X-PEEM bħall-kulur fil-Fig. 2 hija direttament proporzjonali għall-intensità tal-assorbiment tar-raġġi-X.
Cr relattivament uniformi iżda stat kimiku differenti ta' Fe jwassal għal oriġini differenti ta' qsim tal-film tal-ossidu u mudelli ta' korrużjoni f'Ce-2507 irrumblat bis-sħana u rrumblat fil-kesħa. Din il-proprjetà ta' Ce-2507 irrumblat fil-kesħa hija magħrufa sew. Fir-rigward tal-formazzjoni ta' ossidi u idrossidi ta' Fe fl-arja atmosferika, ir-reazzjonijiet li ġejjin huma magħluqa f'dan ix-xogħol bħala reazzjonijiet newtrali:
Abbażi tal-kejl tal-X-PEEM, ir-reazzjoni ta' hawn fuq seħħet fil-każijiet li ġejjin. Spalla żgħira li tikkorrispondi għal Fe0 hija assoċjata mal-ħadid metalliku sottostanti. Ir-reazzjoni tal-Fe metalliku mal-ambjent twassal għall-formazzjoni ta' saff Fe(OH)2 (ekwazzjoni (5)), li jamplifika s-sinjal Fe2+ fl-XAS tat-tarf L tal-Fe. Espożizzjoni fit-tul għall-arja tirriżulta fil-formazzjoni ta' ossidi Fe3O4 u/jew Fe2O3 wara Fe(OH)252,53. Żewġ tipi ta' Fe stabbli, Fe3O4 u Fe2O3, jistgħu jiffurmaw ukoll f'saff protettiv rikk f'Cr3+, fejn Fe3O4 jippreferi struttura uniformi u koeżiva. Il-preżenza tat-tnejn tirriżulta fi stati ta' ossidazzjoni mħallta (spettru XAS-1). L-ispettru XAS-2 jikkorrispondi prinċipalment għal Fe3O4. Filwaqt li l-ispettri XAS-3 osservati f'diversi pożizzjonijiet indikaw konverżjoni sħiħa għal γ-Fe2O3. Peress li r-raġġi-X mhux imgeżwra għandhom fond ta' penetrazzjoni ta' madwar 50 nm, is-sinjal mis-saff sottostanti jirriżulta f'intensità ogħla tal-quċċata A.
L-ispettru XRD juri li l-komponent Fe fil-film tal-ossidu għandu struttura f'saffi, li hija kkombinata mas-saff tal-ossidu Cr. B'kuntrast mal-karatteristika tal-passivazzjoni tal-korrużjoni minħabba l-inomoġeneità lokali ta' Cr2O317, minkejja s-saff uniformi ta' Cr2O3 f'dan l-istudju, ġiet osservata reżistenza baxxa għall-korrużjoni f'dan il-każ, speċjalment għal kampjuni rrumblati fil-kesħa. L-imġiba osservata tista' tinftiehem bħala l-eteroġeneità tal-istat ta' ossidazzjoni kimika tas-saff ta' fuq (Fe) li jaffettwa l-prestazzjoni tal-korrużjoni. It-trasferiment bil-mod tal-joni tal-metall jew tal-ossiġnu fil-kannizzata minħabba l-istess stojkjometrija tas-saffi ta' fuq (ossidu Fe) u ta' isfel (ossidu Cr)52,53 iwassal għal interazzjoni (adeżjoni) aħjar bejniethom. Dan, imbagħad, itejjeb ir-reżistenza għall-korrużjoni. Għalhekk, stojkjometrija kontinwa, jiġifieri stat wieħed ta' ossidazzjoni ta' Fe, hija preferibbli għal bidliet stojkjometriċi f'daqqa. SDSS deformat termalment għandu wiċċ aktar uniformi u saff protettiv aktar dens, li jipprovdi reżistenza aħjar għall-korrużjoni. Madankollu, għal SDSS irrumblat fil-kesħa, il-preżenza ta' gżejjer rikki fl-Fe3+ taħt is-saff protettiv teqred l-integrità tal-wiċċ u tikkawża korrużjoni galvanika tas-sottostrat fil-qrib, li twassal għal tnaqqis fl-Rp (Tabella 1) fl-ispettri tal-EIS u r-reżistenza għall-korrużjoni tiegħu. Għalhekk, gżejjer imqassma lokalment rikki fl-Fe3+ minħabba d-deformazzjoni plastika jinfluwenzaw prinċipalment il-prestazzjoni tar-reżistenza għall-korrużjoni, li hija avvanz kbir f'dan ix-xogħol. Għalhekk, dan l-istudju jippreżenta spettromikrografi tat-tnaqqis fir-reżistenza għall-korrużjoni minħabba d-deformazzjoni plastika tal-kampjuni tal-SDSS studjati.
Barra minn hekk, filwaqt li l-illigar ta' elementi rari tad-dinja f'azzar b'fażi doppja jagħti prestazzjoni aħjar, l-interazzjoni ta' dan l-element miżjud mal-matriċi individwali tal-azzar f'termini ta' mġiba kontra l-korrużjoni tibqa' diffiċli abbażi ta' osservazzjonijiet ta' mikroskopija spettroskopika. Is-sinjal Ce (tul it-tarf XAS M) jidher biss f'ftit pożizzjonijiet waqt it-tidwir fil-kesħa, iżda jisparixxi waqt id-deformazzjoni bis-sħana tal-SDSS, li jindika depożizzjoni lokali ta' Ce fil-matriċi tal-azzar minflok liga omoġenja. Għalkemm il-proprjetajiet mekkaniċi tal-SDSS mhumiex imtejba6,7, il-preżenza ta' REE tnaqqas id-daqs tal-inklużjonijiet u huwa maħsub li jrażżan il-pitting fl-oriġini54.
Bħala konklużjoni, dan ix-xogħol jiżvela l-effett tal-eteroġeneità tal-wiċċ fuq il-korrużjoni ta' 2507 SDSS modifikat biċ-ċerju billi kkwantifika l-kontenut kimiku tal-komponenti fuq skala nanometrika. Weġibna l-mistoqsija dwar għaliex l-azzar inossidabbli jissaddad anke meta jkun miksi b'saff protettiv ta' ossidu billi studjajna b'mod kwantitattiv il-mikrostruttura, l-istat kimiku tal-karatteristiċi tal-wiċċ u l-ipproċessar tas-sinjali bl-użu ta' raggruppament K-means. Ġie stabbilit li l-gżejjer rikki fl-Fe3+, inkluża l-koordinazzjoni ottaedrika u tetraedrika tagħhom fl-istruttura kollha ta' Fe2+/Fe3+ imħallat, huma sors ta' qerda tal-film tal-ossidu u sors ta' korrużjoni ta' SDSS irrumblat fil-kesħa. Nanogżejjer iddominati minn Fe3+ iwasslu għal reżistenza fqira għall-korrużjoni anke fil-preżenza ta' saff passivanti stojkjometriku suffiċjenti ta' Cr2O3. Minbarra l-avvanzi metodoloġiċi li saru fid-determinazzjoni tal-effett tal-eteroġeneità kimika fuq skala nanometrika fuq il-korrużjoni, ix-xogħol preżenti huwa mistenni li jispira proċessi ta' inġinerija biex tittejjeb ir-reżistenza għall-korrużjoni tal-azzar inossidabbli waqt il-manifattura tal-azzar.
Biex jiġu ppreparati l-ingotti Ce-2507 SDSS użati f'dan l-istudju, il-komponenti mħallta, inkluża l-liga ewlenija Fe-Ce ssiġillata b'tubi tal-ħadid pur, ġew imdewba f'forn ta' induzzjoni ta' frekwenza medja ta' 150 kg biex jipproduċu azzar imdewweb u mferrgħin f'forom tal-ikkastjar. Il-kompożizzjonijiet kimiċi mkejla (wt %) huma elenkati fit-Tabella Supplimentari 2. L-ingott l-ewwel jiġi ffurmat bis-sħana fi blokki. Imbagħad l-azzar ġie ttemprat f'1050°C għal 60 minuta għal soluzzjoni solida, u mbagħad imkessaħ fl-ilma sat-temperatura tal-kamra. Il-kampjuni studjati ġew studjati fid-dettall bl-użu tat-TEM u d-DOE biex jiġu studjati l-fażijiet, id-daqs tal-qamħ u l-morfoloġija. Aktar informazzjoni dettaljata dwar il-kampjuni u l-proċess tal-produzzjoni tista' tinstab f'sorsi oħra6,7.
Ipproċessa kampjuni ċilindriċi (φ10 mm × 15 mm) għal ippressar bis-sħana bl-assi taċ-ċilindru parallel mad-direzzjoni tad-deformazzjoni tal-blokka. Il-kompressjoni f'temperatura għolja twettqet b'rata ta' tensjoni kostanti fil-medda ta' 0.01-10 s-1 f'temperaturi varji fil-medda ta' 1000-1150°C bl-użu ta' simulatur termali Gleeble-3800. Qabel id-deformazzjoni, il-kampjuni ġew imsaħħna fit-temperatura magħżula b'rata ta' 10 °C s-1 għal 2 minuti biex jiġi eliminat il-gradjent tat-temperatura. Wara li kisbet uniformità tat-temperatura, il-kampjuni ġew deformati għal valur ta' tensjoni veru ta' 0.7. Wara d-deformazzjoni, jiġi immedjatament imkessaħ bl-ilma biex tinżamm l-istruttura deformata. Imbagħad il-kampjuni mwebbsa nqatgħu parallel mad-direzzjoni tal-kompressjoni. Għal dan l-istudju partikolari, għażilna kampjun deformat termalment f'1050°C, 10 s-1 minħabba mikroebusija osservata ogħla minn kampjuni oħra7.
Kampjuni bl-ingrossa (80 × 10 × 17 mm3) tas-soluzzjoni solida Ce-2507 ġew ittestjati fuq magna ta' deformazzjoni asinkronika bi tliet fażijiet b'żewġ rombli LG-300, li pprovdiet l-aqwa proprjetajiet mekkaniċi fost il-klassijiet l-oħra kollha ta' deformazzjoni6. Ir-rata tat-tensjoni u t-tnaqqis fil-ħxuna kienu 0.2 m·s-1 u 5% għal kull mogħdija, rispettivament.
Stazzjon tax-xogħol elettrokimiku Autolab PGSTAT128N intuża biex ikejjel elettrokimikament l-SDSS wara rrumblar kiesaħ għal tnaqqis ta' 90% fil-ħxuna (1.0 ekwivalenti ta' strain veru) u pressar bis-sħana għal 0.7 strain veru f'1050 oC u 10 s-1. L-istazzjon tax-xogħol għandu ċellula bi tliet elettrodi b'elettrodu tal-kalomel saturat bħala l-elettrodu ta' referenza, kontro-elettrodu tal-grafita, u kampjun SDSS bħala l-elettrodu tax-xogħol. Il-kampjuni nqatgħu f'ċilindri b'dijametru ta' 11.3 mm, li mal-ġnub tagħhom ġew issaldjati wajers tar-ram. Imbagħad il-kampjun tferra' b'reżina epossidika, u ħalliet żona miftuħa tax-xogħol ta' 1 cm2 bħala elettrodu tax-xogħol (il-wiċċ t'isfel tal-kampjun ċilindriku). Oqgħod attent waqt it-tqaddid tal-epossi u waqt ix-xkatlar u l-illustrar sussegwenti biex tevita li tinqasam. Il-wiċċ tax-xogħol huwa mgħotti u llustrat b'sospensjoni tal-illustrar tad-djamanti b'daqs ta' partiċelli ta' 1 mikron, imnaddaf b'ilma distillat u etanol u mnixxef f'arja kiesħa. Qabel il-kejl elettrokimiku, il-kampjuni llustrati ġew esposti għall-arja għal diversi jiem biex jiffurmaw film naturali tal-ossidu. Soluzzjoni akwea ta' FeCl3 (6.0 wt.%), stabbilizzata b'HCl għal pH = 1.0 ± 0.01, intużat biex taċċellera l-korrużjoni tal-istainless steel55, peress li tinsab f'ambjenti aggressivi fejn huma preżenti joni tal-klorur b'qawwa ossidanti qawwija u pH baxx kif speċifikat mill-ASTM. L-istandards proposti huma G48 u A923. Il-kampjuni ġew mgħaddsa fis-soluzzjoni tat-test għal siegħa qabel ma ttieħdu xi kejl sabiex jintlaħaq stat qrib stazzjonarju. Għal soluzzjoni solida, kampjuni maħduma bis-sħana u rrumblati fil-kesħa, il-medda tal-frekwenza tal-kejl tal-impedenza kienet 1 × 105 ~ 0.1 Hz, u l-potenzjal taċ-ċirkwit miftuħ (OPS) kien ta' 5 mV, li kien 0.39, 0.33, u 0.25 VSCE, rispettivament. Kull test elettrokimiku ta' kwalunkwe kampjun ġie ripetut mill-inqas tliet darbiet taħt l-istess kundizzjonijiet biex tiġi żgurata r-riproduċibbiltà tad-dejta.
Għall-kejl HE-SXRD, blokki rettangolari tal-azzar duplex ta' 1 × 1 × 1.5 mm3 ġew imkejla fuq linja wiggler Brockhouse ta' enerġija għolja f'CLS, il-Kanada biex tiġi kwantifikata l-kompożizzjoni tal-fażi56. Il-ġbir tad-dejta twettaq f'temperatura tal-kamra fil-ġeometrija ta' Debye-Scherrer jew ġeometrija tat-trasport. It-tul tal-mewġa tar-raġġi-X ikkalibrati għall-kalibrant LaB6 huwa 0.212561 Å, li jikkorrispondi għal 58 keV, li huwa ħafna ogħla minn dak ta' Cu Kα (8 keV) komunement użat bħala sors ta' raġġi-X fil-laboratorju. Il-kampjun jitqiegħed f'distanza ta' 740 mm mid-ditekter. Il-volum ta' skoperta ta' kull kampjun huwa 0.2 × 0.3 × 1.5 mm3, li huwa determinat mid-daqs tar-raġġ u l-ħxuna tal-kampjun. Kull waħda minn din id-dejta nġabret bl-użu ta' ditekter taż-żona Perkin Elmer, ditekter tar-raġġi-X b'pannell ċatt, pixels ta' 200 µm, 40 × 40 cm2, bl-użu ta' ħin ta' espożizzjoni ta' 0.3 sekondi u 120 frejm.
Kejl X-PEEM ta' żewġ sistemi mudell magħżula twettqu fl-istazzjon tat-tmiem tal-PEEM tal-linja Beamline MAXPEEM fil-laboratorju MAX IV (Lund, l-Iżvezja). Il-kampjuni tħejjew bl-istess mod bħal għall-kejl elettrokimiku. Il-kampjuni ppreparati nżammu fl-arja għal diversi jiem u tneħħew il-gass f'kamra tal-vakwu ultra-għoli qabel ma ġew irradjati b'fotoni tas-sinkrotron. Ir-riżoluzzjoni tal-enerġija tar-raġġ tinkiseb billi jitkejjel l-ispettru tal-ħruġ tal-jone minn N 1 s sa 1\(\pi _g^ \ast\) tar-reġjun ta' eċċitazzjoni b'hv = 401 eV f'N2 u d-dipendenza tal-enerġija tal-foton fuq E3/2.57. L-adattament spettrali ta ΔE (wisa' tal-linja spettrali) ~0.3 eV fuq il-medda tal-enerġija mkejla. Għalhekk, ir-riżoluzzjoni tal-enerġija tal-linja tar-raġġ ġiet stmata li hija E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 u fluss ≈1012 ph/s billi ntuża monokromatur SX-700 modifikat b'gradilja Si 1200-line mm−1 għat-tarf Fe 2p L2,3, it-tarf Cr 2p L2,3, it-tarf Ni 2p L2,3, u t-tarf Ce M4,5. Għalhekk, ir-riżoluzzjoni tal-enerġija tal-linja tar-raġġ ġiet stmata li hija E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 u fluss ≈1012 ph/s billi ntuża monokromatur SX-700 modifikat b'gradilja Si 1200-line mm−1 għat-tarf Fe 2p L2.3, it-tarf Cr 2p L2.3, it-tarf Ni 2p L2.3, u t-tarf Ce M4.5. Таким образом, энергетическое разрешение канала пучка было оценено как E/∆E = 700 ђ В 20 эВ эВ поток ≈1012 ф/с при использовании модифицированного монохроматора SX-700 с решеткой Si 120римд Si 120роматора кромка 2p L2,3, кромка Cr 2p L2,3, кромка Ni 2p L2,3 и кромка Ce M4,5. Għalhekk, ir-riżoluzzjoni tal-enerġija tal-kanal tar-raġġ ġiet stmata bħala E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 u fluss ≈1012 f/s bl-użu ta' monokromatur SX-700 modifikat b'gradilja Si ta' 1200 linja/mm għal tarf Fe 2p L2,3, tarf Cr 2p L2.3, tarf Ni 2p L2.3, u tarf 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 通迨佹甚迨此-0.3 eV > 2000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 边用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边用于Fe 2p L2,3 边缘缌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 怚0 0 SX 通0 0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 蒾C 蘘炼5.Għalhekk, meta jintuża monokromatur SX-700 modifikat u gradilja tas-Si ta' 1200 linja. 3, tarf tas-Cr 2p L2.3, tarf tan-Ni 2p L2.3 u tarf tas-Ce M4.5.Espandi l-enerġija tal-fotoni fi stadji ta' 0.2 eV. F'kull enerġija, l-immaġini PEEM ġew irreġistrati bl-użu ta' ditekter TVIPS F-216 CMOS b'konnessjoni tal-fibra ottika binning 2 x 2 li tipprovdi 1024 × 1024 pixel f'kamp viżiv ta' 20 µm. Il-ħin ta' espożizzjoni tal-immaġini huwa ta' 0.2 sekondi, b'medja ta' 16-il frejm. L-enerġija tal-immaġni tal-fotoelettroni hija magħżula b'tali mod li tipprovdi s-sinjal massimu tal-elettroni sekondarji. Il-kejl kollu jitwettaq f'inċidenza normali ta' raġġ tal-fotoni polarizzat linearment. Għal aktar informazzjoni dwar il-kejl, ara studju preċedenti58. Wara li studjajt il-mod ta' skoperta tar-rendiment totali tal-elettroni (TEY)59 u l-applikazzjoni tiegħu f'X-PEEM, il-fond ta' skoperta ta' dan il-metodu huwa stmat għal ~4–5 nm għas-sinjal Cr u ~6 nm għas-sinjal Fe. Il-fond Cr huwa qrib ħafna tal-ħxuna tal-film tal-ossidu (~4 nm)60,61 filwaqt li l-fond Fe huwa akbar mill-ħxuna tal-film tal-ossidu. L-XAS miġbur ħdejn it-tarf tal-FeL huwa taħlita ta' ossidu tal-ħadid XAS u FeO mill-matriċi. Fl-ewwel każ, l-intensità tal-elettroni emessi hija dovuta għat-tipi kollha possibbli ta' elettroni li jikkontribwixxu għat-TEY. Madankollu, sinjal tal-ħadid pur jeħtieġ enerġija kinetika ogħla biex l-elettroni jgħaddu mis-saff tal-ossidu, jilħqu l-wiċċ, u jinġabru mill-analizzatur. F'dan il-każ, is-sinjal Fe0 huwa prinċipalment dovut għall-elettroni LVV Auger u l-elettroni sekondarji emessi minnhom. Barra minn hekk, l-intensità TEY ikkontribwita minn dawn l-elettroni titnaqqas matul il-mogħdija tal-ħarba tal-elettroni49 u tnaqqas aktar il-firma spettrali ta' Fe0 fil-mappa XAS tal-ħadid.
L-integrazzjoni tat-tħaffir tad-dejta f'kubi tad-dejta (dejta X-PEEM) hija pass ewlieni fl-estrazzjoni ta' informazzjoni rilevanti (proprjetajiet kimiċi jew fiżiċi) b'mod multidimensjonali. L-ikklasterjar K-means jintuża ħafna f'diversi oqsma, inkluż il-viżjoni bil-magna, l-ipproċessar tal-immaġni, ir-rikonoxximent ta' mudelli mhux sorveljati, l-intelliġenza artifiċjali, u l-analiżi klassifikatorja24. Pereżempju, l-ikklasterjar K-means huwa applikat tajjeb għall-ikklasterjar ta' dejta tal-immaġni iperspettrali62. Fil-prinċipju, għal dejta b'ħafna oġġetti, l-algoritmu K-means jista' faċilment jiġborhom skont informazzjoni dwar l-attributi tagħhom (karatteristiċi tal-enerġija tal-fotoni). L-ikklasterjar K-means huwa algoritmu iterattiv għat-tqassim tad-dejta f'K gruppi li ma jikkoinċidux (ikklasters), fejn kull pixel jappartjeni għal ikklaster speċifiku skont id-distribuzzjoni spazjali tal-inomoġeneità kimika fil-kompożizzjoni mikrostrutturali tal-azzar. L-algoritmu K-means jikkonsisti f'żewġ passi: l-ewwel pass jikkalkula ċ-ċentrojdi K, u t-tieni pass jassenja kull punt lil ikklaster b'ċentrojdi ġirien. Iċ-ċentru tal-gravità ta' raggruppament huwa definit bħala l-medja aritmetika tal-punti tad-dejta (spettri XAS) ta' dak ir-raggruppament. Hemm distanzi differenti biex jiġu definiti ċ-ċentrojdi ġirien bħala distanzi Ewklidejani. Għal immaġni ta' input ta' px,y (x u y huma riżoluzzjoni f'pixels), CK huwa ċ-ċentru tal-gravità tar-raggruppament; din l-immaġni mbagħad tista' tiġi segmentata (raggruppata) f'K raggruppamenti bl-użu ta' K-means63. Il-passi finali tal-algoritmu ta' raggruppament K-means huma:
Pass 2. Ikkalkula l-grad ta' sħubija tal-pixels kollha skont iċ-ċentroid attwali. Pereżempju, dan jiġi kkalkulat mid-distanza Ewklidea d bejn iċ-ċentru u kull pixel:
Pass 3 Assenja kull pixel lill-eqreb centroid. Imbagħad ikkalkula mill-ġdid il-K pożizzjonijiet centroid kif ġej:
Pass 4. Irrepeti l-proċess (ekwazzjonijiet (7) u (8)) sakemm iċ-ċentrojdi jikkonverġu. Ir-riżultati finali tal-kwalità tal-clustering huma korrelati ħafna mal-għażla ottimali taċ-ċentrojdi inizjali63. Għall-istruttura tad-dejta PEEM tal-immaġini tal-azzar, tipikament X (x × y × λ) huwa kubu ta' dejta ta' matriċi 3D, filwaqt li l-assi x u y jirrappreżentaw informazzjoni spazjali (riżoluzzjoni tal-pixel) u l-assi λ jikkorrispondi għall-mod spettrali tal-enerġija tal-fotoni. L-algoritmu K-means intuża biex jesplora reġjuni ta' interess fid-dejta X-PEEM billi ssepara l-pixels (clusters jew sub-blokki) skont il-karatteristiċi spettrali tagħhom u estratt l-aħjar ċentroid (kurva spettrali XAS) għal kull analit (cluster). Jintuża biex jistudja d-distribuzzjoni spazjali, il-bidliet spettrali lokali, l-imġiba tal-ossidazzjoni u l-istat kimiku. Pereżempju, l-algoritmu ta' clustering K-means intuża għar-reġjuni Fe L-edge u Cr L-edge f'X-PEEM maħdum bis-sħana u rrumblat fil-kesħa. Ġew ittestjati diversi numri ta' K-clusters (reġjuni mikrostrutturali) biex jinstabu l-aħjar clusters u centroids. Meta tintwera l-grafika, il-pixels jiġu assenjati mill-ġdid liċ-centroids korretti tal-cluster. Kull distribuzzjoni tal-kulur tikkorrispondi maċ-ċentru tal-cluster, li turi l-arranġament spazjali ta' oġġetti kimiċi jew fiżiċi. Iċ-centroids estratti huma kombinazzjonijiet lineari ta' spettri puri.
Id-dejta li tappoġġja r-riżultati ta’ dan l-istudju hija disponibbli mingħand l-awtur rispettiv tad-WC fuq talba raġonevoli.
Sieurin, H. & Sandström, R. Ir-reżistenza għall-ksur ta' azzar inossidabbli duplex iwweldjat. Sieurin, H. & Sandström, R. Ir-reżistenza għall-ksur ta' azzar inossidabbli duplex iwweldjat. Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной дуплексной нержавеющей стали. Sieurin, H. & Sandström, R. Ir-reżistenza għall-ksur tal-azzar inossidabbli duplex iwweldjat. 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. Ir-reżistenza għall-ksur ta' azzar inossidabbli duplex iwweldjat.proġett. frattali. pil. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Reżistenza għall-korrużjoni ta' azzar inossidabbli duplex f'ambjenti magħżula ta' aċidi organiċi u aċidu organiku/klorur. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Reżistenza għall-korrużjoni ta' azzar inossidabbli duplex f'ambjenti magħżula ta' aċidi organiċi u aċidu organiku/klorur.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. u Van Der Merwe, J. Reżistenza għall-korrużjoni ta' azzar inossidabbli duplex f'ambjenti b'xi aċidi organiċi u aċidi/kloridi organiċi. 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/氯化物环境中物环境中的肀肀肀 Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相stainless steel在特定organic酸和Organic酸/chlorinated environment的耐而性性。Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. u Van Der Merwe, J. Reżistenza għall-korrużjoni ta' azzar inossidabbli duplex f'ambjenti b'xi aċidi organiċi u aċidi/kloridi organiċi.kontra l-korrużjoni. Metodu Mater 57, 107–117 (2010).
Barella S. et al. Proprjetajiet li jossidaw il-korrużjoni ta' ligi duplex Fe-Al-Mn-C. Materials 12, 2572 (2019).
Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Ġenerazzjoni ġdida ta' azzar super duplex għal tagħmir għall-produzzjoni tal-gass u ż-żejt. Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Ġenerazzjoni ġdida ta' azzar super duplex għal tagħmir għall-produzzjoni tal-gass u ż-żejt.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Ġenerazzjoni ġdida ta' azzar super duplex għal tagħmir tal-produzzjoni taż-żejt u l-gass.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Ġenerazzjoni ġdida ta' azzar super duplex għal tagħmir tal-produzzjoni tal-gass u ż-żejt. Webinar tal-E3S. 121, 04007 (2019).
Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Investigazzjoni tal-imġiba tad-deformazzjoni bis-sħana tal-azzar inossidabbli duplex grad 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Investigazzjoni tal-imġiba tad-deformazzjoni bis-sħana tal-azzar inossidabbli duplex grad 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей сталиl м2507киL Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Studju dwar l-Imġieba tad-Deformazzjoni Sħuna tal-Azzar Inossidabbli Duplex tat-Tip 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. u Utaisansuk, V. Investigazzjoni tal-Imġieba tad-Deformazzjoni Sħuna tal-Azzar Inossidabbli Duplex tat-Tip 2507. Metall.alma mater. trance. A 48, 95–108 (2017).
Zhou, T. et al. Effett tal-irrumblar kiesaħ ikkontrollat ​​fuq il-mikrostruttura u l-proprjetajiet mekkaniċi tal-azzar inossidabbli SAF 2507 super-duplex modifikat biċ-ċerju. alma mater. ix-xjenza. proġett. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. et al. Struttura indotta minn deformazzjoni sħuna u proprjetajiet mekkaniċi tal-azzar inossidabbli SAF 2507 super-duplex modifikat biċ-ċerju. J. Alma mater. tank tal-ħażna. teknoloġija. 9, 8379–8390 (2020).
Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Effett ta' elementi rari tad-dinja fuq l-imġiba ta' ossidazzjoni f'temperatura għolja tal-azzar awstenitiku. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Effett ta' elementi rari tad-dinja fuq l-imġiba ta' ossidazzjoni f'temperatura għolja tal-azzar awstenitiku.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. u Zheng K. Influwenza ta' elementi rari tad-dinja fuq l-imġiba tal-azzar awstenitiku taħt ossidazzjoni f'temperatura għolja. 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. u Zheng K. Influwenza ta' elementi rari tad-dinja fuq l-imġiba ta' azzar awstenitiku f'ossidazzjoni f'temperatura għolja.korrożjoni. ix-xjenza. 164, 108359 (2020).