Zikomo pochezera Nature.com. Mtundu wa msakatuli womwe mukugwiritsa ntchito uli ndi chithandizo chochepa cha CSS. Kuti mugwiritse ntchito bwino, tikukulimbikitsani kuti mugwiritse ntchito msakatuli wosinthidwa (kapena kuletsa Compatibility Mode mu Internet Explorer). Pakadali pano, kuti tipitirize kukuthandizani, tidzapanga tsamba lino lopanda masitayelo ndi JavaScript.
Chitsulo chosapanga dzimbiri chomwe chimagwiritsidwa ntchito kwambiri komanso mitundu yake yopangidwa ndi zitsulo sichimakhudzidwa ndi dzimbiri m'malo ozungulira chifukwa cha kusinthasintha kwa chromium oxide. Kuwonongeka ndi kuwonongeka kwa chitsulo nthawi zambiri kumagwirizanitsidwa ndi kuwonongeka kwa zigawozi, koma nthawi zambiri pamlingo wa microscopic, kutengera komwe kumachokera ku kusagwirizana kwa pamwamba. Mu ntchito iyi, kusiyana kwa mankhwala a nanoscale surface omwe amapezeka ndi spectroscopic microscopy ndi chemometric analysis mosayembekezereka kumalamulira kuwonongeka ndi dzimbiri la cold rolled cerium modified super duplex stainless steel 2507 (SDSS) panthawi ya kutentha kwake. Ngakhale kuti X-ray photoelectron microscopy inawonetsa kufanana kwa gawo lachilengedwe la Cr2O3, cold rolled SDSS inawonetsa zotsatira zoyipa za kusinthasintha chifukwa cha kufalikira kwa malo a Fe3+ rich nanoislands pa Fe/Cr oxide layer. Chidziwitso ichi pamlingo wa atomiki chimapereka kumvetsetsa kwakukulu kwa dzimbiri la chitsulo chosapanga dzimbiri ndipo chikuyembekezeka kuthandiza kuthana ndi dzimbiri la zitsulo zofanana ndi zomwe zili ndi alloy.
Kuyambira pomwe chitsulo chosapanga dzimbiri chinapangidwa, kukana kwa dzimbiri kwa ma ferrochromium alloys kwakhala chifukwa cha chromium, yomwe imapanga oxide/oxyhydroxide yamphamvu yomwe imasonyeza khalidwe losasuntha m'malo ambiri. Poyerekeza ndi zitsulo zosapanga dzimbiri zachikhalidwe (austenitic ndi ferritic), zitsulo zosapanga dzimbiri za super duplex (SDSS) zomwe zimakhala ndi kukana kwa dzimbiri zimakhala ndi mphamvu zabwino kwambiri zamakina1,2,3. Mphamvu yowonjezera yamakina imalola mapangidwe opepuka komanso opapatiza. Mosiyana ndi zimenezi, SDSS yotsika mtengo imakhala ndi kukana kwakukulu ku dzimbiri la dzenje ndi ming'alu, zomwe zimapangitsa kuti ikhale ndi moyo wautali komanso ntchito zambiri zowongolera kuipitsa, zotengera za mankhwala, ndi mafakitale amafuta ndi gasi m'mphepete mwa nyanja4. Komabe, kutentha kochepa kwa kutentha komanso kusapangika bwino kumalepheretsa kugwiritsidwa ntchito kwake kwakukulu. Chifukwa chake, SDSS yasinthidwa kuti ikonze zinthu zomwe zili pamwambapa. Mwachitsanzo, kusintha kwa Ce ndi kuwonjezera kwakukulu kwa N 6, 7, 8 kunayambitsidwa mu 2507 SDSS (Ce-2507). Kuchuluka koyenera kwa 0.08 wt.% rare earth element (Ce) kumapindulitsa pa mphamvu za makina a DSS, chifukwa kumawonjezera kukonzedwa bwino kwa tirigu ndi mphamvu ya malire a tirigu. Kukana kuwonongeka ndi dzimbiri, mphamvu yokoka ndi mphamvu yokolola, komanso kusinthasintha kwa kutentha kwakhala bwino9. Nayitrogeni wambiri amatha kulowa m'malo mwa nickel yokwera mtengo, zomwe zimapangitsa SDSS kukhala yotsika mtengo kwambiri10.
Posachedwapa, SDSS yasinthidwa kukhala pulasitiki pa kutentha kosiyanasiyana (kutentha kochepa, kozizira komanso kotentha) kuti ikwaniritse mawonekedwe abwino kwambiri a makina6,7,8. Komabe, kukana kwabwino kwambiri kwa dzimbiri kwa SDSS kumachitika chifukwa cha kukhalapo kwa filimu yopyapyala ya oxide pamwamba, yomwe imakhudzidwa ndi zinthu zambiri, monga kukhalapo kwa magawo ambiri okhala ndi malire osiyanasiyana a tirigu, ma precipitates osafunikira komanso machitidwe osiyanasiyana. kapangidwe ka mkati kosagwirizana ka magawo osiyanasiyana a austenitic ndi ferritic kamasinthidwa 7. Chifukwa chake, kuphunzira za mawonekedwe a microdomain a mafilimu otere pamlingo wa kapangidwe ka zamagetsi ndikofunikira kwambiri kuti timvetsetse dzimbiri la SDSS ndipo kumafuna njira zovuta zoyesera. Pakadali pano, njira zomvera pamwamba monga Auger electron spectroscopy11 ndi X-ray photoelectron spectroscopy12,13,14,15 komanso dongosolo lolimba la X-ray photoelectron photoelectron zimasiyanitsa, koma nthawi zambiri zimalephera kulekanitsa, momwe mankhwala a chinthu chomwecho alili m'malo osiyanasiyana mumlengalenga pa nanoscale. Kafukufuku waposachedwapa wagwirizanitsa kukhuthala kwa chromium komwe kumachitika m'deralo ndi kukhuthala komwe kwawonedwa kwa zitsulo zosapanga dzimbiri 17 za austenitic, zitsulo zosapanga dzimbiri 18 za martensitic, ndi SDSS 19, 20. Komabe, maphunzirowa ayang'ana kwambiri pa zotsatira za kusiyanasiyana kwa Cr (monga, Cr3+ oxidation state) pa kukana dzimbiri. Kusiyanasiyana kwa mbali imodzi m'mikhalidwe ya kukhuthala kwa zinthu kumatha kuchitika chifukwa cha mankhwala osiyanasiyana okhala ndi zinthu zomwezo, monga ma oxide achitsulo. Mankhwalawa amalandira kukula kochepa komwe kumakonzedwa ndi thermomechanically pafupi wina ndi mnzake, koma kumasiyana mu kapangidwe kake ndi mkhalidwe wa kukhuthala16,21. Chifukwa chake, kuwulula kuwonongeka kwa mafilimu a oxide kenako kuyika maenje kumafuna kumvetsetsa kusagwirizana kwa pamwamba pamlingo wa microscopic. Ngakhale zofunikira izi, kuwunika kochuluka monga kusiyanasiyana kwa kukhuthala kwa mbali imodzi, makamaka kwa chitsulo pamlingo wa nano/atomic, sikukusowekabe ndipo kufunika kwawo pakukana dzimbiri sikunafufuzidwebe. Mpaka posachedwapa, momwe zinthu zosiyanasiyana zimakhalira, monga Fe ndi Ca, zinkafotokozedwa mochuluka pa zitsanzo zachitsulo pogwiritsa ntchito microscopy yofewa ya X-ray photoelectron (X-PEEM) m'malo opangira ma radiation a nanoscale synchrotron. Kuphatikiza ndi njira zodziwira X-ray absorption spectroscopy (XAS) zomwe zimakhala ndi mankhwala, X-PEEM imalola kuyeza XAS ndi resolution yapamwamba komanso ya spectral, kupereka chidziwitso cha mankhwala okhudza kapangidwe kake ndi momwe mankhwala alili ndi resolution ya malo mpaka pa nanometer scale 23. Kuwona kwa spectroscopic kumeneku kwa malo oyambira pansi pa maikulosikopu kumathandiza kuyesa kwa mankhwala am'deralo ndipo kumatha kuwonetsa kusintha kwa mankhwala komwe sikunachitikepo mu Fe layer.
Kafukufukuyu akuwonjezera ubwino wa PEEM pozindikira kusiyana kwa mankhwala pa nanoscale ndipo akupereka njira yowunikira bwino ya atomiki-level surface analysis kuti amvetsetse momwe Ce-2507 imachitira ndi dzimbiri. Imagwiritsa ntchito K-means cluster chemometric data24 kuti iwonetse momwe zinthu zimagwirira ntchito padziko lonse lapansi (heterogeneity) zimagwirira ntchito, ndipo momwe mankhwala awo amakhalira akuwonetsedwa mu chifaniziro cha ziwerengero. Mosiyana ndi nkhani yachikhalidwe ya dzimbiri yomwe imachitika chifukwa cha kuwonongeka kwa filimu ya chromium oxide, kusakhala bwino kwa passivation komanso kukana dzimbiri koipa kumachitika chifukwa cha zilumba za nanois za Fe3+ zomwe zili pafupi ndi Fe/Cr oxide layer, zomwe zitha kukhala chifukwa cha ma oxide oteteza. M'malo mowonongeka, filimu imapangidwa yomwe imayambitsa dzimbiri.
Khalidwe lowononga la SDSS 2507 losasinthika linayesedwa koyamba pogwiritsa ntchito muyeso wamagetsi. Pa chithunzi 1 chikuwonetsa ma curve a Nyquist ndi Bode a zitsanzo zosankhidwa mu mayankho amadzi a acidic (pH = 1) a FeCl3 kutentha kwa chipinda. Electrolyte yosankhidwayo imagwira ntchito ngati chowonjezera champhamvu cha okosijeni, zomwe zikuwonetsa momwe filimu yodutsa mpweya imasweka. Ngakhale kuti zinthuzo sizinadutse mu dothi lokhazikika la kutentha kwa chipinda, kusanthula kumeneku kunapereka chidziwitso cha zochitika zomwe zingachitike komanso njira zowononga pambuyo pa dzimbiri. Dera lofanana (Chithunzi 1d) linagwiritsidwa ntchito kuti ligwirizane ndi ma spectra a electrochemical impedance spectroscopy (EIS), ndipo zotsatira zofananazo zikuwonetsedwa mu Table 1. Ma half circle osakwanira adawonekera poyesa zitsanzo zothandizidwa ndi zotentha, pomwe ma half circle ogwirizana nawo adapindidwa mozizira (Chithunzi 1b). Mu EIS spectrum, semicircle radius ikhoza kuonedwa ngati polarization resistance (Rp)25,26. Rp ya SDSS yokonzedwa mu Table 1 ndi pafupifupi 135 kΩ cm-2, komabe pa SDSS yogwiritsidwa ntchito motentha komanso yozizira titha kuwona mitengo yotsika kwambiri ya 34.7 ndi 2.1 kΩ cm-2 motsatana. Kuchepa kwakukulu kwa Rp kumeneku kukuwonetsa zotsatira zoyipa za kusintha kwa pulasitiki pa passivation ndi dzimbiri, monga momwe zasonyezedwera m'malipoti am'mbuyomu 27, 28, 29, 30.
Ma diagram a Nyquist, b, c Bode impedance ndi phase, ndi chitsanzo chofanana cha dera la d, komwe RS ndi electrolyte resistance, Rp ndi polarization resistance, ndipo QCPE ndi constant phase element oxide yomwe imagwiritsidwa ntchito kutsanzira non-ideal capacitance (n). Kuyeza kwa EIS kunachitika popanda load potential.
Ma constant oyamba akuwonetsedwa mu chithunzi cha Bode ndipo plateau ya ma frequency apamwamba imayimira kukana kwa electrolyte RS26. Pamene ma frequency akuchepa, impedance imawonjezeka ndipo ngodya ya negative phase imapezeka, kusonyeza kulamulira kwa capacitance. Ngodya ya gawo imawonjezeka, kusunga mtengo wake wapamwamba kwambiri mu frequency range yotakata, kenako imachepa (Chithunzi 1c). Komabe, m'milandu yonse itatu iyi mtengo wapamwamba ukadali wochepera 90°, kusonyeza khalidwe losakhala labwino la capacitive chifukwa cha capacitive dispersion. Chifukwa chake, QCPE constant phase element (CPE) imagwiritsidwa ntchito kuyimira kugawa kwa interfacial capacitance komwe kumachokera ku roughness surface kapena inhomogeneity, makamaka pankhani ya atomic scale, fractal geometry, electrode porosity, non-uniform potential, ndi surface dependent current distribution. Electrode geometry31,32. CPE impedance:
kumene j ndi nambala yongoganizira ndipo ω ndi ma frequency a angular. QCPE ndi nthawi yokhazikika yodziyimira payokha yofanana ndi malo otseguka a electrolyte. n ndi nambala yamphamvu yopanda miyeso yomwe imafotokoza kusiyana kuchokera ku khalidwe labwino la capacitor, mwachitsanzo, n ikayandikira 1, CPE imayandikira capacitance yoyera, ndipo ngati n ili pafupi ndi zero, ndi kukana. Kupatuka pang'ono kwa n, pafupi ndi 1, kumasonyeza khalidwe losayenera la capacitor pamwamba pambuyo pa kuyesa kwa polarization. QCPE ya cold rolled SDSS ndi yapamwamba kwambiri kuposa zinthu zofanana, zomwe zikutanthauza kuti khalidwe la pamwamba silili lofanana.
Mogwirizana ndi mphamvu zambiri zotsutsana ndi dzimbiri za zitsulo zosapanga dzimbiri, kuchuluka kwa Cr mu SDSS nthawi zambiri kumabweretsa kukana kwa dzimbiri kwa SDSS chifukwa cha kukhalapo kwa filimu yoteteza ya oxide pamwamba17. Filimu yotsitsimula iyi nthawi zambiri imakhala ndi ma oxide a Cr3+ ndi/kapena ma hydroxide, makamaka kuphatikiza ma Fe2+, ma oxide a Fe3+ ndi/kapena (oxy) hydroxide 33. Ngakhale kuti pamwamba pake pali kufanana komweko, wosanjikiza wa oxide wosasunthika, komanso palibe kusweka kooneka pamwamba, monga momwe zimadziwikira ndi zithunzi zazing'ono,6,7 khalidwe la dzimbiri la SDSS yotenthedwa ndi yozizira ndi yosiyana ndipo chifukwa chake imafuna kuphunzira mozama za kapangidwe kake ka deformation ndi kapangidwe ka chitsulo.
Kapangidwe kakang'ono ka chitsulo chosapanga dzimbiri chosokonekera kanafufuzidwa mozama pogwiritsa ntchito ma X-ray amkati ndi a synchrotron amphamvu kwambiri (Zithunzi Zowonjezera 1, 2). Kusanthula kwatsatanetsatane kwaperekedwa mu Zowonjezera Zambiri. Ngakhale izi zikugwirizana kwambiri ndi mtundu wa gawo lalikulu, kusiyana kunapezeka mu magawo a voliyumu a magawo, omwe alembedwa mu Gome Lowonjezera 1. Kusiyanaku kungakhale chifukwa cha gawo losiyana pamwamba ndi gawo la voliyumu (XRD) lomwe limadziwika ndi kuzama kosiyanasiyana pogwiritsa ntchito X-ray diffraction ndi magwero osiyanasiyana a mphamvu za ma photon ochitika. Chiŵerengero chachikulu cha austenite mu zitsanzo zozizira zozungulira, zomwe zimatsimikiziridwa ndi XRD kuchokera ku gwero la labotale, zimasonyeza kuti palibe kusintha kwabwino ndipo pambuyo pake kukana dzimbiri bwino35, pomwe zotsatira zolondola komanso zowerengera zikuwonetsa zochitika zosiyana mu magawo. Kuphatikiza apo, kukana dzimbiri kwa chitsulo kumadaliranso kuchuluka kwa kukonzedwa kwa tirigu, kuchepetsa kukula kwa tirigu, kuwonjezeka kwa ma microdeformations ndi kuchuluka kwa dislocation komwe kumachitika panthawi ya chithandizo cha thermomechanical36,37,38. Zitsanzo zogwiritsidwa ntchito kutentha zimawonetsa mtundu wa tinthu tating'onoting'ono, zomwe zimasonyeza kuti ndi tinthu tating'onoting'ono tofanana ndi tinthu tating'onoting'ono, pomwe mphete zosalala zomwe zimawonedwa mu zitsanzo zozizira (Chithunzi Chowonjezera 3) zikuwonetsa kukonzedwa bwino kwa tinthu tating'onoting'ono tomwe timagwiritsidwa ntchito kale, zomwe ziyenera kuthandizira kupangika kwa filimu ndikuwonjezeka kwa kukana dzimbiri. Kuchuluka kwa dislocation nthawi zambiri kumagwirizanitsidwa ndi kukana kochepa kwa ma pitting, komwe kumagwirizana bwino ndi miyeso yamagetsi.
Kusintha kwa mankhwala m'magawo ang'onoang'ono a zinthu zoyambira kwaphunziridwa mwadongosolo pogwiritsa ntchito X-PEEM. Ngakhale kuti pali zinthu zambiri zophatikiza, Cr, Fe, Ni, ndi Ce39 zinasankhidwa pano chifukwa Cr ndiye chinthu chofunikira kwambiri popanga filimu yotsatsira, Fe ndiye chinthu chachikulu mu chitsulo, ndipo Ni imawonjezera kusatsatsira ndikulinganiza kapangidwe ka gawo la ferrite-austenitic ndi cholinga chosintha Ce. Mwa kusintha mphamvu ya kuwala kwa synchrotron, RAS idakutidwa kuchokera pamwamba ndi zinthu zazikulu za Cr (m'mphepete \ L2.3), Fe (m'mphepete \ L2.3), Ni (m'mphepete \ L2.3) ndi Ce (m'mphepete \ M4.5). kupanga kotentha ndi kuzizira kozungulira Ce-2507 SDSS. Kusanthula koyenera kwa deta kunachitika pophatikiza kuwerengera mphamvu ndi deta yofalitsidwa (monga XAS 40, 41 pa Fe L2, m'mphepete 3).
Pa chithunzi 2 chikuwonetsa zithunzi za X-PEEM za hot-worked (Chithunzi 2a) ndi cold-rolled (Chithunzi 2d) Ce-2507 SDSS ndi XAS edges zofanana za Cr ndi Fe L2,3 pamalo olembedwa payekhapayekha. Mphepete mwa L2,3 ya XAS imafufuza momwe 3d states zilili zosagwiritsidwa ntchito pambuyo pa electron photoexcitation pamlingo wogawanika wa spin-orbit 2p3/2 (m'mphepete mwa L3) ndi 2p1/2 (m'mphepete mwa L2). Zambiri zokhudza valence state ya Cr zidapezeka kuchokera ku XAS pa m'mphepete mwa L2,3 mu Chithunzi 2b, e. Kuyerekeza ndi oweruza. 42,43 adawonetsa kuti nsonga zinayi zidawonedwa pafupi ndi m'mphepete mwa L3, zotchedwa A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV) ndi D (582.2 eV), zomwe zikuwonetsa octahedral Cr3+, zofanana ndi Cr2O3 ion. Ma spectra oyesera akugwirizana ndi mawerengedwe a chiphunzitso omwe akuwonetsedwa m'mapanelo b ndi e, omwe apezeka kuchokera ku mawerengedwe angapo a munda wa kristalo pa mawonekedwe a Cr L2.3 pogwiritsa ntchito munda wa kristalo wa 2.0 eV44. Mawonekedwe onse awiri a SDSS yogwiritsidwa ntchito ndi yozizira amakutidwa ndi wosanjikiza wofanana wa Cr2O3.
Chithunzi cha kutentha cha X-PEEM cha SDSS yosinthika ndi kutentha kofanana ndi b Cr L2.3 m'mphepete ndi c Fe L2.3 m'mphepete, d Chithunzi cha kutentha cha X-PEEM cha SDSS yozungulira yozizira yofanana ndi e Cr L2.3 m'mphepete ndi f Fe L2 .3 m'mphepete (f). Ma spectra a XAS amajambulidwa pamalo osiyanasiyana olembedwa pazithunzi za kutentha (a, d), mizere ya lalanje yokhala ndi madontho mu (b) ndi (e) ikuyimira ma XAS spectra oyeserera a Cr3+ okhala ndi 2.0 eV. Pazithunzi za X-PEEM, gwiritsani ntchito palette ya kutentha kuti muwongolere kuwerengedwa kwa chithunzi, komwe mitundu kuyambira buluu mpaka yofiira imagwirizana ndi mphamvu ya kuyamwa kwa X-ray (kuchokera pansi mpaka pamwamba).
Mosasamala kanthu za malo a mankhwala a zinthu zachitsulozi, momwe zinthu za Ni ndi Ce zimagwiritsidwira ntchito pa zitsanzo zonse ziwiri sizinasinthe. Chithunzi chowonjezera. Zithunzi 5-9 zikuwonetsa zithunzi za X-PEEM ndi ma XAS spectra ofanana a Ni ndi Ce pamalo osiyanasiyana pamwamba pa zitsanzo zotentha komanso zozizira. Ni XAS ikuwonetsa momwe Ni2+ imakhalira pamwamba pa zitsanzo zonse zoyesedwa zotentha komanso zozizira (Kukambirana Kowonjezera). Tiyenera kudziwa kuti, pankhani ya zitsanzo zotentha, chizindikiro cha XAS cha Ce sichinawonekere, pomwe pankhani ya zitsanzo zozizira, kuchuluka kwa Ce3+ kunawonedwa. Kuwona madontho a Ce m'zitsanzo zozizira kunawonetsa kuti Ce imawonekera makamaka ngati precipitates.
Mu SDSS yosinthika ndi kutentha, palibe kusintha kwa kapangidwe kake komwe kunachitika mu XAS pamphepete mwa Fe L2,3 (Chithunzi 2c). Komabe, Fe matrix yaying'ono m'chigawo imasintha momwe imagwirira ntchito pa malo asanu ndi awiri osankhidwa mwachisawawa a SDSS yozizira, monga momwe zasonyezedwera mu Chithunzi 2f. Kuphatikiza apo, kuti tipeze lingaliro lolondola la kusintha kwa mkhalidwe wa Fe pamalo osankhidwa mu Chithunzi 2f, maphunziro am'deralo adachitika (Chithunzi 3 ndi Chithunzi Chowonjezera 10) momwe madera ang'onoang'ono ozungulira adasankhidwa. Ma XAS spectra a Fe L2,3 m'mphepete mwa machitidwe a α-Fe2O3 ndi ma Fe2+ octahedral oxides adayesedwa ndi mawerengedwe angapo a crystal field pogwiritsa ntchito minda ya crystal ya 1.0 (Fe2+) ndi 1.0 (Fe3+)44. Tazindikira kuti α-Fe2O3 ndi γ-Fe2O3 zili ndi ma symmetries osiyanasiyana a m'deralo45,46, Fe3O4 ili ndi kuphatikiza kwa Fe2+ ndi Fe3+,47, ndi FeO45 ngati Fe2+ oxide yodziwika bwino (3d6). Tazindikira kuti α-Fe2O3 ndi γ-Fe2O3 zili ndi ma symmetries osiyanasiyana a m'deralo45,46, Fe3O4 ili ndi kuphatikiza kwa Fe2+ ndi Fe3+,47, ndi FeO45 monga Fe2+ oxide yosiyana (3d6).Dziwani kuti α-Fe2O3 ndi γ-Fe2O3 zili ndi ma symmetries osiyanasiyana45,46, Fe3O4 imaphatikiza Fe2+ ndi Fe3+,47 ndi FeO45 mu mawonekedwe a divalent oxide yodziwika bwino Fe2+ (3d6).Dziwani kuti α-Fe2O3 ndi γ-Fe2O3 zili ndi ma symmetries osiyanasiyana a m'deralo45,46, Fe3O4 ili ndi kuphatikiza kwa Fe2+ ndi Fe3+,47 ndipo FeO45 imagwira ntchito ngati divalent yovomerezeka ya Fe2+ oxide (3d6). Ma ions onse a Fe3+ mu α-Fe2O3 ali ndi malo a Oh okha, pomwe γ-Fe2O3 nthawi zambiri imayimiridwa ndi Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 spinel yokhala ndi malo opanda kanthu m'malo mwachitsanzo. Chifukwa chake, ma ions a Fe3+ mu γ-Fe2O3 ali ndi malo a Td ndi Oh. Monga tafotokozera mu pepala lapitalo,45 ngakhale kuti chiŵerengero cha mphamvu cha awiriwa ndi chosiyana, chiŵerengero chawo cha mphamvu mwachitsanzo/t2g ndi ≈1, pomwe pankhaniyi chiŵerengero cha mphamvu chomwe chawonedwa mwachitsanzo/t2g ndi pafupifupi 1. Izi zikusonyeza kuti pakadali pano pali Fe3+ yokha. Poganizira za Fe3O4 ndi Fe2+ ndi Fe3+, chinthu choyamba, chomwe chimadziwika kuti chili ndi m'mphepete wofooka (wamphamvu) wa L3 wa Fe, chikuwonetsa kuchuluka kochepa (kokulirapo) kwa t2g yopanda anthu. Izi zikugwira ntchito ku Fe2+ (Fe3+), zomwe zikuwonetsa kuti chinthu choyamba cha kuwonjezeka chikuwonetsa kuwonjezeka kwa zomwe zili mu Fe2+47. Zotsatirazi zikuwonetsa kuti kukhalapo kwa Fe2+ ndi γ-Fe2O3, α-Fe2O3 ndi/kapena Fe3O4 kumalamulira pamwamba pa zosakaniza zozizira.
Zithunzi zokulitsa za photoelectron thermal imaging za XAS spectra (a, c) ndi (b, d) zikuwoloka m'mphepete mwa Fe L2,3 m'malo osiyanasiyana mkati mwa madera osankhidwa 2 ndi E mu Zithunzi 2d.
Deta yoyesera yomwe yapezeka (Chithunzi 4a ndi Chithunzi Chowonjezera 11) imajambulidwa ndikuyerekezeredwa ndi deta ya mankhwala oyera 40, 41, 48. Mitundu itatu yosiyanasiyana ya ma spectra a Fe L-edge XAS omwe adawonedwa mwachisawawa (XAS-1, XAS-2 ndi XAS-3: Chithunzi 4a). Makamaka, spectrum 2-a (yomwe imatchedwa XAS-1) mu Chithunzi 3b yotsatiridwa ndi spectrum 2-b (yomwe imatchedwa XAS-2) idawonedwa pamalo onse ozindikira, pomwe ma spectra ngati E-3 adawonedwa mu chithunzi 3d (yomwe imatchedwa XAS-3) adawonedwa pamalo enaake. Monga lamulo, magawo anayi adagwiritsidwa ntchito kuzindikira momwe valence ilili mu chitsanzo chomwe chikuphunziridwa: (1) makhalidwe a spectral L3 ndi L2, (2) malo amphamvu a makhalidwe a L3 ndi L2, (3) kusiyana kwa mphamvu L3-L2., (4) chiŵerengero cha mphamvu ya L2/L3. Malinga ndi zomwe zawonedwa (Chithunzi 4a), zigawo zonse zitatu za Fe, zomwe ndi, Fe0, Fe2+, ndi Fe3+, zilipo pamwamba pa SDSS yomwe ikuphunziridwa. Chiŵerengero cha mphamvu yowerengedwa L2/L3 chinasonyezanso kukhalapo kwa zigawo zonse zitatu.
Ma spectra a XAS oyeserera a Fe okhala ndi deta yoyesera itatu yosiyana (mizere yolimba XAS-1, XAS-2 ndi XAS-3 ikugwirizana ndi 2-a, 2-b ndi E-3 mu Chithunzi 2 ndi 3) Kuyerekeza , Octahedrons Fe2+, Fe3+ yokhala ndi miyeso ya kristalo ya 1.0 eV ndi 1.5 eV, motsatana, deta yoyesera yoyesedwa ndi bd (XAS-1, XAS-2, XAS-3) ndi deta yofananira ya LCF (mzere wakuda wolimba), komanso mu mawonekedwe a ma spectra a XAS-3 okhala ndi miyezo ya Fe3O4 (mkhalidwe wosakanikirana wa Fe) ndi Fe2O3 (Fe3+ yoyera).
Kugwirizana kophatikizana kwa mzere (LCF) kwa miyezo itatu 40, 41, 48 kunagwiritsidwa ntchito poyesa kapangidwe ka iron oxide. LCF idagwiritsidwa ntchito pa ma spectra atatu osankhidwa a Fe L-edge XAS omwe akuwonetsa kusiyana kwakukulu, komwe ndi XAS-1, XAS-2 ndi XAS-3, monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi 4b–d. Pa zolumikizira za LCF, 10% Fe0 idaganiziridwa nthawi zonse chifukwa chakuti tidawona gawo laling'ono mu deta yonse, komanso chifukwa chakuti chitsulo chachitsulo ndiye gawo lalikulu la chitsulo. Zoonadi, kuzama kwa X-PEEM kwa Fe (~6 nm)49 ndi kwakukulu kuposa makulidwe a oxidation layer (pang'ono > 4 nm), zomwe zimathandiza kuzindikira chizindikiro kuchokera ku iron matrix (Fe0) pansi pa passivation layer. Zoonadi, kuzama kwa X-PEEM kwa Fe (~6 nm)49 ndi kwakukulu kuposa makulidwe a oxidation layer (pang'ono > 4 nm), zomwe zimathandiza kuzindikira chizindikiro kuchokera ku iron matrix (Fe0) pansi pa passivation layer. Действительно, пробная глубина X-PEEM для Fe (~ 6 нм)49 больше, чем предполагаемая толщина слоя окисления (немного > 4 mphindi), ndi сигнал от железной матрицы (Fe0) chifukwa cha пассивирующим слоем. Zoonadi, kuya kwa probe X-PEEM kwa Fe (~6 nm)49 ndi kwakukulu kuposa makulidwe oganiziridwa a okosijeni wosanjikiza (pang'ono >4 nm), zomwe zimapangitsa kuti zitheke kuzindikira chizindikiro kuchokera ku iron matrix (Fe0) pansi pa wosanjikiza wa passivation.事实上，X-PEEM 对Fe(~6 nm）49的检测深度大于估计的氧化层厚度（略> 4 nm），允许检测來自钝化层下方的铁基体（Fe0）的信号。事实上 , X-PEEM 对 Fe (~ 6 nm) 49 的 检测 深度 大于 氧化层 厚度 略 略> 4 nm） 允杀下方 铁基体 (fe0） 的。 信号 信号 信号Фактически, глубина обнаружения Fe (~ 6 нм) 49 с помощью X-PEEM больше, чем предполагаемая толщина оксидного слоя (немного > 4 обнаруживать сигнал от железной матрицы (Fe0) ниже пассивирующего слоя. Ndipotu, kuzama kwa kuzindikira kwa Fe (~6 nm) 49 ndi X-PEEM ndi kwakukulu kuposa makulidwe omwe amayembekezeredwa a oxide layer (pang'ono > 4 nm), zomwe zimathandiza kuzindikira chizindikiro kuchokera ku iron matrix (Fe0) pansi pa passivation layer. .Kuphatikiza kosiyanasiyana kwa Fe2+ ndi Fe3+ kunachitika kuti apeze yankho labwino kwambiri la deta yoyesera yomwe yawonedwa. Pa chithunzi 4b chikuwonetsa XAS-1 spectrum yophatikiza Fe2+ ndi Fe3+, komwe kuchuluka kwa Fe2+ ndi Fe3+ kunali kofanana ndi pafupifupi 45%, kusonyeza momwe Fe2+ imagwirizanirana. Pomwe pa XAS-2 spectrum, kuchuluka kwa Fe2+ ndi Fe3+ kumakhala ~30% ndi 60%, motsatana. Fe2+ ​​ndi yocheperapo kuposa Fe3+. Chiŵerengero cha Fe2+ ndi Fe3, chofanana ndi 1:2, chimatanthauza kuti Fe3O4 ikhoza kupangidwa pa chiŵerengero chomwecho pakati pa ma Fe ions. Kuphatikiza apo, pa XAS-3 spectrum, kuchuluka kwa Fe2+ ndi Fe3+ kumakhala ~10% ndi 80%, zomwe zikusonyeza kusintha kwakukulu kwa Fe2+ kukhala Fe3+. Monga tafotokozera pamwambapa, Fe3+ ikhoza kuchokera ku α-Fe2O3, γ-Fe2O3 kapena Fe3O4. Kuti timvetse komwe kumachokera Fe3+, XAS-3 spectrum idajambulidwa ndi miyezo yosiyanasiyana ya Fe3+ mu Chithunzi 4e, kusonyeza kufanana ndi miyezo yonseyi poganizira za B peak. Komabe, mphamvu ya mapewa (A: kuchokera ku Fe2+) ndi B/A intensity ratio zikusonyeza kuti spectrum ya XAS-3 ili pafupi, koma sizikugwirizana ndi spectrum ya γ-Fe2O3. Poyerekeza ndi bulk γ-Fe2O3, Fe 2p XAS peak ya A SDSS ili ndi mphamvu yayikulu pang'ono (Chithunzi 4e), zomwe zikusonyeza mphamvu yayikulu ya Fe2+. Ngakhale kuti spectrum ya XAS-3 ndi yofanana ndi ya γ-Fe2O3, komwe Fe3+ ilipo m'malo a Oh ndi Td, kuzindikira mitundu yosiyanasiyana ya valence ndi mgwirizano womwe uli m'mphepete mwa L2,3 kapena L2/L3 intensity ratio ikadali vuto. Nkhani yokambirana yomwe ikupitilira chifukwa cha zovuta za zinthu zosiyanasiyana zomwe zimakhudza spectrum yomaliza41.
Kuwonjezera pa kusiyana kwa ma spectral mu mkhalidwe wa mankhwala m'madera osankhidwa omwe afotokozedwa pamwambapa, kusiyana kwa mankhwala padziko lonse lapansi kwa zinthu zofunika kwambiri Cr ndi Fe kunayesedwanso mwa kugawa ma spectra onse a XAS omwe apezeka pamwamba pa chitsanzo pogwiritsa ntchito njira ya K-means clustering. . Ma profiles a m'mphepete Cr L akhazikitsidwa kuti apange magulu awiri abwino kwambiri omwe amagawidwa m'malo osiyanasiyana mu zitsanzo zotentha komanso zozizira zomwe zawonetsedwa mu Zithunzi 5. N'zoonekeratu kuti palibe kusintha kwa kapangidwe kake komwe kumawonedwa ngati kofanana, popeza ma centroid awiri a ma XAS Cr spectra ndi ofanana. Mawonekedwe a ma spectral awa a magulu awiriwa ali ofanana ndi omwe akugwirizana ndi Cr2O342, zomwe zikutanthauza kuti zigawo za Cr2O3 zili ndi malo ofanana pa SDSS.
Cr L K-means edge region clusters, ndipo b ndiye ma XAS centroids ofanana. Zotsatira za kuyerekeza kwa K-means X-PEEM kwa SDSS yozungulira yozizira: c Cr L2.3 edge region ya ma K-means clusters ndi d yofanana ndi ma XAS centroids.
Kuti tifotokozere mamapu ovuta kwambiri a m'mphepete mwa FeL, magulu anayi ndi asanu okonzedwa bwino ndi ma centroids ogwirizana nawo (ma profiles a spectral) adagwiritsidwa ntchito pa zitsanzo zotentha komanso zozizira, motsatana. Chifukwa chake, peresenti (%) ya Fe2+ ndi Fe3+ ingapezeke poyika LCF yomwe yawonetsedwa pa Chithunzi 4. Pseudo yomwe ingathe kupangidwa ndi pseudoelectrode monga ntchito ya Fe0 idagwiritsidwa ntchito kuwulula kusafanana kwa microchemical kwa filimu ya oxide pamwamba. Epseudo imayesedwa pafupifupi ndi lamulo losakaniza,
kumene \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) ikufanana \(\rm{Fe} + 2e^ – \ ku \rm {Fe}^{2 + (3 + )}\), 0.440 ndi 0.036 V, motsatana. Madera omwe ali ndi mphamvu yotsika ali ndi kuchuluka kwa Fe3+ compound. Kugawa komwe kungachitike mu zitsanzo zosinthidwa ndi kutentha kuli ndi mawonekedwe ozungulira okhala ndi kusintha kwakukulu kwa pafupifupi 0.119 V (Chithunzi 6a, b). Kugawa kumeneku kungagwirizane kwambiri ndi mawonekedwe a pamwamba (Chithunzi 6a). Palibe kusintha kwina komwe kumadalira malo mkati mwa laminar komwe kunawonedwa (Chithunzi 6b). M'malo mwake, polumikizana kwa ma oxide osiyana ndi zinthu zosiyanasiyana za Fe2+ ndi Fe3+ mu SDSS yozungulira yozizira, munthu amatha kuwona mtundu wosafanana wa mphamvu yonyenga (Chithunzi 6c, d). Ma oxide a Fe3+ ndi/kapena ma hydroxide (oxy) ndi omwe amachititsa dzimbiri mu chitsulo ndipo amatha kulowa mu mpweya ndi madzi50. Pankhaniyi, zilumba zokhala ndi Fe3+ zambiri zimaonedwa kuti zimagawidwa m'deralo ndipo zitha kuonedwa ngati madera omwe ali ndi dzimbiri. Nthawi yomweyo, kusinthasintha kwa malo omwe ali ndi dzimbiri, m'malo mwa mtengo wokwanira wa mphamvu, kungagwiritsidwe ntchito ngati chizindikiro cha malo omwe ali ndi dzimbiri. Kugawanika kosagwirizana kwa Fe2+ ndi Fe3+ pamwamba pa SDSS yozizira kumatha kusintha kapangidwe kake ka m'deralo ndikupereka malo ogwirira ntchito bwino pakuwonongeka kwa filimu ya oxide ndi machitidwe a dzimbiri, motero kulola dzimbiri kosalekeza kwa matrix yachitsulo yomwe ili pansi pake, zomwe zimapangitsa kuti dzimbiri lamkati liziwonongeke. Kusiyanasiyana kwa katundu ndi kuchepa kwa katundu woteteza wa wosanjikiza wosanjikiza.
Magulu a K-means ndi ma centroid ofanana a XAS m'dera la Fe L2.3 m'mphepete mwa X-PEEM ac ndi df ya SDSS yozungulira yozizira. a, d Magulu a K-means omwe ali pamwamba pa zithunzi za X-PEEM. Mphamvu ya pseudoelectrode yowerengedwa (Epseudo) yatchulidwa pamodzi ndi K-means cluster plot. Kuwala kwa chithunzi cha X-PEEM, monga mtundu womwe uli pa Chithunzi 2 kumagwirizana ndi mphamvu ya kuyamwa kwa X-ray.
Cr yofanana koma mkhalidwe wosiyana wa mankhwala a Fe umabweretsa kuwonongeka kwa filimu ya oxide ndi mawonekedwe a dzimbiri mu Ce-2507 yotenthedwa ndi yozizira. Kapangidwe ka Ce-2507 yotenthedwa ndi yozizira kaphunziridwa bwino. Ponena za kupangika kwa ma oxide ndi ma hydroxide a Fe mumlengalenga wozungulira mu ntchito iyi yosalowerera ndale, zotsatira zake ndi izi:
Zomwe zili pamwambapa zimachitika m'zochitika zotsatirazi kutengera kusanthula kwa X-PEEM. Phewa laling'ono lofanana ndi Fe0 limagwirizanitsidwa ndi chitsulo chachitsulo chomwe chili pansi pake. Kuyanjana kwa Fe yachitsulo ndi chilengedwe kumapangitsa kuti pakhale mawonekedwe a Fe(OH)2 (equation (5)), zomwe zimawonjezera chizindikiro cha Fe2+ mu Fe L-edge XAS. Kuwonekera kwa mpweya kwa nthawi yayitali kungayambitse kupangika kwa Fe3O4 ndi/kapena Fe2O3 oxides pambuyo pa Fe(OH)252,53. Mitundu iwiri yokhazikika ya Fe, Fe3O4 ndi Fe2O3, imathanso kupangika mu Cr3+ rich protective layer, yomwe Fe3O4 imakonda kapangidwe kofanana komanso komata. Kupezeka kwa zonsezi kumabweretsa mikhalidwe yosakanikirana ya okosijeni (XAS-1 spectrum). XAS-2 spectrum makamaka ikugwirizana ndi Fe3O4. Ngakhale kuwona kwa XAS-3 spectra m'malo angapo kukuwonetsa kusintha kwathunthu kukhala γ-Fe2O3. Popeza kuya kwa kulowa kwa ma X-rays otseguka kuli pafupifupi 50 nm, chizindikiro chochokera ku gawo lotsika chimapangitsa kuti A peak ikhale yolimba kwambiri.
Chiwonetsero cha XPA chikuwonetsa kuti gawo la Fe mu filimu ya oxide lili ndi kapangidwe kokhala ndi zigawo pamodzi ndi Cr oxide layer. Mosiyana ndi zizindikiro za passivation chifukwa cha kusafanana kwa Cr2O3 panthawi ya dzimbiri, ngakhale kuti Cr2O3 ndi yofanana mu ntchitoyi, kukana dzimbiri kochepa kumawonedwa pankhaniyi, makamaka pa zitsanzo zozizira. Khalidwe lomwe lawonedwa lingathe kumvedwa ngati kusiyana kwa mkhalidwe wa okosijeni wa mankhwala mu layer lapamwamba (Fe), zomwe zimakhudza magwiridwe antchito a dzimbiri. Chifukwa cha stoichiometry yomweyo ya layer lapamwamba (iron oxide) ndi layer lapansi (chromium oxide)52,53 kuyanjana bwino (kumamatira) pakati pawo kumabweretsa kusunthika pang'onopang'ono kwa ayoni achitsulo kapena okosijeni mu lattice, zomwe, zimapangitsa kuti kukana dzimbiri kuchuluke. Chifukwa chake, chiŵerengero chopitilira cha stoichiometric, mwachitsanzo mkhalidwe umodzi wa okosijeni wa Fe, ndikwabwino kuposa kusintha kwadzidzidzi kwa stoichiometric. SDSS yosinthika ndi kutentha ili ndi malo ofanana kwambiri, layer yoteteza kwambiri, komanso kukana bwino dzimbiri. Pomwe pa SDSS yozungulira yozizira, kupezeka kwa zilumba zolemera za Fe3+ pansi pa gawo loteteza kumaphwanya umphumphu wa pamwamba ndipo kumayambitsa dzimbiri la galvanic ndi substrate yapafupi, zomwe zimapangitsa kuti Rp igwe kwambiri (Table 1). EIS spectrum ndi kukana kwake dzimbiri zimachepa. Zitha kuwoneka kuti kufalikira kwa zilumba zolemera za Fe3+ m'deralo chifukwa cha kusintha kwa pulasitiki kumakhudza kwambiri kukana kwa dzimbiri, komwe ndi kupita patsogolo pantchitoyi. Chifukwa chake, kafukufukuyu akuwonetsa zithunzi zazing'onoting'ono za kuchepa kwa kukana kwa dzimbiri kwa zitsanzo za SDSS zomwe zaphunziridwa ndi njira yosinthira pulasitiki.
Kuphatikiza apo, ngakhale kuti kuphatikiza ndi zinthu zapadziko lapansi zosadziwika bwino mu zitsulo za magawo awiri kukuwonetsa magwiridwe antchito abwino, kuyanjana kwa chinthu chowonjezera ichi ndi matrix yachitsulo payokha pankhani ya kachitidwe ka dzimbiri malinga ndi deta ya spectroscopic microscopy sikuli kovuta. Kuwonekera kwa zizindikiro za Ce (kudzera mu XAS M-edges) kumawonekera m'malo ochepa okha panthawi yozizira, koma kumasowa panthawi yotentha ya SDSS, kusonyeza mvula ya Ce m'deralo mu matrix yachitsulo, m'malo mophatikizana mofanana. Ngakhale sikukukweza kwambiri mawonekedwe a makina a SDSS6,7, kukhalapo kwa zinthu zapadziko lapansi zosadziwika bwino kumachepetsa kukula kwa zinthu zomwe zaphatikizidwa ndipo akuganiza kuti kumaletsa kuphulika m'dera loyambirira54.
Pomaliza, ntchito iyi ikuwulula momwe kusiyana kwa pamwamba pa chitsulo kumakhudzira dzimbiri la 2507 SDSS lomwe lasinthidwa ndi cerium poyesa kuchuluka kwa mankhwala omwe ali mu nanoscale components. Tikuyankha funso loti chifukwa chiyani chitsulo chosapanga dzimbiri chimawononga ngakhale pansi pa protective oxide layer poyesa microstructure yake, surface chemistry, ndi signal processing pogwiritsa ntchito K-means clustering. Zatsimikiziridwa kuti zilumba zokhala ndi Fe3+, kuphatikizapo octahedral ndi tetrahedral coordination yawo yonse ya mixed Fe2+/Fe3+, ndizomwe zimayambitsa kuwonongeka ndi dzimbiri la cold-rolled oxide film SDSS. Nanoislands zomwe zimalamulidwa ndi Fe3+ zimapangitsa kuti dzimbiri lisawonongeke ngakhale pali stoichiometric Cr2O3 passivating layer yokwanira. Kuphatikiza pa kupita patsogolo kwa njira pozindikira momwe nanoscale chemical heterogeneity imakhudzira dzimbiri, ntchito yomwe ikupitilira ikuyembekezeka kulimbikitsa njira zauinjiniya kuti ziwongolere kukana dzimbiri kwa zitsulo zosapanga dzimbiri panthawi yopanga zitsulo.
Pofuna kukonza ingot ya Ce-2507 SDSS yomwe idagwiritsidwa ntchito mu kafukufukuyu, zinthu zosakaniza kuphatikiza Fe-Ce master alloy yotsekedwa ndi chubu chachitsulo choyera zidasungunuka mu uvuni wa 150 kg wa medium frequency induction kuti apange chitsulo chosungunuka ndikutsanulira mu nkhungu. Zinthu zomwe zimayesedwa (wt%) zalembedwa mu Supplementary Table 2. Zingwe zotentha zimapangidwa koyamba kukhala mabuloko. Kenako zimayikidwa pa 1050°C kwa mphindi 60 kuti chitsulo chikhale cholimba, kenako zimazimitsidwa m'madzi kutentha kwa chipinda. Zitsanzo zomwe zidaphunziridwa zidaphunziridwa mwatsatanetsatane pogwiritsa ntchito TEM ndi DOE kuti ziphunzire magawo, kukula kwa tirigu ndi mawonekedwe ake. Zambiri zokhudzana ndi zitsanzo ndi njira zopangira zitha kupezeka m'magwero ena6,7.
Zitsanzo za cylindrical (φ10 mm×15 mm) zopondereza kutentha zinakonzedwa kotero kuti mzere wa silinda ufanane ndi njira yosinthira ya chipikacho. Kupondereza kutentha kwambiri kunachitika pa kutentha kosiyanasiyana pakati pa 1000-1150°C pogwiritsa ntchito Gleeble-3800 thermal simulator pa mlingo wokhazikika wa 0.01-10 s-1. Zisanasinthe, zitsanzozo zinkatenthedwa pa mlingo wa 10 °C s-1 kwa mphindi ziwiri pa kutentha kosankhidwa kuti zichotse kutentha. Pambuyo pokwaniritsa kufanana kwa kutentha, chitsanzocho chinasinthidwa kufika pa mtengo weniweni wa 0.7. Pambuyo posintha, zitsanzozo zinazimitsidwa nthawi yomweyo ndi madzi kuti zisunge kapangidwe kosinthika. Chitsanzo cholimba kenako chimadulidwa molingana ndi njira yopondereza. Pa kafukufukuyu, tinasankha chitsanzo chokhala ndi kutentha kotentha kwa 1050°C, 10 s-1 chifukwa kuuma pang'ono komwe kunawonedwa kunali kwakukulu kuposa zitsanzo zina7.
Zitsanzo zazikulu (80 × 10 × 17 mm3) za yankho lolimba la Ce-2507 zinagwiritsidwa ntchito mu mphero ya LG-300 ya magawo atatu yopanda ma roll awiri yokhala ndi mawonekedwe abwino kwambiri a makina pakati pa milingo ina yonse yosinthika6. Kuchuluka kwa kupsinjika ndi kuchepa kwa makulidwe pa njira iliyonse ndi 0.2 m·s-1 ndi 5%, motsatana.
Malo ogwirira ntchito a Autolab PGSTAT128N electrochemical adagwiritsidwa ntchito poyesa ma electrochemical a SDSS pambuyo poyimitsa ozizira mpaka 90% mu makulidwe (1.0 equivalent true strain) komanso pambuyo poyimitsa kutentha pa 1050°C kwa 10 s-1 mpaka true strain ya 0.7. Malo ogwirira ntchito ali ndi selo la ma electrode atatu okhala ndi electrode ya calomel yodzaza ngati electrode yofotokozera, graphite counter electrode, ndi SDSS sample ngati electrode yogwirira ntchito. Zitsanzozo zidadulidwa m'ma silinda okhala ndi mainchesi a 11.3 mm, m'mbali mwake momwe mawaya amkuwa adasokedwa. Kenako zitsanzozo zidakhazikika ndi epoxy, ndikusiya malo otseguka ogwirira ntchito a 1 cm2 ngati electrode yogwirira ntchito (pansi pa chitsanzo cha cylindrical). Samalani mukamaliza kuyeretsa epoxy ndi kupukuta pambuyo pake kuti mupewe kusweka. Malo ogwirira ntchito adaphwanyidwa ndikupukutidwa ndi diamondi polishing suspension yokhala ndi tinthu tating'onoting'ono ta 1 μm, kutsukidwa ndi madzi osungunuka ndi ethanol, ndikuumitsidwa mumlengalenga wozizira. Asanayese ma electrochemical, zitsanzo zopukutidwazo zidawululidwa mumlengalenga kwa masiku angapo kuti apange filimu yachilengedwe ya oxide. Yankho lamadzi la FeCl3 (6.0 wt%), lokhazikika kufika pa pH = 1.0 ± 0.01 ndi HCl malinga ndi malangizo a ASTM, limagwiritsidwa ntchito kufulumizitsa dzimbiri la chitsulo chosapanga dzimbiri55 chifukwa limawononga pamaso pa ma chloride ions okhala ndi mphamvu yamphamvu yotulutsa okosijeni komanso pH yotsika. Miyezo ya Environmental G48 ndi A923 imayikidwa mu yankho loyesera kwa ola limodzi kuti lifike pafupi ndi kukhazikika musanapange miyeso iliyonse. Pa zitsanzo zolimba, zotentha, komanso zozungulira zozizira, miyeso ya impedance idachitika pa open circuit potentials (OPC) ya 0.39, 0.33, ndi 0.25 V, motsatana, pamlingo wa ma frequency kuyambira 1 105 mpaka 0.1 Hz yokhala ndi amplitude ya 5 mV. Mayeso onse a mankhwala adabwerezedwa osachepera katatu pansi pa mikhalidwe yomweyi kuti atsimikizire kuti deta ingathe kubwezeretsedwanso.
Pa muyeso wa HE-SXRD, mabuloko achitsulo a rectangular duplex okwana 1 × 1 × 1.5 mm3 adayesedwa kuti ayese kuchuluka kwa beam phase composition ya Brockhouse high-energy wiggler ku CLS, Canada56. Kusonkhanitsa deta kunachitika mu Debye-Scherrer geometry kapena transmission geometry kutentha kwa chipinda. Kutalika kwa mafunde a X-ray komwe kumayesedwa ndi LaB6 calibrator ndi 0.212561 Å, komwe kumafanana ndi 58 keV, komwe kuli kokwera kwambiri kuposa kwa Cu Kα (8 keV) komwe kumagwiritsidwa ntchito kwambiri ngati gwero la X-ray la labotale. Chitsanzocho chinali pamtunda wa 740 mm kuchokera ku detector. Voliyumu yozindikira ya chitsanzo chilichonse ndi 0.2 × 0.3 × 1.5 mm3, komwe kumatsimikiziridwa ndi kukula kwa beam ndi makulidwe a chitsanzo. Deta yonse inasonkhanitsidwa pogwiritsa ntchito chowunikira dera la Perkin Elmer, chowunikira cha flat panel X-ray, ma pixel a 200 µm, 40×40 cm2 pogwiritsa ntchito nthawi yowonekera ya 0.3 s ndi mafelemu 120.
Kuyeza kwa X-PEEM kwa machitidwe awiri osankhidwa a chitsanzo kunachitika ku siteshoni yomaliza ya Beamline MAXPEEM PEEM mu labotale ya MAX IV (Lund, Sweden). Zitsanzo zinakonzedwa mofanana ndi kuyeza kwa electrochemical. Zitsanzo zokonzedwazo zinasungidwa mumlengalenga kwa masiku angapo ndikuchotsedwa mpweya mu chipinda cha vacuum chapamwamba kwambiri asanazimitsidwe ndi ma photon a synchrotron. Mphamvu ya mzere wa beam inapezeka poyesa ion yield spectrum m'dera loyambitsa kuyambira N 1 s mpaka 1\(\pi _g^ \ast\) pafupi ndi hv = 401 eV mu N2 ndi kudalira kwa mphamvu ya photon pa E3/2, 57. Ma spectra oyandikira adapereka ΔE (m'lifupi mwa mzere wa spectral) pafupifupi 0.3 eV mu mphamvu yoyesedwa. Chifukwa chake, mphamvu ya beamline inayesedwa kuti ndi E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 ndipo flux ≈1012 ph/s pogwiritsa ntchito monochromator yosinthidwa ya SX-700 yokhala ndi grating ya Si 1200-line mm−1 ya Fe 2p L2,3 edge, Cr 2p L2,3 edge, Ni 2p L2,3 edge, ndi Ce M4,5 edge. Chifukwa chake, mphamvu ya beamline inayesedwa kuti ndi E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 ndipo flux ≈1012 ph/s pogwiritsa ntchito monochromator yosinthidwa ya SX-700 yokhala ndi grating ya Si 1200-line mm−1 ya Fe 2p L2.3 edge, Cr 2p L2.3 edge, Ni 2p L2.3 edge, ndi Ce M4.5 edge. Таким образом, энергетическое разрешение канала пучка было оценено как E/∆E = 700 эВ/0,3 эВ > 2000 ndi поток ≈1012 модифицированного монохроматора SX-700 с решеткой Si 1200 штрихов/мм для Fe кромка 2p L2,3, кромка Cr 2p L2,3, кромка Ni 2p L2, кромка M 2p L2, 3 ndi Ce. Motero, mphamvu ya njira yoyezera kuwala inayesedwa ngati E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 ndipo flux ≈1012 f/s pogwiritsa ntchito monochromator ya SX-700 yosinthidwa yokhala ndi Si grating ya mizere 1200/mm ya Fe edge 2p L2 ,3, Cr edge 2p L2.3, Ni edge 2p L2.3, ndi Ce edge M4.5.因此，光束线能量分辨率估计為E/ΔE = 700 eV/0.3 eV > 2000 和通量≈1012 ph/s，通过使用带有1Si 120mm光栅的改进的SX-700 单色器用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘和Ce M4,5 边缘.因此 , 光束线 能量 分辨率 為 為 為 δe = 700 EV/0.3 EV> 2000 和 ≈1012 PH/S , 使用 带有 带有 12 mm改进 的 SX-700 单色器 于 边缘和 Ce M4.Choncho, mukamagwiritsa ntchito monochromator yosinthidwa ya SX-700 yokhala ndi mzere wa 1200 Si grating. 3, m'mphepete mwa Cr 2p L2.3, m'mphepete mwa Ni 2p L2.3 ndi m'mphepete mwa Ce M4.5.Kujambula mphamvu ya photon mu masitepe a 0.2 eV. Pa mphamvu iliyonse, zithunzi za PEEM zinajambulidwa pogwiritsa ntchito chowunikira cha TVIPS F-216 CMOS cholumikizidwa ndi ulusi chokhala ndi mabini awiri a 2 x 2, chomwe chimapereka resolution ya ma pixel 1024 x 1024 mu field ya 20 µm. Nthawi yowonekera ya zithunzi inali 0.2 s, pafupifupi mafelemu 16. Mphamvu ya chithunzi cha photoelectron imasankhidwa mwanjira yoti ipereke chizindikiro chachiwiri cha electron. Miyeso yonse inachitika nthawi zonse pogwiritsa ntchito kuwala kwa photon komwe kumalumikizidwa ndi mzere wolunjika. Zambiri zokhudza miyeso zitha kupezeka mu kafukufuku wakale. Pambuyo pophunzira njira yodziwira kuchuluka kwa ma electron (TEY) ndi momwe imagwiritsidwira ntchito mu X-PEEM49, kuya kwa kuyesa kwa njira iyi kukuyerekezeredwa kukhala pafupifupi 4-5 nm ya chizindikiro cha Cr ndi pafupifupi 6 nm ya Fe. Kuzama kwa Cr kuli pafupi kwambiri ndi makulidwe a filimu ya oxide (~4 nm)60,61 pomwe kuya kwa Fe kuli kwakukulu kuposa makulidwe. XRD yomwe yasonkhanitsidwa m'mphepete mwa Fe L ndi chisakanizo cha XRD cha ma oxide achitsulo ndi Fe0 kuchokera ku matrix. Poyamba, mphamvu ya ma electron otulutsidwa imachokera ku mitundu yonse ya ma electron omwe amathandizira ku TEY. Komabe, chizindikiro chachitsulo choyera chimafuna mphamvu yayikulu ya kinetic kuti ma electron adutse mu oxide layer kupita pamwamba ndikusonkhanitsidwa ndi analyzer. Pankhaniyi, chizindikiro cha Fe0 makamaka chimachokera ku ma electron a LVV Auger, komanso ma electron achiwiri omwe amachokera. Kuphatikiza apo, mphamvu ya TEY yomwe imachokera ku ma electron awa imawonongeka panthawi yothawa ma electron, zomwe zimachepetsa kwambiri yankho la Fe0 spectral mu mapu achitsulo a XAS.
Kuphatikiza deta mu chigawo cha deta (X-PEEM data) ndi gawo lofunika kwambiri potengera chidziwitso chofunikira (mankhwala kapena zinthu zakuthupi) m'njira yosiyana siyana. K-means clustering imagwiritsidwa ntchito kwambiri m'magawo angapo, kuphatikizapo masomphenya a makina, kukonza zithunzi, kuzindikira mawonekedwe osayang'aniridwa, luntha lochita kupanga, ndi kusanthula magulu. Mwachitsanzo, K-means clustering yachita bwino posonkhanitsa deta ya zithunzi za hyperspectral. Mwachidule, pa deta ya zinthu zambiri, K-means algorithm imatha kuwagawa mosavuta kutengera chidziwitso chokhudza makhalidwe awo (photon energy properties). K-means clustering ndi njira yobwerezabwereza yogawira deta m'magulu a K osaphatikizana (magulu), komwe pixel iliyonse ili m'gulu linalake kutengera kufalikira kwa malo kwa kusafanana kwa mankhwala mu kapangidwe ka microstructural ka chitsulo. K-means algorithm imaphatikizapo magawo awiri: mu gawo loyamba, K centroids amawerengedwa, ndipo mu gawo lachiwiri, mfundo iliyonse imapatsidwa gulu limodzi ndi ma centroid oyandikana nawo. Pakati pa mphamvu yokoka ya gulu la anthu (cluster) pa gulu la anthu (XAS spectrum) pali mtunda wosiyanasiyana wofotokozera ma centroid oyandikana nawo ngati mtunda wa Euclidean. Pa chithunzi cholowera cha px,y (komwe x ndi y ndi resolution mu ma pixel), CK ndiye pakati pa mphamvu yokoka ya gulu la anthu; chithunzichi chikhoza kugawidwa m'magulu a K pogwiritsa ntchito K-means63. Masitepe omaliza a njira yolumikizirana ya K-means ndi awa:
Gawo 2. Werengani umembala wa ma pixel onse malinga ndi centroid yapano. Mwachitsanzo, imawerengedwa kuchokera pa mtunda wa Euclidean d pakati pa pakati ndi pixel iliyonse:
Gawo 3. Ikani pixel iliyonse ku centroid yapafupi. Kenako werenganinso malo a K centroid motere:
Gawo 4. Bwerezani njirayi (ma equation (7) ndi (8)) mpaka ma centroid atakumana. Zotsatira zomaliza za khalidwe la clustering zimagwirizana kwambiri ndi kusankha kwabwino kwa ma centroid oyamba. Pa kapangidwe ka deta ya PEEM ya zithunzi zachitsulo, nthawi zambiri X (x × y × λ) ndi cube ya data ya 3D array, pomwe ma axes a x ndi y amayimira zambiri za malo (pixel resolution) ndipo λ axis ikugwirizana ndi chithunzi cha photon. energy spectral. K-means algorithm imagwiritsidwa ntchito kufufuza madera omwe ali ndi chidwi ndi deta ya X-PEEM pogawa ma pixel (ma clusters kapena ma sub-blocks) malinga ndi mawonekedwe awo a spectral ndikutulutsa ma centroid abwino kwambiri (XAS spectral profiles) pa gulu lililonse la analyte.). Imagwiritsidwa ntchito kuphunzira kugawa kwa malo, kusintha kwa ma spectral am'deralo, khalidwe la okosijeni, ndi momwe mankhwala alili. Mwachitsanzo, K-means clustering algorithm idagwiritsidwa ntchito pamadera a Fe L-edge ndi Cr L-edge m'malo otentha komanso ozizira a X-PEEM. Manambala osiyanasiyana a magulu a K (madera a microstructure) adayesedwa kuti apeze magulu ndi ma centroid abwino kwambiri. Manambalawa akawonetsedwa, ma pixel amasinthidwa kukhala magulu a centroid ofanana. Kugawa kulikonse kwa mtundu kumafanana ndi pakati pa gululo, kusonyeza malo omwe zinthu za mankhwala kapena zakuthupi zili. Ma centroid ochotsedwa ndi ophatikizana a ma spectra oyera.
Deta yothandizira zotsatira za kafukufukuyu ikupezeka ngati wolemba wa WC apempha moyenera.
Sieurin, H. & Sandström, R. Kulimba kwa kusweka kwa chitsulo chosapanga dzimbiri cholumikizidwa ndi waya. Sieurin, H. & Sandström, R. Kulimba kwa kusweka kwa chitsulo chosapanga dzimbiri cholumikizidwa ndi waya. Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной дуплексной нержавеющей стали. Sieurin, H. & Sandström, R. Kulimba kwa kusweka kwa chitsulo chosapanga dzimbiri cholumikizidwa ndi waya. 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. Kulimba kwa kusweka kwa zitsulo zosapanga dzimbiri zolumikizidwa.Britannia. Gawo laching'ono. ubweya. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Kukana dzimbiri kwa zitsulo zosapanga dzimbiri ziwiri m'ma acid osankhidwa a organic ndi malo a organic acid/chloride. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Kukana dzimbiri kwa zitsulo zosapanga dzimbiri ziwiri m'ma acid osankhidwa a organic ndi malo a organic acid/chloride.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. ndi Van Der Merwe, J. Kukana dzimbiri kwa zitsulo zosapanga dzimbiri ziwiri m'malo okhala ndi ma organic acid ndi ma organic acid/chloride. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相不锈钢在选定的有机酸和有机酸/氯化物环境中的耐腐蚀性. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相stainless steel在选定的organic酸和organic酸/chlorinated environment的耐而性性.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. ndi Van Der Merwe, J. Kukana dzimbiri kwa zitsulo zosapanga dzimbiri ziwiri m'malo osankhidwa a ma organic acid ndi ma organic acid/chloride.Zipangizo Njira 57, 107–117 (2010).
Barrera, S. et al. Kachitidwe ka dzimbiri-kotupa ka ma alloys a Fe-Al-Mn-C duplex. Zipangizo 12, 2572 (2019).
Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Mbadwo watsopano wa zitsulo zapamwamba kwambiri zopangira gasi ndi mafuta. Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Mbadwo watsopano wa zitsulo zapamwamba kwambiri zopangira gasi ndi mafuta.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Mbadwo watsopano wa zitsulo zazikulu ziwiri zopangira mafuta ndi gasi.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Mbadwo watsopano wa zitsulo za super duplex zopangira gasi ndi mafuta. Webinar E3S 121, 04007 (2019).
Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Kafukufuku wa khalidwe la kusintha kwa kutentha kwa chitsulo chosapanga dzimbiri cha duplex grade 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Kafukufuku wa khalidwe la kusintha kwa kutentha kwa chitsulo chosapanga dzimbiri cha duplex grade 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей стали марки 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Kafukufuku wa Khalidwe la Kutentha kwa Chitsulo Chosapanga Dzimbiri cha Mtundu wa 2507 Duplex. Chitsulo. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 双相不锈钢2507 级热变形行為的研究. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507 级热变形行為的研究。Kingklang, S. ndi Utaisansuk, V. Kafukufuku wa Khalidwe la Kutentha kwa Chitsulo Chosapanga Dzimbiri cha Mtundu wa 2507 Duplex. Chitsulo.alma mater. trance. 48, 95–108 (2017).
Zhou, T. ndi ena. Zotsatira za kugwedezeka kozizira kolamulidwa pa kapangidwe kake ndi mawonekedwe a makina a cerium-modified super-duplex SAF 2507 stainless steel. alma mater. the science. Britannia. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. ndi ena. Kapangidwe kake ndi makina komwe kumachitika chifukwa cha kusintha kwa kutentha kwa chitsulo chosapanga dzimbiri cha SAF 2507 chosinthidwa ndi cerium. J. Alma mater. thanki yosungiramo zinthu. ukadaulo. 9, 8379–8390 (2020).
Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Zotsatira za zinthu zosadziwika bwino padziko lapansi pa kutentha kwambiri kwa chitsulo cha austenitic. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Zotsatira za zinthu zosadziwika bwino padziko lapansi pa kutentha kwambiri kwa chitsulo cha austenitic.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. ndi Zheng K. Mphamvu ya zinthu zosadziwika bwino zapadziko lapansi pa khalidwe la chitsulo cha austenitic pansi pa kutentha kwambiri. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. 稀土元素对奥氏体钢高温氧化行為的影响. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. ndi Zheng K. Mphamvu ya zinthu zapadziko lapansi zomwe sizipezeka kawirikawiri pa khalidwe la zitsulo za austenitic pa kutentha kwambiri.koros. sayansi. 164, 108359 (2020).
Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Zotsatira za Ce pa kapangidwe kake ndi makhalidwe a zitsulo zosapanga dzimbiri za 27Cr-3.8Mo-2Ni. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Zotsatira za Ce pa kapangidwe kake ndi makhalidwe a zitsulo zosapanga dzimbiri za 27Cr-3.8Mo-2Ni.Li Y., Yang G., Jiang Z., Chen K. ndi Sun S. Mphamvu ya Se pa kapangidwe kake kakang'ono ndi makhalidwe a zitsulo zosapanga dzimbiri zosapanga dzimbiri 27Cr-3,8Mo-2Ni. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Ce 对27Cr-3.8Mo-2Ni 超铁素体不锈钢的显微组织和性能的影响. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Zotsatira za Ce pa kapangidwe kake ndi makhalidwe a chitsulo chosapanga dzimbiri cha 27Cr-3.8Mo-2Ni. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Влияние Ce на микроструктуру и свойства суперферритной нержавеющей стали 27Cr-3,8Mo-2Ni. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Zotsatira za Ce pa kapangidwe kake kakang'ono ndi makhalidwe a chitsulo chosapanga dzimbiri cha superferritic 27Cr-3,8Mo-2Ni.Chikwangwani chachitsulo. Steelmak 47, 67–76 (2020).