Zikomo pochezera Nature.com. Mukugwiritsa ntchito mtundu wa msakatuli womwe uli ndi chithandizo chochepa cha CSS. Kuti mupeze chidziwitso chabwino, tikukulimbikitsani kuti mugwiritse ntchito msakatuli wosinthidwa (kapena kuletsa Compatibility Mode mu Internet Explorer). Kuphatikiza apo, kuti tiwonetsetse kuti chithandizo chikupitilira, tikuwonetsa tsamba lopanda masitayelo ndi JavaScript.
Imawonetsa kabukhu ka masilaidi atatu nthawi imodzi. Gwiritsani ntchito mabatani a Yapitayi ndi Yotsatira kuti mudutse masilaidi atatu nthawi imodzi, kapena gwiritsani ntchito mabatani otsetsereka kumapeto kuti mudutse masilaidi atatu nthawi imodzi.
Chitsulo chosapanga dzimbiri chomwe chimagwiritsidwa ntchito kwambiri komanso mitundu yake yopangidwa ndi zinthuzi sichimakhudzidwa ndi dzimbiri m'malo ozungulira chifukwa cha gawo losapanga dzimbiri lomwe lili ndi chromium oxide. Kuzimiririka ndi kuwonongeka kwa chitsulo nthawi zambiri kumagwirizanitsidwa ndi kuwonongeka kwa zigawozi, koma nthawi zambiri kumayenderana ndi kuwoneka kwa kusafanana kwa pamwamba, kutengera mulingo wa microscopic. Mu ntchito iyi, kusiyana kwa mankhwala a nanoscale pamwamba, komwe kumazindikirika ndi microscopy ya spectroscopic ndi chemometric analysis, mosayembekezereka kumalamulira kusweka ndi dzimbiri kwa cold rolled cerium modified super duplex stainless steel 2507 (SDSS) panthawi ya kusintha kwake kotentha. Ngakhale kuti X-ray photoelectron microscopy inawonetsa kufalikira kofanana kwa gawo lachilengedwe la Cr2O3, magwiridwe antchito a passivation a cold rolled SDSS anali otsika chifukwa cha kufalikira kwa zilumba za Fe3+ zolemera pa gawo la Fe/Cr oxide. Chidziwitso cha atomiki ichi chimapereka kumvetsetsa kwakukulu kwa dzimbiri la chitsulo chosapanga dzimbiri ndipo chikuyembekezeka kuthandiza kuthana ndi dzimbiri la zitsulo zofanana ndi izi.
Kuyambira pomwe chitsulo chosapanga dzimbiri chinapangidwa, mphamvu zotsutsana ndi dzimbiri za ferrochrome zanenedwa kuti zimachokera ku chromium, yomwe imapanga ma oxides/oxyhydroxides amphamvu ndipo imasonyeza khalidwe losasinthasintha m'malo ambiri. Poyerekeza ndi zitsulo zosapanga dzimbiri zachikhalidwe (austenitic ndi ferritic) 1, 2, 3, zitsulo zosapanga dzimbiri za super duplex (SDSS) zimakhala ndi kukana dzimbiri bwino komanso mphamvu zabwino kwambiri zamakanika. 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, motero imakulitsa ntchito yake poletsa kuipitsa, zotengera za mankhwala, ndi mafakitale amafuta ndi gasi a m'mphepete mwa nyanja4. Komabe, kutentha kochepa kwa kutentha ndi kupangika kosakwanira kumalepheretsa kugwiritsa ntchito kwawo kothandiza. Chifukwa chake, SDSS imasinthidwa kuti ikonze magwiridwe antchito omwe ali pamwambapa. Mwachitsanzo, kusintha kwa Ce kunayambitsidwa mu SDSS 2507 (Ce-2507) yokhala ndi nayitrogeni wambiri6,7,8. Chinthu chosowa cha nthaka (Ce) pamlingo woyenera wa 0.08 wt.% chili ndi phindu pa mphamvu za makina a DSS, chifukwa chimathandizira kukonza bwino tirigu ndi mphamvu ya malire a tirigu. Kukana kuwonongeka ndi dzimbiri, mphamvu yokoka ndi mphamvu yotulutsa, komanso kugwira ntchito bwino kwa kutentha nazonso zimawonjezeka9. Nayitrogeni wambiri amatha kulowa m'malo mwa nickel yokwera mtengo, zomwe zimapangitsa SDSS kukhala yotsika mtengo kwambiri10.
Posachedwapa, SDSS yasinthidwa ndi pulasitiki pa kutentha kosiyanasiyana (cryogenic, kuzizira ndi kutentha) kuti ikwaniritse mawonekedwe abwino kwambiri a makina6,7,8. Komabe, kukana kwabwino kwambiri kwa dzimbiri kwa SDSS chifukwa cha kukhalapo kwa filimu yopyapyala ya oxide pamwamba kumakhudzidwa ndi zinthu zambiri monga kusiyana kwachilengedwe chifukwa cha kukhalapo kwa magawo osiyanasiyana okhala ndi malire osiyanasiyana a tirigu, ma precipitates osafunikira komanso mayankho osiyanasiyana.7. Chifukwa chake, kuphunzira za mawonekedwe a microscopic domain a mafilimu otere mpaka pamlingo wa kapangidwe ka zamagetsi kumakhala kofunikira 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 ndi hard X-ray photoemission microscopy (HAX-PEEM)16 nthawi zambiri zalephera kuzindikira kusiyana kwa mankhwala m'magawo apamwamba. Kafukufuku waposachedwapa wagwirizanitsa kukhuthala kwa chromium komwe kumachitika ndi kukhuthala komwe kwawonedwa kwa zitsulo zosapanga dzimbiri za austenitic17, zitsulo za martensitic18 ndi SDSS19,20. Komabe, maphunzirowa ayang'ana kwambiri pa zotsatira za kusiyanasiyana kwa Cr (monga, Cr3+ oxidation state) pa kukana dzimbiri. Kusiyanasiyana kwa mbali m'mikhalidwe ya kukhuthala kwa zinthu kumatha kuchitika chifukwa cha mankhwala osiyanasiyana okhala ndi zinthu zomwezo, monga ma oxide achitsulo. Mankhwalawa, omwe adalandira kukula kochepa chifukwa cha chithandizo cha thermomechanical, ali pafupi kwambiri, koma amasiyana mu kapangidwe kake ndi mkhalidwe wa kukhuthala16,21. Chifukwa chake, kuti tizindikire kusweka kwa mafilimu a oxide ndi kuyika kwa maenje pambuyo pake, ndikofunikira kumvetsetsa kusiyana kwa pamwamba pamlingo wa microscopic. Ngakhale zofunikira izi, kuyerekezera kwa kuchuluka monga kusiyana kwa mbali mu kukhuthala, makamaka kwa Fe pa nano- ndi atomic scale, sikukusowekabe, ndipo kulumikizana kwake ndi kukana dzimbiri sikunafufuzidwebe. Mpaka posachedwapa, momwe zinthu zosiyanasiyana zimakhalira, monga Fe ndi Ca22, pa zitsanzo zachitsulo, zinkadziwika bwino pogwiritsa ntchito microscopy yofewa ya X-ray photoelectron (X-PEEM) m'malo opangira ma radiation a nanoscale synchrotron. Kuphatikiza ndi X-ray absorption spectroscopy (XAS) yomwe imakhudzidwa ndi mankhwala, X-PEEM imalola kuyeza XAS ndi resolution yapamwamba komanso ya spectral, kupereka chidziwitso cha mankhwala okhudza kapangidwe ka zinthu ndi momwe zimakhalira ndi resolution ya malo mpaka pa nanometer scale makumi awiri ndi zitatu. . Kuwona kwa spectromicroscopic kumeneku kwa chiyambi kumathandiza kuwona zinthu za m'deralo ndipo kumatha kuwonetsa kusintha kwa mankhwala m'malo achitsulo chomwe sichinafufuzidwepo kale.
Kafukufukuyu akuwonjezera ubwino wa PEEM pozindikira kusiyana kwa mankhwala pa nanoscale ndipo akupereka njira yowunikira bwino ya atomiki-level survey kuti amvetsetse momwe Ce-2507 imachitira ndi dzimbiri. Imagwiritsa ntchito njira ya chemometric ya K-means24 clustered kuti iwonetse kufanana kwa mankhwala padziko lonse lapansi (hetero) kwa zinthu zomwe zikukhudzidwa, zomwe mayendedwe ake a mankhwala akuwonetsedwa mu chifaniziro cha ziwerengero. Mosiyana ndi dzimbiri lomwe linayambitsidwa ndi kuwonongeka kwa filimu ya chromium oxide pankhani yachikhalidwe, kuchepa kwa kusinthasintha kwa kutentha ndi kukana dzimbiri kochepa pakadali pano kumayambitsidwa ndi zilumba za nanois za Fe3+ zomwe zili pafupi ndi Fe/Cr oxide layer, zomwe zingakhale zoteteza. Oxyde imawononga filimu yokhala ndi madontho ndikuyambitsa dzimbiri.
Khalidwe lowononga la SDSS 2507 lofooka linayesedwa koyamba pogwiritsa ntchito muyeso wa electrochemical. Pa chithunzi 1 chikuwonetsa ma curve a Nyquist ndi Bode a zitsanzo zosankhidwa mu yankho lamadzi la acidic (pH = 1) la FeCl3 kutentha kwa chipinda. Electrolyte yosankhidwayo imagwira ntchito ngati wothandizira wamphamvu wowonjezera, zomwe zimasonyeza momwe filimu yodutsa mpweya imasweka. Ngakhale kuti zinthuzo sizinapitirire kukhazikika kutentha kwa chipinda, kusanthula kunapereka chidziwitso cha zochitika zomwe zingalephereke komanso dzimbiri lotsatira. Dera lofanana (Chithunzi 1d) linagwiritsidwa ntchito kuti ligwirizane ndi electrochemical impedance spectroscopy (EIS) spectrum, ndipo zotsatira zofananazo zikuwonetsedwa mu Table 1. Ma semicircles osakwanira amawonekera mu zitsanzo zokonzedwa ndi zotenthedwa, pomwe ma semicircles opanikizika amawonekera mu ma counterparts ozizira (Chithunzi .1b). Mu EIS spectroscopy, radius ya semicircle imatha kuonedwa ngati polarization resistance (Rp)25,26. Rp ya msewu wonyamuliramo womwe wakonzedwa mu Table 1 ndi pafupifupi 135 kΩ cm–2, komabe, mitengo ya msewu wonyamuliramo womwe wagwiritsidwa ntchito motentha komanso wozizira ndi yotsika kwambiri, 34.7 ndi 2.1 kΩ cm–2, motsatana. Kuchepa kwakukulu kwa Rp kumeneku kukuwonetsa zotsatira zoyipa za kusintha kwa pulasitiki pa kukana kwa madzi ndi dzimbiri, monga momwe zasonyezedwera m'malipoti am'mbuyomu27,28,29,30.
a Nyquist, b, c Bode impedance ndi ma diagram a gawo, ndi ma d ofanana ndi ma circuit models, komwe RS ndi electrolyte resistance, Rp ndi polarization resistance, ndipo QCPE ndi oxide wa constant phase element yomwe imagwiritsidwa ntchito kutsanzira non-ideal capacitance (n). Miyeso ya EIS imapangidwa pa open circuit potential.
Ma constant omwe amachitika nthawi imodzi akuwonetsedwa mu Bode plot, pomwe pali plateau mu high frequency range yomwe ikuyimira electrolyte resistance RS26. Pamene frequency ikuchepa, impedance imawonjezeka ndipo negative phase angle imapezeka, zomwe zikusonyeza kuti capacitance ndi yolamulira. Phase angle imawonjezeka, kusunga maximum pa ma frequency range ambiri, kenako imachepa (Chithunzi 1c). Komabe, m'milandu yonse itatu, maximum iyi ikadali yochepera 90°, zomwe zikusonyeza kuti capacitive imachita bwino chifukwa cha capacitive dispersion. Chifukwa chake, QCPE constant phase element (CPE) imagwiritsidwa ntchito kuyimira interfacial capacitance distributions zomwe zimachokera ku surface roughness kapena inhomogeneity, makamaka pa atomic scale, fractal geometry, electrode porosity, non-uniform potential, ndi geometry yokhala ndi mawonekedwe a electrodes31,32. CPE impedance:
kumene j ndi nambala yongoganizira ndipo ω ndi ma frequency a angular. QCPE ndi nthawi yokhazikika yodziyimira payokha yomwe imagwirizana ndi malo otseguka a electrolyte. n ndi nambala yamphamvu yopanda miyeso yomwe imafotokoza kupotoka kwa capacitor kuchokera ku capacitance yoyenera, mwachitsanzo, n yoyandikira kwambiri ndi 1, CPE imakhala yoyandikira kwambiri kukhala capacitive, pomwe ngati n ili pafupi ndi zero, imawoneka ngati yotsutsa. Kupotoka pang'ono kwa n, pafupi ndi 1, kumasonyeza khalidwe losayenera la capacitive la pamwamba pambuyo pa mayeso a polarization. QCPE ya cold rolled SDSS ndi yayikulu kwambiri kuposa ina, zomwe zikutanthauza kuti mawonekedwe a pamwamba ndi ofanana pang'ono.
Mogwirizana ndi mphamvu zambiri zotsutsana ndi dzimbiri za zitsulo zosapanga dzimbiri, kuchuluka kwa Cr mu SDSS nthawi zambiri kumabweretsa kukana bwino kwa dzimbiri kwa SDSS chifukwa cha kukhalapo kwa filimu yoteteza oxide pamwamba17. Mafilimu oterewa nthawi zambiri amakhala ndi ma oxide a Cr3+ ndi/kapena ma hydroxide, makamaka kuphatikiza ndi Fe2+, Fe3+ oxides ndi/kapena (oxy) hydroxides33. Ngakhale kuti pamwamba pake pali kufanana komweko, wosanjikiza wa oxide wosanjikiza, komanso palibe kusweka kwa pamwamba komwe kumawonedwa malinga ndi muyeso wa microscopic6,7, khalidwe la dzimbiri la SDSS yogwiritsidwa ntchito ndi yozizira ndi losiyana, kotero kuphunzira mozama za mawonekedwe a microstructure ndikofunikira kuti chitsulo chisinthe.
Kapangidwe kakang'ono ka chitsulo chosapanga dzimbiri chosokonekera kanaphunziridwa mozama pogwiritsa ntchito ma X-ray amkati ndi a synchrotron amphamvu kwambiri (Zithunzi Zowonjezera 1, 2). Kusanthula kwatsatanetsatane kwaperekedwa mu Zowonjezera Zowonjezera. Ngakhale pali mgwirizano wofala pa mtundu wa gawo lalikulu, kusiyana kwa magawo a gawo lalikulu kunapezeka, komwe kwalembedwa mu Gome Lowonjezera 1. Kusiyana kumeneku kungakhale chifukwa cha magawo osafanana pamwamba ndi m'lifupi, omwe amakhudzidwa ndi kuya kosiyanasiyana kwa X-ray diffraction (XRD) kuzindikira. ) ndi magwero osiyanasiyana a mphamvu a ma photon a zochitika34. Magawo apamwamba a austenite m'zitsanzo zozizira zomwe zimatsimikiziridwa ndi XRD kuchokera ku gwero la labotale zimasonyeza kuti palibe kusintha kwabwino kenako kukana bwino dzimbiri35, pomwe zotsatira zolondola komanso zowerengera zikusonyeza kusintha kosiyana kwa magawo a gawo. 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 zinawonetsa mtundu wa tinthu tating'onoting'ono, zomwe zimasonyeza kuti ndi tinthu tating'onoting'ono tofanana ndi tinthu tating'onoting'ono, pomwe mphete zosalala zomwe zinawonedwa mu zitsanzo zozizira (Chithunzi Chowonjezera 3) zinali zosonyeza kuti tirigu wapangidwa bwino kwambiri kuti ukhale ndi tinthu tating'onoting'ono tofanana ndi tinthu tating'onoting'ono m'mbuyomu. Izi ziyenera kupangitsa kuti filimuyo isapangidwe bwino komanso kuti isakhale ndi dzimbiri. Kuchuluka kwa dislocation nthawi zambiri kumagwirizanitsidwa ndi kukana kochepa kwa ma pitting, zomwe zimagwirizana bwino ndi miyeso yamagetsi.
Kusintha kwa momwe mankhwala alili m'magawo ang'onoang'ono a zinthu zazikulu kunaphunziridwa mwadongosolo pogwiritsa ntchito X-PEEM. Ngakhale kuti pali zinthu zambiri zophatikiza, Cr, Fe, Ni ndi Ce39 zasankhidwa pano, popeza Cr ndiye chinthu chofunikira kwambiri popanga filimu yopanda ntchito, Fe ndiye chinthu chachikulu cha chitsulo, ndipo Ni imawonjezera kusinthasintha ndikulinganiza gawo la ferrite-austenitic. Kapangidwe ndi kusintha ndiye cholinga cha Ce. Mwa kusintha mphamvu ya synchrotron beam, XAS idagwira makhalidwe akuluakulu a Cr (m'mphepete mwa L2.3), Fe (m'mphepete mwa L2.3), Ni (m'mphepete mwa L2.3), ndi Ce (m'mphepete mwa M4.5) kuchokera pamwamba. -2507 SDSS. Kusanthula koyenera kwa deta kunachitika pophatikiza kuwerengera mphamvu ndi deta yofalitsidwa (monga XAS pa Fe L2, 3 ribs40,41).
Pa chithunzi 2 chikuwonetsa zithunzi za X-PEEM za ma hot-worked (Chithunzi 2a) ndi ma cold-rolled (Chithunzi 2d) Ce-2507 SDSS ndi ma XAS Cr ndi Fe L2,3 m'mbali mwake pamalo olembedwa payekhapayekha. Mphepete mwa L2,3 XAS imafufuza ma electron opanda anthu a 3d pambuyo pa photoexcitation pa 2p3/2 (m'mphepete mwa L3) ndi 2p1/2 (m'mphepete mwa L2) spin-orbit splitting levels. Chidziwitso chokhudza valence state ya Cr chinapezeka kuchokera ku X-ray diffraction analysis ya m'mphepete mwa L2,3 mu Chithunzi 2b,d. Kuyerekeza kwa Link. 42, 43 kunawonetsa kuti ma peak anayi A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV), ndi D (582.2 eV) adawonedwa pafupi ndi m'mphepete mwa L3, kuwonetsa ma octahedral Cr3+ ions, Cr2O3 yofanana. Ma spectra oyeserawa akugwirizana ndi mawerengedwe a chiphunzitso, monga momwe zasonyezedwera m'mapanelo b ndi e, omwe apezeka kuchokera ku mawerengedwe angapo a kristalo pa Cr L2.3 interface pogwiritsa ntchito kristalo field ya 2.0 eV44. Mawonekedwe onse awiri a SDSS yogwiritsidwa ntchito ndi yozizira amakutidwa ndi Cr2O3 yofanana.
Chithunzi cha kutentha cha X-PEEM chopangidwa ndi kutentha chofanana ndi m'mphepete b Cr L2.3 ndi m'mphepete c Fe L2.3, d Chithunzi cha kutentha X-PEEM cha SDSS yozungulira yozizira yofanana ndi m'mphepete e Cr L2.3 ndi f Fe L2.3 ya mbali (e). Ma XAS spectra ojambulidwa pamalo osiyanasiyana olembedwa pazithunzi za kutentha (a, d) ndi mizere ya lalanje yokhala ndi madontho mu (b) ndi (e) akuyimira ma XAS spectra oyeserera a Cr3+ okhala ndi kristalo ya 2.0 eV. Pazithunzi za X-PEEM, palette ya kutentha imagwiritsidwa ntchito kuti iwonjezere 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 zomwe Ni ndi Ce zimagwiritsidwira ntchito pa zitsanzo zonse ziwiri zinalili chimodzimodzi. Chithunzi chowonjezera. Pa chithunzi 5-9 kuwonetsa 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). N'zodziwikiratu kuti pankhani ya zitsanzo zotentha, chizindikiro cha XAS cha Ce sichimawonedwa, pomwe mawonekedwe a Ce3+ a zitsanzo zozizira amawonedwa nthawi ina. Kuwona madontho a Ce m'zitsanzo zozizira kunawonetsa kuti Ce imapezeka makamaka mu mawonekedwe a precipitates.
Mu SDSS yosinthika ndi kutentha, palibe kusintha kwa kapangidwe kake komwe kunawonedwa pamphepete mwa Fe L2.3 (Chithunzi 2c). Komabe, monga momwe zasonyezedwera pa chithunzi 2f, matrix ya Fe imasintha pang'onopang'ono momwe imagwirira ntchito pa malo asanu ndi awiri osankhidwa mwachisawawa mu SDSS yozizira yozungulira. 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 octahedral oxides a Fe2+ adapangidwa pogwiritsa ntchito mawerengedwe amitundu yambiri ya kristalo pogwiritsa ntchito minda ya kristalo 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 osiyanasiyana45,46, 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 imafotokozedwa ngati 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 onse a Td ndi Oh. Monga tafotokozera kale, ngakhale kuti ma ratios a mphamvu ziwirizi ndi osiyana, chiŵerengero chawo cha mphamvu mwachitsanzo/t2g ndi ≈1, pomwe pankhaniyi chiŵerengero cha mphamvu chomwe chawonedwa mwachitsanzo/t2g ndi pafupifupi 1. Izi sizikutanthauza kuti pali Fe3+ yokha pankhaniyi. Poganizira za Fe3O4 ndi kuphatikiza kwa Fe2+ ndi Fe3+, zimadziwika kuti mawonekedwe oyamba ofooka (amphamvu) m'mphepete mwa L3 ya Fe akuwonetsa kusakhazikika kochepa (kwakukulu) mu mkhalidwe wa t2g. Izi zikugwira ntchito ku Fe2+ (Fe3+), zomwe zikusonyeza kuwonjezeka kwa chizindikiro choyamba chosonyeza kuwonjezeka kwa zomwe zili mu Fe2+47. Zotsatirazi zikuwonetsa kuti Fe2+ ndi γ-Fe2O3, α-Fe2O3 ndi/kapena Fe3O4 zimakhala zambiri pamalo ozizira ozungulira a zosakaniza.
Zithunzi zokulitsa kutentha kwa ma elekitironi a photoemission a (a, c) ndi (b, d) XAS spectra kudutsa m'mphepete mwa Fe L2,3 m'malo osiyanasiyana mkati mwa madera osankhidwa 2 ndi E mu Zithunzi 2d.
Deta yoyesera yomwe idapezeka (Chithunzi 4a ndi Chithunzi Chowonjezera 11) idajambulidwa ndikuyerekezeredwa ndi ya mankhwala oyera 40, 41, 48. Mwachidule, mitundu itatu yosiyana ya ma spectra a Fe L-edge XAS omwe adawonedwa mwachisawawa (XAS-1, XAS-2 ndi XAS-3: Chithunzi 4a) adawonedwa m'malo osiyanasiyana. Makamaka, ma spectra ofanana ndi 2-a (omwe amatchulidwa kuti XAS-1) mu Chithunzi 3b adawonedwa m'dera lonse lofunika, kutsatiridwa ndi ma spectra a 2-b (olembedwa kuti XAS-2), pomwe ma spectra ofanana ndi E-3 adawonedwa mu chithunzi 3d (omwe amatchedwa XAS-3) adawonedwa m'malo enaake. Nthawi zambiri, magawo anayi amagwiritsidwa ntchito kuzindikira momwe ma valence alili mu chitsanzo cha probe: (1) mawonekedwe a ma spectral a L3 ndi L2, (2) malo amphamvu a mawonekedwe a L3 ndi L2, (3) kusiyana kwa mphamvu ya 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 yaphunziridwa. Chiŵerengero cha mphamvu yowerengedwa L2/L3 chinasonyezanso kukhalapo kwa zigawo zonse zitatu.
a Ndaona 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 Chithunzi 3) poyerekeza ndi XAS yoyerekezeredwa Kuyerekeza ma spectra, ma octahedron Fe2+, Fe3+, ma crystal field values ​​​​a 1.0 eV ndi 1.5 eV, motsatana, b–d Ndayesa deta yoyesera (XAS-1, XAS-2, XAS-3) ndi deta yofananira ya LCF (mzere wakuda wolimba), ndikuyerekeza ma XAS-3 spectra ndi Fe3O4 (mkhalidwe wosakanikirana wa Fe) ndi Fe2O3 (Fe3+ yoyera).
Kugwirizana kwa mzere (LCF) kwa miyezo itatu40,41,48 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 cha gawo laling'ono lomwe tidawona mu deta yonse komanso mfundo yakuti 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.Ndipotu, X-PEEM imazindikira Fe (~6 nm)49 yozama kuposa makulidwe oyembekezeredwa a oxide layer (kupitirira 4 nm), zomwe zimathandiza kuzindikira zizindikiro 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, chithunzi chikuwonetsa kuphatikiza kwa Fe2+ ndi Fe3+ mu XAS-1 spectrum, komwe kuchuluka kwa Fe2+ ndi Fe3+ kuli pafupi, pafupifupi 45%, zomwe zikusonyeza mkhalidwe wosakanikirana wa oxidation wa Fe. Pomwe pa XAS-2 spectrum, kuchuluka kwa Fe2+ ndi Fe3+ kumakhala ~30% ndi 60%, motsatana. Zomwe zili mu Fe2+ ndizochepa kuposa za Fe3+. Chiŵerengero cha Fe2+ ndi Fe3 cha 1:2 chimatanthauza kuti Fe3O4 ikhoza kupangidwa pa chiŵerengero chomwecho cha Fe ions. Kuphatikiza apo, pa XAS-3 spectrum, maperesenti a Fe2+ ndi Fe3+ adasintha kukhala ~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+, ma XAS-3 spectra amajambulidwa pamodzi ndi miyezo yosiyanasiyana ya Fe3+ mu Chithunzi 4e yomwe ikuwonetsa kufanana ndi miyezo yonse iwiri pamene Peak B ikuganiziridwa. Komabe, mphamvu ya phewa (A: kuchokera ku Fe2+) ndi chiŵerengero cha mphamvu B/A zikusonyeza kuti spectrum ya XAS-3 ili pafupi koma si yofanana ndi ya γ-Fe2O3. Poyerekeza ndi bulk γ-Fe2O3, mphamvu ya Fe 2p XAS ya A SDSS peak ndi yokwera pang'ono (Chithunzi 4e), zomwe zikusonyeza mphamvu ya Fe2+ yapamwamba. Ngakhale kuti sipekitiramu ya XAS-3 ndi yofanana ndi ya γ-Fe2O3, komwe Fe3+ ilipo m'malo onse a Oh ndi Td, kuzindikira ma valence states osiyanasiyana ndi mgwirizano kokha ndi m'mphepete mwa L2,3 kapena chiŵerengero cha mphamvu ya L2/L3 chikadali vuto. Nkhani yokambirana mobwerezabwereza chifukwa cha zovuta za zinthu zosiyanasiyana zomwe zimakhudzidwa ndi sipekitiramu yomaliza41.
Kuwonjezera pa kusiyana kwa ma spectral a chemical states a madera osankhidwa omwe afotokozedwa pamwambapa, kusiyana kwa mankhwala padziko lonse lapansi kwa zinthu zofunika kwambiri Cr ndi Fe kunayesedwa mwa kugawa ma XAS spectra onse omwe apezeka pamwamba pa chitsanzo pogwiritsa ntchito njira ya K-means clustering. Ma profiles a m'mphepete mwa Cr L adakhazikitsidwa mwanjira yoti 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 kunawonedwa, popeza ma centroid awiri a XAS Cr spectra ndi ofanana kwambiri. Ma spectral awa a magulu awiriwa ali ofanana kwambiri ndi omwe akugwirizana ndi Cr2O342, zomwe zikutanthauza kuti zigawo za Cr2O3 zimagawidwa mofanana pa SDSS.
gulu la madera a K-means L-edge Cr, b ofanana ndi ma centroid a XAS. Zotsatira za kuyerekeza kwa K-means X-PEEM kwa SDSS yozungulira yozizira: magulu a c a madera a m'mphepete mwa K-means a Cr L2,3 ndi ma centroid a XAS ofanana ndi d.
Kuti tifotokoze mapu ovuta kwambiri a m'mphepete mwa FeL, magulu anayi ndi asanu okonzedwa bwino ndi ma centroids ogwirizana nawo (kugawa kwa ma spectral) amagwiritsidwa ntchito pa zitsanzo zotentha komanso zozizira, motsatana. Chifukwa chake, kuchuluka (%) kwa Fe2+ ndi Fe3+ kungapezeke mwa kusintha LCF yomwe yawonetsedwa pa Chithunzi 4. Mphamvu ya pseudoelectrode Epseudo 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 ndi \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm {Fe}^{2 + (3 + )}\), yomwe ndi 0.440 ndi 0.036 V, motsatana. Madera omwe ali ndi mphamvu yotsika ali ndi kuchuluka kwa Fe3+ compounds. Kugawa kwa mphamvu mu chitsanzo chosinthika ndi kutentha kumakhala ndi mawonekedwe ozungulira okhala ndi kusintha kwakukulu kwa pafupifupi 0.119 V (Chithunzi 6a,b). Kugawa kwa mphamvu kumeneku kukugwirizana kwambiri ndi mawonekedwe a pamwamba (Chithunzi 6a). Palibe kusintha kwina kokhudzana ndi malo komwe kunawonedwa mkati mwa lamellar (Chithunzi 6b). M'malo mwake, pakuphatikiza ma oxide osiyanasiyana okhala ndi zinthu zosiyanasiyana za Fe2+ ndi Fe3+ mu SDSS yozungulira yozizira, mawonekedwe osafanana a mphamvu yonyenga angawonekere (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, zitha kuwoneka kuti zilumba zomwe zili ndi Fe3+ zambiri zimagawidwa m'deralo ndipo zitha kuonedwa ngati madera a dzimbiri. Pankhaniyi, kusinthasintha kwa malo omwe ali ndi mphamvu, osati mtengo wokwanira wa mphamvu, kungawonedwe ngati chizindikiro cha malo omwe ali ndi mphamvu ya dzimbiri51. Kufalikira kosagwirizana kwa Fe2+ ndi Fe3+ pamwamba pa SDSS yozizira kumatha kusintha mawonekedwe a mankhwala am'deralo ndikupereka malo ogwira ntchito bwino pakusweka kwa filimu ya oxide ndi machitidwe a dzimbiri, motero kulola kuti matrix yachitsulo yomwe ili pansi pake iwonongeke nthawi zonse, zomwe zimapangitsa kuti kusafanana kwamkati kusakhale kofanana. ndikuchepetsa mawonekedwe oteteza a wosanjikiza wosanjikiza.
Magulu a K-mean a Fe L2,3 m'mphepete mwa madera ndi ma XAS centroid ofanana a a-c ogwiritsidwa ntchito ndi kutentha kwa X-PEEM ndi d-f ozizira ozungulira SDSS. a, d K-means cluster plot yomwe yaphimbidwa pachithunzi cha X-PEEM. Ma pseudoelectrode potentials oyerekezeredwa (epseudo) atchulidwa pamodzi ndi ma diagram a K-means cluster. Kuwala kwa chithunzi cha X-PEEM monga mtundu womwe uli pa Chithunzi 2 kumagwirizana mwachindunji ndi mphamvu ya kuyamwa kwa X-ray.
Kuchuluka kwa Cr koma kusiyana kwa mankhwala a Fe kumabweretsa chiyambi chosiyana cha kusweka kwa filimu ya oxide ndi mapangidwe a dzimbiri mu Ce-2507 yotenthedwa ndi yozizira. Kapangidwe ka Ce-2507 yotenthedwa ndi yozizira kamadziwika bwino. Ponena za kupangika kwa ma oxide ndi ma hydroxide a Fe mumlengalenga, zotsatirazi zimatsekedwa mu ntchito iyi ngati machitidwe osalowerera:
Kutengera ndi muyeso wa X-PEEM, zomwe zili pamwambapa zidachitika m'milandu yotsatirayi. Phewa laling'ono lofanana ndi Fe0 limagwirizanitsidwa ndi chitsulo chachitsulo chomwe chili pansi pake. Kuyanjana kwa Fe yachitsulo ndi chilengedwe kumabweretsa kupangidwa kwa Fe(OH)2 layer (equation (5)), yomwe imakulitsa chizindikiro cha Fe2+ mu XAS ya m'mphepete mwa L wa Fe. Kuwonekera kwa mpweya kwa nthawi yayitali kudzapangitsa kupangidwa kwa Fe3O4 ndi/kapena Fe2O3 oxides pambuyo pa Fe(OH)252,53. Mitundu iwiri ya Fe yokhazikika, Fe3O4 ndi Fe2O3, imathanso kupanga mu Cr3+ rich protective layer, komwe Fe3O4 imakonda kapangidwe kofanana komanso kogwirizana. Kupezeka kwa zonsezi kumabweretsa mikhalidwe yosakanikirana ya okosijeni (XAS-1 spectrum). XAS-2 spectrum makamaka imagwirizana ndi Fe3O4. Pomwe XAS-3 spectra yomwe imapezeka pamalo angapo idawonetsa kusintha kwathunthu kukhala γ-Fe2O3. Popeza ma X-ray osakulungidwa ali ndi kuya kolowera kwa pafupifupi 50 nm, chizindikiro chochokera pansi pake chimapangitsa kuti A peak ikhale yolimba kwambiri.
Chithunzi cha XRD chikuwonetsa kuti gawo la Fe mu filimu ya oxide lili ndi kapangidwe ka magawo, komwe kamaphatikizidwa ndi gawo la Cr oxide. Mosiyana ndi momwe dzimbiri limakhalira chifukwa cha kusafanana kwa Cr2O317, ngakhale kuti gawo la Cr2O3 linali lofanana mu kafukufukuyu, kukana dzimbiri kochepa kunawonedwa pankhaniyi, makamaka pa zitsanzo zozizira. Khalidwe lomwe linawonedwa lingathe kumvedwa ngati kusiyana kwa momwe mankhwala amakhudzira gawo la pamwamba (Fe) amakhudzira magwiridwe antchito a dzimbiri. Kusamutsa pang'onopang'ono kwa ayoni achitsulo kapena okosijeni mu lattice chifukwa cha stoichiometry yomweyo ya zigawo zapamwamba (Fe oxide) ndi zotsika (Cr oxide)52,53 kumabweretsa kuyanjana bwino (kugwirizana) pakati pawo. Izi, zimathandizira kukana dzimbiri. Chifukwa chake, stoichiometry yopitilira, mwachitsanzo, mkhalidwe umodzi wa oxidation wa Fe, ndikwabwino kuposa kusintha kwadzidzidzi kwa stoichiometric. SDSS yosinthika ndi kutentha ili ndi malo ofanana komanso gawo loteteza kwambiri, lomwe limapereka kukana bwino kwa dzimbiri. Komabe, pa SDSS yozungulira yozizira, kukhalapo kwa zilumba zolemera za Fe3+ pansi pa wosanjikiza woteteza kumawononga umphumphu wa pamwamba ndipo kumayambitsa dzimbiri la galvanic la substrate yapafupi, zomwe zimapangitsa kuchepa kwa Rp (Table 1) mu EIS spectra ndi kukana kwake dzimbiri. Chifukwa chake, zilumba zomwe zimafalikira m'deralo zomwe zili ndi Fe3+ chifukwa cha kusintha kwa pulasitiki zimakhudza kwambiri magwiridwe antchito a kukana dzimbiri, zomwe ndi kupita patsogolo pantchitoyi. Chifukwa chake, kafukufukuyu akuwonetsa ma spectromicrographs a kuchepa kwa kukana dzimbiri chifukwa cha kusintha kwa pulasitiki kwa zitsanzo za SDSS zomwe zaphunziridwa.
Kuphatikiza apo, ngakhale kuti kusakaniza kwa nthaka kosowa mu zitsulo za magawo awiri kumachita bwino, kuyanjana kwa chinthu chowonjezeredwachi ndi matrix yachitsulo payokha pankhani ya khalidwe la dzimbiri sikungatheke kutengera kuwona kwa microscopy. Chizindikiro cha Ce (m'mbali mwa XAS M-edge) chimawonekera pamalo ochepa okha panthawi yozizira, koma chimatha panthawi ya kusintha kwa kutentha kwa SDSS, kusonyeza kuyika kwa Ce m'deralo mu matrix yachitsulo m'malo mwa kusakaniza kofanana. Ngakhale kuti mphamvu za makina za SDSS sizikusintha6,7, kukhalapo kwa REE kumachepetsa kukula kwa zophatikizika ndipo kumaganiziridwa kuti kumaletsa kuyika kwa dzenje pamalo oyambira54.
Pomaliza, ntchito iyi ikuwulula momwe kusiyana kwa pamwamba pa chitsulo kumakhudzira dzimbiri la 2507 SDSS losinthidwa ndi cerium poyesa kuchuluka kwa mankhwala omwe ali mu nanoscale. Tayankha funso loti nchifukwa chiyani chitsulo chosapanga dzimbiri chimawononga ngakhale chitaphimbidwa ndi woteteza wosanjikiza wa oxide pophunzira mozama kapangidwe kake, momwe mankhwala alili pamwamba ndi momwe amagwirira ntchito pogwiritsa ntchito K-means clustering. Zatsimikiziridwa kuti zilumba zolemera za Fe3+, kuphatikizapo mgwirizano wawo wa octahedral ndi tetrahedral m'mapangidwe onse a Fe2+/Fe3+, ndi gwero la kuwonongeka kwa filimu ya oxide komanso gwero la dzimbiri la SDSS yozungulira yozizira. Nanoislands yolamulidwa ndi Fe3+ imabweretsa kukana dzimbiri kosauka ngakhale pali wosanjikiza wokwanira wa stoichiometric Cr2O3 passivating. Kuphatikiza pa kupita patsogolo kwa njira zomwe zapangidwa pozindikira momwe kusiyana kwa mankhwala a nanoscale kumakhudzira dzimbiri, ntchito yomwe ilipo ikuyembekezeka kulimbikitsa njira zaukadaulo kuti ziwongolere kukana dzimbiri kwa zitsulo zosapanga dzimbiri panthawi yopanga zitsulo.
Pofuna kukonza ma ingot a Ce-2507 SDSS omwe agwiritsidwa ntchito mu kafukufukuyu, zinthu zosakaniza, kuphatikizapo Fe-Ce master alloy yotsekedwa ndi machubu oyera achitsulo, zinasungunuka mu uvuni wa 150 kg wa medium frequency induction kuti apange chitsulo chosungunuka ndikutsanuliridwa mu zinyalala zoponyera. Mankhwala oyezedwa (wt %) alembedwa mu Supplementary Table 2. Ingot poyamba imapangidwa kukhala mabuloko otentha. Kenako chitsulocho chinamangiriridwa pa 1050°C kwa mphindi 60 kuti chikhale cholimba, kenako chimazimitsidwa m'madzi kutentha kwa chipinda. Zitsanzo zomwe zinaphunziridwazo zinaphunziridwa mwatsatanetsatane pogwiritsa ntchito TEM ndi DOE kuti aphunzire magawo, kukula kwa tirigu ndi mawonekedwe ake. Zambiri zokhudzana ndi zitsanzo ndi njira zopangira zitha kupezeka m'magwero ena6,7.
Gwiritsani ntchito zitsanzo zozungulira (φ10 mm × 15 mm) kuti mukanikize kutentha ndi mzere wa silinda womwe ukugwirizana ndi njira yosinthira ya chipikacho. Kukanikiza kwa kutentha kwambiri kunachitika pamlingo wosasunthika wa 0.01-10 s-1 pa kutentha kosiyanasiyana pamlingo wa 1000-1150°C pogwiritsa ntchito choyimitsa kutentha cha Gleeble-3800. Zisanasinthe, zitsanzozo zinkatenthedwa pa kutentha kosankhidwa pamlingo wa 10 °C s-1 kwa mphindi ziwiri kuti zichotse kutentha. Pambuyo pokwaniritsa kufanana kwa kutentha, zitsanzozo zinasinthidwa kufika pamtengo weniweni wa 0.7. Pambuyo posintha, zimazimitsidwa nthawi yomweyo ndi madzi kuti kapangidwe kake kakhale kolakwika. Kenako zitsanzo zolimba zinadulidwa motsatira njira yochepetsera. Pa kafukufukuyu, tinasankha chitsanzo chomwe chinasintha kutentha pa 1050°C, 10 s-1 chifukwa cha kuuma kwakukulu komwe kunawonedwa kuposa zitsanzo zina7.
Zitsanzo zambiri (80 × 10 × 17 mm3) za yankho lolimba la Ce-2507 zinayesedwa pa makina osinthira amitundu itatu a LG-300, omwe amapereka mawonekedwe abwino kwambiri a makina pakati pa magulu ena onse a kusintha6. Kuchepa kwa kupsinjika ndi makulidwe kunali 0.2 m·s-1 ndi 5% pa njira iliyonse, motsatana.
Malo ogwirira ntchito a Autolab PGSTAT128N electrochemical adagwiritsidwa ntchito poyesa SDSS pogwiritsa ntchito electrochemical pambuyo poyimitsa ozizira mpaka 90% (1.0 equivalent true strain) ndikukanikiza kutentha mpaka 0.7 true strain pa 1050 oC ndi 10 s-1. Malo ogwirira ntchito ali ndi selo la ma electrode atatu okhala ndi electrode ya calomel yodzaza ngati electrode yofotokozera, graphite counter electrode, ndi SDSS sampuli ngati electrode yogwirira ntchito. Zitsanzozo zidadulidwa m'ma silinda okhala ndi mainchesi a 11.3 mm, m'mbali mwake momwe mawaya amkuwa adasokedwa. Kenako chitsanzocho chinathiridwa ndi epoxy resin, ndikusiya malo otseguka ogwirira ntchito a 1 cm2 ngati electrode yogwirira ntchito (pansi pa chitsanzo cha cylindrical). Samalani mukakonza epoxy komanso mukamaliza kupukuta ndi kupukuta kuti mupewe kusweka. Malo ogwirira ntchito amapindidwa ndikupukutidwa ndi diamondi polishing suspension yokhala ndi tinthu tating'onoting'ono ta 1 micron, kutsukidwa ndi madzi osungunuka ndi ethanol ndikuumitsidwa mumlengalenga wozizira. Asanayesedwe ndi electrochemical, zitsanzo zopukutidwazo zinkawululidwa mumlengalenga kwa masiku angapo kuti zipange filimu yachilengedwe ya oxide. Yankho lamadzi la FeCl3 (6.0 wt.%), lokhazikika ndi HCl mpaka pH = 1.0 ± 0.01, lagwiritsidwa ntchito kuti lifulumizitse dzimbiri la chitsulo chosapanga dzimbiri55, popeza limapezeka m'malo amphamvu kumene ma chloride ions amapezeka ndi mphamvu yamphamvu ya okosijeni komanso pH yotsika monga momwe ASTM yanenera. Miyezo yomwe ikuperekedwa ndi G48 ndi A923. Zitsanzozo zinamizidwa mu yankho loyesera kwa ola limodzi musanayambe kuyeza kuti zifike pamalo oyandikira osakhazikika. Pa zitsanzo zolimba, zogwiritsidwa ntchito motentha komanso zozungulira mozizira, kuchuluka kwa ma frequency a impedance measurement kunali 1 × 105 ~ 0.1 Hz, ndipo mphamvu yotseguka (OPS) inali 5 mV, yomwe inali 0.39, 0.33, ndi 0.25 VSCE, motsatana. Mayeso aliwonse a electrochemical a chitsanzo chilichonse adabwerezedwa katatu pansi pa mikhalidwe yomweyi kuti atsimikizire kuti deta ingathe kubwezeretsedwanso.
Pa muyeso wa HE-SXRD, mabuloko achitsulo a rectangular duplex a 1 × 1 × 1.5 mm3 adayesedwa pa mzere wa Brockhouse wiggler wamphamvu kwambiri ku CLS, Canada kuti ayese kuchuluka kwa gawo 56. Kusonkhanitsa deta kunachitika kutentha kwa chipinda mu Debye-Scherrer geometry kapena transport geometry. Kutalika kwa ma X-rays omwe amalinganizidwa ndi LaB6 calibrant ndi 0.212561 Å, komwe kumafanana ndi 58 keV, komwe ndi kwakukulu kwambiri kuposa kwa Cu Kα (8 keV) yomwe imagwiritsidwa ntchito kwambiri ngati gwero la X-ray la labotale. Chitsanzocho chimayikidwa patali ya 740 mm kuchokera ku detector. Voliyumu yozindikira ya chitsanzo chilichonse ndi 0.2 × 0.3 × 1.5 mm3, yomwe imatsimikiziridwa ndi kukula kwa beam ndi makulidwe a chitsanzo. Deta iliyonse mwa izi 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 masekondi 0.3 ndi mafelemu 120.
Kuyeza kwa X-PEEM kwa machitidwe awiri osankhidwa a chitsanzo kunachitika pa siteshoni ya PEEM kumapeto kwa mzere wa Beamline MAXPEEM 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 kuwala kwa kuwala imapezeka poyesa ion output spectrum kuchokera ku N 1 s mpaka 1\(\pi _g^ \ast\) ya dera loyambitsa ndi hv = 401 eV mu N2 komanso kudalira kwa mphamvu ya photon pa E3/2.57. Kuyenerera kwa ma spectral kunapatsa ΔE (spectral linewidth) ~0.3 eV pamlingo wa mphamvu woyesedwa. 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 通过用改进00 1200 线mm−1 光栅用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘和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 通过 和改进0 0 SX-70 . 1200 线 mm-1 光栅 pa Fe 2P 2P 2P L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Ni 2p L2.3 边缘和Ce M4.5 边缘.Choncho, mukamagwiritsa ntchito monochromator yosinthidwa ya SX-700 ndi grating ya 1200 line Si. 3, m'mphepete mwa Cr 2p L2.3, m'mphepete mwa Ni 2p L2.3 ndi m'mphepete mwa Ce M4.5.Wonjezerani mphamvu ya photon mu masitepe a 0.2 eV. Pa mphamvu iliyonse, zithunzi za PEEM zinajambulidwa pogwiritsa ntchito chowunikira cha TVIPS F-216 CMOS chokhala ndi kulumikizana kwa fiber optic ya 2 x 2 binning komwe kumapereka ma pixel 1024 × 1024 mu field of view ya 20 µm. Nthawi yowonekera ya zithunzi ndi masekondi 0.2, pafupifupi mafelemu 16. Mphamvu ya chithunzi cha photoelectron imasankhidwa mwanjira yoti ipereke chizindikiro chachiwiri cha electron. Miyeso yonse imachitika pazochitika zachizolowezi za kuwala kwa photon komwe kumalumikizidwa ndi mzere. Kuti mudziwe zambiri za miyeso, onani kafukufuku wakale58. Pambuyo pophunzira njira yonse yopezera ma electron yield (TEY)59 ndi momwe imagwiritsidwira ntchito mu X-PEEM, kuya kwa kuzindikira kwa njira iyi kumayesedwa pa ~4–5 nm ya chizindikiro cha Cr ndi ~6 nm ya chizindikiro cha 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 a filimu ya oxide. XAS yomwe yasonkhanitsidwa pafupi ndi m'mphepete mwa Fe L ndi chisakanizo cha iron oxide XAS ndi FeO kuchokera ku matrix. Poyamba, mphamvu ya ma elekitironi omwe atulutsidwa imachokera ku mitundu yonse ya ma elekitironi omwe amapangitsa TEY. Komabe, chizindikiro chachitsulo choyera chimafuna mphamvu yayikulu ya kinetic kuti ma elekitironi adutse mu oxide layer, afike pamwamba, ndikusonkhanitsidwa ndi analyzer. Pankhaniyi, chizindikiro cha Fe0 makamaka chimachokera ku ma elekitironi a LVV Auger ndi ma elekitironi ena omwe amatulutsa. Kuphatikiza apo, mphamvu ya TEY yomwe imachokera ku ma elekitironi awa imawonongeka panthawi ya electron escape path49 yomwe imachepetsa kwambiri siginecha ya spectral ya Fe0 mu mapu a iron XAS.
Kuphatikiza deta mu ma data cubes (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 kwa magulu24. Mwachitsanzo, K-means clustering imagwiritsidwa ntchito bwino posonkhanitsa deta ya chithunzi cha hyperspectral62. Mwachidule, pa deta ya zinthu zambiri, K-means algorithm imatha kuwagawa mosavuta malinga ndi chidziwitso chokhudza makhalidwe awo (makhalidwe a mphamvu ya photon). K-means clustering ndi njira yobwerezabwereza yogawa 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 chitsulo. K-means algorithm ili ndi magawo awiri: gawo loyamba limawerengera ma centroid a K, ndipo gawo lachiwiri limapatsa mfundo iliyonse gulu lomwe lili ndi ma centroid oyandikana nawo. Pakati pa mphamvu yokoka ya gulu la anthu (cluster) pamakhala mawu akuti amatanthauza kuchuluka kwa mfundo za data (XAS spectra) za gulu la anthu. Pali mtunda wosiyanasiyana wofotokozera ma centroid oyandikana nawo ngati mtunda wa Euclidean. Pa chithunzi cholowera cha px, y (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 K-means clustering algorithm ndi awa:
Gawo 2. Werengani kuchuluka kwa umembala wa ma pixel onse malinga ndi centroid yapano. Mwachitsanzo, imawerengedwa kuchokera ku 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 cluster zimagwirizana kwambiri ndi kusankha koyenera kwa ma centroid oyamba63. 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 njira ya energy spectral ya ma photon. K-means algorithm idagwiritsidwa 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 centroid yabwino kwambiri (XAS spectral curve) ya analyte iliyonse (cluster). Imagwiritsidwa ntchito kuphunzira kugawa kwa malo, kusintha kwa ma spectral am'deralo, khalidwe la okosijeni ndi mkhalidwe wa mankhwala. 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 ma K-clusters (madera a microstructural) adayesedwa kuti apeze magulu ndi ma centroid abwino kwambiri. Chithunzi chikawonetsedwa, ma pixel amasinthidwa kukhala ma centroid olondola a cluster. Kugawa kulikonse kwa mtundu kumafanana ndi pakati pa cluster, kusonyeza malo omwe zinthu za mankhwala kapena zakuthupi zili. Ma centroid ochotsedwa ndi ophatikizana a linear a ma spectra oyera.
Deta yothandizira zotsatira za kafukufukuyu ikupezeka kuchokera kwa wolemba wa WC ngati pakufunika kutero.
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.pulojekiti. fractal. 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在特定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 okhala ndi ma organic acid ndi ma organic acid/chloride.mankhwala oletsa kuwononga. Method Mater 57, 107–117 (2010).
Barella S. ndi ena. Kapangidwe ka zinthu zopanga dzimbiri za Fe-Al-Mn-C duplex alloys. 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 ya 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. 2507 级双相不锈钢的热变形行為研究. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507Kingklang, S. ndi Utaisansuk, V. Kafukufuku wa Khalidwe la Kutentha kwa Chitsulo Chosapanga Dzimbiri cha Mtundu wa 2507 Duplex. Chitsulo.alma mater. trance. A 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. project. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. et al. Kapangidwe kotentha kochokera ku kusintha kwa kutentha ndi mphamvu za makina a cerium-modified super-duplex SAF 2507 stainless steel. J. Alma mater. storage tank. technology. 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.dzimbiri. sayansi. 164, 108359 (2020).