Asante kwa kutembelea Nature.com. Unatumia toleo la kivinjari lenye usaidizi mdogo wa CSS. Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Utangamano katika Internet Explorer). Zaidi ya hayo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tunaonyesha tovuti bila mitindo na JavaScript.
Huonyesha mzunguko wa slaidi tatu kwa wakati mmoja. Tumia vitufe vya Iliyotangulia na Inayofuata ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja, au tumia vitufe vya kutelezesha mwishoni ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja.
Chuma cha pua kinachotumika sana na matoleo yake yaliyotengenezwa yanastahimili kutu katika hali ya hewa kutokana na safu ya upitishaji inayojumuisha oksidi ya kromiamu. Kutu na mmomonyoko wa chuma kwa kawaida huhusishwa na uharibifu wa tabaka hizi, lakini mara chache na kuonekana kwa utofauti wa uso, kulingana na kiwango cha hadubini. Katika kazi hii, utofauti wa uso wa kemikali wa nanoscale, unaogunduliwa kwa hadubini ya spectroskopia na uchambuzi wa kemometri, bila kutarajia hutawala fracture na kutu ya chuma cha pua kilichoviringishwa baridi cha cerium kilichobadilishwa super duplex 2507 (SDSS) wakati wa mabadiliko yake ya joto. Ingawa hadubini ya photoelectron ya X-ray ilionyesha kufunika kwa usawa kwa safu ya asili ya Cr2O3, utendaji wa upitishaji wa SDSS iliyoviringishwa baridi ulikuwa duni kutokana na usambazaji wa ndani wa visiwa vya nano vya Fe3+ kwenye safu ya oksidi ya Fe/Cr. Ujuzi huu wa kiwango cha atomiki hutoa uelewa wa kina wa kutu wa chuma cha pua na unatarajiwa kusaidia kupambana na kutu wa metali zinazofanana zenye aloi nyingi.
Tangu uvumbuzi wa chuma cha pua, sifa za kuzuia kutu za ferrochrome zimehusishwa na kromiamu, ambayo huunda oksidi/oksihidroksidi kali na huonyesha tabia ya kutofanya kazi katika mazingira mengi. Ikilinganishwa na vyuma vya pua vya kawaida (austenitic na ferritic) 1, 2, 3, vyuma vya pua vya super duplex (SDSS) vina upinzani bora wa kutu na sifa bora za mitambo. Nguvu iliyoongezeka ya mitambo inaruhusu miundo nyepesi na midogo zaidi. Kwa upande mwingine, SDSS ya kiuchumi ina upinzani mkubwa dhidi ya kutu wa mashimo na nyufa, na kusababisha maisha marefu ya huduma, na hivyo kupanua matumizi yake kwa udhibiti wa uchafuzi wa mazingira, vyombo vya kemikali, na tasnia ya mafuta na gesi ya pwani4. Hata hivyo, kiwango kidogo cha halijoto ya matibabu ya joto na umbo duni huzuia matumizi yao mapana ya vitendo. Kwa hivyo, SDSS imebadilishwa ili kuboresha utendaji ulio hapo juu. Kwa mfano, marekebisho ya Ce yalianzishwa katika SDSS 2507 (Ce-2507) yenye kiwango cha juu cha nitrojeni6,7,8. Kipengele cha udongo adimu (Ce) katika mkusanyiko unaofaa wa 0.08 wt.% kina athari nzuri kwa sifa za kiufundi za DSS, kwani huboresha uboreshaji wa nafaka na nguvu ya mpaka wa nafaka. Upinzani wa uchakavu na kutu, nguvu ya mvutano na nguvu ya mavuno, na uwezo wa kufanya kazi kwa moto pia huboreshwa9. Kiasi kikubwa cha nitrojeni kinaweza kuchukua nafasi ya kiwango cha nikeli ghali, na kufanya SDSS kuwa na gharama nafuu zaidi10.
Hivi majuzi, SDSS imebadilishwa umbo la plastiki katika halijoto mbalimbali (cryogenic, baridi na moto) ili kufikia sifa bora za mitambo6,7,8. Hata hivyo, upinzani bora wa kutu wa SDSS kutokana na uwepo wa filamu nyembamba ya oksidi juu ya uso huathiriwa na mambo mengi kama vile utofauti wa asili kutokana na uwepo wa awamu zisizo za kawaida zenye mipaka tofauti ya nafaka, mvua zisizohitajika na mwitikio tofauti.7. Kwa hivyo, utafiti wa sifa za kikoa cha darubini za filamu kama hizo hadi kiwango cha muundo wa kielektroniki unakuwa muhimu kwa kuelewa kutu wa SDSS na unahitaji mbinu changamano za majaribio. Hadi sasa, mbinu nyeti za uso kama vile spektroskopia ya elektroni ya Auger11 na spektroskopia ya elektroni ya X-ray12,13,14,15 na hadubini ngumu ya upigaji picha wa X-ray (HAX-PEEM)16 kwa ujumla zimeshindwa kugundua tofauti za kemikali katika hali za kemikali za tabaka za uso. za hali ya kemikali ya kipengele kimoja katika sehemu tofauti za nafasi ya nanoscale. Tafiti kadhaa za hivi karibuni zimehusisha uoksidishaji wa kromiamu uliowekwa ndani na tabia ya kutu iliyoonekana ya vyuma vya pua vya austenitic17, vyuma vya martensitic18 na SDSS19,20. Hata hivyo, tafiti hizi zimezingatia zaidi athari ya utofauti wa Cr (km, hali ya oksidi ya Cr3+) kwenye upinzani wa kutu. Utofauti wa pembeni katika hali za oksidi za elementi unaweza kusababishwa na misombo tofauti yenye elementi sawa, kama vile oksidi za chuma. Misombo hii, ambayo imerithi ukubwa mdogo kutokana na matibabu ya jotomekaniki, iko karibu sana, lakini hutofautiana katika muundo na hali ya oksidi16,21. Kwa hivyo, ili kugundua kupasuka kwa filamu za oksidi na mashimo yanayofuata, ni muhimu kuelewa utofauti wa uso katika kiwango cha hadubini. Licha ya mahitaji haya, makadirio ya kiasi kama vile utofauti wa pembeni katika oksidi, haswa kwa Fe katika kiwango cha nano- na atomiki, bado hayajapatikana, na uhusiano wake na upinzani wa kutu bado haujachunguzwa. Hadi hivi majuzi, hali ya kemikali ya elementi mbalimbali, kama vile Fe na Ca22, kwenye sampuli za chuma ilibainishwa kwa kiasi kwa kutumia hadubini laini ya photoelectron ya X-ray (X-PEEM) katika vifaa vya mionzi ya synchrotron ya nanoscale. Pamoja na spektroskopia ya kunyonya X-ray nyeti kwa kemikali (XAS), X-PEEM huwezesha vipimo vya XAS vyenye azimio la juu la anga na spektroskopia, ikitoa taarifa za kemikali kuhusu muundo wa elementi na hali yake ya kemikali yenye azimio la anga hadi kipimo cha nanomita ishirini na tatu. . Uchunguzi huu wa spektroskopia wa mwanzo hurahisisha uchunguzi wa kemikali wa ndani na unaweza kuonyesha mabadiliko ya kemikali katika nafasi ya safu ya chuma ambayo hayajachunguzwa hapo awali.
Utafiti huu unapanua faida za PEEM katika kugundua tofauti za kemikali kwenye nanoscale na unatoa mbinu ya uchambuzi wa uso wa kiwango cha atomiki yenye ufahamu kwa ajili ya kuelewa tabia ya kutu ya Ce-2507. Inatumia mbinu ya kemeometriki ya K-means24 iliyounganishwa ili kuorodhesha usawa wa kemikali duniani (hetero) wa elementi zinazohusika, ambazo hali zake za kemikali zinawasilishwa katika uwakilishi wa takwimu. Tofauti na kutu iliyoanzishwa na uharibifu wa filamu ya oksidi ya kromiamu katika hali ya jadi, upitishaji mdogo na upinzani mdogo wa kutu kwa sasa vinahusishwa na visiwa vya nano vya Fe3+ vilivyo karibu na safu ya oksidi ya Fe/Cr, ambavyo vinaweza kuwa sifa za kinga. Oksidi huharibu filamu yenye madoadoa na kusababisha kutu.
Tabia ya babuzi ya SDSS 2507 iliyoharibika ilitathminiwa kwa mara ya kwanza kwa kutumia vipimo vya kielektroniki. Kwenye mchoro. Mchoro 1 unaonyesha mikunjo ya Nyquist na Bode kwa sampuli zilizochaguliwa katika myeyusho wa maji wa asidi (pH = 1) wa FeCl3 kwenye halijoto ya kawaida. Elektroliti iliyochaguliwa hufanya kazi kama wakala mwenye nguvu wa oksidi, ikiashiria tabia ya filamu ya kupitisha hewa kuvunjika. Ingawa nyenzo hazikupitia mashimo thabiti kwenye halijoto ya kawaida, uchanganuzi ulitoa ufahamu kuhusu matukio yanayowezekana ya hitilafu na kutu inayofuata. Safu sawa (Mchoro 1d) ilitumika kutoshea wigo wa spektroskopia ya impedansi ya kielektroniki (EIS), na matokeo yanayolingana ya kufaa yanaonyeshwa kwenye Jedwali 1. Nusu duara ambazo hazijakamilika huonekana katika sampuli zilizotibiwa na zilizofanyiwa kazi kwa moto, huku nusu duara zilizobanwa huonekana katika nyanda zenye mikunjo baridi (Mchoro .1b). Katika spektroskopia ya EIS, radius ya nusu duara inaweza kuzingatiwa kama upinzani wa polarization (Rp)25,26. Rp ya njia ya kurukia iliyotibiwa kwa suluhisho katika Jedwali la 1 ni takriban 135 kΩ cm–2, hata hivyo, thamani za njia ya kurukia ya kurukia iliyotengenezwa kwa moto na iliyoviringishwa kwa baridi ni chini zaidi, 34.7 na 2.1 kΩ cm–2, mtawalia. Upungufu huu mkubwa wa Rp unaonyesha athari mbaya ya ubadilikaji wa plastiki kwenye upitishaji na upinzani wa kutu, kama inavyoonyeshwa katika ripoti zilizopita27,28,29,30.
Mchoro wa a Nyquist, b, c Bode impedans na awamu, na mifano ya saketi inayolingana ya d, ambapo RS ni upinzani wa elektroliti, Rp ni upinzani wa polarization, na QCPE ni oksidi ya kipengele cha awamu isiyobadilika kinachotumika kuiga uwezo usiofaa (n). Vipimo vya EIS hufanywa kwa uwezo wa saketi wazi.
Vigezo vya wakati mmoja vinaonyeshwa kwenye njama ya Bode, huku sehemu ya juu ya masafa ya juu ikiwakilisha upinzani wa elektroliti RS26. Kadri masafa yanavyopungua, impedansi huongezeka na pembe hasi ya awamu hupatikana, ikionyesha utawala wa uwezo. Pembe ya awamu huongezeka, ikihifadhi kiwango cha juu zaidi ya masafa mapana kiasi, na kisha hupungua (Mchoro 1c). Hata hivyo, katika visa vyote vitatu, kiwango hiki cha juu bado ni chini ya 90°, ikionyesha tabia isiyofaa ya uwezo kutokana na utawanyiko wa uwezo. Hivyo, kipengele cha awamu ya kudumu cha QCPE (CPE) hutumika kuwakilisha usambazaji wa uwezo wa kuingiliana unaotokana na ukali wa uso au kutolingana, hasa katika kiwango cha atomiki, jiometri ya fractal, porosity ya elektrodi, uwezo usio sawa, na jiometri yenye umbo la elektrodi 31,32. Uimara wa CPE:
ambapo j ni nambari ya kufikirika na ω ni masafa ya angular. QCPE ni kigezo kisichotegemea masafa ambacho ni sawia na eneo wazi linalofaa la elektroliti. n ni nambari ya nguvu isiyo na kipimo inayoelezea kupotoka kwa capacitor kutoka kwa uwezo bora, yaani n iliyo karibu na 1, CPE iko karibu zaidi na uwezo kamili, ilhali ikiwa n iko karibu na sifuri, inaonekana kuwa na upinzani. Kupotoka kidogo kwa n, karibu na 1, kunaonyesha tabia isiyofaa ya uwezo wa uso baada ya majaribio ya upolaji. QCPE ya SDSS iliyoviringishwa kwa baridi ni kubwa zaidi kuliko wenzao, ikimaanisha kuwa ubora wa uso hauna usawa sana.
Sambamba na sifa nyingi za upinzani wa kutu za vyuma vya pua, kiwango cha juu cha Cr cha SDSS kwa ujumla husababisha upinzani bora wa kutu wa SDSS kutokana na uwepo wa filamu ya oksidi ya kinga inayopitisha hewa kwenye uso17. Filamu hizo za kupitisha hewa kwa kawaida huwa na oksidi nyingi za Cr3+ na/au hidroksidi, hasa zikichanganywa na Fe2+, Fe3+ oksidi na/au (oksi) hidroksidi33. Licha ya usawa sawa wa uso, safu ya oksidi inayopitisha hewa, na hakuna ufa wa uso unaoonekana kulingana na vipimo vya microscopic6,7, tabia ya kutu ya SDSS iliyotengenezwa kwa moto na iliyoviringishwa kwa baridi ni tofauti, kwa hivyo utafiti wa kina wa sifa za miundo midogo ni muhimu kwa uundaji wa chuma.
Muundo mdogo wa chuma cha pua kilichoharibika ulisomwa kwa kiasi kwa kutumia miale ya X ya ndani na ya nishati ya juu ya synchrotron (Michoro ya Nyongeza 1, 2). Uchambuzi wa kina umetolewa katika Taarifa ya Nyongeza. Ingawa kuna makubaliano ya jumla kuhusu aina ya awamu kuu, tofauti katika sehemu za awamu ya wingi zilipatikana, ambazo zimeorodheshwa katika Jedwali la Nyongeza 1. Tofauti hizi zinaweza kuwa kutokana na sehemu za awamu zisizo na usawa kwenye uso na katika ujazo, ambazo huathiriwa na kina tofauti cha kugundua mtawanyiko wa X-ray (XRD). ) zenye vyanzo tofauti vya nishati vya fotoni za tukio34. Sehemu za austenite nyingi kiasi katika sampuli zilizoviringishwa baridi zilizoamuliwa na XRD kutoka chanzo cha maabara zinaonyesha upitishaji bora na kisha upinzani bora wa kutu35, huku matokeo sahihi zaidi na ya kitakwimu yakionyesha mitindo tofauti katika sehemu za awamu. Kwa kuongezea, upinzani wa kutu wa chuma pia hutegemea kiwango cha uboreshaji wa nafaka, kupunguza ukubwa wa nafaka, ongezeko la uharibifu mdogo na msongamano wa kutengana unaotokea wakati wa matibabu ya joto36,37,38. Sampuli zilizotengenezwa kwa moto zilionyesha asili ya chembe chembe zaidi, ikiashiria chembe chembe zenye ukubwa wa micron, huku pete laini zilizoonekana katika sampuli zilizoviringishwa kwa baridi (Mchoro wa Nyongeza 3) zikionyesha uboreshaji mkubwa wa chembe chembe hadi ukubwa wa nano katika kazi iliyopita. Hii inapaswa kupendelea uundaji wa filamu tulivu. na ongezeko la upinzani wa kutu. Msongamano mkubwa wa mtengano kwa kawaida huhusishwa na upinzani mdogo dhidi ya mashimo, ambao unakubaliana vyema na vipimo vya elektroniki.
Mabadiliko katika hali ya kemikali ya vikoa vidogo vya elementi kuu yalisomwa kwa utaratibu kwa kutumia X-PEEM. Ingawa kuna elementi zaidi za aloi, Cr, Fe, Ni na Ce39 zimechaguliwa hapa, kwa kuwa Cr ni elementi muhimu kwa ajili ya kutengeneza filamu tulivu, Fe ni elementi kuu ya chuma, na Ni huongeza upitishaji na kusawazisha awamu ya feriti-austenitiki. Muundo na urekebishaji ndio madhumuni ya Ce. Kwa kurekebisha nishati ya boriti ya synchrotron, XAS ilinasa sifa kuu za Cr (kingo cha L2.3), Fe (kingo cha L2.3), Ni (kingo cha L2.3), na Ce (kingo cha M4.5) kutoka kwenye uso. -2507 SDSS. Uchambuzi sahihi wa data ulifanywa kwa kujumuisha urekebishaji wa nishati na data iliyochapishwa (km XAS kwenye Fe L2, mbavu 340,41).
Kwenye mchoro. Mchoro 2 unaonyesha picha za X-PEEM za elektroni zilizochomwa moto (Mchoro 2a) na zilizoviringishwa kwa baridi (Mchoro 2d) Ce-2507 SDSS na kingo zinazolingana za XAS Cr na Fe L2,3 katika nafasi zilizoainishwa moja kwa moja. Kingo cha L2,3 XAS huchunguza hali za 3d zisizo na watu za elektroni baada ya msisimko wa picha katika viwango vya mgawanyiko wa spin-obiti ya 2p3/2 (kingo cha L3) na 2p1/2 (kingo cha L2). Taarifa kuhusu hali ya valensi ya Cr zilipatikana kutoka kwa uchambuzi wa mtawanyiko wa X-ray wa ukingo wa L2,3 katika Mchoro 2b,d. Ulinganisho wa kiungo. 42, 43 ilionyesha kuwa vilele vinne A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV), na D (582.2 eV) vilizingatiwa karibu na ukingo wa L3, vikiakisi ioni za oktahedral Cr3+, Cr2O3 inayolingana. Spektra za majaribio zinakubaliana na hesabu za kinadharia, kama inavyoonyeshwa kwenye paneli b na e, zilizopatikana kutoka kwa hesabu nyingi za uwanja wa fuwele kwenye kiolesura cha Cr L2.3 kwa kutumia uwanja wa fuwele wa 2.0 eV44. Nyuso zote mbili za SDSS iliyotengenezwa kwa moto na iliyoviringishwa kwa baridi zimefunikwa na safu sare ya Cr2O3.
Picha ya joto ya X-PEEM SDSS yenye umbo la moto inayolingana na ukingo b Cr L2.3 na ukingo c Fe L2.3, d Picha ya joto X-PEEM ya SDSS iliyoviringishwa kwa baridi inayolingana na ukingo e Cr L2.3 na f Fe L2.3 ya upande (e). Spektri za XAS zilizochorwa katika nafasi mbalimbali za anga zilizowekwa alama kwenye picha za joto (a, d) na mistari yenye nukta ya chungwa katika (b) na (e) zinawakilisha spktri za XAS zilizoigwa za Cr3+ zenye thamani ya uwanja wa fuwele wa 2.0 eV. Kwa picha za X-PEEM, rangi ya joto hutumika kuboresha usomaji wa picha, ambapo rangi kutoka bluu hadi nyekundu zinalingana na ukubwa wa unyonyaji wa X-ray (kutoka chini hadi juu).
Bila kujali mazingira ya kemikali ya elementi hizi za metali, hali ya kemikali ya nyongeza za elementi za Ni na Ce zinazounganisha sampuli zote mbili ilibaki ile ile. Mchoro wa ziada. Kwenye mchoro 5-9 onyesha picha za X-PEEM na spektra zinazolingana za XAS kwa Ni na Ce katika nafasi mbalimbali kwenye uso wa sampuli zilizotengenezwa kwa moto na zilizoviringishwa kwa baridi. Ni XAS inaonyesha hali ya oksidi ya Ni2+ juu ya uso mzima uliopimwa wa sampuli zilizotengenezwa kwa moto na zilizoviringishwa kwa baridi (Majadiliano ya Nyongeza). Ni muhimu kukumbuka kuwa katika kesi ya sampuli zilizotengenezwa kwa moto, ishara ya XAS ya Ce haionekani, huku wigo wa Ce3+ wa sampuli zilizoviringishwa kwa baridi ukizingatiwa wakati mmoja. Uchunguzi wa madoa ya Ce katika sampuli zilizoviringishwa kwa baridi ulionyesha kuwa Ce ipo hasa katika mfumo wa vizuizi.
Katika SDSS iliyoharibika kwa joto, hakuna mabadiliko ya kimuundo ya ndani katika XAS yaliyoonekana kwenye ukingo wa Fe L2.3 (Mchoro 2c). Hata hivyo, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro 2f, matrix ya Fe hubadilisha hali yake ya kemikali kwa darubini katika sehemu saba zilizochaguliwa kwa nasibu katika SDSS iliyoviringishwa kwa baridi. Kwa kuongezea, ili kupata wazo sahihi la mabadiliko katika hali ya Fe katika maeneo yaliyochaguliwa kwenye Mchoro 2f, tafiti za uso wa ndani zilifanywa (Mchoro 3 na Mchoro wa Nyongeza 10) ambapo maeneo madogo ya mviringo yalichaguliwa. Spektra za XAS za ukingo wa Fe L2,3 wa mifumo ya α-Fe2O3 na oksidi za oktahedra za Fe2+ ziliundwa kwa kutumia hesabu za uwanja wa fuwele nyingi kwa kutumia mashamba ya fuwele ya 1.0 (Fe2+) na 1.0 (Fe3+)44. Tunaona kwamba α-Fe2O3 na γ-Fe2O3 zina ulinganifu tofauti wa ndani45,46, Fe3O4 ina mchanganyiko wa Fe2+ na Fe3+,47, na FeO45 kama oksidi ya Fe2+ iliyogawanyika rasmi (3d6). Tunaona kwamba α-Fe2O3 na γ-Fe2O3 zina ulinganifu tofauti wa ndani45,46, Fe3O4 ina mchanganyiko wa Fe2+ na Fe3+,47, na FeO45 kama oksidi ya Fe2+ iliyogawanyika rasmi (3d6).Kumbuka kwamba α-Fe2O3 na γ-Fe2O3 zina ulinganifu tofauti wa ndani45,46, Fe3O4 inachanganya Fe2+ na Fe3+,47 na FeO45 katika umbo la oksidi ya divalent rasmi Fe2+ (3d6).Kumbuka kwamba α-Fe2O3 na γ-Fe2O3 zina ulinganifu tofauti wa ndani45,46, Fe3O4 ina michanganyiko ya Fe2+ na Fe3+,47 na FeO45 hufanya kazi kama oksidi rasmi ya Fe2+ yenye mgawanyo (3d6). Ioni zote za Fe3+ katika α-Fe2O3 zina nafasi za Oh pekee, huku γ-Fe2O3 kwa kawaida huonyeshwa kama Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 spinel yenye nafasi wazi katika nafasi za mfano. Kwa hivyo, ioni za Fe3+ katika γ-Fe2O3 zina nafasi za Td na Oh. Kama ilivyotajwa katika kazi iliyopita, ingawa uwiano wa nguvu wa hizo mbili ni tofauti, uwiano wao wa nguvu mfano/t2g ni ≈1, huku katika kesi hii uwiano wa nguvu ulioonekana mfano/t2g ni takriban 1. Hii inaondoa uwezekano wa Fe3+ pekee kuwepo katika kesi hii. Kwa kuzingatia kisa cha Fe3O4 na michanganyiko ya Fe2+ na Fe3+, inajulikana kuwa sifa dhaifu (yenye nguvu) ya kwanza katika ukingo wa L3 wa Fe inaonyesha kutokuwepo kwa watu wengi zaidi katika hali ya t2g. Hii inatumika kwa Fe2+ (Fe3+), ambayo inaonyesha ongezeko la ishara ya kwanza inayoonyesha ongezeko la maudhui ya Fe2+47. Matokeo haya yanaonyesha kuwa Fe2+ na γ-Fe2O3, α-Fe2O3 na/au Fe3O4 hutawala kwenye nyuso zilizoviringishwa kwa baridi za mchanganyiko.
Picha za joto za elektroni za utoaji wa mwanga zilizopanuliwa za spektra ya (a, c) na (b, d) ya XAS kwenye ukingo wa Fe L2,3 katika nafasi mbalimbali za anga ndani ya maeneo yaliyochaguliwa 2 na E katika Michoro 2d.
Data ya majaribio iliyopatikana (Mchoro 4a na Mchoro wa Nyongeza 11) ilichorwa na kulinganishwa na ile ya misombo safi 40, 41, 48. Kimsingi, aina tatu tofauti za spektra za Fe L-edge XAS zilizochunguzwa kwa majaribio (XAS-1, XAS-2 na XAS-3: Mchoro 4a) zilichunguzwa katika maeneo tofauti ya anga. Hasa, spektra inayofanana na 2-a (iliyoonyeshwa kama XAS-1) katika Mchoro 3b ilichunguzwa katika eneo lote la kuvutia, ikifuatiwa na spektra ya 2-b (iliyoandikwa XAS-2), huku spektra inayofanana na E-3 ikichunguzwa katika Mchoro 3d (inayojulikana kama XAS-3) imechunguzwa katika maeneo fulani yaliyotengwa. Kawaida, vigezo vinne hutumiwa kutambua hali za valensi zilizopo katika sampuli ya uchunguzi: (1) vipengele vya spektra vya L3 na L2, (2) nafasi za nishati za vipengele vya L3 na L2, (3) tofauti ya nishati ya L3-L2, (4) uwiano wa kiwango cha L2 /L3. Kulingana na uchunguzi wa kuona (Mchoro 4a), vipengele vyote vitatu vya Fe, yaani Fe0, Fe2+, na Fe3+, vipo kwenye uso wa SDSS iliyosomwa. Uwiano wa kiwango kilichohesabiwa L2/L3 pia ulionyesha uwepo wa vipengele vyote vitatu.
a Iliona data tatu tofauti za majaribio (mistari thabiti XAS-1, XAS-2 na XAS-3 zinalingana na 2-a, 2-b na E-3 katika Mchoro 2 na Mchoro 3) ikilinganishwa na spektra za kulinganisha za XAS zilizoigwa, oktahedroni Fe2+, Fe3+, thamani za uwanja wa fuwele za 1.0 eV na 1.5 eV, mtawalia, b–d Data ya majaribio iliyopimwa (XAS-1, XAS-2, XAS-3) na data inayolingana ya LCF iliyoboreshwa (mstari mweusi thabiti), na kulinganisha spektra za XAS-3 na viwango vya Fe3O4 (hali mchanganyiko ya Fe) na Fe2O3 (Fe3+ safi).
Mchanganyiko wa mstari (LCF) wa viwango vitatu40,41,48 ulitumika kupima muundo wa oksidi ya chuma. LCF ilitekelezwa kwa spektra tatu za Fe L-edge XAS zilizochaguliwa zinazoonyesha utofautishaji wa juu zaidi, yaani XAS-1, XAS-2 na XAS-3, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4b–d. Kwa viambatisho vya LCF, 10% Fe0 ilizingatiwa katika visa vyote kutokana na ukingo mdogo tuliouona katika data zote na ukweli kwamba chuma cha feri ndicho sehemu kuu ya chuma. Hakika, kina cha majaribio cha X-PEEM kwa Fe (~6 nm)49 ni kikubwa kuliko unene wa safu ya oksidi inayokadiriwa (kidogo > 4 nm), ikiruhusu kugundua ishara kutoka kwa matrix ya chuma (Fe0) chini ya safu ya upitishaji. Hakika, kina cha majaribio cha X-PEEM kwa Fe (~6 nm)49 ni kikubwa kuliko unene wa safu ya oksidi inayokadiriwa (kidogo > 4 nm), ikiruhusu kugundua ishara kutoka kwa matrix ya chuma (Fe0) chini ya safu ya upitishaji. Действительно, пробная глубина X-PEEM для Fe (~ 6 нм)49 больше, чем предполагаемая толщина слоя окисления (немного > 4 siku), na сигнал от железной матрицы (Fe0) под пассивирующим слоем. Hakika, kina cha probe X-PEEM kwa Fe (~6 nm)49 ni kikubwa kuliko unene unaodhaniwa wa safu ya oksidi (kidogo >4 nm), ambayo inafanya iwezekane kugundua ishara kutoka kwa matrix ya chuma (Fe0) chini ya safu ya kupitisha.Kwa kweli, X-PEEM hugundua Fe (~6 nm)49 zaidi ya unene unaotarajiwa wa safu ya oksidi (zaidi kidogo ya 4 nm), kuruhusu kugundua ishara kutoka kwa matrix ya chuma (Fe0) chini ya safu ya upitishaji. Michanganyiko mbalimbali ya Fe2+ na Fe3+ ilifanywa ili kupata suluhisho bora zaidi kwa data ya majaribio iliyozingatiwa. Kwenye mchoro. Mchoro 4b unaonyesha mchanganyiko wa Fe2+ na Fe3+ katika wigo wa XAS-1, ambapo uwiano wa Fe2+ na Fe3+ uko karibu, karibu 45%, ambayo inaonyesha hali ya oksidi mchanganyiko wa Fe. Ilhali kwa wigo wa XAS-2, asilimia ya Fe2+ na Fe3+ inakuwa ~30% na 60%, mtawalia. Yaliyomo ya Fe2+ ni ya chini kuliko ile ya Fe3+. Uwiano wa Fe2+ hadi Fe3 wa 1:2 unamaanisha kuwa Fe3O4 inaweza kuundwa kwa uwiano sawa wa ioni za Fe. Kwa kuongezea, kwa wigo wa XAS-3, asilimia ya Fe2+ na Fe3+ ilibadilika hadi ~10% na 80%, ikionyesha ubadilishaji wa juu wa Fe2+ hadi Fe3+. Kama ilivyotajwa hapo juu, Fe3+ inaweza kutoka α-Fe2O3, γ-Fe2O3 au Fe3O4. Ili kuelewa chanzo kinachowezekana zaidi cha Fe3+, spektra za XAS-3 zimechorwa pamoja na viwango mbalimbali vya Fe3+ katika Mchoro 4e vinavyoonyesha kufanana na viwango vyote viwili wakati Kilele B kinazingatiwa. Hata hivyo, nguvu ya bega (A: kutoka Fe2+) na uwiano wa nguvu B/A vinaonyesha kuwa wigo wa XAS-3 uko karibu lakini sio sawa na ule wa γ-Fe2O3. Ikilinganishwa na wingi wa γ-Fe2O3, nguvu ya Fe 2p XAS ya kilele cha A SDSS ni kubwa kidogo (Mchoro 4e), ambayo inaonyesha nguvu ya juu ya Fe2+. Ingawa wigo wa XAS-3 ni sawa na ule wa γ-Fe2O3, ambapo Fe3+ ipo katika nafasi zote mbili za Oh na Td, utambuzi wa hali tofauti za valensi na uratibu pekee kwa ukingo wa L2,3 au uwiano wa nguvu wa L2/L3 bado ni tatizo. Mada inayojirudia ya majadiliano kutokana na ugumu wa mambo mbalimbali yanayohusika katika wigo wa mwisho41.
Mbali na ubaguzi wa spektri wa hali za kemikali za maeneo yaliyochaguliwa ya maslahi yaliyoelezwa hapo juu, tofauti za kemikali za kimataifa za vipengele muhimu vya Cr na Fe zilipimwa kwa kuainisha spektri zote za XAS zilizopatikana kwenye uso wa sampuli kwa kutumia mbinu ya kuunganisha K-means. Profaili za ukingo Cr L ziliwekwa kwa njia ambayo huunda makundi mawili bora yaliyosambazwa kwa anga katika sampuli zilizotengenezwa kwa moto na zilizoviringishwa kwa baridi zilizoonyeshwa kwenye Mchoro 5. Ni wazi kwamba hakuna mabadiliko ya kimuundo ya ndani yaliyoonekana, kwa kuwa sentimita mbili za spektri za Cr za XAS zinafanana sana. Maumbo haya ya spektri ya makundi mawili yanafanana sana na yale yanayolingana na Cr2O342, ambayo ina maana kwamba tabaka za Cr2O3 zimesambazwa kwa usawa juu ya SDSS.
kundi la maeneo ya K-means L-edge Cr, b sambamba na sentroid za XAS. Matokeo ya ulinganisho wa K-means X-PEEM wa SDSS iliyoviringishwa kwa baridi: c makundi ya maeneo ya ukingo wa K-means ya Cr L2,3 na d sambamba na sentroid za XAS.
Ili kuonyesha ramani tata zaidi ya ukingo wa FeL, makundi manne na matano yaliyoboreshwa na sentroids zinazohusiana nao (usambazaji wa spektri) hutumika kwa sampuli zilizotengenezwa kwa moto na zilizoviringishwa kwa baridi, mtawalia. Kwa hivyo, asilimia (%) ya Fe2+ na Fe3+ inaweza kupatikana kwa kurekebisha LCF iliyoonyeshwa kwenye Mchoro 4. Uwezo wa pseudoelectrode Epseudo kama kazi ya Fe0 ilitumika kufichua ukosefu wa usawa wa microchemical wa filamu ya oksidi ya uso. Epseudo inakadiriwa kwa takriban na sheria ya kuchanganya,
ambapo \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) ni sawa na \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm {Fe}^{2 + (3 + )}\), ambayo ni 0.440 na 0.036 V, mtawalia. Maeneo yenye uwezo mdogo yana kiwango cha juu cha misombo ya Fe3+. Usambazaji wa uwezo katika sampuli iliyoharibika kwa joto una tabia ya tabaka yenye mabadiliko ya juu ya takriban 0.119 V (Mchoro 6a,b). Usambazaji huu wa uwezo unahusiana kwa karibu na topografia ya uso (Mchoro 6a). Hakuna mabadiliko mengine yanayohusiana na nafasi yaliyoonekana katika sehemu ya ndani ya lamellar ya chini (Mchoro 6b). Kinyume chake, kwa mchanganyiko wa oksidi tofauti zenye maudhui tofauti ya Fe2+ na Fe3+ katika SDSS iliyoviringishwa kwa baridi, asili isiyo sawa ya uwezo bandia inaweza kuzingatiwa (Mchoro 6c, d). Oksidi za Fe3+ na/au hidroksidi (oksi) ndizo sehemu kuu za kutu katika chuma na zinaweza kupenyeza oksijeni na maji50. Katika hali hii, inaweza kuonekana kwamba visiwa vyenye Fe3+ vingi vimesambazwa ndani na vinaweza kuchukuliwa kama maeneo ya kutu. Katika hali hii, mteremko katika uwanja wa uwezo, badala ya thamani kamili ya uwezo, unaweza kuchukuliwa kama kiashiria cha ujanibishaji wa maeneo ya kutu yanayofanya kazi51. Usambazaji huu usio sawa wa Fe2+ na Fe3+ kwenye uso wa SDSS iliyoviringishwa baridi unaweza kubadilisha sifa za kemikali za ndani na kutoa eneo la uso lenye ufanisi zaidi katika kupasuka kwa filamu ya oksidi na athari za kutu, na hivyo kuruhusu matrix ya chuma ya chini kuendelea kutu, na kusababisha kutolingana kwa ndani. na kupunguza sifa za kinga za safu ya kutuliza.
Makundi ya wastani ya K ya maeneo ya ukingo wa Fe L2,3 na sentroids zinazolingana za XAS kwa a–c X-PEEM iliyochomwa moto na d–f SDSS iliyoviringishwa kwa baridi. a, d Mchoro wa kundi la K-means uliofunikwa kwenye picha ya X-PEEM. Uwezo wa pseudoelectrode unaokadiriwa (epseudo) umetajwa pamoja na michoro ya kundi la K-means. Mwangaza wa picha ya X-PEEM kama vile rangi kwenye Mchoro 2 unalingana moja kwa moja na kiwango cha unyonyaji wa X-ray.
Hali ya Kr-2507 iliyo sawa kiasi lakini tofauti katika kemikali husababisha asili tofauti ya kupasuka kwa filamu ya oksidi na mifumo ya kutu katika Ce-2507 iliyoviringishwa kwa moto na iliyoviringishwa kwa baridi. Sifa hii ya Ce-2507 iliyoviringishwa kwa baridi inajulikana sana. Kuhusu uundaji wa oksidi na hidroksidi za Fe katika hewa ya angahewa, athari zifuatazo zimefungwa katika kazi hii kama athari zisizoegemea upande wowote:
Kulingana na kipimo cha X-PEEM, mmenyuko hapo juu ulitokea katika visa vifuatavyo. Bega dogo linalolingana na Fe0 linahusishwa na chuma cha metali kilicho chini. Mmenyuko wa Fe ya metali na mazingira husababisha uundaji wa safu ya Fe(OH)2 (mlinganyo (5)), ambayo huongeza ishara ya Fe2+ katika XAS ya ukingo wa L wa Fe. Kuathiriwa kwa muda mrefu na hewa kutasababisha uundaji wa oksidi za Fe3O4 na/au Fe2O3 baada ya Fe(OH)252,53. Aina mbili za Fe thabiti, Fe3O4 na Fe2O3, zinaweza pia kuunda katika safu ya kinga yenye utajiri wa Cr3+, ambapo Fe3O4 inapendelea muundo sare na mshikamano. Uwepo wa zote mbili husababisha hali mchanganyiko za oksidi (wigo wa XAS-1). Wigo wa XAS-2 unalingana sana na Fe3O4. Ilhali wigo wa XAS-3 unaoonekana katika nafasi kadhaa ulionyesha ubadilishaji kamili kuwa γ-Fe2O3. Kwa kuwa miale ya X isiyofunikwa ina kina cha kupenya cha takriban nanomita 50, ishara kutoka kwa safu ya chini husababisha kiwango cha juu cha kilele cha A.
Wigo wa XRD unaonyesha kuwa sehemu ya Fe katika filamu ya oksidi ina muundo wa tabaka, ambao umeunganishwa na safu ya oksidi ya Cr. Tofauti na sifa ya upitishaji wa kutu kutokana na utofauti wa ndani wa Cr2O317, licha ya safu sare ya Cr2O3 katika utafiti huu, upinzani mdogo wa kutu ulionekana katika kesi hii, haswa kwa sampuli zilizoviringishwa kwa baridi. Tabia iliyoonekana inaweza kueleweka kama utofauti wa hali ya oksidi ya kemikali ya safu ya juu (Fe) inayoathiri utendaji wa kutu. Uhamisho wa polepole wa ioni za chuma au oksijeni kwenye kimiani kutokana na stoichiometry sawa ya tabaka za juu (Fe oksidi) na za chini (Cr oksidi)52,53 husababisha mwingiliano bora (mshikamano) kati yao. Hii, kwa upande wake, inaboresha upinzani wa kutu. Kwa hivyo, stoichiometry inayoendelea, yaani hali moja ya oksidi ya Fe, inafaa zaidi kuliko mabadiliko ya ghafla ya stoichiometri. SDSS iliyoharibika kwa joto ina uso unaofanana zaidi na safu mnene ya kinga, ambayo hutoa upinzani bora wa kutu. Hata hivyo, kwa SDSS iliyoviringishwa kwa baridi, uwepo wa visiwa vyenye Fe3+ chini ya safu ya kinga huharibu uadilifu wa uso na husababisha kutu wa galvanic wa substrate iliyo karibu, ambayo husababisha kupungua kwa Rp (Jedwali 1) katika spektra za EIS na upinzani wake wa kutu. Kwa hivyo, visiwa vilivyosambazwa ndani ya nchi vyenye Fe3+ kutokana na mabadiliko ya plastiki huathiri sana utendaji wa upinzani wa kutu, ambayo ni mafanikio katika kazi hii. Kwa hivyo, utafiti huu unaonyesha spektromikrografi za kupungua kwa upinzani wa kutu kutokana na mabadiliko ya plastiki ya sampuli za SDSS zilizosomwa.
Zaidi ya hayo, ingawa uunganishaji wa madini adimu katika vyuma vya awamu mbili hufanya vizuri zaidi, mwingiliano wa kipengele hiki kilichoongezwa na matrix ya chuma ya mtu binafsi katika suala la tabia ya kutu bado haueleweki kulingana na uchunguzi wa hadubini ya spektroskopia. Ishara ya Ce (kando ya ukingo wa XAS M) inaonekana katika nafasi chache tu wakati wa kuzungusha kwa baridi, lakini hutoweka wakati wa mabadiliko ya joto ya SDSS, ikionyesha utuaji wa ndani wa Ce kwenye matrix ya chuma badala ya uunganishaji sare. Ingawa sifa za mitambo za SDSS hazijaboreshwa6,7, uwepo wa REE hupunguza ukubwa wa viambatisho na inadhaniwa kukandamiza uwekaji wa mashimo kwenye asili54.
Kwa kumalizia, kazi hii inafichua athari ya utofauti wa uso kwenye kutu wa 2507 SDSS iliyorekebishwa na cerium kwa kupima kiwango cha kemikali cha vipengele vya nanoscale. Tulijibu swali la kwa nini chuma cha pua huharibika hata kinapofunikwa na safu ya oksidi ya kinga kwa kusoma kwa kiasi muundo mdogo, hali ya kemikali ya vipengele vya uso na usindikaji wa ishara kwa kutumia mkusanyiko wa K-means. Imebainika kuwa visiwa vyenye utajiri wa Fe3+, ikiwa ni pamoja na uratibu wao wa oktahedra na tetrahedra katika muundo wote wa mchanganyiko wa Fe2+/Fe3+, ni chanzo cha uharibifu wa filamu ya oksidi na chanzo cha kutu wa SDSS iliyoviringishwa kwa baridi. Visiwa vya Nanoscale vinavyotawaliwa na Fe3+ husababisha upinzani duni wa kutu hata mbele ya safu ya kutosha ya stoichiometric Cr2O3 ya kutuliza. Mbali na maendeleo ya kimbinu yaliyofanywa katika kubaini athari ya utofauti wa kemikali wa nanoscale kwenye kutu, kazi ya sasa inatarajiwa kuhamasisha michakato ya uhandisi ili kuboresha upinzani wa kutu wa vyuma vya pua wakati wa utengenezaji wa chuma.
Ili kuandaa ingots za Ce-2507 SDSS zilizotumika katika utafiti huu, vipengele vilivyochanganywa, ikiwa ni pamoja na aloi kuu ya Fe-Ce iliyofungwa na mirija safi ya chuma, viliyeyushwa katika tanuru ya uingizaji ya masafa ya kati ya kilo 150 ili kutoa chuma kilichoyeyushwa na kumiminwa kwenye ukungu za kutupwa. Mchanganyiko wa kemikali uliopimwa (wt %) umeorodheshwa katika Jedwali la Ziada 2. Ingot huundwa kwanza kuwa vitalu vya moto. Kisha chuma kiliwekwa kwenye 1050°C kwa dakika 60 hadi kwenye myeyusho imara, na kisha kuzimwa kwenye maji hadi kwenye joto la kawaida. Sampuli zilizosomwa zilisomwa kwa undani kwa kutumia TEM na DOE ili kusoma awamu, ukubwa wa nafaka na mofolojia. Taarifa zaidi kuhusu sampuli na mchakato wa uzalishaji zinaweza kupatikana katika vyanzo vingine6,7.
Chambua sampuli za silinda (φ10 mm × 15 mm) kwa ajili ya kubonyeza kwa moto huku mhimili wa silinda ukienda sambamba na mwelekeo wa ugeuzi wa kizuizi. Mgandamizo wa halijoto ya juu ulifanyika kwa kiwango cha mgandamizo kisichobadilika katika kiwango cha 0.01-10 s-1 kwa halijoto mbalimbali katika kiwango cha 1000-1150°C kwa kutumia kiigaji joto cha Gleeble-3800. Kabla ya ugeuzi, sampuli zilipashwa joto kwa kiwango cha 10°C s-1 kwa dakika 2 ili kuondoa mteremko wa halijoto. Baada ya kufikia usawa wa halijoto, sampuli zilibadilishwa umbo hadi thamani halisi ya mgandamizo ya 0.7. Baada ya ugeuzi, huzimwa mara moja na maji ili kudumisha muundo ulioharibika. Kisha sampuli zilizokaushwa zilikatwa sambamba na mwelekeo wa mgandamizo. Kwa utafiti huu maalum, tulichagua sampuli iliyobadilishwa umbo kwa joto kwa 1050°C, 10 s-1 kutokana na ugumu mdogo ulioonekana zaidi kuliko sampuli zingine7.
Sampuli za wingi (80 × 10 × 17 mm3) za myeyusho imara wa Ce-2507 zilijaribiwa kwenye mashine ya urekebishaji wa mikunjo miwili ya awamu tatu isiyolingana ya LG-300, ambayo ilitoa sifa bora zaidi za kiufundi miongoni mwa madarasa mengine yote ya urekebishaji6. Kiwango cha mkazo na upunguzaji wa unene vilikuwa 0.2 m·s-1 na 5% kwa kila njia, mtawalia.
Kituo cha kazi cha kielektroniki cha Autolab PGSTAT128N kilitumika kupima SDSS kielektroniki baada ya kuviringisha kwa baridi hadi kupunguza unene wa 90% (msukosuko halisi sawa na 1.0) na kubonyeza kwa moto hadi mkazo halisi wa 0.7 kwa 1050 oC na 10 s-1. Kituo cha kazi kina seli ya elektrodi tatu yenye elektrodi ya kalomeli iliyojaa kama elektrodi ya marejeleo, elektrodi ya kaunta ya grafiti, na sampuli ya SDSS kama elektrodi ya kufanya kazi. Sampuli zilikatwa kwenye silinda zenye kipenyo cha 11.3 mm, pande ambazo waya za shaba ziliunganishwa. Kisha sampuli ilimwagwa na resini ya epoksi, na kuacha eneo wazi la kufanya kazi la 1 cm2 kama elektrodi ya kufanya kazi (uso wa chini wa sampuli ya silinda). Kuwa mwangalifu wakati wa kupoeza epoksi na wakati wa kusaga na kung'arisha baadaye ili kuepuka kupasuka. Uso wa kufanya kazi huunganishwa na kung'arisha kwa kusimamishwa kwa kung'arisha almasi na ukubwa wa chembe ya mikroni 1, kusafishwa kwa maji yaliyosafishwa na ethanoli na kukaushwa kwenye hewa baridi. Kabla ya vipimo vya kielektroniki, sampuli zilizong'aa ziliwekwa wazi kwa hewa kwa siku kadhaa ili kuunda filamu ya oksidi asilia. Myeyusho wa maji wa FeCl3 (6.0 wt.%), ulioimarishwa na HCl hadi pH = 1.0 ± 0.01, umetumika kuharakisha kutu kwa chuma cha pua55, kwani hupatikana katika mazingira ya fujo ambapo ioni za kloridi zipo zenye nguvu kubwa ya oksidi na pH ya chini kama ilivyoainishwa na ASTM. Viwango vilivyopendekezwa ni G48 na A923. Sampuli zilizamishwa kwenye myeyusho wa majaribio kwa saa 1 kabla ya vipimo vyovyote kuchukuliwa ili kufikia hali iliyo karibu na isiyotulia. Kwa sampuli za myeyusho imara, zilizotengenezwa kwa moto na zilizoviringishwa kwa baridi, masafa ya kipimo cha impedansi yalikuwa 1 × 105 ~ 0.1 Hz, na uwezo wa mzunguko wazi (OPS) ulikuwa 5 mV, ambayo ilikuwa 0.39, 0.33, na 0.25 VSCE, mtawalia. Kila jaribio la kielektroniki la sampuli yoyote lilirudiwa angalau mara tatu chini ya hali sawa ili kuhakikisha urejelezaji wa data.
Kwa vipimo vya HE-SXRD, vitalu vya chuma vya duplex vya mstatili 1 × 1 × 1.5 mm3 vilipimwa kwenye mstari wa wiggler wa Brockhouse wenye nguvu nyingi huko CLS, Kanada ili kupima utungaji wa awamu56. Ukusanyaji wa data ulifanyika kwa joto la kawaida katika jiometri ya Debye-Scherrer au jiometri ya usafiri. Urefu wa wimbi la miale ya X uliorekebishwa kwa kalibranti ya LaB6 ni 0.212561 Å, ambayo inalingana na 58 keV, ambayo ni kubwa zaidi kuliko ile ya Cu Kα (8 keV) inayotumika sana kama chanzo cha X-ray cha maabara. Sampuli imewekwa kwa umbali wa 740 mm kutoka kwa kigunduzi. Kiasi cha kugundua cha kila sampuli ni 0.2 × 0.3 × 1.5 mm3, ambayo huamuliwa na ukubwa wa boriti na unene wa sampuli. Kila moja ya data hizi ilikusanywa kwa kutumia kigunduzi cha eneo la Perkin Elmer, kigunduzi cha X-ray cha paneli tambarare, pikseli 200 µm, 40 × 40 cm2, kwa kutumia muda wa mfiduo wa sekunde 0.3 na fremu 120.
Vipimo vya X-PEEM vya mifumo miwili ya modeli iliyochaguliwa vilifanywa katika kituo cha mwisho cha PEEM cha mstari wa Beamline MAXPEEM katika maabara ya MAX IV (Lund, Sweden). Sampuli zilitayarishwa kwa njia sawa na vipimo vya elektrokemikali. Sampuli zilizotayarishwa ziliwekwa hewani kwa siku kadhaa na kutolewa gesi kwenye chumba cha utupu chenye urefu wa juu kabla ya kuangaziwa na fotoni za synchrotron. Azimio la nishati la boriti hupatikana kwa kupima wigo wa ioni kutoka N 1 s hadi 1\(\pi _g^ \ast\) ya eneo la msisimko lenye hv = 401 eV katika N2 na utegemezi wa nishati ya fotoni kwenye E3/2.57. Ufaa wa spectral ulimpa ΔE (upana wa mstari wa spectral) ~0.3 eV juu ya kiwango cha nishati kilichopimwa. Kwa hivyo, azimio la nishati ya boriti lilikadiriwa kuwa E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 na flux ≈1012 ph/s kwa kutumia monokromata ya SX-700 iliyorekebishwa yenye wavu wa Si 1200-line mm−1 kwa ukingo wa Fe 2p L2,3, ukingo wa Cr 2p L2,3, ukingo wa Ni 2p L2,3, na ukingo wa Ce M4,5. Kwa hivyo, azimio la nishati ya boriti lilikadiriwa kuwa E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 na flux ≈1012 ph/s kwa kutumia monokromata ya SX-700 iliyorekebishwa yenye wavu wa Si 1200-line mm−1 kwa ukingo wa Fe 2p L2.3, ukingo wa Cr 2p L2.3, ukingo wa Ni 2p L2.3, na ukingo wa Ce M4.5. Таким образом, энергетическое разрешение канала пучка было оценено как E/∆E = 700 эВ/0,3 эВ > 2000 na поток ≈1012 ф/сип 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, 3, кромка Ni 2p L2,3 na Ce. Kwa hivyo, azimio la nishati la mfereji wa boriti lilikadiriwa kama E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 na mtiririko ≈1012 f/s kwa kutumia monokromata ya SX-700 iliyorekebishwa yenye wavu wa Si wa mistari 1200/mm kwa ukingo wa Fe 2p L2 ,3, ukingo wa Cr 2p L2.3, ukingo wa Ni 2p L2.3, na ukingo wa Ce 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 通过用改迕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 的 SX-70 . 1200 线 mm-1 光栅 于 Fe 2P 2P 2P L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Ni 2p L2.3 边缘和Ce M4.5 边缘.Hivyo, unapotumia monokromata ya SX-700 iliyorekebishwa na wavu wa Si wa mstari wa 1200. 3, ukingo wa Cr 2p L2.3, ukingo wa Ni 2p L2.3 na ukingo wa Ce M4.5.Panua nishati ya fotoni katika hatua za eV 0.2. Katika kila nishati, picha za PEEM zilirekodiwa kwa kutumia kigunduzi cha TVIPS F-216 CMOS chenye muunganisho wa nyuzi optiki ya binning ya 2 x 2 inayotoa pikseli 1024 × 1024 katika uwanja wa mwonekano wa 20 µm. Muda wa mfiduo wa picha ni sekunde 0.2, wastani wa fremu 16. Nishati ya picha ya fotoelektroni huchaguliwa kwa njia ambayo hutoa ishara ya juu zaidi ya elektroni ya sekondari. Vipimo vyote hufanywa kwa kiwango cha kawaida cha boriti ya fotoni iliyo na polari ya mstari. Kwa maelezo zaidi kuhusu vipimo, tazama utafiti uliopita58. Baada ya kusoma hali ya kugundua jumla ya mavuno ya elektroni (TEY)59 na matumizi yake katika X-PEEM, kina cha kugundua cha njia hii kinakadiriwa kuwa ~4–5 nm kwa ishara ya Cr na ~6 nm kwa ishara ya Fe. Kina cha Cr kiko karibu sana na unene wa filamu ya oksidi (~4 nm)60,61 huku kina cha Fe kikiwa kikubwa kuliko unene wa filamu ya oksidi. XAS iliyokusanywa karibu na ukingo wa Fe L ni mchanganyiko wa oksidi ya chuma XAS na FeO kutoka kwenye matrix. Katika kisa cha kwanza, nguvu ya elektroni zinazotolewa inatokana na aina zote zinazowezekana za elektroni zinazochangia TEY. Hata hivyo, ishara safi ya chuma inahitaji nishati ya kinetiki ya juu ili elektroni zipite kwenye safu ya oksidi, zifikie uso, na kukusanywa na kichambuzi. Katika kisa hiki, ishara ya Fe0 inatokana zaidi na elektroni za LVV Auger na elektroni za sekondari zinazotolewa nazo. Kwa kuongezea, nguvu ya TEY inayochangiwa na elektroni hizi huoza wakati wa njia ya kutoroka ya elektroni49 inapunguza zaidi saini ya spektrali ya Fe0 kwenye ramani ya chuma XAS.
Kuunganisha uchimbaji data kwenye vijiti vya data (data ya X-PEEM) ni hatua muhimu katika kutoa taarifa muhimu (sifa za kemikali au kimwili) kwa njia ya vipimo vingi. Kuunganisha kwa njia za K hutumika sana katika maeneo kadhaa, ikiwa ni pamoja na kuona kwa mashine, usindikaji wa picha, utambuzi wa ruwaza usiosimamiwa, akili bandia, na uchanganuzi wa uainishaji24. Kwa mfano, kuunganisha kwa njia za K hutumika vyema katika kuunganisha data ya picha ya hyperspectral62. Kimsingi, kwa data ya vitu vingi, algoriti ya K inaweza kuzipanga kwa urahisi kulingana na taarifa kuhusu sifa zao (sifa za nishati ya fotoni). Kuunganisha kwa njia za K ni algoriti ya kurudia ya kugawanya data katika vikundi vya K visivyoingiliana (vikundi), ambapo kila pikseli ni ya kundi maalum kulingana na usambazaji wa anga wa ukosefu wa usawa wa kemikali katika muundo wa miundo ya chuma. Algoriti ya K ina hatua mbili: hatua ya kwanza huhesabu sentroid za K, na hatua ya pili hugawa kila nukta kwa kundi lenye sentroids jirani. Kitovu cha mvuto cha kundi hufafanuliwa kama wastani wa hesabu wa nukta za data (spekta za XAS) za kundi hilo. Kuna umbali tofauti wa kufafanua sentroids zilizo karibu kama umbali wa Euclidean. Kwa picha ya kuingiza ya px, y (x na y ni azimio katika pikseli), CK ni kitovu cha mvuto wa kundi; picha hii inaweza kugawanywa (kuunganishwa) katika makundi ya K kwa kutumia K-means63. Hatua za mwisho za algoriti ya kuunganisha K-means ni:
Hatua ya 2. Hesabu kiwango cha uanachama wa pikseli zote kulingana na sentroid ya sasa. Kwa mfano, huhesabiwa kutoka umbali wa Euclidean d kati ya kituo na kila pikseli:
Hatua ya 3 Gawanya kila pikseli kwa sentimita iliyo karibu zaidi. Kisha panga upya nafasi za sentimita K kama ifuatavyo:
Hatua ya 4. Rudia mchakato (milinganyo (7) na (8)) hadi sentroid ziungane. Matokeo ya mwisho ya ubora wa nguzo yanahusiana sana na chaguo bora la sentroid za awali63. Kwa muundo wa data wa PEEM wa picha za chuma, kwa kawaida X (x × y × λ) ni mchemraba wa data ya safu ya 3D, huku shoka za x na y zikiwakilisha taarifa za anga (azimio la pikseli) na mhimili wa λ unalingana na hali ya spektra ya nishati ya fotoni. Algoriti ya K-means ilitumika kuchunguza maeneo yanayopendezwa na data ya X-PEEM kwa kutenganisha pikseli (vikundi au vizuizi vidogo) kulingana na sifa zao za spektra na kutoa sentroid bora (mkunjo wa spektra wa XAS) kwa kila mchambuzi (nguzo). Inatumika kusoma usambazaji wa anga, mabadiliko ya spektra ya ndani, tabia ya oksidi na hali ya kemikali. Kwa mfano, algoriti ya K-means ya nguzo ilitumika kwa maeneo ya Fe L-edge na Cr L-edge katika X-PEEM iliyofanyiwa kazi kwa moto na iliyoviringishwa kwa baridi. Idadi mbalimbali za makundi ya K (mikoa midogo ya miundo) zilijaribiwa ili kupata makundi na sentroid bora zaidi. Grafu inapoonyeshwa, pikseli huwekwa upya kwenye sentroid sahihi za makundi. Kila usambazaji wa rangi unalingana na katikati ya kundi, ikionyesha mpangilio wa anga wa vitu vya kemikali au kimwili. Sentroid zilizotolewa ni michanganyiko ya mstari wa spektra safi.
Data inayounga mkono matokeo ya utafiti huu inapatikana kutoka kwa mwandishi husika wa WC kwa ombi linalofaa.
Sieurin, H. & Sandström, R. Ugumu wa kuvunjika kwa chuma cha pua chenye sehemu mbili kilichounganishwa. Sieurin, H. & Sandström, R. Ugumu wa kuvunjika kwa chuma cha pua chenye sehemu mbili kilichounganishwa. Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной дуплексной нержавеющей стали. Sieurin, H. & Sandström, R. Ugumu wa kuvunjika kwa chuma cha pua chenye duplex kilichounganishwa. 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. Ugumu wa kuvunjika kwa vyuma vya pua vya duplex vilivyounganishwa.mradi. fraktali. manyoya. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Upinzani wa kutu wa vyuma vya pua vyenye duplex mbili katika asidi kikaboni zilizochaguliwa na mazingira ya asidi kikaboni/kloridi. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Upinzani wa kutu wa vyuma vya pua vyenye duplex mbili katika asidi kikaboni zilizochaguliwa na mazingira ya asidi kikaboni/kloridi.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. na Van Der Merwe, J. Upinzani wa kutu wa vyuma vya pua vyenye duplex mbili katika mazingira yenye asidi kikaboni na asidi/kloridi kikaboni. 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chuma cha pua katika特定organic酸 pamoja na mazingira ya Organic酸/klorini的耐而性性.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. na Van Der Merwe, J. Upinzani wa kutu wa vyuma vya pua vyenye duplex mbili katika mazingira yenye asidi kikaboni na asidi/kloridi kikaboni.kuzuia kutu. Method Mater 57, 107–117 (2010).
Barella S. et al. Sifa za oksidi za kutu za aloi mbili za Fe-Al-Mn-C zinazosababisha kutu. Nyenzo 12, 2572 (2019).
Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Kizazi kipya cha vyuma vya duplex super kwa ajili ya uzalishaji wa gesi na mafuta. Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Kizazi kipya cha vyuma vya duplex super kwa ajili ya uzalishaji wa gesi na mafuta.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Kizazi kipya cha vyuma vya duplex super kwa ajili ya vifaa vya uzalishaji wa mafuta na gesi.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Kizazi kipya cha vyuma vya duplex vya hali ya juu kwa ajili ya vifaa vya uzalishaji wa gesi na mafuta. Semina ya mtandaoni ya E3S. 121, 04007 (2019).
Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Uchunguzi wa tabia ya mabadiliko ya joto ya chuma cha pua cha daraja la duplex 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Uchunguzi wa tabia ya mabadiliko ya joto ya chuma cha pua cha daraja la duplex 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей стали марки 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Utafiti wa Tabia ya Uharibifu wa Moto wa Chuma cha pua cha Duplex cha Aina ya 2507. Chuma. 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. na Utaisansuk, V. Uchunguzi wa Tabia ya Uharibifu wa Moto wa Chuma cha pua cha Duplex cha Aina ya 2507. Chuma.alma mater. trance. A 48, 95–108 (2017).
Zhou, T. et al. Athari ya kuzungusha baridi kwa kudhibitiwa kwenye muundo mdogo na sifa za kiufundi za chuma cha pua cha SAF 2507 kilichobadilishwa na cerium. alma mater. mradi wa sayansi. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. et al. Muundo unaosababishwa na umbo la moto na sifa za kiufundi za chuma cha pua cha SAF 2507 kilichobadilishwa na cerium. J. Alma mater. teknolojia ya tanki la kuhifadhia. 9, 8379–8390 (2020).
Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Athari ya elementi adimu za dunia kwenye tabia ya oksidi ya joto la juu ya chuma cha austenitiki. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Athari ya vipengele adimu vya dunia kwenye tabia ya oksidi ya joto la juu ya chuma cha austenitiki.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. na Zheng K. Ushawishi wa vipengele vya dunia adimu kwenye tabia ya chuma cha austenitiki chini ya oksidi ya joto la juu. 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. na Zheng K. Ushawishi wa vipengele vya dunia adimu kwenye tabia ya vyuma vya austenitic kwenye oksidi ya joto la juu.kutu. sayansi. 164, 108359 (2020).