Ташаккур барои боздид аз Nature.com. Шумо версияи браузерро бо дастгирии маҳдуди CSS истифода мебаред. Барои беҳтарин таҷриба, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Реҷаи Мутобиқатро дар Internet Explorer ғайрифаъол кунед). Илова бар ин, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript нишон медиҳем.
Карусели се слайдро якбора нишон медиҳад. Барои гузаштан аз се слайд дар як вақт тугмаҳои "Пешина" ва "Баъдӣ"-ро истифода баред, ё барои гузаштан аз се слайд дар як вақт тугмаҳои лағжандаро дар охир истифода баред.
Пӯлоди зангногир ва версияҳои коркардшудаи он, ки ба таври васеъ истифода мешаванд, дар шароити муҳити зист ба зангзанӣ тобоваранд, зеро қабати пассиватсия аз оксиди хром иборат аст. Зангзанӣ ва эрозияи пӯлод одатан бо вайроншавии ин қабатҳо алоқаманд аст, аммо кам бо пайдоиши номутаносибии сатҳ, вобаста ба сатҳи микроскопӣ, алоқаманд аст. Дар ин кор, гетерогении сатҳи кимиёвии наномасштаб, ки тавассути микроскопияи спектроскопӣ ва таҳлили хемометрӣ муайян карда шудааст, ба таври ғайричашмдошт дар шикастан ва зангзании пӯлоди зангногири супердуплекси сериум 2507 (SDSS) ҳангоми деформатсияи гарми он бартарӣ дорад. Гарчанде ки микроскопияи фотоэлектронии рентгенӣ пӯшиши нисбатан якхелаи қабати табиии Cr2O3-ро нишон дод, самаранокии пассиватсияи SDSS-и хунук ғелондашуда аз сабаби тақсимоти маҳаллии ҷазираҳои нано-ғалладонаи Fe3+ дар қабати оксиди Fe/Cr паст буд. Ин дониши миқёси атомӣ фаҳмиши амиқи зангзании пӯлоди зангногирро фароҳам меорад ва интизор меравад, ки ба мубориза бо зангзании металлҳои дорои хӯлаҳои баландсифати монанд мусоидат кунад.
Аз замони ихтирои пӯлоди зангногир, хосиятҳои зидди зангзании феррохром ба хром нисбат дода мешаванд, ки оксидҳо/оксигидроксидҳои қавӣ ташкил медиҳанд ва дар аксари муҳитҳо рафтори пассивӣ нишон медиҳанд. Дар муқоиса бо пӯлодҳои зангногири анъанавӣ (аустенитӣ ва ферритӣ), пӯлодҳои зангногири супердуплексӣ (SDSS) муқовимати беҳтари зангзанӣ ва хосиятҳои аълои механикӣ доранд. Қувваи механикии афзоянда имкон медиҳад, ки тарҳҳои сабуктар ва фишурдатар ба даст оварда шаванд. Баръакс, SDSS-и иқтисодӣ муқовимати баланд ба зангзании сӯрохшавӣ ва тарқишҳо дорад, ки дар натиҷа мӯҳлати хизмати дарозтар ба даст меояд ва бо ин васила татбиқи онро дар назорати ифлосшавӣ, зарфҳои кимиёвӣ ва саноати нафт ва гази баҳрӣ васеъ мекунад4. Аммо, диапазони танг дар ҳарорати коркарди гармӣ ва шаклдиҳии паст ба татбиқи васеи амалии онҳо халал мерасонад. Аз ин рӯ, SDSS барои беҳтар кардани иҷрои дар боло зикршуда тағйир дода шудааст. Масалан, тағйири Ce дар SDSS 2507 (Ce-2507) бо миқдори зиёди нитроген6,7,8 муаррифӣ карда шуд. Унсури нодири заминӣ (Ce) дар консентратсияи мувофиқи 0.08% вазн ба хосиятҳои механикии DSS таъсири мусбат мерасонад, зеро он такмили донаҳо ва мустаҳкамии сарҳадҳои донаро беҳтар мекунад. Муқовимат ба фарсудашавӣ ва зангзанӣ, мустаҳкамии кашиш ва мустаҳкамии ҳосилшавӣ ва қобилияти коркарди гармӣ низ беҳтар карда мешаванд9. Миқдори зиёди нитроген метавонад миқдори гаронбаҳои никелро иваз кунад, ки SDSS-ро аз ҷиҳати хароҷот самараноктар мегардонад10.
Ба наздикӣ, SDSS дар ҳарорати гуногун (криогенӣ, хунук ва гарм) деформатсияи пластикӣ карда шуд, то хосиятҳои аълои механикӣ ба даст оранд6,7,8. Аммо, муқовимати аълои зангзании SDSS аз сабаби мавҷудияти плёнкаи тунуки оксидӣ дар сатҳ аз омилҳои зиёде, аз қабили гетерогении дохилӣ аз сабаби мавҷудияти фазаҳои гетерогенӣ бо сарҳадҳои гуногуни дона, боришоти номатлуб ва вокунишҳои гуногун, таъсир мегирад. деформатсияҳои фазаҳои аустенитӣ ва ферритӣ7. Аз ин рӯ, омӯзиши хосиятҳои домении микроскопии чунин плёнкаҳо то сатҳи сохтори электронӣ барои фаҳмидани зангзании SDSS муҳим мегардад ва усулҳои мураккаби таҷрибавиро талаб мекунад. То ҳол, усулҳои ҳассос ба сатҳ, ба монанди спектроскопияи электронии Оже11 ва спектроскопияи фотоэлектронии рентгенӣ12,13,14,15 ва микроскопияи фотоэмиссионии рентгении сахт (HAX-PEEM)16, умуман, дар муайян кардани фарқиятҳои кимиёвӣ дар қабатҳои сатҳӣ ноком шудаанд. Якчанд таҳқиқоти ахир оксидшавии маҳаллии хромро бо рафтори зангзании мушоҳидашудаи пӯлодҳои зангногири аустенитӣ17, пӯлодҳои мартенситӣ18 ва SDSS19,20 алоқаманд кардаанд. Аммо, ин таҳқиқот асосан ба таъсири гетерогении Cr (масалан, ҳолати оксидшавии Cr3+) ба муқовимати зангзанӣ нигаронида шудаанд. Гетерогении паҳлӯӣ дар ҳолатҳои оксидшавии унсурҳо метавонад аз сабаби пайвастагиҳои гуногун бо унсурҳои якхелаи таркибӣ, ба монанди оксидҳои оҳан, ба вуҷуд ояд. Ин пайвастагиҳо, ки дар натиҷаи коркарди термомеханикӣ андозаи хурдро мерос гирифтаанд, дар наздикии якдигар ҷойгиранд, аммо аз ҷиҳати таркиб ва ҳолати оксидшавӣ16,21 фарқ мекунанд. Аз ин рӯ, барои муайян кардани кафидани плёнкаҳои оксидӣ ва пайдоиши минбаъдаи онҳо, фаҳмидани гетерогении сатҳӣ дар сатҳи микроскопӣ зарур аст. Бо вуҷуди ин талабот, арзёбиҳои миқдорӣ ба монанди гетерогении паҳлӯӣ дар оксидшавӣ, махсусан барои Fe дар миқёси нано- ва атомӣ, то ҳол нокифояанд ва робитаи он бо муқовимати зангзанӣ ҳанӯз омӯхта нашудааст. То ба наздикӣ, ҳолати кимиёвии унсурҳои гуногун, ба монанди Fe ва Ca22, дар намунаҳои пӯлод бо истифода аз микроскопияи фотоэлектронии рентгении нарм (X-PEEM) дар иншооти радиатсияи синхротронии наномасштабӣ миқдоран тавсиф мешуд. X-PEEM дар якҷоягӣ бо спектроскопияи ҷабби рентгении ҳассос (XAS) имкон медиҳад, ки андозагириҳои XAS бо қарори баланди фазоӣ ва спектрӣ анҷом дода шаванд ва маълумоти кимиёвӣ дар бораи таркиби унсурҳо ва ҳолати кимиёвии онҳо бо қарори фазоӣ то бисту се нанометр пешниҳод карда шавад. Ин мушоҳидаи спектромикоскопии ибтидо мушоҳидаҳои маҳаллии кимиёвиро осон мекунад ва метавонад тағйироти кимиёвиро дар фазои қабати оҳан нишон диҳад, ки қаблан таҳқиқ нашуда буданд.
Ин таҳқиқот бартариҳои PEEM-ро дар муайян кардани фарқиятҳои кимиёвӣ дар миқёси нано васеъ мекунад ва усули таҳлили сатҳи атомии фаҳмоеро барои фаҳмидани рафтори зангзании Ce-2507 пешниҳод мекунад. Он барои харитасозии якхелагии кимиёвии глобалӣ (гетеро)-и унсурҳои дахлдор, ки ҳолатҳои кимиёвии онҳо дар намояндагии оморӣ пешниҳод шудаанд, аз усули хемометрии кластерии K-means24 истифода мебарад. Бар хилофи зангзанӣ, ки дар натиҷаи вайроншавии плёнкаи оксиди хром дар ҳолати анъанавӣ ба вуҷуд омадааст, дар айни замон пассиватсияи камтар ва муқовимати пасти зангзанӣ ба ҷазираҳои маҳаллии бойи Fe3+ дар наздикии қабати оксиди Fe/Cr, ки метавонанд хосиятҳои муҳофизатӣ дошта бошанд, нисбат дода мешавад. Оксид плёнкаи нуқтадорро вайрон мекунад ва боиси зангзанӣ мегардад.
Рафтори зангзании SDSS 2507-и деформатсияшуда аввал бо истифода аз андозагириҳои электрохимиявӣ арзёбӣ карда шуд. Дар расми 1 каҷхатҳои Найквист ва Боде барои намунаҳои интихобшуда дар маҳлули обии туршӣ (pH = 1) FeCl3 дар ҳарорати хонагӣ нишон дода шудаанд. Электролити интихобшуда ҳамчун агенти оксидкунандаи қавӣ амал мекунад, ки майли вайроншавии плёнкаи пассиватсияро тавсиф мекунад. Гарчанде ки мавод дар ҳарорати хонагӣ аз чоҳбандии устувор нагузашт, таҳлил имкон дод, ки ҳодисаҳои эҳтимолии нокомӣ ва зангзании минбаъда ба амал оянд. Схемаи эквивалентӣ (Расми 1d) барои мувофиқат ба спектроскопияи импеданси электрохимиявӣ (EIS) истифода шуд ва натиҷаҳои мувофиқи мувофиқат дар Ҷадвали 1 нишон дода шудаанд. Нимдоираҳои нопурра дар намунаҳои бо маҳлул коркардшуда ва бо гармӣ коркардшуда пайдо мешаванд, дар ҳоле ки нимдоираҳои фишурдашуда дар намунаҳои хунук печонидашуда пайдо мешаванд (Расми 1b). Дар спектроскопияи EIS, радиуси нимдоираро метавон ҳамчун муқовимати поляризатсия (Rp)25,26 ҳисоб кард. Rp-и роҳи парвоз бо маҳлул дар Ҷадвали 1 тақрибан 135 кΩ см–2-ро ташкил медиҳад, аммо арзишҳои роҳи парвоз бо гармӣ ва хунукӣ хеле пасттар буда, мутаносибан 34,7 ва 2,1 кΩ см–2 мебошанд. Ин коҳиши назарраси Rp таъсири манфии деформатсияи пластикиро ба пассиватсия ва муқовимат ба зангзанӣ нишон медиҳад, чунон ки дар гузоришҳои қаблӣ нишон дода шудааст27,28,29,30.
a Найквист, b, c Диаграммаҳои импеданс ва фазаҳои Боде ва d моделҳои схемаҳои эквивалентии мувофиқ, ки дар он RS муқовимати электролит, Rp муқовимати поляризатсия ва QCPE оксиди унсури фазаи доимӣ мебошад, ки барои моделсозии иқтидори ғайриидеалӣ (n) истифода мешавад. Андозагириҳои EIS дар потенсиали схемаи кушода анҷом дода мешаванд.
Константҳои ҳамзамон дар графики Боде нишон дода шудаанд, ки дар он плато дар диапазони басомади баланд муқовимати электролит RS26-ро ифода мекунад. Ҳангоми кам шудани басомад, импеданс меафзояд ва кунҷи фазаи манфӣ пайдо мешавад, ки бартарии иқтидорро нишон медиҳад. Кунҷи фаза меафзояд ва ҳадди аксарро дар диапазони нисбатан васеъи басомад нигоҳ медорад ва сипас кам мешавад (Расми 1c). Аммо, дар ҳар се ҳолат, ин ҳадди аксар ҳанӯз аз 90° камтар аст, ки рафтори иқтидори ғайриидеалиро аз сабаби парокандагии иқтидор нишон медиҳад. Ҳамин тариқ, унсури фазаи доимии QCPE (CPE) барои ифодаи тақсимоти иқтидори байнисатҳӣ, ки аз ноҳамвории сатҳ ё номутаносибӣ, махсусан дар миқёси атомӣ, геометрияи фракталӣ, сӯрохии электрод, потенсиали ғайримутаносиб ва геометрия бо шакли электродҳо ба вуҷуд меоянд, истифода мешавад31,32. Импеданси CPE:
ки дар он j адади хаёлӣ ва ω басомади кунҷӣ аст. QCPE як доимии вобаста ба басомад аст, ки ба майдони кушодаи муассири электролит мутаносиб аст. n адади қудрати беандоза аст, ки инҳирофи конденсаторро аз иқтидори идеалӣ тавсиф мекунад, яъне ҳар қадар n ба 1 наздиктар бошад, ҳамон қадар CPE ба иқтидори холис наздиктар аст, дар ҳоле ки агар n ба сифр наздик бошад, он муқовиматӣ ба назар мерасад. Инҳирофҳои хурди n, ки ба 1 наздиканд, рафтори иқтидори ғайриидеалии сатҳро пас аз санҷишҳои поляризатсия нишон медиҳанд. QCPE-и SDSS-и хунук печонидашуда нисбат ба ҳамтоёни худ ба таври назаррас баландтар аст, ки маънои онро дорад, ки сифати сатҳ камтар яксон аст.
Мувофиқи аксари хосиятҳои муқовимат ба зангзании пӯлодҳои зангногир, миқдори нисбатан баланди Cr дар SDSS одатан ба муқовимати аълои зангзании SDSS оварда мерасонад, ки ин ба мавҷудияти плёнкаи муҳофизатии оксиди пассивкунанда дар рӯи он вобаста аст17. Чунин плёнкаҳои пассивкунанда одатан аз оксидҳои Cr3+ ва/ё гидроксидҳо, асосан дар якҷоягӣ бо оксидҳои Fe2+, Fe3+ ва/ё (окси)гидроксидҳо33 бой мебошанд. Сарфи назар аз якхелагии якхелаи сатҳ, қабати оксиди пассивкунанда ва набудани тарқиши сатҳӣ мувофиқи андозагириҳои микроскопӣ6,7, рафтори зангзании SDSS-и бо гарм коркардшуда ва бо хунук печонидашуда гуногун аст, аз ин рӯ, барои деформатсияи пӯлод омӯзиши амиқи хусусиятҳои микросохторӣ зарур аст.
Сохтори микросохтори пӯлоди зангногири деформатсияшуда бо истифода аз рентгенҳои дорои энергияи баланди дохилӣ ва синхротронӣ (Расмҳои иловагӣ 1, 2) миқдоран омӯхта шуд. Таҳлили муфассал дар Маълумоти иловагӣ оварда шудааст. Гарчанде ки дар бораи намуди фазаи асосӣ якдилии умумӣ вуҷуд дорад, фарқиятҳо дар фраксияҳои фазаи ҳаҷмӣ пайдо шуданд, ки дар Ҷадвали иловагии 1 оварда шудаанд. Ин фарқиятҳо метавонанд аз фраксияҳои фазаи нобаробар дар сатҳ ва ҳаҷм вобаста бошанд, ки аз умқи гуногуни муайянкунии дифракцияи рентгенӣ (XRD) таъсир мегиранд. ) бо манбаъҳои гуногуни энергияи фотонҳои афтида34. Фраксияҳои нисбатан баланди аустенит дар намунаҳои хунукпечонидашуда, ки бо XRD аз манбаи лабораторӣ муайян карда шудаанд, пассиватсияи беҳтар ва сипас муқовимати беҳтари зангзаниро нишон медиҳанд35, дар ҳоле ки натиҷаҳои дақиқтар ва оморӣ тамоюлҳои муқобилро дар фраксияҳои фаза нишон медиҳанд. Илова бар ин, муқовимати зангзании пӯлод инчунин аз дараҷаи такмили дона, кам шудани андозаи дона, афзоиши микродеформатсияҳо ва зичии дислокатсия, ки ҳангоми коркарди термомеханикӣ ба вуҷуд меоянд, вобаста аст36,37,38. Намунаҳои бо гарм коркардшуда хусусияти ғалладонатарро нишон доданд, ки аз донаҳои андозаи микрон шаҳодат медиҳад, дар ҳоле ки ҳалқаҳои ҳамворе, ки дар намунаҳои хунук печонидашуда мушоҳида шудаанд (Расми иловагӣ 3), дар корҳои қаблӣ аз такмили назарраси донаҳо ба андозаи нано нишон медоданд. Ин бояд ба ташаккули плёнкаи ғайрифаъол ва афзоиши муқовимати зангзанӣ мусоидат кунад. Зичии баланди дислокатсия одатан бо муқовимати паст ба пайдоиши чоҳ алоқаманд аст, ки бо андозагириҳои электрохимиявӣ хуб мувофиқат мекунад.
Тағйирот дар ҳолати кимиёвии микродоменҳои унсурҳои асосӣ бо истифода аз X-PEEM ба таври систематикӣ омӯхта шуданд. Гарчанде ки унсурҳои хӯлакунанда бештар мавҷуданд, дар ин ҷо Cr, Fe, Ni ва Ce39 интихоб карда мешаванд, зеро Cr унсури калидӣ барои ташаккули плёнкаи ғайрифаъол аст, Fe унсури асосии пӯлод аст ва Ni пассиватсияро тақвият медиҳад ва фазаи феррит-аустенитиро мувозинат мекунад. Сохтор ва тағирот ҳадафи Ce мебошад. Бо танзими энергияи шуои синхротрон, XAS хусусиятҳои асосии Cr (канори L2.3), Fe (канори L2.3), Ni (канори L2.3) ва Ce (канори M4.5)-ро аз сатҳ сабт кард. -2507 SDSS. Таҳлили мувофиқи маълумот бо дохил кардани калибрченкунии энергия бо маълумоти нашршуда (масалан, XAS дар Fe L2, 3 қабурға40,41) анҷом дода шуд.
Дар расми 2 тасвирҳои X-PEEM-и канорҳои гарм коркардшуда (Расми 2a) ва хунук ғелондашуда (Расми 2d) Ce-2507 SDSS ва канорҳои мувофиқи XAS Cr ва Fe L2,3 дар мавқеъҳои алоҳида қайдшуда нишон дода шудаанд. Канори L2,3 XAS ҳолатҳои холии 3d-и электронҳоро пас аз фотоангезиш дар сатҳҳои тақсимшавии спин-мадори 2p3/2 (канори L3) ва 2p1/2 (канори L2) меомӯзад. Маълумот дар бораи ҳолати валентии Cr аз таҳлили дифракцияи рентгении канори L2,3 дар расми 2b,d гирифта шудааст. Муқоисаи пайвандҳо. 42, 43 нишон дод, ки дар наздикии канори L3 чор қуллаи A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV) ва D (582.2 eV) мушоҳида шудаанд, ки ионҳои октаэдрии Cr3+-ро инъикос мекунанд, ки ба Cr2O3 мувофиқанд. Спектрҳои таҷрибавӣ бо ҳисобҳои назариявӣ, чунон ки дар панелҳои b ва e нишон дода шудаанд, мувофиқанд, ки аз ҳисобҳои сершумори майдони кристаллӣ дар интерфейси Cr L2.3 бо истифода аз майдони кристаллии 2.0 eV44 ба даст оварда шудаанд. Ҳарду сатҳи SDSS-и бо гарм коркардшуда ва хунук печонидашуда бо қабати нисбатан якхелаи Cr2O3 пӯшонида шудаанд.
a Тасвири гармии SDSS-и гармшакли X-PEEM, ки ба канори b Cr L2.3 ва канори c Fe L2.3 мувофиқат мекунад, d Тасвири гармии X-PEEM-и SDSS-и хунуккардашуда, ки ба канори e Cr L2.3 ва f Fe L2.3-и тарафи (e) мувофиқат мекунад. Спектрҳои XAS, ки дар мавқеъҳои гуногуни фазоӣ, ки дар тасвирҳои гармӣ (a, d) бо хатҳои нуқтадори норанҷӣ дар (b) ва (e) нишон дода шудаанд, кашида шудаанд, спектрҳои XAS-и симулятсияшудаи Cr3+-ро бо арзиши майдони кристаллии 2.0 эВ нишон медиҳанд. Барои тасвирҳои X-PEEM, палитраи гармӣ барои беҳтар кардани хондани тасвир истифода мешавад, ки дар он рангҳо аз кабуд то сурх ба шиддати ҷабби рентгенӣ (аз паст то баланд) мутаносиб мебошанд.
Новобаста аз муҳити кимиёвии ин унсурҳои металлӣ, ҳолати кимиёвии иловаҳои унсурҳои хӯлакунандаи Ni ва Ce барои ҳарду намуна яксон боқӣ монд. Расми иловагӣ. Дар расми 5-9 тасвирҳои X-PEEM ва спектрҳои мувофиқи XAS барои Ni ва Ce-ро дар мавқеъҳои гуногун дар сатҳи намунаҳои гармкорӣ ва хунуккорӣ нишон диҳед. Ni XAS ҳолати оксидшавии Ni2+-ро дар тамоми сатҳи ченшудаи намунаҳои гармкорӣ ва хунуккорӣ нишон медиҳад (Баҳси иловагӣ). Қобили зикр аст, ки дар мавриди намунаҳои гармкорӣ, сигнали XAS-и Ce мушоҳида намешавад, дар ҳоле ки спектри Ce3+-и намунаҳои хунуккорӣ дар як нуқта мушоҳида мешавад. Мушоҳидаи доғҳои Ce дар намунаҳои хунуккорӣ нишон дод, ки Ce асосан дар шакли таҳшинҳо вуҷуд дорад.
Дар SDSS-и деформатсияи гармӣ, дар канори Fe L2.3 ягон тағйироти сохтории маҳаллӣ дар XAS мушоҳида нашуд (Расми 2c). Аммо, тавре ки дар расми 2f нишон дода шудааст, матритсаи Fe дар ҳафт нуқтаи тасодуфан интихобшуда дар SDSS-и хунук печонидашуда ба таври микроскопӣ ҳолати химиявии худро тағйир медиҳад. Илова бар ин, барои ба даст овардани тасаввуроти дақиқ дар бораи тағйирот дар ҳолати Fe дар маконҳои интихобшуда дар расми 2f, таҳқиқоти сатҳи маҳаллӣ гузаронида шуданд (Расми 3 ва Расми иловагии 10), ки дар онҳо минтақаҳои хурдтари даврашакл интихоб карда шуданд. Спектрҳои XAS-и канори Fe L2,3-и системаҳои α-Fe2O3 ва оксидҳои октаэдрии Fe2+ бо истифода аз ҳисобҳои майдони кристаллии мултиплетӣ бо истифода аз майдонҳои кристаллии 1.0 (Fe2+) ва 1.0 (Fe3+)44 моделсозӣ карда шуданд. Мо қайд мекунем, ки α-Fe2O3 ва γ-Fe2O3 симметрияҳои маҳаллии гуногун доранд45,46, Fe3O4 дорои омезиши ҳам Fe2+ ва ҳам Fe3+,47 ва FeO45 ҳамчун оксиди дувалентии Fe2+ (3d6) мебошад. Мо қайд мекунем, ки α-Fe2O3 ва γ-Fe2O3 симметрияҳои маҳаллии гуногун доранд45,46, Fe3O4 дорои омезиши ҳам Fe2+ ва ҳам Fe3+,47 ва FeO45 ҳамчун оксиди дувалентии Fe2+ (3d6) мебошад.Дар хотир доред, ки α-Fe2O3 ва γ-Fe2O3 симметрияҳои маҳаллии гуногун доранд45,46, Fe3O4 ҳам Fe2+ ва ҳам Fe3+,47 ва FeO45-ро дар шакли оксиди дувалентии Fe2+ (3d6) муттаҳид мекунад.Дар хотир доред, ки α-Fe2O3 ва γ-Fe2O3 симметрияҳои маҳаллии гуногун доранд45,46, Fe3O4 дорои комбинатсияҳои Fe2+ ва Fe3+,47 ва FeO45 ҳамчун оксиди дувалентии расмии Fe2+ (3d6) амал мекунад. Ҳамаи ионҳои Fe3+ дар α-Fe2O3 танҳо мавқеъҳои Oh доранд, дар ҳоле ки γ-Fe2O3 одатан ҳамчун шпинелҳои Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 бо ҷойҳои холӣ дар мавқеъҳои eg ифода карда мешавад. Аз ин рӯ, ионҳои Fe3+ дар γ-Fe2O3 ҳам мавқеъҳои Td ва ҳам Oh доранд. Тавре ки дар кори қаблӣ қайд карда шуд, гарчанде ки таносуби шиддати ин ду гуногун аст, таносуби шиддати онҳо eg/t2g ≈1 аст, дар ҳоле ки дар ин ҳолат таносуби шиддати мушоҳидашуда eg/t2g тақрибан 1 аст. Ин имкони мавҷуд будани танҳо Fe3+-ро дар ин ҳолат истисно мекунад. Бо назардошти ҳолати Fe3O4 бо комбинатсияҳои Fe2+ ва Fe3+, маълум аст, ки хусусияти аввали заифтар (қавӣ) дар канори L3-и Fe нишонаи камтар (зиёдтар) холӣ будан дар ҳолати t2g мебошад. Ин ба Fe2+ (Fe3+) дахл дорад, ки нишонаи афзоиши аломати аввал аст, ки нишонаи афзоиши миқдори Fe2+47 мебошад. Ин натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки Fe2+ ва γ-Fe2O3, α-Fe2O3 ва/ё Fe3O4 дар сатҳҳои хунук печонидашудаи композитҳо бартарӣ доранд.
Тасвирҳои гармии электронии фотоэмиссионии калонкардашудаи спектрҳои XAS (a, c) ва (b, d) дар саросари канори Fe L2,3 дар мавқеъҳои гуногуни фазоӣ дар минтақаҳои интихобшудаи 2 ва E дар расмҳои 2d.
Маълумоти таҷрибавии бадастомада (Расми 4a ва Расми иловагии 11) бо маълумоти пайвастагиҳои холиси 40, 41, 48 муқоиса карда шуданд. Асосан, се намуди гуногуни спектрҳои XAS-и канори Fe L (XAS-1, XAS-2 ва XAS-3: Расми 4a), ки ба таври таҷрибавӣ мушоҳида шудаанд, дар маконҳои гуногуни фазоӣ мушоҳида карда шуданд. Аз ҷумла, спектре монанд ба 2-a (ки ҳамчун XAS-1 нишон дода шудааст) дар расми 3b дар тамоми минтақаи мавриди таваҷҷӯҳ мушоҳида карда шуд ва баъдан спектри 2-b (бо номи XAS-2) мушоҳида шуд, дар ҳоле ки спектре монанд ба E-3 дар расми 3d мушоҳида шуд (ки ҳамчун XAS-3 номида мешавад) дар баъзе маконҳои маҳаллӣ мушоҳида шудааст. Одатан, барои муайян кардани ҳолатҳои валентӣ, ки дар намунаи зонд мавҷуданд, чор параметр истифода мешаванд: (1) хусусиятҳои спектрии L3 ва L2, (2) мавқеъҳои энергетикии хусусиятҳои L3 ва L2, (3) фарқияти энергияи L3-L2, (4) таносуби шиддати L2 /L3. Мувофиқи мушоҳидаҳои визуалӣ (Расми 4a), ҳар се ҷузъи Fe, яъне Fe0, Fe2+ ва Fe3+, дар сатҳи SDSS-и омӯхташуда мавҷуданд. Таносуби шиддатнокии ҳисобшуда L2/L3 низ мавҷудияти ҳар се ҷузъро нишон дод.
a Се маълумоти гуногуни таҷрибавӣ мушоҳида карда шуданд (хатҳои сахти XAS-1, XAS-2 ва XAS-3 ба 2-a, 2-b ва E-3 дар расми 2 ва 3 мувофиқат мекунанд) дар муқоиса бо XAS-и симулятсияшуда. Спектрҳои муқоисавӣ, октаэдрҳои Fe2+, Fe3+, арзишҳои майдони кристаллии мутаносибан 1.0 eV ва 1.5 eV, b–d. Маълумоти таҷрибавии ченшуда (XAS-1, XAS-2, XAS-3) ва маълумоти мувофиқи оптимизатсияшудаи LCF (хати сиёҳи сахт) ва муқоисаи спектрҳои XAS-3 бо стандартҳои Fe3O4 (ҳолати омехтаи Fe) ва Fe2O3 (Fe3+ холис) анҷом дода шуданд.
Барои муайян кардани таркиби оксиди оҳан, мутобиқати хаттии комбинатсияи (LCF) се стандарт40,41,48 истифода шуд. LCF барои се спектри интихобшудаи Fe-L-канори XAS, ки контрасти баландтаринро нишон медиҳанд, яъне XAS-1, XAS-2 ва XAS-3, тавре ки дар расми 4b-d нишон дода шудааст, татбиқ карда шуд. Барои фитингҳои LCF, дар ҳама ҳолатҳо 10% Fe0 ба назар гирифта шуд, зеро мо дар ҳама маълумотҳо қаъри хурдро мушоҳида кардем ва он далел, ки металли сиёҳ ҷузъи асосии пӯлод аст. Дар ҳақиқат, чуқурии озмоишии X-PEEM барои Fe (~6 нм)49 аз ғафсии тахминии қабати оксидшавӣ (каме > 4 нм) калонтар аст, ки имкон медиҳад сигнал аз матритсаи оҳан (Fe0) дар зери қабати пассиватсия муайян карда шавад. Дар ҳақиқат, чуқурии озмоишии X-PEEM барои Fe (~6 нм)49 аз ғафсии тахминии қабати оксидшавӣ (каме > 4 нм) калонтар аст, ки имкон медиҳад сигнал аз матритсаи оҳан (Fe0) дар зери қабати пассиватсия муайян карда шавад. Действительно, пробная глубина X-PEEM барои Fe (~ 6 нм)49 больше, чем предполагаемая толщина слоя окисления (на > 4 нм), ки дар он имкон медиҳад, ки сигнали матритсаи матритӣ (Fe0) зери пассивируемӣ бошад. Дар ҳақиқат, умқи зонди X-PEEM барои Fe (~6 нм)49 аз ғафсии фарзияшудаи қабати оксидшавӣ (каме >4 нм) зиёдтар аст, ки имкон медиҳад сигнал аз матритсаи оҳан (Fe0) дар зери қабати пассиватсия муайян карда шавад.Дар асл, X-PEEM Fe (~6 нм)49-ро аз ғафсии пешбинишудаи қабати оксид (каме бештар аз 4 нм) амиқтар муайян мекунад, ки имкон медиҳад сигналҳо аз матритсаи оҳан (Fe0) дар зери қабати пассиватсия муайян карда шаванд. Барои ёфтани беҳтарин роҳи ҳал барои маълумоти таҷрибавии мушоҳидашуда, комбинатсияҳои гуногуни Fe2+ ва Fe3+ анҷом дода шуданд. Дар расми 4b комбинатсияи Fe2+ ва Fe3+ дар спектри XAS-1 нишон дода шудааст, ки дар он таносуби Fe2+ ва Fe3+ наздик аст, тақрибан 45%, ки ҳолати оксидшавии омехтаи Fe-ро нишон медиҳад. Дар ҳоле ки барои спектри XAS-2 фоизи Fe2+ ва Fe3+ мутаносибан тақрибан 30% ва 60% мешавад. Миқдори Fe2+ нисбат ба Fe3+ камтар аст. Таносуби Fe2+ ба Fe3 1:2 маънои онро дорад, ки Fe3O4 метавонад дар ҳамон таносуби ионҳои Fe ташаккул ёбад. Илова бар ин, барои спектри XAS-3, фоизи Fe2+ ва Fe3+ ба ~10% ва 80% тағйир ёфт, ки ин нишон медиҳад, ки табдили бештари Fe2+ ба Fe3+ вуҷуд дорад. Тавре ки дар боло қайд карда шуд, Fe3+ метавонад аз α-Fe2O3, γ-Fe2O3 ё Fe3O4 ба даст ояд. Барои фаҳмидани эҳтимолияти манбаи Fe3+, спектрҳои XAS-3 дар баробари стандартҳои гуногуни Fe3+ дар расми 4e кашида шудаанд, ки ҳангоми баррасии қуллаи B бо ҳарду стандарт шабоҳат нишон медиҳанд. Аммо, шиддати китф (A: аз Fe2+) ва таносуби шиддати B/A нишон медиҳанд, ки спектри XAS-3 ба γ-Fe2O3 наздик аст, аммо бо он яксон нест. Дар муқоиса бо γ-Fe2O3-и умумӣ, шиддати Fe 2p XAS-и қуллаи A SDSS каме баландтар аст (расми 4e), ки нишон медиҳад, ки шиддати баландтари Fe2+ вуҷуд дорад. Гарчанде ки спектри XAS-3 ба спектри γ-Fe2O3 монанд аст, ки дар он Fe3+ дар ҳарду мавқеъҳои Oh ва Td мавҷуд аст, муайян кардани ҳолатҳои гуногуни валентӣ ва ҳамоҳангсозӣ танҳо аз ҷониби канори L2,3 ё таносуби шиддати L2/L3 то ҳол мушкил аст, ки ин мавзӯи такроршавандаи баҳс аз сабаби мураккабии омилҳои гуногуни дар спектри ниҳоӣ иштироккунанда мебошад41.
Илова бар табъизи спектралии ҳолатҳои кимиёвии минтақаҳои интихобшудаи мавриди таваҷҷӯҳ, гетерогении ҷаҳонии кимиёвии унсурҳои калидии Cr ва Fe бо роҳи тасниф кардани ҳамаи спектрҳои XAS, ки дар сатҳи намуна бо истифода аз усули кластеризатсияи K-means ба даст оварда шудаанд, арзёбӣ карда шуд. Профилҳои канори Cr L ба тарзе ҷойгир карда шуданд, ки ду кластери оптималии фазоӣ дар намунаҳои гарм ва хунук печонидашуда, ки дар расми 5 нишон дода шудаанд, ташкил кунанд. Равшан аст, ки ягон тағйироти сохтории маҳаллӣ мушоҳида нашудааст, зеро ду сентроиди спектрҳои XAS Cr хеле монанданд. Ин шаклҳои спектралии ду кластер қариб бо шаклҳои мувофиқ ба Cr2O342 якхелаанд, ки маънои онро дорад, ки қабатҳои Cr2O3 дар SDSS нисбатан яксон тақсим шудаанд.
кластери минтақаҳои канори K-mean L, b сентроидҳои мувофиқи XAS. Натиҷаҳои муқоисаи K-mean X-PEEM-и SDSS-и хунук печонидашуда: кластерҳои c минтақаҳои канори K-mean Cr L2,3 ва d сентроидҳои мувофиқи XAS.
Барои нишон додани харитаи мураккабтари канори FeL, мутаносибан чор ва панҷ кластерҳои оптимизатсияшуда ва сентроидҳои марбут ба онҳо (тақсимоти спектрӣ) барои намунаҳои бо гарм коркардшуда ва хунук ғелондашуда истифода мешаванд. Аз ин рӯ, фоизи (%) Fe2+ ва Fe3+ -ро метавон бо танзими LCF, ки дар расми 4 нишон дода шудааст, ба даст овард. Потенсиали псевдоэлектроди Эпсевдо ҳамчун функсияи Fe0 барои ошкор кардани нобаробарии микрохимиявии плёнкаи оксиди сатҳӣ истифода шуд. Эпсевдо тақрибан бо қоидаи омехтакунӣ ҳисоб карда мешавад,
ки дар он \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) ба \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm { Fe}^{2 + (3 + )}\) баробар аст, ки мутаносибан 0.440 ва 0.036 В аст. Минтақаҳое, ки потенсиали пасттар доранд, миқдори зиёди пайвастагиҳои Fe3+ доранд. Тақсимоти потенсиал дар намунаи деформатсияи гармӣ хусусияти қабатӣ дорад ва тағирёбии ҳадди аксар тақрибан 0.119 В аст (Расми 6a, b). Ин тақсимоти потенсиал бо топографияи сатҳ зич алоқаманд аст (Расми 6a). Дар дохили қабати поёнӣ ягон тағйироти дигари вобаста ба мавқеъ мушоҳида нашудааст (Расми 6b). Баръакс, барои якҷояшавии оксидҳои гуногун бо миқдори гуногуни Fe2+ ва Fe3+ дар SDSS-и хунук печонидашуда, хусусияти ғайримуқаррарии псевдопотенсиал мушоҳида карда мешавад (Расми 6c, d). Оксидҳои Fe3+ ва/ё (окси)гидроксидҳо ҷузъҳои асосии зангзанӣ дар пӯлод мебошанд ва барои оксиген ва об гузаранда мебошанд50. Дар ин ҳолат, дида мешавад, ки ҷазираҳои бой аз Fe3+ дар маҳал ҷойгир шудаанд ва онҳоро метавон ҳамчун минтақаҳои зангзанӣ ҳисоб кард. Дар ин ҳолат, градиенти майдони потенсиал, на арзиши мутлақи потенсиал, метавонад ҳамчун нишондиҳандаи маҳаллисозии минтақаҳои зангзании фаъол51 ҳисобида шавад. Ин тақсимоти ғайримутаносиби Fe2+ ва Fe3+ дар сатҳи SDSS-и хунук печонидашуда метавонад хосиятҳои маҳаллии химиявиро тағйир диҳад ва масоҳати сатҳи самараноктарро дар шикастани плёнкаи оксидӣ ва реаксияҳои зангзанӣ таъмин кунад ва бо ин роҳ матритсаи металлии зеризаминӣ имкон медиҳад, ки пайваста занг занад, ки боиси ноҳамгунии дохилӣ мегардад. ва хусусиятҳои муҳофизатии қабати пассивикунандаро коҳиш медиҳад.
Кластерҳои миёнаи K-и минтақаҳои канории Fe L2,3 ва сентроидҳои мувофиқи XAS барои SDSS-и X-PEEM-и бо гарм коркардшуда a–c ва d–f-и бо хунук ғелондашуда. a, d Диаграммаи кластери миёнаи K, ки дар болои тасвири X-PEEM ҷойгир шудааст. Потенсиалҳои тахминии псевдоэлектрод (эпсевдо) дар баробари диаграммаҳои кластери миёнаи K зикр шудаанд. Равшании тасвири X-PEEM, ба монанди ранги дар расми 2 нишондодашуда, мустақиман ба шиддати ҷабби рентгенӣ мутаносиб аст.
Нисбатан якхела будани Cr, аммо ҳолати гуногуни химиявии Fe боиси пайдоиши гуногуни шикастани плёнкаи оксидӣ ва намунаҳои зангзанӣ дар Ce-2507-и гарм ва хунук ғелондашуда мегардад. Ин хосияти Ce-2507-и хунук ғелондашуда ба ҳама маълум аст. Дар робита ба ташаккули оксидҳо ва гидроксидҳои Fe дар ҳавои атмосфера, дар ин кор реаксияҳои зерин ҳамчун реаксияҳои бетараф баррасӣ мешаванд:
Бар асоси андозагирии X-PEEM, аксуламали дар боло зикршуда дар ҳолатҳои зерин рух додааст. Китфи хурде, ки ба Fe0 мувофиқат мекунад, бо оҳани металлии зеризаминӣ алоқаманд аст. Реаксияи Fe металлӣ бо муҳит боиси пайдоиши қабати Fe(OH)2 мегардад (муодилаи (5)), ки сигнали Fe2+-ро дар XAS-и канори L-и Fe тақвият медиҳад. Таъсири тӯлонии ҳаво пас аз Fe(OH)252,53 боиси пайдоиши оксидҳои Fe3O4 ва/ё Fe2O3 мегардад. Ду намуди Fe устувор, Fe3O4 ва Fe2O3, инчунин метавонанд дар қабати муҳофизатии бойи Cr3+ ташаккул ёбанд, ки дар он Fe3O4 сохтори якхела ва муттаҳидро афзалтар медонад. Мавҷудияти ҳарду боиси ҳолатҳои оксидшавии омехта (спектри XAS-1) мегардад. Спектри XAS-2 асосан ба Fe3O4 мувофиқат мекунад. Дар ҳоле ки спектрҳои XAS-3, ки дар якчанд мавқеъ мушоҳида шудаанд, табдили пурраро ба γ-Fe2O3 нишон доданд. Азбаски нурҳои рентгении кушода чуқурии воридшавӣ тақрибан 50 нм доранд, сигнал аз қабати поёнӣ боиси шиддати баланди қуллаи А мегардад.
Спектри XRD нишон медиҳад, ки ҷузъи Fe дар плёнкаи оксидӣ сохтори қабатӣ дорад, ки бо қабати оксиди Cr якҷоя карда шудааст. Баръакси хусусияти пассиватсияи зангзанӣ аз сабаби нобаробарии маҳаллии Cr2O317, сарфи назар аз қабати якхелаи Cr2O3 дар ин таҳқиқот, дар ин ҳолат муқовимати пасти зангзанӣ мушоҳида шуд, махсусан барои намунаҳои хунук печонидашуда. Рафтори мушоҳидашударо метавон ҳамчун гетерогении ҳолати оксидшавии кимиёвии қабати болоӣ (Fe), ки ба самаранокии зангзанӣ таъсир мерасонад, фаҳмид. Интиқоли сусти ионҳои металлӣ ё оксиген дар шабака аз сабаби якхела будани стехиометрияи қабатҳои болоӣ (оксиди Fe) ва поёнӣ (оксиди Cr)52,53 боиси таъсири мутақобилаи беҳтар (часпидан) байни онҳо мегардад. Ин, дар навбати худ, муқовимати зангзаниро беҳтар мекунад. Аз ин рӯ, стехиометрияи пайваста, яъне як ҳолати оксидшавии Fe, нисбат ба тағйироти ногаҳонии стехиометрӣ афзалтар аст. SDSS-и деформатсияи гармӣ сатҳи якхелатар ва қабати муҳофизатии зичтар дорад, ки муқовимати беҳтари зангзаниро таъмин мекунад. Аммо, барои SDSS-и хунук печонидашуда, мавҷудияти ҷазираҳои бой аз Fe3+ дар зери қабати муҳофизатӣ якпорчагии сатҳро вайрон мекунад ва боиси зангзании галвании субстрати наздик мегардад, ки боиси коҳиши Rp (Ҷадвали 1) дар спектрҳои EIS ва муқовимати зангзании он мегардад. Аз ин рӯ, ҷазираҳои дар маҳал паҳншуда, ки бой аз Fe3+ аз сабаби деформатсияи пластикӣ мебошанд, асосан ба самаранокии муқовимати зангзанӣ таъсир мерасонанд, ки ин як пешрафт дар ин кор аст. Аз ин рӯ, дар ин таҳқиқот спектромикрографҳои коҳиши муқовимати зангзанӣ аз сабаби деформатсияи пластикии намунаҳои SDSS-и омӯхташуда пешниҳод карда мешаванд.
Ғайр аз ин, дар ҳоле ки хӯлаи нодир дар пӯлодҳои дуфаза беҳтар кор мекунад, таъсири мутақобилаи ин унсури иловашуда бо матритсаи пӯлоди алоҳида аз ҷиҳати рафтори зангзанӣ дар асоси мушоҳидаҳои микроскопияи спектроскопӣ норавшан боқӣ мемонад. Сигнали Ce (дар баробари канори M-XAS) ҳангоми ғелонидани хунук танҳо дар чанд мавқеъ пайдо мешавад, аммо ҳангоми деформатсияи гарми SDSS нопадид мешавад, ки нишон медиҳад, ки Ce дар матритсаи пӯлод ба ҷои хӯлаи якхела ҷойгир шудааст. Гарчанде ки хосиятҳои механикии SDSS беҳтар нашудаанд6,7, мавҷудияти REE андозаи дохилкуниҳоро кам мекунад ва гумон меравад, ки пайдоиши чоҳро дар пайдоиш54 пахш мекунад.
Хулоса, ин кор таъсири гетерогении сатҳро ба зангзании 2507 SDSS, ки бо серий тағйир дода шудааст, бо роҳи муайян кардани миқдори таркиби химиявии ҷузъҳои наноандоза ошкор мекунад. Мо ба саволи он ки чаро пӯлоди зангногир ҳатто ҳангоми пӯшонидани қабати оксиди муҳофизатӣ занг мезанад, бо омӯзиши миқдории микросохтор, ҳолати химиявии хусусиятҳои сатҳӣ ва коркарди сигнал бо истифода аз кластеризатсияи миёнаи K ҷавоб додем. Муайян карда шудааст, ки ҷазираҳои бойи Fe3+, аз ҷумла ҳамоҳангсозии октаэдрӣ ва тетраэдрии онҳо дар тамоми сохтори омехтаи Fe2+/Fe3+, манбаи нобудшавии плёнкаи оксидӣ ва манбаи зангзании SDSS-и хунуккардашуда мебошанд. Наноизоляторҳое, ки аз ҷониби Fe3+ бартарӣ доранд, ҳатто дар ҳузури қабати пассивкунандаи кофии стехиометрии Cr2O3 ба муқовимати пасти зангзанӣ оварда мерасонанд. Илова бар пешрафтҳои методологӣ, ки дар муайян кардани таъсири гетерогении химиявии наноандоза ба зангзанӣ ба даст оварда шудаанд, интизор меравад, ки кори мазкур равандҳои муҳандисиро барои беҳтар кардани муқовимати зангзании пӯлодҳои зангногир ҳангоми истеҳсоли пӯлод илҳом бахшад.
Барои тайёр кардани пораҳои Ce-2507 SDSS, ки дар ин таҳқиқот истифода шудаанд, ҷузъҳои омехта, аз ҷумла хӯлаи асосии Fe-Ce, ки бо найчаҳои оҳани холис мӯҳр карда шудаанд, дар кӯраи индуксионии басомади миёнаи 150 кг барои истеҳсоли пӯлоди гудохта гудохта шуда, ба қолабҳои рехтагарӣ рехта шуданд. Таркиби кимиёвии ченшуда (%) дар Ҷадвали Иловагии 2 оварда шудааст. Аввал пораҳо гарм ба блокҳо табдил дода мешаванд. Сипас пӯлод дар ҳарорати 1050°C барои 60 дақиқа то маҳлули сахт гарм карда мешавад ва сипас дар об то ҳарорати хонагӣ хомӯш карда мешавад. Намунаҳои омӯхташуда бо истифода аз TEM ва DOE муфассал омӯхта шуданд, то фазаҳо, андозаи дона ва морфологияро омӯзанд. Маълумоти муфассалтар дар бораи намунаҳо ва раванди истеҳсолотро дар дигар манбаъҳо пайдо кардан мумкин аст6,7.
Намунаҳои силиндрӣ (φ10 мм × 15 мм)-ро барои пахшкунии гарм бо меҳвари силиндр ба самти деформатсияи блок мувозӣ коркард кунед. Фишурдани ҳарорати баланд бо суръати доимии деформатсия дар диапазони 0.01-10 с-1 дар ҳароратҳои гуногун дар диапазони 1000-1150°C бо истифода аз симулятори гармии Gleeble-3800 анҷом дода шуд. Пеш аз деформатсия, намунаҳо дар ҳарорати интихобшуда бо суръати 10 °C с-1 барои 2 дақиқа гарм карда шуданд, то градиенти ҳарорат бартараф карда шавад. Пас аз ба даст овардани якхелагии ҳарорат, намунаҳо ба арзиши воқеии деформатсияи 0.7 деформатсия карда шуданд. Пас аз деформатсия, он фавран бо об хомӯш карда мешавад, то сохтори деформатсияшударо нигоҳ дорад. Сипас, намунаҳои сахтшуда ба самти фишурдашавӣ мувозӣ бурида шуданд. Барои ин таҳқиқоти мушаххас, мо намунаеро интихоб кардем, ки дар ҳарорати 1050°C, 10 с-1 деформатсия шудааст, ки аз сабаби микросахтии мушоҳидашудаи баландтар нисбат ба дигар намунаҳо7.
Намунаҳои яклухти (80 × 10 × 17 мм3) маҳлули сахти Ce-2507 дар мошини деформатсияи ду-ғалтаки асинхронии сефаза LG-300 санҷида шуданд, ки дар байни ҳамаи синфҳои дигари деформатсия6 беҳтарин хосиятҳои механикиро таъмин кард. Суръати деформатсия ва коҳиши ғафсӣ барои ҳар як масир мутаносибан 0,2 м·с-1 ва 5% буд.
Барои чен кардани SDSS электрохимиявӣ пас аз ғелонидани хунук то кам кардани ғафсии 90% (деформатсияи ҳақиқии эквиваленти 1.0) ва пахшкунии гарм то деформатсияи ҳақиқии 0.7 дар ҳарорати 1050 oC ва 10 с-1, аз истгоҳи электрохимиявии Autolab PGSTAT128N истифода шуд. Истгоҳи корӣ дорои як ҳуҷайраи сеэлектродӣ бо электроди каломелии сершуда ҳамчун электроди истинодӣ, электроди муқобили графит ва намунаи SDSS ҳамчун электроди корӣ мебошад. Намунаҳо ба силиндрҳо бо диаметри 11.3 мм бурида шуданд, ки ба паҳлӯҳои онҳо симҳои мисӣ кафшер карда шуданд. Сипас намуна бо қатрони эпоксидӣ рехта шуд ва майдони кушодаи корӣ 1 см2 ҳамчун электроди корӣ (сатҳи поёнии намунаи силиндрӣ) боқӣ монд. Ҳангоми хушк кардани эпоксидӣ ва ҳангоми сайқалдиҳӣ ва сайқалдиҳии минбаъда эҳтиёт бошед, то аз кафидан пешгирӣ кунед. Сатҳи корӣ бо суспензияи сайқалдиҳии алмосӣ бо андозаи зарраҳои 1 микрон пӯшонида ва сайқал дода мешавад, бо оби тозашуда ва этанол тоза карда мешавад ва дар ҳавои хунук хушк карда мешавад. Пеш аз андозагирии электрохимиявӣ, намунаҳои сайқалёфта барои якчанд рӯз дар ҳаво нигоҳ дошта мешуданд, то плёнкаи оксиди табиӣ ташкил шаванд. Маҳлули обии FeCl3 (6.0 вазн.%), ки бо HCl то pH = 1.0 ± 0.01 устувор карда шудааст, барои суръат бахшидан ба зангзании пӯлоди зангногир55 истифода шудааст, зеро он дар муҳитҳои хашмгин мавҷуд аст, ки дар он ҷо ионҳои хлорид бо қувваи оксидшавии қавӣ ва pH паст, ки аз ҷониби ASTM муайян шудааст, мавҷуданд. Стандартҳои пешниҳодшуда G48 ва A923 мебошанд. Намунаҳо пеш аз гузаронидани ҳама гуна андозагирӣ барои 1 соат дар маҳлули озмоишӣ ғӯтонида шуданд, то ба ҳолати наздик ба статсионарӣ расанд. Барои маҳлули сахт, намунаҳои бо коркарди гарм ва хунук ғелондашуда, диапазони басомади андозагирии импеданс 1 × 105 ~ 0.1 Гц ва потенсиали занҷири кушода (OPS) 5 мВ буд, ки мутаносибан 0.39, 0.33 ва 0.25 VSCE буд. Ҳар як санҷиши электрохимиявии ҳар як намуна ҳадди аққал се маротиба дар як шароит такрор карда шуд, то такроршавандагии маълумот таъмин карда шавад.
Барои андозагириҳои HE-SXRD, блокҳои дуплексии пӯлоди росткунҷаи 1 × 1 × 1.5 мм3 дар хати wiggler Brockhouse бо энергияи баланд дар CLS, Канада барои муайян кардани таркиби фаза чен карда шуданд56. Ҷамъоварии маълумот дар ҳарорати хонагӣ дар геометрияи Дебай-Шеррер ё геометрияи интиқол анҷом дода шуд. Дарозии мавҷи шуоъҳои рентгенӣ, ки ба калибранти LaB6 калибр карда шудаанд, 0.212561 Å аст, ки ба 58 кэВ мувофиқат мекунад, ки аз дарозии мавҷи Cu Kα (8 кэВ), ки одатан ҳамчун манбаи рентгении лабораторӣ истифода мешавад, хеле баландтар аст. Намуна дар масофаи 740 мм аз детектор ҷойгир карда шудааст. Ҳаҷми ошкоркунии ҳар як намуна 0.2 × 0.3 × 1.5 мм3 аст, ки аз рӯи андозаи шуоъ ва ғафсии намуна муайян карда мешавад. Ҳар яки ин маълумот бо истифода аз детектори минтақаи Perkin Elmer, детектори рентгении панели ҳамвор, 200 µm пиксел, 40 × 40 см2, бо истифода аз вақти экспозитсияи 0.3 сония ва 120 кадр ҷамъоварӣ карда шуд.
Андозагириҳои X-PEEM-и ду системаи модели интихобшуда дар истгоҳи ниҳоии PEEM-и хати Beamline MAXPEEM дар лабораторияи MAX IV (Лунд, Шветсия) анҷом дода шуданд. Намунаҳо ба ҳамон тарзе, ки барои андозагириҳои электрохимиявӣ омода карда шуданд. Намунаҳои омодашуда чанд рӯз дар ҳаво нигоҳ дошта шуданд ва пеш аз он ки бо фотонҳои синхротронӣ нур дода шаванд, дар камераи вакуумии ултрабаланд газ карда шуданд. Ҳалли энергияи шуоъ бо чен кардани спектри баромади ион аз N 1 s то 1\(\pi _g^ \ast\)-и минтақаи ангезиш бо hv = 401 eV дар N2 ва вобастагии энергияи фотон аз E3/2.57 ба даст оварда мешавад. Мутобиқати спектрӣ ΔE (паҳнои хатти спектрӣ) ~0.3 eV-ро дар диапазони энергияи ченшуда дод. Аз ин рӯ, бо истифода аз монохроматори тағйирёфтаи SX-700 бо панҷараи Si 1200-хати мм−1 барои канори Fe 2p L2,3, канори Cr 2p L2,3, канори Ni 2p L2,3 ва канори Ce M4,5, қарори энергияи хатти шуоъ E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 ва ҷараён ≈1012 ph/s ҳисоб карда шуд. Аз ин рӯ, бо истифода аз монохроматори тағйирёфтаи SX-700 бо панҷараи Si 1200-хати мм−1 барои канори Fe 2p L2.3, канори Cr 2p L2.3, канори Ni 2p L2.3 ва канори Ce M4.5, қарори энергияи хатти шуоъ ба E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 ва ҷараён ≈1012 ph/s баробар дониста шуд. Таким образом, энергетики разрешение канала пучка бо оценено как E/∆E = 700 эВ/0,3 эВ > 2000 и поток ≈1012 ф/с бо истифода аз модифицированного монохроматора SX-700 Fetrihov смм0ля L2,3, кромка Cr 2p L2,3, кромка Ni 2p L2,3 ва кромка Ce M4,5. Ҳамин тариқ, қарори энергетикии канали шуоъ ҳамчун E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 ва ҷараён ≈1012 f/s бо истифода аз монохроматори тағйирёфтаи SX-700 бо панҷараи Si 1200 хат/мм барои канори Fe 2p L2,3, канори Cr 2p L2.3, канори Ni 2p L2.3 ва канори Ce M4.5 ҳисоб карда шуд.因此，光束线能量分辨率估计为E/ΔE = 700 eV/0.3 eV > 2000 和通量≈1012 ph/s 通过0.S单色器和Si 1200 线mm−1 光栅用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘缂繀因此 ， 光束线 能量 分辨率 为 为 为 为 δe = 700 EV/0.3 EV> 2000 和 ≈1012 PH/S 通X-0.0单色器 和 SI 1200 线 mm-1 光栅 于 Fe 2P 2P 2P L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Ni 2p L2.3 边缘、Ni 2p L2.3 边缘、Ҳамин тариқ, ҳангоми истифодаи монохроматори тағйирёфтаи SX-700 ва панҷараи Si бо 1200 хат. 3, канори Cr 2p L2.3, канори Ni 2p L2.3 ва канори Ce M4.5.Энергияи фотонро дар қадамҳои 0.2 эВ васеъ кунед. Дар ҳар як энергия, тасвирҳои PEEM бо истифода аз детектори TVIPS F-216 CMOS бо пайвасти нахи оптикии 2 x 2 сабт карда шуданд, ки 1024 × 1024 пикселро дар майдони 20 мкм таъмин мекунад. Вақти экспозитсияи тасвирҳо 0.2 сония аст, ки ба ҳисоби миёна 16 кадрро ташкил медиҳад. Энергияи тасвири фотоэлектронӣ ба тарзе интихоб карда мешавад, ки сигнали электронии дуюмдараҷаи максималиро таъмин кунад. Ҳама андозагирӣ бо афтиши муқаррарии нури фотонии хаттӣ поляризатсияшуда анҷом дода мешаванд. Барои маълумоти бештар дар бораи андозагирӣ, ба таҳқиқоти қаблӣ58 нигаред. Пас аз омӯзиши ҳолати ошкоркунии умумии электрон (TEY)59 ва татбиқи он дар X-PEEM, умқи ошкоркунии ин усул барои сигнали Cr ~4-5 нм ва барои сигнали Fe ~6 нм ҳисоб карда мешавад. Чуқурии Cr ба ғафсии плёнкаи оксидӣ (~4 нм)60,61 хеле наздик аст, дар ҳоле ки умқи Fe аз ғафсии плёнкаи оксидӣ калонтар аст. XAS, ки дар наздикии канори Fe L ҷамъоварӣ шудааст, омехтаи оксиди оҳан XAS ва FeO аз матритса мебошад. Дар ҳолати аввал, шиддати электронҳои партофташуда аз ҳама намудҳои имконпазири электронҳое, ки ба TEY мусоидат мекунанд, вобаста аст. Аммо, сигнали оҳани холис барои гузаштан аз қабати оксид, расидан ба сатҳ ва ҷамъоварӣ аз ҷониби анализатор энергияи кинетикии баландтарро талаб мекунад. Дар ин ҳолат, сигнали Fe0 асосан аз электронҳои LVV Auger ва электронҳои дуюмдараҷаи партофташуда аз ҷониби онҳо вобаста аст. Илова бар ин, шиддати TEY, ки аз ҷониби ин электронҳо саҳм гузошта шудааст, дар роҳи фирори электрон49 коҳиш меёбад ва имзои спектралии Fe0-ро дар харитаи XAS оҳан боз ҳам коҳиш медиҳад.
Ҳамгироии истихроҷи додаҳо ба мукаабҳои додаҳо (маълумоти X-PEEM) қадами калидӣ дар истихроҷи маълумоти дахлдор (хусусиятҳои кимиёвӣ ё физикӣ) бо роҳи бисёрченака мебошад. Кластеризатсияи миёнаи K дар якчанд соҳаҳо, аз ҷумла биниши мошинӣ, коркарди тасвир, шинохти намунаи беназорат, зеҳни сунъӣ ва таҳлили таснифотӣ васеъ истифода мешавад24. Масалан, кластеризатсияи миёнаи K барои кластеризатсияи додаҳои тасвири гиперспектралӣ62 хуб истифода мешавад. Дар асл, барои додаҳои бисёробъект, алгоритми миёнаи K метавонад онҳоро мувофиқи маълумот дар бораи атрибутҳои онҳо (хусусиятҳои энергияи фотон) ба осонӣ гурӯҳбандӣ кунад. Кластеризатсияи миёнаи K як алгоритми такрорӣ барои тақсим кардани додаҳо ба гурӯҳҳои ғайриҳампӯши K (кластерҳо) мебошад, ки дар он ҳар як пиксел вобаста ба тақсимоти фазоии номутаносибии кимиёвӣ дар таркиби микросохтории пӯлод ба як кластери мушаххас тааллуқ дорад. Алгоритми миёнаи K аз ду марҳила иборат аст: қадами аввал сентроидҳои K-ро ҳисоб мекунад ва қадами дуюм ҳар як нуқтаро ба кластере бо сентроидҳои ҳамсоя таъин мекунад. Маркази вазнинии кластер ҳамчун миёнаи арифметикии нуқтаҳои додаҳо (спектрҳои XAS)-и он кластер муайян карда мешавад. Масофаҳои гуногун барои муайян кардани сентроидҳои ҳамсоя ҳамчун масофаҳои Евклидӣ мавҷуданд. Барои тасвири вурудии px, y (x ва y қарор бо пикселҳо мебошанд), CK маркази вазнинии кластер аст; ин тасвирро сипас бо истифода аз K-means63 ба кластерҳои K тақсим кардан (кластер кардан) мумкин аст. Қадамҳои ниҳоии алгоритми кластеркунии K-means инҳоянд:
Қадами 2. Дараҷаи мансубияти ҳамаи пикселҳоро мувофиқи сентроиди ҷорӣ ҳисоб кунед. Масалан, он аз масофаи Евклид d байни марказ ва ҳар як пиксел ҳисоб карда мешавад:
Қадами 3. Ҳар як пикселро ба наздиктарин сентроид таъин кунед. Сипас, мавқеъҳои сентроидии K-ро чунин аз нав ҳисоб кунед:
Қадами 4. Равандро (муодилаҳои (7) ва (8)) то ҳамҷоя шудани сентроидҳо такрор кунед. Натиҷаҳои ниҳоии сифати кластер бо интихоби оптималии сентроидҳои ибтидоӣ хеле алоқаманданд63. Барои сохтори маълумоти PEEM-и тасвирҳои пӯлодӣ, одатан X (x × y × λ) як мукааби маълумоти массиви сеченака аст, дар ҳоле ки меҳварҳои x ва y маълумоти фазоӣ (қарори пиксел)-ро ифода мекунанд ва меҳвари λ ба ҳолати спектрии энергетикии фотонҳо мувофиқат мекунад. Алгоритми миёнаи K барои омӯхтани минтақаҳои таваҷҷӯҳ дар маълумоти X-PEEM бо ҷудо кардани пикселҳо (кластерҳо ё зерблокҳо) мувофиқи хусусиятҳои спектрии онҳо ва истихроҷи беҳтарин сентроид (каҷи спектрии XAS) барои ҳар як аналит (кластер) истифода шудааст. Он барои омӯзиши тақсимоти фазоӣ, тағйироти спектрии маҳаллӣ, рафтори оксидшавӣ ва ҳолати химиявӣ истифода мешавад. Масалан, алгоритми кластеризатсияи миёнаи K барои минтақаҳои канори Fe L ва канори Cr дар X-PEEM-и гарм ва хунук коркардшуда истифода шудааст. Барои ёфтани кластерҳо ва сентроидҳои беҳтарин шумораи гуногуни кластерҳои K (минтақаҳои микросохторӣ) санҷида шуданд. Вақте ки график нишон дода мешавад, пикселҳо ба сентроидҳои дурусти кластер аз нав таъин карда мешаванд. Ҳар як тақсимоти ранг ба маркази кластер мувофиқат мекунад ва тартиби фазоии объектҳои кимиёвӣ ё физикиро нишон медиҳад. Сентроидҳои истихроҷшуда комбинатсияҳои хаттии спектрҳои холис мебошанд.
Маълумоте, ки натиҷаҳои ин таҳқиқотро дастгирӣ мекунад, аз муаллифи дахлдори WC бо дархости оқилона дастрас аст.
Сиеурин, Х. ва Сандстрём, Р. Мустаҳкамии шикастани пӯлоди зангногири дуплексии кафшершуда. Сиеурин, Х. ва Сандстрём, Р. Мустаҳкамии шикастани пӯлоди зангногири дуплексии кафшершуда. Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной дуплексной нержавеющей стали. Сиеурин, Х. ва Сандстрём, Р. Мустаҳкамии шикастани пӯлоди зангногири дуплексии кафшершуда. 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。 Сиурин, Х. ва Сандстрём, Р. Сиеурин, Х. ва Сандстрём, Р. Мустаҳкамии шикастани пӯлодҳои дуплексии зангногири кафшершуда.лоиҳа. фрактал. курку. 73, 377–390 (2006).
Адамс, Ф.В., Олубамби, П.А., Потгитер, Ҷ.Ҳ. ва Ван Дер Мерве, Ҷ. Муқовимат ба зангзании пӯлодҳои зангногири дуплекс дар кислотаҳои органикии интихобшуда ва муҳитҳои кислота/хлориди органикӣ. Адамс, Ф.В., Олубамби, П.А., Потгитер, Ҷ.Ҳ. ва Ван Дер Мерве, Ҷ. Муқовимат ба зангзании пӯлодҳои зангногири дуплекс дар кислотаҳои органикии интихобшуда ва муҳитҳои кислота/хлориди органикӣ.Адамс, Ф.В., Олубамби, П.А., Потгитер, Ҷ. Х. ва Ван Дер Мерве, Ҷ. Муқовимат ба зангзании пӯлодҳои зангногири дуплекс дар муҳитҳое, ки баъзе кислотаҳои органикӣ ва кислотаҳо/хлоридҳои органикӣ доранд. Адамс, Ф.В., Олубамби, ПА, Потгитер, JH ва Ван Дер Мерве, Ҷ. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J.双相 аз пӯлоди зангногир在特定organic酸和Organic酸/муҳити хлордор.Адамс, Ф.В., Олубамби, П.А., Потгитер, Ҷ. Х. ва Ван Дер Мерве, Ҷ. Муқовимат ба зангзании пӯлодҳои зангногири дуплекс дар муҳитҳое, ки баъзе кислотаҳои органикӣ ва кислотаҳо/хлоридҳои органикӣ доранд.зидди зангзанӣ. Усули мавод 57, 107–117 (2010).
Барелла С. ва дигарон. Хусусиятҳои зангзанӣ-оксидкунандаи хӯлаҳои дуплексии Fe-Al-Mn-C. Маводҳо 12, 2572 (2019).
Левков, Л., Шурыгин, Д., Дуб, В., Косырев, К. ва Баликоев, А. Насли нави пӯлодҳои супердуплексӣ барои таҷҳизоти истеҳсоли газ ва нафт. Левков, Л., Шурыгин, Д., Дуб, В., Косырев, К. ва Баликоев, А. Насли нави пӯлодҳои супердуплексӣ барои таҷҳизоти истеҳсоли газ ва нафт.Левков Л., Шурыгин Д., Дуб В., Косырев К., Баликоев А. Насли нави пӯлодҳои супердуплексӣ барои таҷҳизоти истеҳсоли нафт ва газ.Левков Л., Шурыгин Д., Дуб В., Косырев К., Баликоев А. Насли нави пӯлодҳои супердуплексӣ барои таҷҳизоти истеҳсоли газ ва нафт. Вебинари E3S. 121, 04007 (2019).
Кингкланг, С. ва Утайсангсук, В. Таҳқиқоти рафтори деформатсияи гарми пӯлоди зангногири дуплексии синфи 2507. Металл. Кингкланг, С. ва Утайсангсук, В. Таҳқиқоти рафтори деформатсияи гарми пӯлоди зангногири дуплексии синфи 2507. Металл. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей стали марки 2507. Metall. Кингкланг, С. ва Утайсангсук, В. Таҳқиқоти рафтори деформатсияи гарми пӯлоди зангногири дуплексии навъи 2507. Металл. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507 级双相不锈钢的热变形行为研究。 Кингкланг, С. ва Утайсангсук, V. 2507Кингкланг, С. ва Утайсансук, В. Таҳқиқоти рафтори деформатсияи гарми пӯлоди зангногири дуплексии навъи 2507. Металл.таҳсил дар донишгоҳ. транс. A 48, 95–108 (2017).
Чжоу, Т. ва дигарон. Таъсири ғелонидани хунуки идорашаванда ба микросохтор ва хосиятҳои механикии пӯлоди зангногири супердуплекси SAF 2507, ки бо серий тағйир дода шудааст. Алма-матер. Лоиҳаи илмӣ. A 766, 138352 (2019).
Чжоу, Т. ва дигарон. Сохтор ва хосиятҳои механикии пӯлоди зангногири супердуплекси SAF 2507, ки аз деформатсияи гарм ба вуҷуд омадааст. J. Alma mater. зарфи нигоҳдорӣ. технология. 9, 8379–8390 (2020).
Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Таъсири унсурҳои нодири замин ба рафтори оксидшавии ҳарорати баланди пӯлоди аустенитӣ. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Таъсири унсурҳои нодири замин ба рафтори оксидшавии ҳарорати баланди пӯлоди аустенитӣ.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. ва Zheng K. Таъсири унсурҳои нодири замин ба рафтори пӯлоди аустенитӣ дар шароити оксидшавии ҳарорати баланд. Чжэн, З., Ван, С., Лонг, Ҷ., Ванг, Ҷ. ва Чжэн, К. 稀土元素对奥氏体钢高温氧化行为的影响。 Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. ва Zheng K. Таъсири унсурҳои нодири замин ба рафтори пӯлодҳои аустенитӣ дар оксидшавии ҳарорати баланд.зангзанӣ. илм. 164, 108359 (2020).