ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.com เวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS ที่จำกัด เพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดตแล้ว (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าจะได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงผลไซต์โดยไม่ใช้รูปแบบและ JavaScript
เหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและรุ่นที่ผ่านการดัดขึ้นรูปนั้นทนต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมโดยรอบได้เนื่องจากชั้นการทำให้เฉื่อยประกอบด้วยโครเมียมออกไซด์ การกัดกร่อนและการสึกกร่อนของเหล็กนั้นโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการทำลายชั้นเหล่านี้ แต่ไม่ค่อยเกิดขึ้นในระดับจุลภาค ขึ้นอยู่กับที่มาของความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิว ในงานนี้ ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันทางเคมีบนพื้นผิวในระดับนาโนที่ตรวจพบโดยกล้องจุลทรรศน์สเปกโทรสโคปีและการวิเคราะห์ทางเคมีนั้นครอบงำการสลายตัวและการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์ดูเพล็กซ์ที่ดัดแปลงด้วยซีเรียมรีดเย็น 2507 (SDSS) อย่างไม่คาดคิดในระหว่างพฤติกรรมการเปลี่ยนรูปขณะร้อน แม้ว่ากล้องจุลทรรศน์โฟโตอิเล็กตรอนแบบเอกซ์เรย์จะแสดงให้เห็นการครอบคลุมชั้น Cr2O3 ตามธรรมชาติที่ค่อนข้างสม่ำเสมอ แต่ SDSS รีดเย็นกลับให้ผลการทำให้เฉื่อยที่ไม่ดีเนื่องจากการกระจายตัวของนาโนไอส์แลนด์ที่อุดมด้วย Fe3+ บนชั้นออกไซด์ Fe/Cr ความรู้ในระดับอะตอมนี้ช่วยให้เข้าใจการกัดกร่อนของสแตนเลสได้อย่างลึกซึ้ง และคาดว่าจะช่วยต่อสู้กับการกัดกร่อนของโลหะอัลลอยด์สูงที่คล้ายคลึงกัน
นับตั้งแต่มีการประดิษฐ์สเตนเลสขึ้น ความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะผสมเฟอร์โรโครเมียมนั้นเกิดจากโครเมียม ซึ่งสร้างออกไซด์/ออกซีไฮดรอกไซด์ที่แข็งแกร่งซึ่งแสดงพฤติกรรมการเฉื่อยในสภาพแวดล้อมส่วนใหญ่ เมื่อเปรียบเทียบกับสเตนเลสแบบธรรมดา (ออสเทนนิติกและเฟอร์ริติก) สเตนเลสซูเปอร์ดูเพล็กซ์ (SDSS) ที่มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีกว่าจะมีคุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่า1,2,3 ความแข็งแรงเชิงกลที่เพิ่มขึ้นทำให้การออกแบบมีน้ำหนักเบาและกะทัดรัดมากขึ้น ในทางตรงกันข้าม SDSS ที่ประหยัดจะมีความต้านทานการกัดกร่อนแบบหลุมและรอยแยกสูง ส่งผลให้มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นและนำไปใช้ในการควบคุมมลพิษ ภาชนะบรรจุสารเคมี และอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่งได้กว้างขวางขึ้น4 อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิในการอบชุบด้วยความร้อนที่แคบและการขึ้นรูปที่ไม่ดีทำให้ไม่สามารถนำไปใช้ในทางปฏิบัติได้อย่างกว้างขวาง ดังนั้น SDSS จึงได้รับการปรับเปลี่ยนเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติข้างต้น ตัวอย่างเช่น การปรับเปลี่ยน Ce และการเติม N 6, 7, 8 ในปริมาณสูงได้รับการแนะนำใน SDSS 2507 (Ce-2507) ธาตุหายาก (Ce) ในความเข้มข้นที่เหมาะสม 0.08% มีผลดีต่อคุณสมบัติเชิงกลของ DSS เนื่องจากช่วยปรับปรุงความละเอียดของเมล็ดพืชและความแข็งแรงของขอบเมล็ดพืช นอกจากนี้ ยังปรับปรุงความทนทานต่อการสึกหรอและการกัดกร่อน ความแข็งแรงในการดึงและความแข็งแรงในการยืดตัว รวมถึงความสามารถในการขึ้นรูปด้วยความร้อน9 ไนโตรเจนจำนวนมากสามารถทดแทนนิกเกิลที่มีราคาแพงได้ ทำให้ SDSS คุ้มทุนมากขึ้น10
เมื่อไม่นานมานี้ SDSS ถูกทำให้เสียรูปในอุณหภูมิต่างๆ (อุณหภูมิต่ำ เย็น และร้อน) เพื่อให้ได้คุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม6,7,8 อย่างไรก็ตาม ความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมของ SDSS นั้นเกิดจากการมีฟิล์มออกไซด์บางๆ บนพื้นผิว ซึ่งได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการ เช่น การมีเฟสจำนวนมากที่มีขอบเกรนต่างกัน ตะกอนที่ไม่ต้องการ และปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน โครงสร้างจุลภาคที่ไม่สม่ำเสมอภายในของเฟสออสเทนนิติกและเฟอร์ริติกต่างๆ ถูกทำให้เสียรูป 7 ดังนั้น การศึกษาคุณสมบัติไมโครโดเมนของฟิล์มดังกล่าวในระดับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจการกัดกร่อนของ SDSS และต้องใช้เทคนิคการทดลองที่ซับซ้อน จนถึงขณะนี้ วิธีการที่ไวต่อพื้นผิว เช่น สเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนออเกอร์11 และสเปกโตรสโคปีโฟโตอิเล็กตรอนเอกซ์เรย์12,13,14,15 เช่นเดียวกับระบบโฟโตอิเล็กตรอนเอกซ์เรย์แบบแข็งสามารถแยกแยะ แต่บ่อยครั้งก็ไม่สามารถแยกสถานะทางเคมีของธาตุเดียวกันในจุดต่างๆ ในอวกาศในระดับนาโนได้ การศึกษาล่าสุดหลายชิ้นได้เชื่อมโยงการเกิดออกซิเดชันของโครเมียมในพื้นที่กับพฤติกรรมการกัดกร่อนที่สังเกตได้ของสเตนเลสออสเทนนิติก 17 ชนิด สเตนเลสมาร์เทนซิติก 18 ชนิด และ SDSS 19, 20 อย่างไรก็ตาม การศึกษาเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของโครเมียม (เช่น สถานะออกซิเดชันของ Cr3+) ต่อความต้านทานการกัดกร่อนเป็นหลัก ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในแนวขวางในสถานะออกซิเดชันของธาตุต่างๆ อาจเกิดจากสารประกอบที่แตกต่างกันที่มีองค์ประกอบองค์ประกอบเดียวกัน เช่น ออกไซด์ของเหล็ก สารประกอบเหล่านี้สืบทอดขนาดเล็กที่ผ่านการประมวลผลด้วยเทอร์โมเมคานิกส์ซึ่งอยู่ติดกัน แต่มีองค์ประกอบและสถานะออกซิเดชันที่แตกต่างกัน16, 21 ดังนั้น การเปิดเผยการทำลายฟิล์มออกไซด์และการเกิดหลุมจึงต้องมีความเข้าใจเกี่ยวกับความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวในระดับจุลภาค แม้จะมีข้อกำหนดเหล่านี้ การประเมินเชิงปริมาณ เช่น ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของออกซิเดชันในแนวขวาง โดยเฉพาะของเหล็กในระดับนาโน/อะตอม ยังคงขาดอยู่ และความสำคัญของการประเมินดังกล่าวต่อความต้านทานการกัดกร่อนยังคงไม่มีการสำรวจ จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ สถานะทางเคมีของธาตุต่างๆ เช่น Fe และ Ca ได้รับการอธิบายเชิงปริมาณในตัวอย่างเหล็กโดยใช้กล้องจุลทรรศน์โฟโตอิเล็กตรอนรังสีเอกซ์แบบอ่อน (X-PEEM) ในอุปกรณ์ฉายรังสีซินโครตรอนในระดับนาโน เมื่อใช้ร่วมกับเทคนิคสเปกโตรสโคปีการดูดกลืนรังสีเอกซ์ (XAS) ที่ไวต่อสารเคมี X-PEEM จะทำให้สามารถวัด XAS ได้ด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่และเชิงสเปกตรัมสูง โดยให้ข้อมูลทางเคมีเกี่ยวกับองค์ประกอบของธาตุและสถานะทางเคมีด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ถึงระดับนาโนเมตร 23 การสังเกตตำแหน่งเริ่มต้นด้วยกล้องจุลทรรศน์ด้วยสเปกโตรสโคปีนี้ช่วยให้ทำการทดลองทางเคมีในพื้นที่ได้ง่ายขึ้น และสามารถแสดงการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่ยังไม่เคยสำรวจมาก่อนในชั้น Fe ได้ในเชิงพื้นที่
การศึกษาครั้งนี้ขยายข้อดีของ PEEM ในการตรวจจับความแตกต่างทางเคมีในระดับนาโน และนำเสนอวิธีการวิเคราะห์พื้นผิวในระดับอะตอมเชิงลึกเพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมการกัดกร่อนของ Ce-2507 โดยใช้ข้อมูลเคมีเมตริกคลัสเตอร์ K-means24 เพื่อทำแผนที่องค์ประกอบทางเคมีโดยรวม (ความไม่เป็นเนื้อเดียวกัน) ของธาตุที่เกี่ยวข้อง โดยแสดงสถานะทางเคมีของธาตุเหล่านี้ในรูปแบบสถิติ ซึ่งแตกต่างจากการกัดกร่อนแบบเดิมที่เกิดจากการสลายตัวของฟิล์มโครเมียมออกไซด์ การเกิดปฏิกิริยาเฉื่อยที่ไม่ดีในปัจจุบันและความต้านทานการกัดกร่อนที่ไม่ดีนั้นเกิดจากนาโนไอส์แลนด์ที่อุดมด้วย Fe3+ ในบริเวณใกล้กับชั้นออกไซด์ Fe/Cr ซึ่งอาจเป็นการโจมตีของออกไซด์ป้องกัน นาโนไอส์แลนด์จะสร้างฟิล์มขึ้นและทำให้เกิดการกัดกร่อน
พฤติกรรมการกัดกร่อนของ SDSS 2507 ที่เสียรูปได้รับการประเมินครั้งแรกโดยใช้การวัดทางไฟฟ้าเคมี ในรูปที่ 1 แสดงเส้นโค้ง Nyquist และ Bode สำหรับตัวอย่างที่เลือกในสารละลาย FeCl3 ในน้ำที่มีค่า pH = 1 ที่อุณหภูมิห้อง อิเล็กโทรไลต์ที่เลือกทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรง ซึ่งบ่งบอกถึงแนวโน้มของฟิล์มที่ทำให้เกิดความเฉื่อยที่จะสลายตัว แม้ว่าวัสดุจะไม่เกิดหลุมที่อุณหภูมิห้องที่เสถียร แต่การวิเคราะห์เหล่านี้ทำให้เข้าใจถึงเหตุการณ์ความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นและกระบวนการหลังการกัดกร่อนได้ วงจรสมมูล (รูปที่ 1d) ถูกใช้เพื่อปรับสเปกตรัมสเปกโตรสโคปีอิมพีแดนซ์ทางไฟฟ้าเคมี (EIS) และผลการปรับที่สอดคล้องกันจะแสดงอยู่ในตารางที่ 1 ครึ่งวงกลมที่ไม่สมบูรณ์ปรากฏขึ้นเมื่อทำการทดสอบตัวอย่างที่ผ่านการบำบัดด้วยสารละลายและผ่านการขึ้นรูปด้วยความร้อน ในขณะที่ครึ่งวงกลมที่บีบอัดที่สอดคล้องกันนั้นถูกรีดเย็น (รูปที่ 1b) ในสเปกตรัม EIS รัศมีครึ่งวงกลมสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นความต้านทานโพลาไรเซชัน (Rp)25,26 ค่า Rp ของ SDSS ที่ผ่านการบำบัดด้วยสารละลายในตารางที่ 1 อยู่ที่ประมาณ 135 kΩ cm-2 อย่างไรก็ตาม สำหรับ SDSS ที่ผ่านการขึ้นรูปร้อนและรีดเย็นนั้น เราจะเห็นค่าที่ต่ำกว่ามากที่ 34.7 และ 2.1 kΩ cm-2 ตามลำดับ การลดลงอย่างมีนัยสำคัญของ Rp นี้บ่งชี้ถึงผลกระทบเชิงลบของการเสียรูปพลาสติกต่อการเกิดปฏิกิริยาเฉื่อยและความต้านทานการกัดกร่อน ดังที่แสดงในรายงานก่อนหน้านี้ 27, 28, 29, 30
a ไนควิสต์ b, c แผนภาพอิมพีแดนซ์โบดและเฟส และแบบจำลองวงจรสมมูลสำหรับ d โดยที่ RS คือความต้านทานของอิเล็กโทรไลต์ Rp คือความต้านทานของโพลาไรเซชัน และ QCPE คือออกไซด์ขององค์ประกอบเฟสคงที่ที่ใช้สร้างแบบจำลองความจุที่ไม่สมบูรณ์แบบ (n) การวัด EIS ดำเนินการที่ศักย์ไฟฟ้าแบบไม่มีโหลด
ค่าคงที่ลำดับแรกจะแสดงอยู่ในไดอะแกรมโบด และระดับความถี่สูงจะแสดงถึงความต้านทานของอิเล็กโทรไลต์ RS26 เมื่อความถี่ลดลง อิมพีแดนซ์จะเพิ่มขึ้นและพบมุมเฟสเชิงลบ ซึ่งบ่งชี้ถึงความโดดเด่นของความจุ มุมเฟสจะเพิ่มขึ้น โดยคงค่าสูงสุดไว้ในช่วงความถี่ที่ค่อนข้างกว้าง จากนั้นจึงลดลง (รูปที่ 1c) อย่างไรก็ตาม ในทั้งสามกรณี ค่าสูงสุดนี้ยังคงน้อยกว่า 90° ซึ่งบ่งชี้ถึงพฤติกรรมความจุที่ไม่เหมาะสมเนื่องจากการกระจายความจุ ดังนั้น องค์ประกอบเฟสคงที่ QCPE (CPE) จึงใช้เพื่อแสดงการกระจายความจุของส่วนต่อประสานที่ได้จากความหยาบของพื้นผิวหรือความไม่สม่ำเสมอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของขนาดอะตอม เรขาคณิตแบบเศษส่วน ความพรุนของอิเล็กโทรด ศักย์ไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ และการกระจายกระแสไฟฟ้าที่ขึ้นอยู่กับพื้นผิว เรขาคณิตของอิเล็กโทรด31,32 อิมพีแดนซ์ CPE:
โดยที่ j คือจำนวนจินตภาพและ ω คือความถี่เชิงมุม QCPE คือค่าคงที่อิสระของความถี่ซึ่งแปรผันตามพื้นที่เปิดที่ใช้งานของอิเล็กโทรไลต์ n คือค่ากำลังไร้มิติที่อธิบายการเบี่ยงเบนจากพฤติกรรมการเก็บประจุในอุดมคติของตัวเก็บประจุ กล่าวคือ ยิ่ง n ใกล้ 1 มากเท่าไร CPE ก็จะยิ่งใกล้ความจุบริสุทธิ์มากขึ้นเท่านั้น และถ้า n ใกล้ศูนย์ แสดงว่าเป็นความต้านทาน การเบี่ยงเบนเล็กน้อยของ n ใกล้ 1 บ่งชี้ถึงพฤติกรรมการเก็บประจุที่ไม่เหมาะสมของพื้นผิวหลังจากการทดสอบโพลาไรเซชัน QCPE ของ SDSS รีดเย็นนั้นสูงกว่าผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกันมาก ซึ่งหมายความว่าคุณภาพของพื้นผิวจะไม่สม่ำเสมอ
สอดคล้องกับคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนส่วนใหญ่ของสแตนเลส ปริมาณ Cr ที่ค่อนข้างสูงของ SDSS โดยทั่วไปส่งผลให้ SDSS ต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่า เนื่องจากมีฟิล์มออกไซด์ป้องกันแบบพาสซีฟอยู่บนพื้นผิว17 ฟิล์มพาสซีฟนี้มักอุดมไปด้วยออกไซด์ Cr3+ และ/หรือไฮดรอกไซด์ โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยออกไซด์ Fe2+, Fe3+ และ/หรือ (ออกซี)ไฮดรอกไซด์ 33 แม้จะมีความสม่ำเสมอของพื้นผิวเหมือนกัน มีชั้นออกไซด์พาสซีฟ และไม่มีความเสียหายที่มองเห็นได้บนพื้นผิว ซึ่งกำหนดโดยภาพจุลภาค6,7 แต่พฤติกรรมการกัดกร่อนของ SDSS ที่ผ่านการขึ้นรูปร้อนและรีดเย็นนั้นแตกต่างกัน ดังนั้นจึงต้องมีการศึกษาอย่างละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคของการเสียรูปและลักษณะโครงสร้างของเหล็ก
โครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าไร้สนิมที่เสียรูปได้รับการตรวจสอบเชิงปริมาณโดยใช้รังสีเอกซ์พลังงานสูงภายในและซินโครตรอน (รูปเสริม 1, 2) มีการวิเคราะห์โดยละเอียดในข้อมูลเสริม แม้ว่าส่วนใหญ่จะสอดคล้องกับประเภทของเฟสหลัก แต่ก็พบความแตกต่างในเศษส่วนปริมาตรเฟส ซึ่งแสดงอยู่ในตารางเสริม 1 ความแตกต่างเหล่านี้อาจเกี่ยวข้องกับเศษส่วนเฟสที่ไม่สม่ำเสมอที่พื้นผิว รวมถึงเศษส่วนเฟสเชิงปริมาตรที่ดำเนินการที่ความลึกต่างกัน การตรวจจับโดยการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) ด้วยแหล่งพลังงานต่างๆ ของโฟตอนตกกระทบ สัดส่วนของออสเทไนต์ที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับชิ้นงานรีดเย็น ซึ่งกำหนดโดย XRD จากแหล่งในห้องปฏิบัติการ บ่งชี้ถึงการเกิดปฏิกิริยาเฉื่อยที่ดีขึ้นและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้นตามมา35 ในขณะที่ผลลัพธ์ที่แม่นยำและทางสถิติมากขึ้นบ่งชี้ถึงแนวโน้มตรงกันข้ามในสัดส่วนเฟส นอกจากนี้ ความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กยังขึ้นอยู่กับระดับความละเอียดของเมล็ดพืช การลดขนาดเมล็ดพืช การเพิ่มขึ้นของการเสียรูปในระดับจุลภาค และความหนาแน่นของการเคลื่อนตัวที่เกิดขึ้นระหว่างการอบด้วยความร้อน36,37,38 ชิ้นงานที่ผ่านการรีดร้อนมีลักษณะเป็นเมล็ดพืชมากขึ้น ซึ่งบ่งบอกถึงเมล็ดพืชที่มีขนาดไมครอน ในขณะที่วงแหวนเรียบที่สังเกตได้ในชิ้นงานที่ผ่านการรีดเย็น (รูปเสริมที่ 3) บ่งชี้ถึงความละเอียดของเมล็ดพืชในระดับนาโนอย่างมีนัยสำคัญในงานก่อนหน้านี้6 ซึ่งควรมีส่วนช่วยในการเกิดการเฉื่อยของฟิล์ม การเกิดฟิล์ม และความต้านทานการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของการเคลื่อนตัวที่สูงขึ้นมักเกี่ยวข้องกับความต้านทานต่อการเกิดหลุมที่ต่ำลง ซึ่งสอดคล้องกับการวัดทางไฟฟ้าเคมี
การเปลี่ยนแปลงในสถานะทางเคมีของไมโครโดเมนของธาตุพื้นฐานได้รับการศึกษาอย่างเป็นระบบโดยใช้ X-PEEM แม้จะมีธาตุโลหะผสมมากมาย แต่ Cr, Fe, Ni และ Ce39 ได้รับการคัดเลือกที่นี่ เนื่องจาก Cr เป็นธาตุสำคัญสำหรับการสร้างฟิล์มพาสซีฟ Fe เป็นธาตุหลักในเหล็ก และ Ni ช่วยเพิ่มการพาสซีฟและสร้างสมดุลระหว่างโครงสร้างเฟสเฟอร์ไรต์-ออสเทนนิติกและวัตถุประสงค์ของการปรับเปลี่ยน Ce โดยการปรับพลังงานของรังสีซินโครตรอน RAS จึงถูกเคลือบจากพื้นผิวด้วยคุณสมบัติหลักของ Cr (ขอบ L2.3), Fe (ขอบ L2.3), Ni (ขอบ L2.3) และ Ce (ขอบ M4.5) การขึ้นรูปร้อนและการรีดเย็น Ce-2507 SDSS การวิเคราะห์ข้อมูลที่เหมาะสมดำเนินการโดยการรวมการสอบเทียบพลังงานกับข้อมูลที่เผยแพร่ (เช่น XAS 40, 41 บน Fe L2, 3 ขอบ)
รูปที่ 2 แสดงภาพ X-PEEM ของ Ce-2507 SDSS ที่ผ่านการขึ้นรูปร้อน (รูปที่ 2a) และผ่านการรีดเย็น (รูปที่ 2d) และขอบ XAS ที่สอดคล้องกันของ Cr และ Fe L2,3 ในตำแหน่งที่ทำเครื่องหมายไว้แต่ละตำแหน่ง ขอบ L2,3 ของ XAS จะตรวจสอบสถานะ 3 มิติที่ว่างหลังจากการกระตุ้นด้วยแสงอิเล็กตรอนที่ระดับการแยกวงโคจรของสปิน 2p3/2 (ขอบ L3) และ 2p1/2 (ขอบ L2) ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะวาเลนซ์ของ Cr ได้มาจาก XAS ที่ขอบ L2,3 ในรูปที่ 2b, e การเปรียบเทียบกับผู้ตัดสิน 42,43 แสดงให้เห็นว่ามีการสังเกตเห็นจุดสูงสุดสี่จุดใกล้ขอบ L3 ซึ่งมีชื่อว่า A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV) และ D (582.2 eV) ซึ่งสะท้อน Cr3+ ทรงแปดหน้า ซึ่งสอดคล้องกับไอออน Cr2O3 สเปกตรัมการทดลองสอดคล้องกับการคำนวณเชิงทฤษฎีที่แสดงในแผง b และ e ซึ่งได้มาจากการคำนวณสนามผลึกที่อินเทอร์เฟซ Cr L2.3 หลายครั้งโดยใช้สนามผลึก 2.0 eV44 พื้นผิวทั้งสองของ SDSS ที่ผ่านการขึ้นรูปร้อนและรีดเย็นเคลือบด้วยชั้น Cr2O3 ที่ค่อนข้างสม่ำเสมอ
ภาพความร้อน X-PEEM ของ SDSS ที่เปลี่ยนรูปด้วยความร้อนซึ่งสอดคล้องกับขอบ b Cr L2.3 และขอบ c Fe L2.3, ภาพความร้อน X-PEEM ของ SDSS รีดเย็นซึ่งสอดคล้องกับขอบ e Cr L2.3 และขอบ f Fe L2.3 ( f) สเปกตรัม XAS จะถูกพล็อตในตำแหน่งเชิงพื้นที่ต่างๆ ที่ทำเครื่องหมายไว้บนภาพความร้อน (a, d) เส้นประสีส้มใน (b) และ (e) แสดงถึงสเปกตรัม XAS จำลองของ Cr3+ โดยมีค่าสนามผลึก 2.0 eV สำหรับภาพ X-PEEM ให้ใช้จานสีความร้อนเพื่อปรับปรุงการอ่านภาพ โดยที่สีตั้งแต่สีน้ำเงินไปจนถึงสีแดงจะแปรผันตามความเข้มข้นของการดูดกลืนรังสีเอกซ์ (จากต่ำไปสูง)
ไม่ว่าสภาพแวดล้อมทางเคมีของธาตุโลหะเหล่านี้จะเป็นอย่างไร สถานะทางเคมีของการเติมธาตุโลหะผสม Ni และ Ce สำหรับทั้งสองตัวอย่างยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ภาพวาดเพิ่มเติม รูปที่ 5-9 แสดงภาพ X-PEEM และสเปกตรัม XAS ที่สอดคล้องกันสำหรับ Ni และ Ce ในตำแหน่งต่างๆ บนพื้นผิวของตัวอย่างที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยความร้อนและรีดเย็น Ni XAS แสดงสถานะออกซิเดชันของ Ni2+ บนพื้นผิวที่วัดทั้งหมดของตัวอย่างที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยความร้อนและรีดเย็น (การอภิปรายเพิ่มเติม) ควรสังเกตว่าในกรณีของตัวอย่างที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยความร้อน จะไม่พบสัญญาณ XAS ของ Ce ในขณะที่ในกรณีของตัวอย่างที่ผ่านการรีดเย็น จะพบสเปกตรัมของ Ce3+ การสังเกตจุด Ce ในตัวอย่างที่ผ่านการรีดเย็นแสดงให้เห็นว่า Ce ปรากฏเป็นตะกอนเป็นหลัก
ใน SDSS ที่ถูกเปลี่ยนรูปด้วยความร้อน ไม่พบการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในบริเวณ XAS ที่ขอบ Fe L2,3 (รูปที่ 2c) อย่างไรก็ตาม เมทริกซ์ Fe จะเปลี่ยนสถานะทางเคมีในระดับจุลภาคที่จุดที่เลือกแบบสุ่มเจ็ดจุดของ SDSS รีดเย็น ดังที่แสดงในรูปที่ 2f นอกจากนี้ เพื่อให้ทราบแนวคิดที่ถูกต้องเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงในสถานะของ Fe ในตำแหน่งที่เลือกในรูปที่ 2f จึงได้ดำเนินการศึกษาพื้นผิวในบริเวณนั้น (รูปที่ 3 และรูปที่เสริม 10) โดยเลือกบริเวณวงกลมที่เล็กกว่า สเปกตรัม XAS ของขอบ Fe L2,3 ของระบบ α-Fe2O3 และออกไซด์แปดหน้า Fe2+ ถูกจำลองโดยการคำนวณสนามผลึกหลาย ๆ ครั้งโดยใช้สนามผลึก 1.0 (Fe2+) และ 1.0 (Fe3+)44 เราสังเกตว่า α-Fe2O3 และ γ-Fe2O3 มีสมมาตรในท้องถิ่นที่แตกต่างกัน45,46, Fe3O4 มีการรวมกันของทั้ง Fe2+ และ Fe3+47 และ FeO45 เป็นออกไซด์ Fe2+ ที่มีเวเลนซ์สองอย่างเป็นทางการ (3d6) เราสังเกตว่า α-Fe2O3 และ γ-Fe2O3 มีสมมาตรในท้องถิ่นที่แตกต่างกัน45,46, Fe3O4 มีการรวมกันของทั้ง Fe2+ และ Fe3+47 และ FeO45 เป็นออกไซด์ Fe2+ ที่มีเวเลนซ์สองอย่างเป็นทางการ (3d6)โปรดทราบว่า α-Fe2O3 และ γ-Fe2O3 มีสมมาตรในท้องถิ่นที่แตกต่างกัน45,46 โดย Fe3O4 จะรวมทั้ง Fe2+ และ Fe3+47 และ FeO45 ไว้ในรูปแบบออกไซด์ที่มีเวเลนซ์สองอย่างเป็นทางการ Fe2+ (3d6)โปรดทราบว่า α-Fe2O3 และ γ-Fe2O3 มีสมมาตรในท้องถิ่นที่แตกต่างกัน45,46, Fe3O4 มีการรวมกันของ Fe2+ และ Fe3+47 และ FeO45 ทำหน้าที่เป็นออกไซด์ Fe2+ ที่มีประจุบวกสองสถานะ (3d6) ไอออน Fe3+ ทั้งหมดใน α-Fe2O3 มีตำแหน่ง Oh เท่านั้น ในขณะที่ γ-Fe2O3 มักแสดงโดย Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 spinel ที่มีตำแหน่งว่างในตำแหน่ง eg ดังนั้น ไอออน Fe3+ ใน γ-Fe2O3 จึงมีทั้งตำแหน่ง Td และ Oh ตามที่กล่าวไว้ในเอกสารก่อนหน้านี้45 แม้ว่าอัตราส่วนความเข้มของทั้งสองจะแตกต่างกัน แต่ค่าอัตราส่วนความเข้ม eg/t2g ของทั้งสองมีค่าประมาณ 1 ในขณะที่ในกรณีนี้ ค่าอัตราส่วนความเข้มที่สังเกตได้ eg/t2g มีค่าประมาณ 1 ซึ่งไม่รวมถึงความเป็นไปได้ที่ในสถานการณ์ปัจจุบันจะมี Fe3+ เท่านั้น เมื่อพิจารณากรณีของ Fe3O4 ที่มีทั้ง Fe2+ และ Fe3+ คุณสมบัติแรกที่ทราบกันว่ามีขอบ L3 ที่อ่อนแอกว่า (แข็งแกร่งกว่า) สำหรับ Fe บ่งชี้ถึงสถานะว่าง t2g ที่เล็กกว่า (ใหญ่กว่า) ซึ่งใช้ได้กับ Fe2+ (Fe3+) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าคุณสมบัติแรกของการเพิ่มขึ้นบ่งชี้ถึงการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ Fe2+47 ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าการอยู่ร่วมกันของ Fe2+ และ γ-Fe2O3, α-Fe2O3 และ/หรือ Fe3O4 มีอิทธิพลเหนือพื้นผิวรีดเย็นของคอมโพสิต
ภาพถ่ายภาพความร้อนโฟโตอิเล็กตรอนขยายของสเปกตรัม XAS (a, c) และ (b, d) ที่ตัดผ่านขอบ Fe L2,3 ในตำแหน่งเชิงพื้นที่ต่างๆ ภายในบริเวณที่เลือก 2 และ E ในรูปที่ 2d
ข้อมูลการทดลองที่ได้ (รูปที่ 4a และรูปเสริมที่ 11) จะถูกพล็อตและเปรียบเทียบกับข้อมูลสำหรับสารประกอบบริสุทธิ์ 40, 41, 48 สเปกตรัม XAS ขอบ L ของ Fe ที่สังเกตได้จากการทดลองสามประเภท (XAS-1, XAS-2 และ XAS-3: รูปที่ 4a) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สเปกตรัม 2-a (แสดงเป็น XAS-1) ในรูปที่ 3b ตามด้วยสเปกตรัม 2-b (มีป้ายกำกับ XAS-2) ถูกสังเกตทั่วพื้นที่การตรวจจับ ในขณะที่สเปกตรัมเช่น E-3 ถูกสังเกตในรูปที่ 3d (มีป้ายกำกับ XAS-3) ถูกสังเกตที่ตำแหน่งเฉพาะ ตามกฎแล้ว จะใช้พารามิเตอร์สี่ตัวเพื่อระบุสถานะวาเลนซ์ที่มีอยู่ในตัวอย่างที่ศึกษา: (1) ลักษณะสเปกตรัม L3 และ L2, (2) ตำแหน่งพลังงานของลักษณะ L3 และ L2, (3) ความแตกต่างของพลังงาน L3-L2, (4) อัตราส่วนความเข้ม L2/L3 จากการสังเกตด้วยสายตา (รูปที่ 4a) พบว่ามีองค์ประกอบ Fe ทั้งสาม ได้แก่ Fe0, Fe2+ และ Fe3+ อยู่บนพื้นผิว SDSS ที่กำลังศึกษา อัตราส่วนความเข้มข้นที่คำนวณได้ L2/L3 ยังบ่งชี้ถึงการมีอยู่ขององค์ประกอบทั้งสามอีกด้วย
สเปกตรัม XAS จำลองของ Fe โดยใช้ข้อมูลการทดลองสามแบบที่สังเกตได้ (เส้นทึบ XAS-1, XAS-2 และ XAS-3 สอดคล้องกับ 2-a, 2-b และ E-3 ในรูปที่ 2 และ 3) การเปรียบเทียบ Octahedrons Fe2+, Fe3+ ที่มีค่าสนามผลึก 1.0 eV และ 1.5 eV ตามลำดับ ข้อมูลการทดลองที่วัดด้วย bd (XAS-1, XAS-2, XAS-3) และข้อมูล LCF ที่เหมาะสมที่สุดที่สอดคล้องกัน (เส้นทึบสีดำ) และยังอยู่ในรูปแบบสเปกตรัม XAS-3 โดยใช้มาตรฐาน Fe3O4 (สถานะผสมของ Fe) และ Fe2O3 (Fe3+ บริสุทธิ์)
การปรับค่าเชิงเส้น (LCF) ของมาตรฐานทั้งสาม 40, 41, 48 ถูกใช้เพื่อวัดปริมาณองค์ประกอบของออกไซด์เหล็ก LCF ถูกนำไปใช้กับสเปกตรัม XAS ขอบ L ของ Fe ที่เลือกไว้สามอันซึ่งแสดงคอนทราสต์สูงสุด ได้แก่ XAS-1, XAS-2 และ XAS-3 ตามที่แสดงในรูปที่ 4b–d สำหรับการปรับค่า LCF จะพิจารณา Fe0 10% ในทุกกรณี เนื่องจากเราสังเกตเห็นความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยในข้อมูลทั้งหมด และเนื่องจากเหล็กเป็นองค์ประกอบหลักของเหล็กด้วย ในความเป็นจริง ความลึกในการทดสอบของ X-PEEM สำหรับ Fe (~6 นาโนเมตร)49 นั้นมากกว่าความหนาของชั้นออกซิเดชันที่ประมาณไว้ (มากกว่า 4 นาโนเมตรเล็กน้อย) ช่วยให้สามารถตรวจจับสัญญาณจากเมทริกซ์เหล็ก (Fe0) ที่อยู่ใต้ชั้นพาสซีฟได้ ในความเป็นจริง ความลึกในการทดสอบของ X-PEEM สำหรับ Fe (~6 นาโนเมตร)49 นั้นมากกว่าความหนาของชั้นออกซิเดชันที่ประมาณไว้ (มากกว่า 4 นาโนเมตรเล็กน้อย) ช่วยให้สามารถตรวจจับสัญญาณจากเมทริกซ์เหล็ก (Fe0) ที่อยู่ใต้ชั้นพาสซีฟได้ Действительно, пробная глубина X-PEEM для Fe (~ 6 нм)49 больше, чем предполагаемая толщина слоя окисления (немного > 4 нм), что позволяет обнаружить сигнал от железной матрицы (Fe0) под пассивирующим слоем. ในความเป็นจริง ความลึกของโพรบ X-PEEM สำหรับ Fe (~6 นาโนเมตร)49 นั้นมากกว่าความหนาของชั้นออกซิเดชันที่สันนิษฐานไว้ (มากกว่า 4 นาโนเมตรเล็กน้อย) ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับสัญญาณจากเมทริกซ์เหล็ก (Fe0) ภายใต้ชั้นพาสซีฟได้事实上，X-PEEM 对Fe（~6 nm）49 ของ检测深度大于估计的氧化层厚度（略> 4 nm),允许检测来自钝化层下方的铁基体（Fe0）的信号。事实上 , X-PEEM 对 Fe （~ 6 nm） 49 ของ 检测 深度 大于 的 氧化层 厚度 略 略> 4 nm） 允许 检测 来自 钝化层下方 铁基体 （fe0） 的。 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号 信号Фактически, глубина обнаружения Fe (~ 6 нм) 49 с помощью X-PEEM больше, чем предполагаемая толщина оксидного слоя (немного > 4 нм), что позволяет обнаруживать сигнал от железной матрицы (Fe0) ниже пассивирующего слоя. ในความเป็นจริง ความลึกในการตรวจจับ Fe (~6 นาโนเมตร) 49 โดย X-PEEM นั้นมากกว่าความหนาของชั้นออกไซด์ที่คาดไว้ (มากกว่า 4 นาโนเมตรเล็กน้อย) ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับสัญญาณจากเมทริกซ์เหล็ก (Fe0) ที่อยู่ใต้ชั้นพาสซีฟได้ .มีการใช้ Fe2+ และ Fe3+ ร่วมกันหลายแบบเพื่อค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดสำหรับข้อมูลการทดลองที่สังเกตได้ ในรูปที่ 4b แสดงสเปกตรัม XAS-1 สำหรับการรวมกันของ Fe2+ และ Fe3+ โดยสัดส่วนของ Fe2+ และ Fe3+ มีความคล้ายคลึงกันประมาณ 45% ซึ่งบ่งชี้ถึงสถานะออกซิเดชันแบบผสมของ Fe ในขณะที่สเปกตรัม XAS-2 เปอร์เซ็นต์ของ Fe2+ และ Fe3+ กลายเป็น ~30% และ 60% ตามลำดับ Fe2+ น้อยกว่า Fe3+ อัตราส่วนของ Fe2+ ต่อ Fe3 เท่ากับ 1:2 หมายความว่าสามารถเกิด Fe3O4 ได้ในอัตราส่วนเดียวกันระหว่างไอออน Fe นอกจากนี้ สำหรับสเปกตรัม XAS-3 เปอร์เซ็นต์ของ Fe2+ และ Fe3+ กลายเป็น ~10% และ 80% ซึ่งบ่งชี้ถึงการแปลง Fe2+ เป็น Fe3+ ที่สูงขึ้น ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น Fe3+ อาจมาจาก α-Fe2O3, γ-Fe2O3 หรือ Fe3O4 เพื่อทำความเข้าใจแหล่งที่มาที่เป็นไปได้มากที่สุดของ Fe3+ สเปกตรัม XAS-3 ถูกวาดด้วยมาตรฐาน Fe3+ ที่แตกต่างกันในรูปที่ 4e ซึ่งแสดงให้เห็นความคล้ายคลึงกับทั้งสองมาตรฐานเมื่อพิจารณาจุดสูงสุด B อย่างไรก็ตาม ความเข้มของจุดสูงสุดที่ไหล่ (A: จาก Fe2+) และอัตราส่วนความเข้มของ B/A บ่งชี้ว่าสเปกตรัมของ XAS-3 นั้นใกล้เคียงกัน แต่ไม่ตรงกับสเปกตรัมของ γ-Fe2O3 เมื่อเปรียบเทียบกับ γ-Fe2O3 จำนวนมาก จุดสูงสุด XAS ของ Fe 2p ของ A SDSS จะมีความเข้มที่สูงกว่าเล็กน้อย (รูปที่ 4e) ซึ่งบ่งชี้ว่าความเข้มของ Fe2+ สูงกว่า แม้ว่าสเปกตรัมของ XAS-3 จะคล้ายกับสเปกตรัมของ γ-Fe2O3 โดยที่ Fe3+ มีอยู่ในตำแหน่ง Oh และ Td การระบุสถานะวาเลนซ์ที่แตกต่างกันและการประสานงานเฉพาะตามขอบ L2,3 หรืออัตราส่วนความเข้มของ L2/L3 ยังคงเป็นหัวข้อของการวิจัยที่ดำเนินอยู่ เนื่องจากความซับซ้อนของปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลต่อสเปกตรัมสุดท้าย41
นอกเหนือจากความแตกต่างของสเปกตรัมในสถานะทางเคมีของภูมิภาคที่เลือกไว้ซึ่งน่าสนใจดังที่อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันทางเคมีทั่วโลกของธาตุสำคัญอย่าง Cr และ Fe ยังได้รับการประเมินด้วยการจัดประเภทสเปกตรัม XAS ทั้งหมดที่ได้จากพื้นผิวตัวอย่างโดยใช้วิธีการจัดกลุ่มแบบ K-means โปรไฟล์ขอบ Cr L ก่อให้เกิดคลัสเตอร์ที่เหมาะสมสองคลัสเตอร์ที่กระจายในเชิงพื้นที่ในชิ้นงานที่ผ่านการรีดร้อนและรีดเย็นตามที่แสดงในรูปที่ 5 เป็นที่ชัดเจนว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในท้องถิ่นที่รับรู้ได้ว่าคล้ายคลึงกัน เนื่องจากจุดศูนย์กลางสองจุดของสเปกตรัม Cr XAS นั้นสามารถเปรียบเทียบได้ รูปร่างสเปกตรัมของคลัสเตอร์ทั้งสองนี้เกือบจะเหมือนกันกับรูปร่างของ Cr2O342 ซึ่งหมายความว่าชั้น Cr2O3 นั้นมีระยะห่างค่อนข้างสม่ำเสมอบน SDSS
คลัสเตอร์ขอบของ Cr L K-means และ b คือจุดศูนย์กลาง XAS ที่สอดคล้องกัน ผลลัพธ์ของการเปรียบเทียบ K-means X-PEEM ของ SDSS รีดเย็น: c บริเวณขอบของ Cr L2.3 ของคลัสเตอร์ K-means และ d คือจุดศูนย์กลาง XAS ที่สอดคล้องกัน
เพื่อแสดงแผนที่ขอบ FeL ที่ซับซ้อนมากขึ้น คลัสเตอร์ที่ปรับให้เหมาะสมสี่และห้าคลัสเตอร์พร้อมจุดศูนย์กลางที่เกี่ยวข้อง (โปรไฟล์สเปกตรัม) ถูกใช้สำหรับชิ้นงานที่ผ่านการขึ้นรูปร้อนและรีดเย็นตามลำดับ ดังนั้น เปอร์เซ็นต์ (%) ของ Fe2+ และ Fe3+ จึงสามารถหาได้โดยการปรับ LCF ที่แสดงในรูปที่ 4 ศักย์ไฟฟ้าเทียม Epseudo ที่เป็นฟังก์ชันของ Fe0 ถูกใช้เพื่อเปิดเผยความไม่สม่ำเสมอทางเคมีจุลภาคของฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิว Epseudo จะถูกประมาณคร่าวๆ โดยใช้กฎการผสม
โดยที่ \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) เท่ากับ \(\rm{Fe} + 2e^ – \ ถึง \rm { Fe}^{2 + (3 + )}\) 0.440 และ 0.036 V ตามลำดับ ภูมิภาคที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าจะมีปริมาณของสารประกอบ Fe3+ ที่สูงกว่า การกระจายของศักย์ไฟฟ้าในตัวอย่างที่ผ่านการเปลี่ยนรูปด้วยความร้อนมีลักษณะเป็นชั้นโดยมีการเปลี่ยนแปลงสูงสุดประมาณ 0.119 V (รูปที่ 6a, b) การกระจายของศักย์ไฟฟ้านี้มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับลักษณะทางภูมิประเทศของพื้นผิว (รูปที่ 6a) ไม่มีการสังเกตการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ ที่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งภายในแบบลามินาร์ที่อยู่ด้านล่าง (รูปที่ 6b) ในทางตรงกันข้าม สำหรับการเชื่อมต่อออกไซด์ที่ไม่เหมือนกันกับเนื้อหาของ Fe2+ และ Fe3+ ที่แตกต่างกันใน SDSS รีดเย็น เราสามารถสังเกตเห็นธรรมชาติที่ไม่สม่ำเสมอของศักย์ไฟฟ้าเทียม (รูปที่ 6c, d) ออกไซด์ Fe3+ และ/หรือ (ออกซี)ไฮดรอกไซด์เป็นองค์ประกอบหลักของสนิมในเหล็กและสามารถซึมผ่านออกซิเจนและน้ำได้50 ในกรณีนี้ เกาะที่อุดมไปด้วย Fe3+ ถือว่ากระจายตัวในพื้นที่และสามารถถือเป็นพื้นที่ที่ถูกกัดกร่อนได้ ในเวลาเดียวกัน ความชันในสนามศักย์ไฟฟ้า แทนที่จะเป็นค่าสัมบูรณ์ของศักย์ไฟฟ้า สามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ตำแหน่งจุดกัดกร่อนที่ใช้งานอยู่ได้ การกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอของ Fe2+ และ Fe3+ บนพื้นผิวของ SDSS รีดเย็นนี้สามารถเปลี่ยนแปลงเคมีในพื้นที่และให้พื้นที่ผิวที่ใช้งานจริงมากขึ้นในระหว่างการสลายตัวของฟิล์มออกไซด์และปฏิกิริยาการกัดกร่อน ทำให้เมทริกซ์โลหะด้านล่างกัดกร่อนต่อไป ส่งผลให้เกิดความไม่เป็นเนื้อเดียวกันภายใน
คลัสเตอร์ K-means และจุดศูนย์กลาง XAS ที่สอดคล้องกันในบริเวณขอบ Fe L2.3 ของ X-PEEM ac และ df ที่ขึ้นรูปร้อนของ SDSS ที่ผ่านการรีดเย็น กราฟคลัสเตอร์ K-means a, d ซ้อนทับบนภาพ X-PEEM ศักย์ไฟฟ้าเทียม (Epseudo) ที่คำนวณได้จะกล่าวถึงพร้อมกับกราฟคลัสเตอร์ K-means ความสว่างของภาพ X-PEEM เช่นเดียวกับสีในรูปที่ 2 นั้นเป็นสัดส่วนกับความเข้มของการดูดกลืนรังสีเอกซ์
โครเมียมที่ค่อนข้างสม่ำเสมอแต่สถานะทางเคมีของเหล็กต่างกันทำให้ฟิล์มออกไซด์เสียหายและรูปแบบการกัดกร่อนที่แตกต่างกันใน Ce-2507 ที่ผ่านการรีดร้อนและรีดเย็น สมบัติของ Ce-2507 ที่ผ่านการรีดเย็นนี้ได้รับการศึกษาเป็นอย่างดี สำหรับการก่อตัวของออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของ Fe ในอากาศแวดล้อมในงานที่เกือบจะเป็นกลางนี้ ปฏิกิริยามีดังนี้:
ปฏิกิริยาข้างต้นเกิดขึ้นในสถานการณ์ต่อไปนี้ตามการวิเคราะห์ X-PEEM ไหล่ขนาดเล็กที่สอดคล้องกับ Fe0 เกี่ยวข้องกับเหล็กโลหะด้านล่าง ปฏิกิริยาของ Fe โลหะกับสิ่งแวดล้อมส่งผลให้เกิดการก่อตัวของชั้น Fe(OH)2 (สมการ (5)) ซึ่งเพิ่มสัญญาณ Fe2+ ใน Fe L-edge XAS การสัมผัสกับอากาศเป็นเวลานานอาจส่งผลให้เกิดการก่อตัวของออกไซด์ Fe3O4 และ/หรือ Fe2O3 หลังจาก Fe(OH)252,53 Fe3O4 และ Fe2O3 ในรูปแบบเสถียรสองรูปแบบยังสามารถก่อตัวขึ้นในชั้นป้องกันที่อุดมด้วย Cr3+ ซึ่ง Fe3O4 ชอบโครงสร้างที่สม่ำเสมอและเหนียวเหนอะหนะ การมีอยู่ของทั้งสองรูปแบบทำให้เกิดสถานะออกซิเดชันแบบผสม (สเปกตรัม XAS-1) สเปกตรัม XAS-2 ส่วนใหญ่สอดคล้องกับ Fe3O4 ในขณะที่การสังเกตสเปกตรัม XAS-3 ในหลายสถานที่บ่งชี้ว่าการแปลงเป็น γ-Fe2O3 สมบูรณ์ เนื่องจากความลึกของการทะลุทะลวงของรังสีเอกซ์ที่คลี่ออกอยู่ที่ประมาณ 50 นาโนเมตร สัญญาณจากชั้นล่างจึงส่งผลให้ค่าพีค A มีความเข้มสูงขึ้น
สเปกตรัม XPA แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบ Fe ในฟิล์มออกไซด์มีโครงสร้างแบบเป็นชั้นรวมกับชั้นออกไซด์ของโครเมียม ตรงกันข้ามกับสัญญาณของการเกิดปฏิกิริยาเฉื่อยเนื่องจากความไม่สม่ำเสมอของ Cr2O3 ในระหว่างการกัดกร่อน แม้ว่าในงานนี้จะประกอบด้วยชั้น Cr2O3 ที่สม่ำเสมอ แต่ในกรณีนี้มีการสังเกตเห็นความต้านทานการกัดกร่อนต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นงานรีดเย็น พฤติกรรมที่สังเกตได้สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของสถานะออกซิเดชันทางเคมีในชั้นบน (Fe) ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการกัดกร่อน เนื่องจากอัตราส่วนสโตอิจิโอเมทรีของชั้นบน (ออกไซด์ของเหล็ก) และชั้นล่าง (ออกไซด์ของโครเมียม)52,53 ปฏิสัมพันธ์ที่ดีขึ้น (การยึดเกาะ) ระหว่างทั้งสองทำให้การขนส่งไอออนของโลหะหรือออกซิเจนในโครงตาข่ายช้าลง ซึ่งส่งผลให้ความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้น ดังนั้น อัตราส่วนสโตอิจิโอเมทรีที่ต่อเนื่อง เช่น สถานะออกซิเดชันหนึ่งของ Fe จึงเป็นที่ต้องการมากกว่าการเปลี่ยนแปลงสโตอิจิโอเมทรีแบบฉับพลัน SDSS ที่ผ่านการเปลี่ยนรูปด้วยความร้อนจะมีพื้นผิวที่สม่ำเสมอกว่า มีชั้นป้องกันที่หนาแน่นกว่า และมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีกว่า ในขณะที่ SDSS ที่ผ่านการรีดเย็นนั้น การมีเกาะที่มี Fe3+ สูงอยู่ใต้ชั้นป้องกันนั้นจะทำให้ความสมบูรณ์ของพื้นผิวลดลง และทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบกัลวานิกกับพื้นผิวใกล้เคียง ซึ่งส่งผลให้ Rp ลดลงอย่างรวดเร็ว (ตารางที่ 1) สเปกตรัม EIS และความต้านทานการกัดกร่อนจะลดลง จะเห็นได้ว่าการกระจายตัวของเกาะที่มี Fe3+ สูงในท้องถิ่นอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนรูปพลาสติกนั้นส่งผลกระทบต่อความต้านทานการกัดกร่อนเป็นหลัก ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในงานวิจัยนี้ ดังนั้น การศึกษานี้จึงนำเสนอภาพจุลทรรศน์แบบสเปกโทรสโคปิกของการลดลงของความต้านทานการกัดกร่อนของตัวอย่าง SDSS ที่ศึกษาโดยวิธีการเปลี่ยนรูปพลาสติก
นอกจากนี้ แม้ว่าโลหะผสมธาตุหายากในเหล็กสองเฟสจะมีประสิทธิภาพที่ดีกว่า แต่ปฏิสัมพันธ์ระหว่างธาตุหายากกับเมทริกซ์เหล็กแต่ละชิ้นในแง่ของพฤติกรรมการกัดกร่อนตามกล้องจุลทรรศน์สเปกโทรสโคปียังคงคลุมเครือ การปรากฏของสัญญาณ Ce (ผ่านขอบ M ของ XAS) ปรากฏเฉพาะในบางจุดในระหว่างการรีดเย็น แต่จะหายไปในระหว่างการเปลี่ยนรูปด้วยความร้อนของ SDSS ซึ่งบ่งชี้ถึงการตกตะกอนของ Ce ในพื้นที่ในเมทริกซ์เหล็ก มากกว่าโลหะผสมที่เป็นเนื้อเดียวกัน แม้ว่าจะไม่ได้ปรับปรุงคุณสมบัติเชิงกลของ SDSS6,7 อย่างมีนัยสำคัญ แต่การมีอยู่ของธาตุหายากจะลดขนาดของสิ่งที่รวมอยู่และเชื่อว่าจะยับยั้งการเกิดหลุมในบริเวณเริ่มต้น54
โดยสรุป งานวิจัยนี้เปิดเผยถึงผลกระทบของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของพื้นผิวต่อการกัดกร่อนของ 2507 SDSS ที่ดัดแปลงด้วยซีเรียมโดยการวัดปริมาณสารเคมีของส่วนประกอบในระดับนาโน เราตอบคำถามว่าเหตุใดสเตนเลสจึงกัดกร่อนแม้ภายใต้ชั้นออกไซด์ป้องกัน โดยการวัดปริมาณโครงสร้างจุลภาค เคมีของพื้นผิว และการประมวลผลสัญญาณโดยใช้การจัดกลุ่มแบบ K-means ได้มีการพิสูจน์แล้วว่าเกาะที่มี Fe3+ สูง รวมถึงการประสานงานแบบแปดหน้าและแบบเตตระฮีดรัลตลอดคุณลักษณะทั้งหมดของ Fe2+/Fe3+ ที่ผสมกัน เป็นแหล่งที่มาของความเสียหายและการกัดกร่อนของฟิล์มออกไซด์รีดเย็น SDSS เกาะนาโนที่มี Fe3+ มากเกินไปทำให้เกิดความต้านทานการกัดกร่อนต่ำแม้จะมีชั้นพาสซีฟ Cr2O3 ตามสโตอิชิโอเมตริกเพียงพอ นอกเหนือจากความก้าวหน้าทางวิธีการในการกำหนดผลกระทบของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันทางเคมีในระดับนาโนต่อการกัดกร่อนแล้ว คาดว่างานที่กำลังดำเนินการอยู่นี้จะสร้างแรงบันดาลใจให้กับกระบวนการทางวิศวกรรมเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของสเตนเลสในระหว่างการผลิตเหล็ก
ในการเตรียมแท่งเหล็ก SDSS Ce-2507 ที่ใช้ในการศึกษานี้ จะต้องหลอมองค์ประกอบผสมซึ่งรวมถึงโลหะผสมหลัก Fe-Ce ที่ปิดผนึกด้วยท่อเหล็กบริสุทธิ์ในเตาเหนี่ยวนำความถี่กลางขนาด 150 กก. เพื่อผลิตเหล็กหลอมเหลวและเทลงในแม่พิมพ์ องค์ประกอบทางเคมีที่วัดได้ (น้ำหนัก%) มีอยู่ในตารางเสริม 2 แท่งเหล็กจะถูกตีขึ้นรูปด้วยความร้อนเป็นแท่งก่อน จากนั้นจึงอบที่อุณหภูมิ 1,050°C เป็นเวลา 60 นาทีเพื่อให้ได้เหล็กในสถานะสารละลายของแข็ง จากนั้นจึงดับในน้ำจนถึงอุณหภูมิห้อง ตัวอย่างที่ศึกษาได้รับการศึกษาอย่างละเอียดโดยใช้ TEM และ DOE เพื่อศึกษาเฟส ขนาดเกรน และสัณฐานวิทยา สามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวอย่างและกระบวนการผลิตได้ในแหล่งข้อมูลอื่นๆ6,7
ตัวอย่างทรงกระบอก (φ10 มม.×15 มม.) สำหรับการบีบอัดแบบร้อน ได้รับการประมวลผลเพื่อให้แกนของทรงกระบอกขนานกับทิศทางการเสียรูปของบล็อก การบีบอัดที่อุณหภูมิสูงดำเนินการที่อุณหภูมิต่างๆ ในช่วง 1,000-1,150°C โดยใช้เครื่องจำลองความร้อน Gleeble-3800 ที่อัตราความเครียดคงที่ในช่วง 0.01-10 s-1 ก่อนที่จะเกิดการเสียรูป ตัวอย่างจะถูกให้ความร้อนด้วยอัตรา 10 °C s-1 เป็นเวลา 2 นาทีที่อุณหภูมิที่เลือกไว้เพื่อขจัดการไล่ระดับอุณหภูมิ หลังจากบรรลุความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ ตัวอย่างจะถูกเปลี่ยนรูปจนมีค่าความเครียดที่แท้จริง 0.7 หลังจากเกิดการเสียรูป ตัวอย่างจะถูกดับทันทีด้วยน้ำเพื่อรักษาโครงสร้างที่เสียรูปไว้ จากนั้นจึงตัดตัวอย่างที่แข็งตัวในแนวขนานกับทิศทางการบีบอัด สำหรับการศึกษานี้โดยเฉพาะ เราเลือกตัวอย่างที่มีสภาวะความเครียดในความร้อน 1,050°C, 10 s-1 เนื่องจากความแข็งระดับจุลภาคที่สังเกตได้นั้นสูงกว่าตัวอย่างอื่นๆ7
ตัวอย่างขนาดใหญ่ (80 × 10 × 17 mm3) ของสารละลายแข็ง Ce-2507 ถูกใช้ในเครื่องบดแบบลูกกลิ้งสองลูกกลิ้งอะซิงโครนัสสามเฟส LG-300 ซึ่งมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีที่สุดเมื่อเทียบกับระดับการเสียรูปอื่นๆ ทั้งหมด6 อัตราความเครียดและการลดความหนาสำหรับแต่ละเส้นทางคือ 0.2 m·s-1 และ 5% ตามลำดับ
สถานีงานไฟฟ้าเคมี Autolab PGSTAT128N ถูกใช้สำหรับการวัดไฟฟ้าเคมี SDSS หลังจากการรีดเย็นจนความหนาลดลง 90% (ความเครียดจริงเทียบเท่า 1.0) และหลังจากการกดร้อนที่ 1050°C เป็นเวลา 10 s-1 จนมีความเครียดจริง 0.7 สถานีงานมีเซลล์สามอิเล็กโทรดโดยมีอิเล็กโทรดคาโลเมลอิ่มตัวเป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง อิเล็กโทรดเคาน์เตอร์กราไฟต์ และตัวอย่าง SDSS เป็นอิเล็กโทรดทำงาน ตัวอย่างถูกตัดเป็นทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 11.3 มม. โดยบัดกรีลวดทองแดงไว้ที่ด้านข้าง จากนั้นตัวอย่างจะถูกยึดด้วยอีพอกซี โดยเว้นพื้นที่เปิดสำหรับการทำงาน 1 ซม.2 เป็นอิเล็กโทรดทำงาน (ด้านล่างของตัวอย่างทรงกระบอก) ควรระมัดระวังในระหว่างการบ่มอีพอกซีและการขัดและขัดเงาในภายหลังเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าว พื้นผิวการทำงานถูกขัดและขัดเงาด้วยสารแขวนลอยขัดเพชรที่มีขนาดอนุภาค 1 ไมโครเมตร ล้างด้วยน้ำกลั่นและเอธานอล และทำให้แห้งในอากาศเย็น ก่อนการวัดทางไฟฟ้าเคมี ตัวอย่างที่ขัดแล้วจะถูกสัมผัสกับอากาศเป็นเวลาหลายวันเพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์ตามธรรมชาติ สารละลาย FeCl3 ในน้ำ (6.0 wt%) ที่ทำให้เสถียรที่ pH = 1.0 ± 0.01 ด้วย HCl ตามคำแนะนำของ ASTM ใช้เพื่อเร่งการกัดกร่อนของสแตนเลส55 เนื่องจากสแตนเลสจะกัดกร่อนเมื่อมีไอออนคลอไรด์ที่มีความสามารถในการออกซิไดซ์สูงและมี pH ต่ำตามมาตรฐานสิ่งแวดล้อม G48 และ A923 จุ่มตัวอย่างในสารละลายทดสอบเป็นเวลา 1 ชั่วโมงเพื่อให้ถึงสถานะเกือบคงที่ก่อนทำการวัดใดๆ สำหรับตัวอย่างที่เป็นสารละลายแข็ง ขึ้นรูปร้อน และรีดเย็น การวัดค่าอิมพีแดนซ์จะดำเนินการที่ศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิด (OPC) ที่ 0.39, 0.33 และ 0.25 V ตามลำดับ ในช่วงความถี่ตั้งแต่ 1,105 ถึง 0.1 Hz ด้วยแอมพลิจูด 5 mV การทดสอบทางเคมีทั้งหมดทำซ้ำอย่างน้อย 3 ครั้งภายใต้เงื่อนไขเดียวกันเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถทำซ้ำข้อมูลได้
สำหรับการวัด HE-SXRD ได้มีการวัดบล็อกเหล็กดูเพล็กซ์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีขนาด 1 × 1 × 1.5 มม.3 เพื่อวัดปริมาณองค์ประกอบเฟสของลำแสงของวิกเกลอร์พลังงานสูงของ Brockhouse ที่ CLS ประเทศแคนาดา56 การรวบรวมข้อมูลดำเนินการในรูปทรงเรขาคณิตแบบเดอบาย-เชอเรอร์หรือรูปทรงเรขาคณิตแบบส่งผ่านที่อุณหภูมิห้อง ความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่ปรับเทียบด้วยเครื่องปรับเทียบ LaB6 คือ 0.212561 Å ซึ่งสอดคล้องกับ 58 keV ซึ่งสูงกว่าความยาวคลื่นของ Cu Kα (8 keV) ที่ใช้เป็นแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ในห้องปฏิบัติการโดยทั่วไปมาก ตัวอย่างอยู่ห่างจากเครื่องตรวจจับ 740 มม. ปริมาตรการตรวจจับของแต่ละตัวอย่างคือ 0.2 × 0.3 × 1.5 มม.3 ซึ่งกำหนดโดยขนาดลำแสงและความหนาของตัวอย่าง ข้อมูลทั้งหมดรวบรวมโดยใช้เครื่องตรวจจับพื้นที่ Perkin Elmer เครื่องตรวจจับรังสีเอกซ์แบบแผงแบน พิกเซล 200 µm ขนาด 40×40 ซม.2 โดยใช้เวลาในการเปิดรับแสง 0.3 วินาทีและ 120 เฟรม
การวัด X-PEEM ของระบบจำลองที่เลือกสองระบบดำเนินการที่สถานีปลายทาง MAXPEEM PEEM ของ Beamline ในห้องปฏิบัติการ MAX IV (ลุนด์ สวีเดน) ตัวอย่างได้รับการเตรียมในลักษณะเดียวกับการวัดทางไฟฟ้าเคมี ตัวอย่างที่เตรียมไว้จะถูกเก็บไว้ในอากาศเป็นเวลาหลายวันและกำจัดก๊าซในห้องสุญญากาศที่สูงมากก่อนที่จะฉายรังสีด้วยโฟตอนซินโครตรอน ความละเอียดของพลังงานของลำแสงได้มาจากการวัดสเปกตรัมผลผลิตไอออนในบริเวณการกระตุ้นจาก N 1 วินาทีถึง 1\(\pi _g^ \ast\) ใกล้ hv = 401 eV ใน N2 โดยที่พลังงานโฟตอนขึ้นอยู่กับ E3/2 , 57 สเปกตรัมการประมาณให้ ΔE (ความกว้างของเส้นสเปกตรัม) ประมาณ 0.3 eV ในช่วงพลังงานที่วัดได้ ดังนั้น จึงประมาณความละเอียดพลังงานของเส้นลำแสงได้เท่ากับ E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 และฟลักซ์ ≈1012 ph/s โดยใช้โมโนโครเมเตอร์ SX-700 ที่ดัดแปลงพร้อมกริดเส้น Si 1200 มม. -1 สำหรับขอบ Fe 2p L2,3 ขอบ Cr 2p L2,3 ขอบ Ni 2p L2,3 และขอบ Ce M4,5 ดังนั้น จึงประมาณความละเอียดพลังงานของเส้นลำแสงได้เท่ากับ E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 และฟลักซ์ ≈1012 ph/s โดยใช้โมโนโครเมเตอร์ SX-700 ที่ดัดแปลงพร้อมกริดเส้น Si 1200 มม. -1 สำหรับขอบ Fe 2p L2.3 ขอบ Cr 2p L2.3 ขอบ Ni 2p L2.3 และขอบ Ce M4.5 Таким образом, энергетическое разрешение канала пучка было оценено как E/∆E = 700 эВ/0,3 эВ > 2000 и поток หยาบคาย1012 ф/с при использовании модифицированного монохроматора SX-700 с решеткой Si 1200 штрихов/мм для Fe кромка 2p L2,3, คราม Cr 2p L2,3, คราม Ni 2p L2,3 และ คราม Ce M4,5. ดังนั้น ความละเอียดพลังงานของช่องลำแสงจึงประมาณได้ว่า E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 และฟลักซ์ ≈1012 f/s โดยใช้โมโนโครเมเตอร์ SX-700 ที่ดัดแปลงโดยมีช่องว่าง Si ที่ 1200 เส้น/มม. สำหรับขอบ Fe 2p L2 ,3, ขอบ Cr 2p L2.3, ขอบ Ni 2p L2.3 และขอบ Ce M4.5因此，光束线能量分辨率估计为E/ΔE = 700 eV/0.3 eV > 2000 和通量หยาบคาย1012 ph/s，通过使用带มีSi 1200 线mm-1 ส่วนประกอบหลัก SX-700 单色器用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘和Ce M4,5 边缘。因此 ， 光束线 能量 分辨率 为 为 为 为 δe = 700 EV/0.3 EV> 2000 和 กลับไปยัง 1012 PH/S , 使用 带有 带มี 1200 线 mm-1 อุปกรณ์เสริมสำหรับ SX-700 สำหรับ SX-700 于 于 用 用 用Fe 2p L2.3 สำหรับ Cr 2p L2.3 สำหรับ Ni 2p L2.3 สำหรับ Ce M4.5 边缘.ดังนั้นเมื่อใช้โมโนโครเมเตอร์ SX-700 ที่ดัดแปลงกับกริด Si 1200 เส้น 3, ขอบ Cr 2p L2.3, ขอบ Ni 2p L2.3 และขอบ Ce M4.5สแกนพลังงานโฟตอนทีละ 0.2 eV ที่พลังงานแต่ละพลังงาน ภาพ PEEM จะถูกบันทึกโดยใช้เครื่องตรวจจับ CMOS แบบไฟเบอร์คู่ TVIPS F-216 ที่มีช่อง 2 x 2 ซึ่งให้ความละเอียด 1,024 × 1,024 พิกเซลในมุมมองภาพ 20 µm เวลาเปิดรับแสงของภาพคือ 0.2 วินาที โดยเฉลี่ย 16 เฟรม พลังงานภาพโฟโตอิเล็กตรอนถูกเลือกในลักษณะที่จะให้สัญญาณอิเล็กตรอนรองสูงสุด การวัดทั้งหมดดำเนินการที่ความถี่ปกติโดยใช้ลำแสงโฟตอนโพลาไรซ์เชิงเส้น ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวัดสามารถดูได้จากการศึกษาครั้งก่อน หลังจากศึกษาโหมดการตรวจจับผลผลิตอิเล็กตรอนทั้งหมด (TEY) และการประยุกต์ใช้ใน X-PEEM49 ความลึกในการทดลองของวิธีนี้คาดว่าจะอยู่ที่ประมาณ 4-5 นาโนเมตรสำหรับสัญญาณ Cr และประมาณ 6 นาโนเมตรสำหรับ Fe ความลึกของ Cr นั้นใกล้เคียงกับความหนาของฟิล์มออกไซด์ (~4 นาโนเมตร) มาก60,61 ในขณะที่ความลึกของ Fe นั้นมากกว่าความหนา XRD ที่เก็บได้ที่ขอบของ Fe L เป็นส่วนผสมของ XRD ของออกไซด์ของเหล็กและ Fe0 จากเมทริกซ์ ในกรณีแรก ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมานั้นมาจากอิเล็กตรอนทุกประเภทที่เป็นไปได้ที่ก่อให้เกิด TEY อย่างไรก็ตาม สัญญาณเหล็กบริสุทธิ์นั้นต้องการพลังงานจลน์ที่สูงกว่าเพื่อให้อิเล็กตรอนผ่านชั้นออกไซด์ไปยังพื้นผิวและถูกเก็บรวบรวมโดยเครื่องวิเคราะห์ ในกรณีนี้ สัญญาณ Fe0 นั้นส่วนใหญ่เกิดจากอิเล็กตรอน Auger LVV เช่นเดียวกับอิเล็กตรอนรองที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กตรอนเหล่านี้ นอกจากนี้ ความเข้มข้นของ TEY ที่เกิดจากอิเล็กตรอนเหล่านี้จะสลายตัวในระหว่างเส้นทางหลบหนีของอิเล็กตรอน ทำให้การตอบสนองของสเปกตรัม Fe0 ในแผนที่ XAS ของเหล็กลดลงอีก
การรวมการขุดข้อมูลเข้าในลูกบาศก์ข้อมูล (ข้อมูล X-PEEM) เป็นขั้นตอนสำคัญในการสกัดข้อมูลที่เกี่ยวข้อง (คุณสมบัติทางเคมีหรือทางกายภาพ) ในแนวทางหลายมิติ การจัดกลุ่ม K-means ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา รวมถึงการมองเห็นของเครื่องจักร การประมวลผลภาพ การจดจำรูปแบบที่ไม่มีผู้ดูแล ปัญญาประดิษฐ์ และการวิเคราะห์การจำแนกประเภท ตัวอย่างเช่น การจัดกลุ่ม K-means มีประสิทธิภาพดีในการจัดกลุ่มข้อมูลภาพไฮเปอร์สเปกตรัม ตามหลักการแล้ว สำหรับข้อมูลที่มีคุณลักษณะหลายอย่าง อัลกอริทึม K-means สามารถจัดกลุ่มข้อมูลเหล่านี้ได้อย่างง่ายดายโดยอิงตามข้อมูลเกี่ยวกับคุณลักษณะ (คุณสมบัติพลังงานโฟตอน) การจัดกลุ่ม K-means เป็นอัลกอริทึมแบบวนซ้ำสำหรับการแบ่งข้อมูลออกเป็นกลุ่มที่ไม่ทับซ้อนกัน K กลุ่ม (คลัสเตอร์) โดยที่แต่ละพิกเซลจะอยู่ในกลุ่มเฉพาะขึ้นอยู่กับการกระจายเชิงพื้นที่ของความไม่สม่ำเสมอของสารเคมีในองค์ประกอบโครงสร้างจุลภาคของเหล็ก อัลกอริทึม K-means ประกอบด้วยสองขั้นตอน: ในขั้นตอนแรก จะคำนวณจุดศูนย์กลาง K จุด และในขั้นตอนที่สอง แต่ละจุดจะได้รับมอบหมายให้จัดกลุ่มที่มีจุดศูนย์กลางใกล้เคียงกัน จุดศูนย์กลางมวลของคลัสเตอร์ถูกกำหนดให้เป็นค่าเฉลี่ยเลขคณิตของจุดข้อมูล (สเปกตรัม XAS) สำหรับคลัสเตอร์นั้น มีระยะทางต่างๆ ในการกำหนดจุดศูนย์กลางมวลข้างเคียงเป็นระยะทางยุคลิด สำหรับภาพอินพุต px, y (โดยที่ x และ y คือความละเอียดเป็นพิกเซล) CK คือจุดศูนย์กลางมวลของคลัสเตอร์ จากนั้นภาพนี้สามารถแบ่งส่วน (คลัสเตอร์) เป็นคลัสเตอร์ K คลัสเตอร์โดยใช้ K-means63 ขั้นตอนสุดท้ายของอัลกอริทึมคลัสเตอร์ K-means คือ:
ขั้นตอนที่ 2 คำนวณค่าสมาชิกของพิกเซลทั้งหมดตามจุดศูนย์กลางปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น คำนวณจากระยะทางยุคลิด d ระหว่างจุดศูนย์กลางและแต่ละพิกเซล:
ขั้นตอนที่ 3 กำหนดจุดศูนย์กลางที่ใกล้ที่สุดให้กับแต่ละพิกเซล จากนั้นคำนวณตำแหน่งจุดศูนย์กลาง K ใหม่ดังต่อไปนี้:
ขั้นตอนที่ 4 ทำซ้ำขั้นตอน (สมการ (7) และ (8)) จนกระทั่งจุดศูนย์กลางบรรจบกัน ผลลัพธ์คุณภาพการจัดกลุ่มขั้นสุดท้ายมีความสัมพันธ์อย่างมากกับการเลือกจุดศูนย์กลางเริ่มต้นที่ดีที่สุด สำหรับโครงสร้างข้อมูล PEEM ของภาพเหล็ก โดยทั่วไป X (x × y × λ) จะเป็นลูกบาศก์ของข้อมูลอาร์เรย์ 3 มิติ ในขณะที่แกน x และ y แสดงถึงข้อมูลเชิงพื้นที่ (ความละเอียดของพิกเซล) และแกน λ สอดคล้องกับภาพสเปกตรัมพลังงานโฟตอน อัลกอริทึม K-means ใช้เพื่อสำรวจภูมิภาคที่น่าสนใจในข้อมูล X-PEEM โดยแยกพิกเซล (คลัสเตอร์หรือบล็อกย่อย) ตามคุณลักษณะสเปกตรัมและแยกจุดศูนย์กลางที่ดีที่สุด (โปรไฟล์สเปกตรัม XAS) สำหรับแต่ละคลัสเตอร์ ใช้เพื่อศึกษาการกระจายเชิงพื้นที่ การเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมในพื้นที่ พฤติกรรมออกซิเดชัน และสถานะทางเคมี ตัวอย่างเช่น อัลกอริทึมการจัดกลุ่ม K-means ถูกใช้สำหรับบริเวณขอบ L ของ Fe และขอบ L ของ Cr ใน X-PEEM ที่ผ่านการขึ้นรูปร้อนและรีดเย็น คลัสเตอร์ K จำนวนต่างๆ (บริเวณโครงสร้างจุลภาค) ได้รับการทดสอบเพื่อค้นหาคลัสเตอร์และจุดศูนย์กลางที่เหมาะสมที่สุด เมื่อแสดงตัวเลขเหล่านี้ พิกเซลจะถูกกำหนดใหม่ให้กับจุดศูนย์กลางคลัสเตอร์ที่สอดคล้องกัน การกระจายสีแต่ละสีจะสอดคล้องกับจุดศูนย์กลางของคลัสเตอร์ ซึ่งแสดงการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของวัตถุทางเคมีหรือทางกายภาพ จุดศูนย์กลางที่แยกออกมาคือค่ารวมเชิงเส้นของสเปกตรัมบริสุทธิ์
ข้อมูลที่สนับสนุนผลการศึกษานี้พร้อมให้บริการเมื่อมีการร้องขอที่สมเหตุสมผลจากผู้เขียน WC ที่เกี่ยวข้อง
Sieurin, H. & Sandström, R. ความเหนียวในการแตกหักของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ที่เชื่อม Sieurin, H. & Sandström, R. ความเหนียวในการแตกหักของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ที่เชื่อม Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной дуплексной нержавеющей стали. Sieurin, H. & Sandström, R. ความเหนียวในการแตกหักของเหล็กกล้าสแตนเลสแบบเชื่อมดูเพล็กซ์ 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. และ Sandström, R. ความเหนียวในการแตกหักของเหล็กสแตนเลสดูเพล็กซ์ที่เชื่อมBritannia. เศษส่วน. ขน. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH และ Van Der Merwe, J. ความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสดูเพล็กซ์ในกรดอินทรีย์ที่เลือกและสภาพแวดล้อมกรดอินทรีย์/คลอไรด์ Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH และ Van Der Merwe, J. ความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสดูเพล็กซ์ในกรดอินทรีย์ที่เลือกและสภาพแวดล้อมกรดอินทรีย์/คลอไรด์Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. และ Van Der Merwe, J. ความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสดูเพล็กซ์ในสภาพแวดล้อมที่มีกรดอินทรีย์บางชนิดและกรดอินทรีย์/คลอไรด์ Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相不锈钢在选定的有机酸和有机酸/氯化物环境中的耐腐蚀性。 Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相stainless steel在特定的organic酸和organic酸/chlorinated สภาพแวดล้อมที่耐过性性。Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. และ Van Der Merwe, J. ความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสดูเพล็กซ์ในสภาพแวดล้อมที่เลือกของกรดอินทรีย์และกรดอินทรีย์/คลอไรด์สารกันบูด วิธีการวัสดุ 57, 107–117 (2010)
Barrera, S. et al. พฤติกรรมการกัดกร่อน-ออกซิเดชันของโลหะผสมดูเพล็กซ์ Fe-Al-Mn-C Materials 12, 2572 (2019)
Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. เหล็กซูเปอร์ดูเพล็กซ์รุ่นใหม่สำหรับอุปกรณ์ผลิตก๊าซและน้ำมัน Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. เหล็กซูเปอร์ดูเพล็กซ์รุ่นใหม่สำหรับอุปกรณ์ผลิตก๊าซและน้ำมันLevkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. เหล็กซูเปอร์ดูเพล็กซ์รุ่นใหม่สำหรับอุปกรณ์ผลิตน้ำมันและก๊าซLevkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. เหล็กซูเปอร์ดูเพล็กซ์รุ่นใหม่สำหรับอุปกรณ์ผลิตก๊าซและน้ำมัน เว็บสัมมนา E3S 121, 04007 (2019)
กิ่งกลาง, ส. และ อุทัยแสงสุข, ว. การตรวจสอบพฤติกรรมการเสียรูปขณะร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์เกรด 2507. โลหะ. กิ่งกลาง, ส. และ อุทัยแสงสุข, ว. การตรวจสอบพฤติกรรมการเสียรูปขณะร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์เกรด 2507. โลหะ. กิ่งกลาง, ส. และ อุทัยแสงสุข, วี. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей стали марки 2507. Metall. กิ่งกลาง, ส. และ อุทัยแสงสุข, ว. การศึกษาพฤติกรรมการเสียรูปขณะร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ประเภท 2507. โลหะ. กิ่งกลาง, ส. & อุทัยแสงสุข, วี. 双相不锈钢2507 级热变形行为的研究。 กิ่งกลาง, ส. และ อุทัยแสงสุข, ว. 2507 级热变形行为的研究。สุริยา กิ่งกลาง และ อุทัยสันสุข, ว. การตรวจสอบพฤติกรรมการเสียรูปขณะร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ประเภท 2507 โลหะ.อัลมา มาเทอร์. ทรานซ์. 48, 95–108 (2017).
Zhou, T. et al. ผลของการรีดเย็นแบบควบคุมต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้าไร้สนิม SAF 2507 ซูเปอร์ดูเพล็กซ์ที่ดัดแปลงด้วยซีเรียม Alma Mater. The Science. Britannia. A 766, 138352 (2019)
Zhou, T. et al. คุณสมบัติเชิงโครงสร้างและเชิงกลที่เหนี่ยวนำโดยการเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิม SAF 2507 ซูเปอร์ดูเพล็กซ์ที่ดัดแปลงด้วยซีเรียม J. Alma mater. storage tank. technology. 9, 8379–8390 (2020)
เจิ้ง, ซี., หวัง, เอส., ลอง, เจ., หวัง, เจ. และเจิ้ง, เค. ผลของธาตุหายากต่อพฤติกรรมออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงของเหล็กออสเทนนิติก เจิ้ง, ซี., หวัง, เอส., ลอง, เจ., หวัง, เจ. และเจิ้ง, เค. ผลของธาตุหายากต่อพฤติกรรมออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงของเหล็กออสเทนนิติกZheng Z., Wang S., Long J., Wang J. และ Zheng K. อิทธิพลของธาตุหายากต่อพฤติกรรมของเหล็กออสเทนนิติกภายใต้ออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. 稀土元素对奥氏体钢高温氧化行为的影响。 เจิ้ง, Z., วัง, เอส., หลง, เจ., วัง, เจ. และเจิ้ง, เค.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. และ Zheng K. อิทธิพลของธาตุหายากต่อพฤติกรรมของเหล็กออสเทนนิติกที่ออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงโคโรส. วิทยาศาสตร์. 164, 108359 (2020).
Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. และ Sun, S. ผลของ Ce ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของเหล็กกล้าไร้สนิมซุปเปอร์เฟอร์ริติก 27Cr-3.8Mo-2Ni Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. และ Sun, S. ผลของ Ce ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของเหล็กกล้าไร้สนิมซุปเปอร์เฟอร์ริติก 27Cr-3.8Mo-2NiLi Y., Yang G., Jiang Z., Chen K. และ Sun S. อิทธิพลของ Se ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของสแตนเลสซุปเปอร์เฟอร์ริติก 27Cr-3,8Mo-2Ni Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Ce 27Cr-3.8Mo-2Ni 超铁素体不锈钢的显微组织和性能的影响。 Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. และ Sun, S. ผลของ Ce ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของเหล็กกล้าไร้สนิมซูเปอร์สตีล 27Cr-3.8Mo-2Ni Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Влияние Ce มีส่วนประกอบของ 27Cr-3,8Mo-2Ni. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. และ Sun, S. ผลของ Ce ต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของเหล็กกล้าไร้สนิมซุปเปอร์เฟอร์ริติก 27Cr-3,8Mo-2Niป้ายเหล็ก. Steelmak 47, 67–76 (2020).