ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.com คุณกำลังใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันที่รองรับ CSS ได้จำกัด เพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดตแล้ว (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) นอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าจะได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจึงแสดงเว็บไซต์โดยไม่ใช้รูปแบบและ JavaScript
แสดงสไลด์ 3 สไลด์พร้อมกัน ใช้ปุ่ม Previous และ Next เพื่อเลื่อนดูสไลด์ 3 สไลด์พร้อมกัน หรือใช้ปุ่ม Slider ที่ท้ายสไลด์เพื่อเลื่อนดูสไลด์ 3 สไลด์พร้อมกัน
เหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและรุ่นที่ผ่านการดัดขึ้นรูปนั้นทนต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมแวดล้อมได้เนื่องจากชั้นการทำให้เฉื่อยประกอบด้วยโครเมียมออกไซด์ การกัดกร่อนและการสึกกร่อนของเหล็กมักเกี่ยวข้องกับการทำลายชั้นเหล่านี้ แต่ไม่ค่อยพบการปรากฏของความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิว ขึ้นอยู่กับระดับจุลภาค ในงานวิจัยนี้ ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของพื้นผิวทางเคมีในระดับนาโน ซึ่งตรวจพบโดยกล้องจุลทรรศน์สเปกโทรสโคปีและการวิเคราะห์เคมีเมตริกส์ มีอิทธิพลเหนือการแตกและการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมรีดเย็นซูเปอร์ดูเพล็กซ์ดัดแปลงซีเรียม 2507 (SDSS) ในระหว่างการเปลี่ยนรูปขณะร้อนอย่างไม่คาดคิด แม้ว่ากล้องจุลทรรศน์โฟโตอิเล็กตรอนแบบเอกซ์เรย์จะแสดงให้เห็นการครอบคลุมชั้น Cr2O3 ตามธรรมชาติที่ค่อนข้างสม่ำเสมอ แต่ประสิทธิภาพการทำให้เฉื่อยของ SDSS รีดเย็นนั้นไม่ดีนักเนื่องจากการกระจายของนาโนไอส์แลนด์ที่อุดมไปด้วย Fe3+ ในพื้นที่บนชั้นออกไซด์ Fe/Cr ความรู้ในระดับอะตอมนี้ช่วยให้เข้าใจการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมอย่างลึกซึ้ง และคาดว่าจะช่วยต่อสู้กับการกัดกร่อนของโลหะอัลลอยด์สูงที่คล้ายคลึงกัน
นับตั้งแต่มีการประดิษฐ์สเตนเลส คุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อนของเฟอร์โรโครมนั้นมาจากโครเมียม ซึ่งก่อให้เกิดออกไซด์/ออกซีไฮดรอกไซด์ที่เข้มข้น และแสดงพฤติกรรมการเฉื่อยในสภาพแวดล้อมส่วนใหญ่ เมื่อเปรียบเทียบกับสเตนเลสแบบธรรมดา (ออสเทนนิติกและเฟอร์ริติก) 1, 2, 3 สเตนเลสซูเปอร์ดูเพล็กซ์ (SDSS) มีความทนทานต่อการกัดกร่อนที่ดีกว่าและมีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม ความแข็งแรงเชิงกลที่เพิ่มขึ้นทำให้มีน้ำหนักเบาและกะทัดรัดมากขึ้น ในทางตรงกันข้าม SDSS ที่ประหยัดจะมีความต้านทานการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมและแบบแยกส่วนสูง ส่งผลให้มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น จึงขยายขอบเขตการใช้งานในการควบคุมมลพิษ ภาชนะบรรจุสารเคมี และอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง4 อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิในการอบชุบด้วยความร้อนที่แคบและความสามารถในการขึ้นรูปที่ไม่ดีเป็นอุปสรรคต่อการใช้งานจริงอย่างกว้างขวาง ดังนั้น SDSS จึงได้รับการปรับเปลี่ยนเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพดังกล่าว ตัวอย่างเช่น การปรับเปลี่ยน Ce ถูกนำมาใช้ใน SDSS 2507 (Ce-2507) ที่มีปริมาณไนโตรเจนสูง6,7,8 ธาตุหายาก (Ce) ในความเข้มข้นที่เหมาะสม 0.08% มีผลดีต่อคุณสมบัติเชิงกลของ DSS เนื่องจากช่วยปรับปรุงความละเอียดของเมล็ดพืชและความแข็งแรงของขอบเมล็ดพืช ความต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อน ความแข็งแรงในการดึงและความแข็งแรงในการยืดตัว และความสามารถในการขึ้นรูปร้อนยังได้รับการปรับปรุงด้วย9 ไนโตรเจนจำนวนมากสามารถทดแทนนิกเกิลที่มีราคาแพงได้ ทำให้ SDSS คุ้มทุนมากขึ้น10
เมื่อไม่นานมานี้ SDSS ถูกทำให้เสียรูปในอุณหภูมิต่างๆ (เย็นจัด เย็น และร้อน) เพื่อให้ได้คุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม6,7,8 อย่างไรก็ตาม ความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยมของ SDSS เนื่องมาจากการมีฟิล์มออกไซด์บางๆ บนพื้นผิวได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการ เช่น ความไม่สม่ำเสมอโดยธรรมชาติอันเนื่องมาจากการมีเฟสที่ไม่สม่ำเสมอที่มีขอบเกรนต่างกัน ตะกอนที่ไม่ต้องการ และการตอบสนองที่แตกต่างกัน การเปลี่ยนรูปของเฟสออสเทนนิติกและเฟอร์ริติก7 ดังนั้น การศึกษาคุณสมบัติโดเมนจุลภาคของฟิล์มดังกล่าวลงไปจนถึงระดับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์จึงมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจการกัดกร่อนของ SDSS และต้องใช้เทคนิคการทดลองที่ซับซ้อน จนถึงขณะนี้ วิธีการที่ไวต่อพื้นผิว เช่น สเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนออเจอร์11 และสเปกโตรสโคปีอิเล็กตรอนโฟโตอิเล็กตรอนเอกซ์เรย์12,13,14,15 และกล้องจุลทรรศน์โฟโตอีมิสชันเอกซ์เรย์แบบแข็ง (HAX-PEEM)16 มักไม่สามารถตรวจจับความแตกต่างทางเคมีในชั้นพื้นผิวได้ สถานะทางเคมีของธาตุเดียวกันในตำแหน่งต่างๆ ของพื้นที่ระดับนาโน การศึกษาหลายชิ้นล่าสุดได้เชื่อมโยงการเกิดออกซิเดชันเฉพาะที่ของโครเมียมกับพฤติกรรมการกัดกร่อนที่สังเกตได้ของสเตนเลสออสเทนนิติก17 เหล็กมาร์เทนซิติก18 และ SDSS19,20 อย่างไรก็ตาม การศึกษาเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของโครเมียม (เช่น สถานะออกซิเดชันของ Cr3+) ต่อความต้านทานการกัดกร่อนเป็นหลัก ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในสถานะออกซิเดชันของธาตุต่างๆ อาจเกิดจากสารประกอบต่างๆ ที่มีองค์ประกอบองค์ประกอบเดียวกัน เช่น ออกไซด์ของเหล็ก สารประกอบเหล่านี้ซึ่งสืบทอดขนาดเล็กอันเป็นผลจากการบำบัดด้วยเทอร์โมเมคานิกส์นั้นอยู่ใกล้กัน แต่มีองค์ประกอบและสถานะออกซิเดชันที่แตกต่างกัน16,21 ดังนั้น เพื่อตรวจจับการแตกร้าวของฟิล์มออกไซด์และการเกิดหลุมตามมา จึงจำเป็นต้องทำความเข้าใจความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของพื้นผิวในระดับจุลภาค แม้จะมีข้อกำหนดเหล่านี้ การประมาณเชิงปริมาณ เช่น ความไม่สม่ำเสมอด้านข้างในการออกซิเดชัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ Fe ในระดับนาโนและระดับอะตอม ยังคงขาดอยู่ และความสัมพันธ์ของ Fe กับความต้านทานการกัดกร่อนยังคงไม่มีการสำรวจ จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้ สถานะทางเคมีของธาตุต่างๆ เช่น Fe และ Ca22 บนตัวอย่างเหล็กได้รับการระบุเชิงปริมาณโดยใช้กล้องจุลทรรศน์โฟโตอิเล็กตรอนรังสีเอกซ์แบบอ่อน (X-PEEM) ในอุปกรณ์ฉายรังสีซินโครตรอนในระดับนาโน เมื่อใช้ร่วมกับการดูดกลืนรังสีเอกซ์ที่ไวต่อสารเคมี (XAS) X-PEEM ช่วยให้สามารถวัด XAS ได้ด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่และเชิงสเปกตรัมสูง โดยให้ข้อมูลทางเคมีเกี่ยวกับองค์ประกอบของธาตุและสถานะทางเคมีของธาตุเหล่านั้นด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่ถึงระดับ 23 นาโนเมตร การสังเกตจุดเริ่มต้นด้วยกล้องจุลทรรศน์สเปกโตรสโคปิกนี้ช่วยให้สังเกตสารเคมีในพื้นที่ได้ง่ายขึ้น และสามารถแสดงการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในพื้นที่ของชั้นเหล็กที่ยังไม่มีการตรวจสอบมาก่อนได้
การศึกษาครั้งนี้ขยายข้อดีของ PEEM ในการตรวจจับความแตกต่างทางเคมีในระดับนาโน และนำเสนอวิธีการวิเคราะห์พื้นผิวในระดับอะตอมเชิงลึกเพื่อทำความเข้าใจพฤติกรรมการกัดกร่อนของ Ce-2507 โดยใช้แนวทางเคมีเมตริกแบบคลัสเตอร์ K-means24 เพื่อทำแผนที่ความเป็นเนื้อเดียวกันทางเคมีทั่วโลกของธาตุที่เกี่ยวข้อง ซึ่งสถานะทางเคมีของธาตุเหล่านี้จะแสดงในรูปแบบสถิติ ในทางตรงกันข้ามกับการกัดกร่อนที่เริ่มต้นจากการทำลายฟิล์มออกไซด์โครเมียมในกรณีดั้งเดิม ปัจจุบัน การเกิดความเฉื่อยน้อยลงและความต้านทานการกัดกร่อนที่ต่ำกว่านั้นเกิดจากนาโนไอส์แลนด์ที่อุดมด้วย Fe3+ ในบริเวณใกล้กับชั้นออกไซด์ Fe/Cr ซึ่งอาจมีคุณสมบัติในการป้องกัน ออกไซด์จะทำลายฟิล์มจุดและทำให้เกิดการกัดกร่อน
พฤติกรรมการกัดกร่อนของ SDSS 2507 ที่เสียรูปได้รับการประเมินครั้งแรกโดยใช้การวัดทางไฟฟ้าเคมี ในรูปที่ 1 แสดงเส้นโค้ง Nyquist และ Bode สำหรับตัวอย่างที่เลือกในสารละลาย FeCl3 ในน้ำที่มีกรด (pH = 1) ที่อุณหภูมิห้อง อิเล็กโทรไลต์ที่เลือกทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรง ซึ่งบ่งบอกถึงแนวโน้มของฟิล์มที่ทำให้เกิดความเฉื่อยที่จะสลายตัว แม้ว่าวัสดุจะไม่เกิดหลุมเป็นหลุมอย่างเสถียรที่อุณหภูมิห้อง แต่การวิเคราะห์ก็ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับเหตุการณ์ความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นและการกัดกร่อนที่ตามมา วงจรสมมูล (รูปที่ 1d) ถูกใช้เพื่อปรับสเปกตรัมสเปกโตรสโคปีอิมพีแดนซ์ทางไฟฟ้าเคมี (EIS) และผลการปรับที่สอดคล้องกันจะแสดงอยู่ในตารางที่ 1 ครึ่งวงกลมที่ไม่สมบูรณ์ปรากฏในตัวอย่างที่ผ่านการบำบัดด้วยสารละลายและขึ้นรูปด้วยความร้อน ในขณะที่ครึ่งวงกลมที่อัดแน่นปรากฏในตัวอย่างที่ผ่านการรีดเย็น (รูปที่ 1b) ในสเปกโตรสโคปี EIS รัศมีของครึ่งวงกลมสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นความต้านทานโพลาไรเซชัน (Rp)25,26 Rp ของรันเวย์ที่ผ่านการบำบัดด้วยสารละลายในตารางที่ 1 อยู่ที่ประมาณ 135 kΩ cm–2 อย่างไรก็ตาม ค่าของรันเวย์ที่ผ่านการขึ้นรูปร้อนและรีดเย็นนั้นต่ำกว่ามาก โดยอยู่ที่ 34.7 และ 2.1 kΩ cm–2 ตามลำดับ การลดลงอย่างมีนัยสำคัญของ Rp นี้แสดงให้เห็นถึงผลกระทบเชิงลบของการเสียรูปพลาสติกต่อการเกิดปฏิกิริยาเฉื่อยและความต้านทานการกัดกร่อน ดังที่แสดงในรายงานก่อนหน้านี้27,28,29,30
ก. ไนควิสต์ ข. ค. ไดอะแกรมอิมพีแดนซ์โบดและเฟส และ ง. แบบจำลองวงจรสมมูลที่สอดคล้องกัน โดยที่ RS คือความต้านทานของอิเล็กโทรไลต์ Rp คือความต้านทานของโพลาไรเซชัน และ QCPE คือออกไซด์ขององค์ประกอบเฟสคงที่ที่ใช้สร้างแบบจำลองความจุที่ไม่สมบูรณ์แบบ (n) การวัด EIS จะทำที่ศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิด
ค่าคงที่พร้อมกันจะแสดงในกราฟโบด โดยที่ช่วงความถี่สูงแสดงถึงความต้านทานของอิเล็กโทรไลต์ RS26 เมื่อความถี่ลดลง อิมพีแดนซ์จะเพิ่มขึ้นและพบมุมเฟสเชิงลบ ซึ่งบ่งชี้ถึงความโดดเด่นของความจุ มุมเฟสจะเพิ่มขึ้น โดยคงค่าสูงสุดไว้ตลอดช่วงความถี่ที่ค่อนข้างกว้าง จากนั้นจึงลดลง (รูปที่ 1c) อย่างไรก็ตาม ในทั้งสามกรณี ค่าสูงสุดนี้ยังคงน้อยกว่า 90° ซึ่งบ่งชี้ถึงพฤติกรรมความจุที่ไม่เหมาะสมเนื่องจากการกระจายความจุ ดังนั้น องค์ประกอบเฟสคงที่ QCPE (CPE) จึงใช้เพื่อแสดงการกระจายความจุของส่วนต่อประสานที่เกิดจากความหยาบของพื้นผิวหรือความไม่สม่ำเสมอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับอะตอม เรขาคณิตแบบเศษส่วน ความพรุนของอิเล็กโทรด ศักย์ไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอ และเรขาคณิตที่มีรูปร่างของอิเล็กโทรด31,32 อิมพีแดนซ์ CPE:
โดยที่ j คือจำนวนจินตภาพและ ω คือความถี่เชิงมุม QCPE คือค่าคงที่อิสระจากความถี่ที่เป็นสัดส่วนกับพื้นที่เปิดที่มีประสิทธิผลของอิเล็กโทรไลต์ n คือค่ากำลังไร้มิติที่อธิบายความเบี่ยงเบนของตัวเก็บประจุจากความจุในอุดมคติ กล่าวคือ ยิ่ง n ใกล้ 1 มากเท่าไร CPE ก็จะยิ่งใกล้ความจุอย่างแท้จริงมากขึ้นเท่านั้น ในขณะที่ถ้า n ใกล้ศูนย์ แสดงว่ามีค่าต้านทาน ความเบี่ยงเบนเล็กน้อยของ n ใกล้ 1 บ่งชี้พฤติกรรมความจุที่ไม่เหมาะสมของพื้นผิวหลังจากการทดสอบโพลาไรเซชัน QCPE ของ SDSS รีดเย็นมีค่าสูงกว่าผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกันอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งหมายความว่าคุณภาพของพื้นผิวมีความสม่ำเสมอต่ำกว่า
สอดคล้องกับคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนส่วนใหญ่ของสแตนเลส ปริมาณ Cr ที่ค่อนข้างสูงของ SDSS โดยทั่วไปส่งผลให้ SDSS ต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม เนื่องจากมีฟิล์มออกไซด์ป้องกันแบบพาสซีฟอยู่บนพื้นผิว17 ฟิล์มพาสซีฟดังกล่าวมักอุดมไปด้วยออกไซด์ Cr3+ และ/หรือไฮดรอกไซด์ โดยส่วนใหญ่รวมกับออกไซด์ Fe2+, Fe3+ และ/หรือไฮดรอกไซด์ (ออกซี)33 แม้จะมีความสม่ำเสมอของพื้นผิว ชั้นออกไซด์แบบพาสซีฟ และไม่มีรอยแตกร้าวบนพื้นผิวที่สังเกตได้เหมือนกันตามการวัดด้วยกล้องจุลทรรศน์6,7 แต่พฤติกรรมการกัดกร่อนของ SDSS ที่ผ่านการขึ้นรูปร้อนและรีดเย็นกลับแตกต่างกัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องศึกษาลักษณะโครงสร้างจุลภาคในเชิงลึกสำหรับการเสียรูปของเหล็ก
โครงสร้างจุลภาคของเหล็กกล้าไร้สนิมที่เสียรูปได้รับการศึกษาเชิงปริมาณโดยใช้รังสีเอกซ์พลังงานสูงแบบอินทรินซิกและซินโครตรอน (ภาพเสริม 1, 2) มีการวิเคราะห์โดยละเอียดในข้อมูลเสริม แม้ว่าจะมีฉันทามติทั่วไปเกี่ยวกับประเภทของเฟสหลัก แต่พบความแตกต่างในเศษส่วนเฟสจำนวนมาก ซึ่งแสดงอยู่ในตารางเสริม 1 ความแตกต่างเหล่านี้อาจเกิดจากเศษส่วนเฟสที่ไม่สม่ำเสมอที่พื้นผิวและในปริมาตร ซึ่งได้รับผลกระทบจากความลึกในการตรวจจับการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) ที่แตกต่างกัน ) โดยมีแหล่งพลังงานของโฟตอนตกกระทบที่แตกต่างกัน34 เศษส่วนออสเทไนต์ที่ค่อนข้างสูงในชิ้นงานรีดเย็นที่กำหนดโดย XRD จากแหล่งห้องปฏิบัติการบ่งชี้ถึงการเกิดปฏิกิริยาเฉื่อยที่ดีกว่าและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีกว่า35 ในขณะที่ผลลัพธ์ที่แม่นยำและทางสถิติมากขึ้นบ่งชี้ถึงแนวโน้มตรงกันข้ามในเศษส่วนเฟส นอกจากนี้ ความต้านทานการกัดกร่อนของเหล็กยังขึ้นอยู่กับระดับของความละเอียดของเมล็ดพืช การลดขนาดเมล็ดพืช การเพิ่มขึ้นของการเสียรูปในระดับจุลภาค และความหนาแน่นของการเคลื่อนตัวที่เกิดขึ้นระหว่างการอบด้วยความร้อน36,37,38 ตัวอย่างที่ผ่านการอบร้อนมีลักษณะเป็นเมล็ดพืชมากขึ้น ซึ่งบ่งบอกถึงเมล็ดพืชที่มีขนาดไมครอน ในขณะที่วงแหวนเรียบที่สังเกตพบในตัวอย่างที่ผ่านการรีดเย็น (รูปเสริมที่ 3) บ่งบอกถึงความละเอียดของเมล็ดพืชในระดับนาโนอย่างมีนัยสำคัญจากการทำงานก่อนหน้านี้ ซึ่งน่าจะสนับสนุนการก่อตัวของฟิล์มแบบพาสซีฟและเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน ความหนาแน่นของการเคลื่อนตัวที่สูงขึ้นมักเกี่ยวข้องกับความต้านทานต่อการเกิดหลุมที่ลดลง ซึ่งสอดคล้องกับการวัดทางไฟฟ้าเคมี
การเปลี่ยนแปลงในสถานะทางเคมีของไมโครโดเมนของธาตุหลักได้รับการศึกษาอย่างเป็นระบบโดยใช้ X-PEEM แม้ว่าจะมีธาตุโลหะผสมมากกว่า แต่ Cr, Fe, Ni และ Ce39 ถูกเลือกที่นี่ เนื่องจาก Cr เป็นธาตุสำคัญสำหรับการสร้างฟิล์มแบบพาสซีฟ Fe เป็นธาตุหลักสำหรับเหล็ก และ Ni ช่วยเพิ่มการเกิดพาสซีฟและสร้างสมดุลให้กับเฟสเฟอร์ไรต์-ออสเทนนิติก โครงสร้างและการปรับเปลี่ยนคือจุดประสงค์ของ Ce โดยการปรับพลังงานลำแสงซินโครตรอน XAS จึงจับลักษณะสำคัญของ Cr (ขอบ L2.3), Fe (ขอบ L2.3), Ni (ขอบ L2.3) และ Ce (ขอบ M4.5) จากพื้นผิว -2507 SDSS การวิเคราะห์ข้อมูลที่เหมาะสมดำเนินการโดยรวมการปรับเทียบพลังงานกับข้อมูลที่เผยแพร่ (เช่น XAS บน Fe L2, ซี่โครง 3 อัน40,41)
รูปที่ 2 แสดงภาพ X-PEEM ของ Ce-2507 SDSS ที่ผ่านการขึ้นรูปร้อน (รูปที่ 2a) และผ่านการรีดเย็น (รูปที่ 2d) และขอบ XAS Cr และ Fe L2,3 ที่สอดคล้องกันในตำแหน่งที่ทำเครื่องหมายไว้แต่ละตำแหน่ง ขอบ XAS L2,3 สำรวจสถานะ 3 มิติที่ว่างของอิเล็กตรอนหลังจากการกระตุ้นด้วยแสงที่ระดับการแยกสปิน-ออร์บิท 2p3/2 (ขอบ L3) และ 2p1/2 (ขอบ L2) ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะวาเลนซ์ของ Cr ได้มาจากการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของขอบ L2,3 ในรูปที่ 2b,d การเปรียบเทียบลิงก์ 42, 43 แสดงให้เห็นว่ามีการสังเกตเห็นจุดยอดสี่จุด A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV) และ D (582.2 eV) ใกล้ขอบ L3 ซึ่งสะท้อนไอออน Cr3+ ทรงแปดหน้า ซึ่งก็คือ Cr2O3 ที่สอดคล้องกัน สเปกตรัมการทดลองสอดคล้องกับการคำนวณทางทฤษฎี ดังที่แสดงในแผง b และ e ซึ่งได้มาจากการคำนวณสนามผลึกหลายจุดที่อินเทอร์เฟซ Cr L2.3 โดยใช้สนามผลึก 2.0 eV44 พื้นผิวทั้งสองของ SDSS ที่ผ่านการขึ้นรูปร้อนและรีดเย็นได้รับการเคลือบด้วยชั้น Cr2O3 ที่ค่อนข้างสม่ำเสมอ
ภาพความร้อนของ SDSS ที่ขึ้นรูปด้วยความร้อนด้วย X-PEEM ซึ่งสอดคล้องกับขอบ b คือ Cr L2.3 และขอบ c คือ Fe L2.3 d ภาพความร้อนของ X-PEEM ของ SDSS ที่รีดเย็น ซึ่งสอดคล้องกับขอบ e คือ Cr L2.3 และ f คือ Fe L2.3 ของด้าน (e) สเปกตรัม XAS ที่วาดไว้ตามตำแหน่งเชิงพื้นที่ต่างๆ ที่ทำเครื่องหมายไว้บนภาพความร้อน (a, d) ด้วยเส้นประสีส้มใน (b) และ (e) แสดงถึงสเปกตรัม XAS จำลองของ Cr3+ ที่มีค่าสนามผลึกเท่ากับ 2.0 eV สำหรับภาพ X-PEEM จะใช้จานสีความร้อนเพื่อปรับปรุงการอ่านภาพ โดยที่สีตั้งแต่สีน้ำเงินไปจนถึงสีแดงจะแปรผันตามความเข้มข้นของการดูดกลืนรังสีเอกซ์ (จากต่ำไปสูง)
ไม่ว่าสภาพแวดล้อมทางเคมีของธาตุโลหะเหล่านี้จะเป็นอย่างไร สถานะทางเคมีของการเติมธาตุโลหะผสม Ni และ Ce สำหรับทั้งสองตัวอย่างก็ยังคงเหมือนเดิม ภาพวาดเพิ่มเติม รูปที่ 5-9 แสดงภาพ X-PEEM และสเปกตรัม XAS ที่สอดคล้องกันสำหรับ Ni และ Ce ในตำแหน่งต่างๆ บนพื้นผิวของชิ้นงานที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยความร้อนและรีดเย็น Ni XAS แสดงสถานะออกซิเดชันของ Ni2+ บนพื้นผิวที่วัดทั้งหมดของชิ้นงานที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยความร้อนและรีดเย็น (การอภิปรายเพิ่มเติม) ที่น่าสังเกตคือ ในกรณีของชิ้นงานที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยความร้อน จะไม่พบสัญญาณ XAS ของ Ce ในขณะที่พบสเปกตรัมของ Ce3+ ของชิ้นงานที่ผ่านการรีดเย็นที่จุดหนึ่ง การสังเกตจุด Ce ในชิ้นงานที่ผ่านการรีดเย็นแสดงให้เห็นว่า Ce มีอยู่เป็นส่วนใหญ่ในรูปแบบของตะกอน
ใน SDSS ที่ถูกเปลี่ยนรูปด้วยความร้อน ไม่พบการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเฉพาะที่ใน XAS ที่ขอบ Fe L2.3 (รูปที่ 2c) อย่างไรก็ตาม ดังที่แสดงในรูปที่ 2f เมทริกซ์ Fe จะเปลี่ยนสถานะทางเคมีในระดับจุลภาคที่จุดที่เลือกแบบสุ่มเจ็ดจุดใน SDSS รีดเย็น นอกจากนี้ เพื่อให้ทราบการเปลี่ยนแปลงในสถานะของ Fe ในตำแหน่งที่เลือกในรูปที่ 2f ได้อย่างแม่นยำ จึงได้ดำเนินการศึกษาพื้นผิวเฉพาะที่ (รูปที่ 3 และรูปที่เสริม 10) โดยเลือกบริเวณวงกลมที่เล็กกว่า สเปกตรัม XAS ของขอบ Fe L2,3 ของระบบ α-Fe2O3 และออกไซด์แปดหน้า Fe2+ ถูกจำลองโดยใช้การคำนวณสนามผลึกแบบมัลติเพล็ตโดยใช้สนามผลึก 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 มักแสดงเป็น Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg สปิเนล O4 ที่มีตำแหน่งว่างในตำแหน่ง eg ดังนั้น ไอออน Fe3+ ใน γ-Fe2O3 จึงมีทั้งตำแหน่ง Td และ Oh ตามที่กล่าวไว้ในงานก่อนหน้านี้ แม้ว่าอัตราส่วนความเข้มของทั้งสองจะแตกต่างกัน แต่ค่าอัตราส่วนความเข้ม eg/t2g อยู่ที่ประมาณ 1 ในขณะที่ในกรณีนี้ ค่าอัตราส่วนความเข้มที่สังเกตได้ eg/t2g อยู่ที่ประมาณ 1 ซึ่งตัดความเป็นไปได้ที่เฉพาะ Fe3+ จะอยู่ในกรณีนี้ เมื่อพิจารณากรณีของ Fe3O4 ที่มีการรวมกันของ Fe2+ และ Fe3+ เป็นที่ทราบกันว่าคุณสมบัติแรกที่อ่อนแอกว่า (แข็งแกร่ง) ในขอบ L3 ของ Fe บ่งชี้ถึงการว่างที่เล็กกว่า (มากขึ้น) ในสถานะ t2g ซึ่งใช้ได้กับ Fe2+ (Fe3+) ซึ่งบ่งชี้ถึงการเพิ่มขึ้นของสัญญาณแรกที่บ่งชี้ถึงการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของ Fe2+47 ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่า Fe2+ และ γ-Fe2O3, α-Fe2O3 และ/หรือ Fe3O4 มีมากกว่าบนพื้นผิวรีดเย็นของคอมโพสิต
ภาพความร้อนอิเล็กตรอนโฟตอนขยายของสเปกตรัม XAS (a, c) และ (b, d) ทั่วขอบ Fe L2,3 ในตำแหน่งเชิงพื้นที่ต่างๆ ภายในบริเวณที่เลือก 2 และ E ในรูปที่ 2d
ข้อมูลการทดลองที่ได้ (รูปที่ 4a และรูปที่เสริม 11) ได้ถูกวางแผนและเปรียบเทียบกับข้อมูลของสารประกอบบริสุทธิ์ 40, 41, 48 โดยพื้นฐานแล้ว สเปกตรัม XAS ของ Fe L-edge ที่สังเกตได้จากการทดลองสามประเภท (XAS-1, XAS-2 และ XAS-3: รูปที่ 4a) ถูกสังเกตในตำแหน่งที่แตกต่างกันในเชิงพื้นที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สเปกตรัมที่คล้ายกับ 2-a (เรียกอีกอย่างว่า XAS-1) ในรูปที่ 3b ถูกสังเกตทั่วทั้งบริเวณที่สนใจ ตามด้วยสเปกตรัม 2-b (เรียกอีกอย่างว่า XAS-2) ในขณะที่สเปกตรัมที่คล้ายกับ E-3 ถูกสังเกตในรูปที่ 3d (เรียกว่า XAS-3) ถูกสังเกตในตำแหน่งเฉพาะบางแห่ง โดยทั่วไป จะใช้พารามิเตอร์สี่ตัวเพื่อระบุสถานะวาเลนซ์ที่มีอยู่ในตัวอย่างโพรบ ได้แก่ (1) ลักษณะสเปกตรัม L3 และ L2 (2) ตำแหน่งพลังงานของลักษณะ L3 และ L2 (3) ความแตกต่างของพลังงาน L3-L2 (4) อัตราส่วนความเข้ม L2 /L3 จากการสังเกตด้วยสายตา (รูปที่ 4a) พบว่าองค์ประกอบ Fe ทั้งสาม ได้แก่ Fe0, Fe2+ และ Fe3+ ปรากฏอยู่บนพื้นผิวของ SDSS ที่ศึกษา อัตราส่วนความเข้ม L2/L3 ที่คำนวณได้ยังระบุถึงการมีอยู่ขององค์ประกอบทั้งสามอีกด้วย
a สังเกตข้อมูลการทดลองที่แตกต่างกันสามรายการ (เส้นทึบ XAS-1, XAS-2 และ XAS-3 สอดคล้องกับ 2-a, 2-b และ E-3 ในรูปที่ 2 และรูปที่ 3) เมื่อเปรียบเทียบกับสเปกตรัมการเปรียบเทียบ XAS ที่จำลอง รูปแปดหน้า Fe2+, Fe3+, ค่าสนามผลึกที่ 1.0 eV และ 1.5 eV ตามลำดับ b–d ข้อมูลการทดลองที่วัดได้ (XAS-1, XAS-2, XAS-3) และข้อมูล LCF ที่เหมาะสมที่สุดที่สอดคล้องกัน (เส้นทึบสีดำ) และสเปกตรัมการเปรียบเทียบ XAS-3 กับมาตรฐาน Fe3O4 (สถานะผสมของ Fe) และ Fe2O3 (Fe3+ บริสุทธิ์)
การปรับค่าแบบผสมเชิงเส้น (LCF) ของมาตรฐานทั้งสาม40,41,48 ถูกใช้เพื่อวัดองค์ประกอบของออกไซด์ของเหล็ก LCF ถูกนำไปใช้กับสเปกตรัม XAS ขอบ L ของ Fe ที่เลือกไว้สามอันซึ่งแสดงคอนทราสต์สูงสุด ได้แก่ XAS-1, XAS-2 และ XAS-3 ตามที่แสดงในรูปที่ 4b–d สำหรับการปรับค่า LCF พิจารณา Fe0 10% ในทุกกรณีเนื่องจากขอบที่เล็กที่เราสังเกตเห็นในข้อมูลทั้งหมดและความจริงที่ว่าโลหะเหล็กเป็นองค์ประกอบหลักของเหล็ก 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) ภายใต้ชั้นพาสซีฟได้ในความเป็นจริง X-PEEM ตรวจจับ Fe (~6 นาโนเมตร)49 ได้ลึกกว่าความหนาที่คาดไว้ของชั้นออกไซด์ (มากกว่า 4 นาโนเมตรเล็กน้อย) ทำให้สามารถตรวจจับสัญญาณจากเมทริกซ์เหล็ก (Fe0) ที่อยู่ใต้ชั้นพาสซีฟได้ มีการใช้ Fe2+ และ Fe3+ ร่วมกันหลายแบบเพื่อค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดสำหรับข้อมูลการทดลองที่สังเกตได้ ในรูปที่ 4b แสดงการรวมกันของ Fe2+ และ Fe3+ ในสเปกตรัม XAS-1 ซึ่งสัดส่วนของ Fe2+ และ Fe3+ ใกล้เคียงกัน คือ ประมาณ 45% ซึ่งบ่งชี้ถึงสถานะออกซิเดชันแบบผสมของ Fe ในขณะที่สเปกตรัม XAS-2 เปอร์เซ็นต์ของ Fe2+ และ Fe3+ จะกลายเป็น ~30% และ 60% ตามลำดับ ปริมาณ Fe2+ ต่ำกว่า Fe3+ อัตราส่วน Fe2+ ต่อ Fe3 ที่ 1:2 หมายความว่า Fe3O4 สามารถก่อตัวได้ในอัตราส่วนไอออน Fe เท่ากัน นอกจากนี้ สำหรับสเปกตรัม XAS-3 เปอร์เซ็นต์ของ Fe2+ และ Fe3+ เปลี่ยนไปเป็น ~10% และ 80% ซึ่งบ่งชี้ถึงการแปลง Fe2+ เป็น Fe3+ ที่สูงขึ้น ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น Fe3+ อาจมาจาก α-Fe2O3, γ-Fe2O3 หรือ Fe3O4 เพื่อทำความเข้าใจแหล่งที่มาที่เป็นไปได้มากที่สุดของ Fe3+ สเปกตรัม XAS-3 จะถูกวาดร่วมกับมาตรฐาน Fe3+ ต่างๆ ในรูปที่ 4e ซึ่งมีความคล้ายคลึงกับมาตรฐานทั้งสองเมื่อพิจารณาถึงจุดสูงสุด B อย่างไรก็ตาม ความเข้มของไหล่ (A: จาก Fe2+) และอัตราส่วนความเข้ม B/A บ่งชี้ว่าสเปกตรัมของ XAS-3 นั้นใกล้เคียงแต่ไม่เหมือนกันกับสเปกตรัมของ γ-Fe2O3 เมื่อเปรียบเทียบกับ γ-Fe2O3 จำนวนมาก ความเข้มของ Fe 2p XAS ของจุดสูงสุด SDSS A จะสูงกว่าเล็กน้อย (รูปที่ 4e) ซึ่งบ่งชี้ถึงความเข้มของ Fe2+ ที่สูงกว่า แม้ว่าสเปกตรัมของ XAS-3 จะคล้ายกับสเปกตรัมของ γ-Fe2O3 โดยที่ Fe3+ ปรากฏอยู่ในตำแหน่งทั้ง Oh และ Td การระบุสถานะวาเลนซ์ที่แตกต่างกันและการประสานงานโดยขอบ L2,3 หรืออัตราส่วนความเข้มของ L2/L3 เท่านั้นยังคงเป็นปัญหาอยู่ ซึ่งเป็นหัวข้อการสนทนาที่เกิดขึ้นซ้ำเนื่องจากความซับซ้อนของปัจจัยต่างๆ ที่เกี่ยวข้องในสเปกตรัมสุดท้าย41
นอกเหนือจากการแยกแยะสเปกตรัมของสถานะทางเคมีของภูมิภาคที่เลือกไว้ซึ่งน่าสนใจดังที่อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันทางเคมีทั่วโลกของธาตุสำคัญอย่าง Cr และ Fe ยังได้รับการประเมินโดยการจำแนกสเปกตรัม XAS ทั้งหมดที่ได้จากพื้นผิวตัวอย่างโดยใช้วิธีการจัดกลุ่มแบบ K-means โปรไฟล์ขอบของ Cr L ถูกกำหนดขึ้นในลักษณะที่จะสร้างคลัสเตอร์ที่เหมาะสมสองคลัสเตอร์ซึ่งกระจายตัวในเชิงพื้นที่ในชิ้นงานที่ผ่านการรีดร้อนและรีดเย็นตามที่แสดงในรูปที่ 5 เป็นที่ชัดเจนว่าไม่มีการสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในพื้นที่ เนื่องจากจุดศูนย์กลางสองจุดของสเปกตรัม Cr XAS นั้นคล้ายคลึงกันมาก รูปร่างสเปกตรัมของคลัสเตอร์ทั้งสองนี้เกือบจะเหมือนกันกับรูปร่างของ Cr2O342 ซึ่งหมายความว่าชั้น Cr2O3 กระจายตัวค่อนข้างสม่ำเสมอบน SDSS
คลัสเตอร์ของบริเวณขอบ Cr L-K-means, b มีเซนทรอยด์ XAS ที่สอดคล้องกัน ผลลัพธ์ของการเปรียบเทียบ K-means X-PEEM ของ SDSS แบบรีดเย็น: c คลัสเตอร์ของบริเวณขอบ K-means ของ Cr L2,3 และ d มีเซนทรอยด์ XAS ที่สอดคล้องกัน
เพื่อแสดงแผนที่ขอบ FeL ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น คลัสเตอร์ที่ปรับให้เหมาะสมสี่และห้าคลัสเตอร์พร้อมจุดศูนย์กลางที่เกี่ยวข้อง (การกระจายสเปกตรัม) จะใช้สำหรับชิ้นงานที่ผ่านการขึ้นรูปร้อนและรีดเย็นตามลำดับ ดังนั้น เปอร์เซ็นต์ (%) ของ Fe2+ และ Fe3+ จึงสามารถหาได้โดยการปรับ LCF ที่แสดงในรูปที่ 4 ศักย์ไฟฟ้าเทียม Epseudo ที่เป็นฟังก์ชันของ Fe0 ถูกใช้เพื่อเปิดเผยความไม่สม่ำเสมอทางเคมีจุลภาคของฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิว Epseudo จะถูกประมาณโดยคร่าวๆ โดยใช้กฎการผสม
โดยที่ \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) เท่ากับ \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm { Fe}^{2 + (3 + )}\) ซึ่งเท่ากับ 0.440 และ 0.036 V ตามลำดับ พื้นที่ที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าจะมีปริมาณสารประกอบ Fe3+ สูงกว่า การกระจายตัวของศักย์ไฟฟ้าในตัวอย่างที่ผ่านการเปลี่ยนรูปด้วยความร้อนมีลักษณะเป็นชั้นโดยมีการเปลี่ยนแปลงสูงสุดประมาณ 0.119 V (รูปที่ 6a,b) การกระจายตัวของศักย์ไฟฟ้านี้เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับลักษณะทางภูมิประเทศของพื้นผิว (รูปที่ 6a) ไม่มีการสังเกตการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งอื่น ๆ ในส่วนภายในของแผ่นชั้นที่อยู่ด้านล่าง (รูปที่ 6b) ในทางตรงกันข้าม สำหรับการรวมกันของออกไซด์ต่างชนิดที่มีปริมาณ Fe2+ และ Fe3+ ต่างกันใน SDSS รีดเย็น สามารถสังเกตเห็นธรรมชาติที่ไม่สม่ำเสมอของศักย์เทียมได้ (รูปที่ 6c, d) ออกไซด์ Fe3+ และ/หรือ (ออกซี)ไฮดรอกไซด์เป็นองค์ประกอบหลักของการกัดกร่อนในเหล็กและสามารถซึมผ่านออกซิเจนและน้ำได้50 ในกรณีนี้ จะเห็นได้ว่าเกาะที่อุดมไปด้วย Fe3+ กระจายตัวอยู่ตามจุดต่างๆ และสามารถถือเป็นพื้นที่การกัดกร่อนได้ ในกรณีนี้ ความชันของสนามศักย์ไฟฟ้าแทนที่จะเป็นค่าสัมบูรณ์ของศักย์ไฟฟ้าสามารถถือเป็นตัวบ่งชี้ตำแหน่งที่เกิดการกัดกร่อนได้51 การกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอของ Fe2+ และ Fe3+ บนพื้นผิวของ SDSS รีดเย็นนี้สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติทางเคมีในพื้นที่และให้พื้นที่ผิวที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการแตกร้าวของฟิล์มออกไซด์และปฏิกิริยาการกัดกร่อน ทำให้เมทริกซ์โลหะที่อยู่ด้านล่างกัดกร่อนอย่างต่อเนื่อง ส่งผลให้เกิดความไม่สม่ำเสมอภายใน และลดคุณสมบัติการป้องกันของชั้นการทำให้เฉื่อย
คลัสเตอร์ K-means ของบริเวณขอบ Fe L2,3 และเซนทรอยด์ XAS ที่สอดคล้องกันสำหรับ X-PEEM ที่ผ่านการดัดร้อน a–c และ SDSS ที่ผ่านการรีดเย็น d–f พล็อตคลัสเตอร์ K-means a, d ทับซ้อนบนภาพ X-PEEM ศักย์ไฟฟ้าเทียมที่ประมาณค่า (epseudo) จะถูกกล่าวถึงพร้อมกับไดอะแกรมคลัสเตอร์ K-means ความสว่างของภาพ X-PEEM เช่น สีในรูปที่ 2 จะแปรผันโดยตรงกับความเข้มของการดูดกลืนรังสีเอกซ์
โครเมียมที่ค่อนข้างสม่ำเสมอแต่สถานะทางเคมีของเหล็กต่างกันทำให้เกิดการแตกร้าวของฟิล์มออกไซด์และรูปแบบการกัดกร่อนที่แตกต่างกันในซีอี-2507 ที่รีดร้อนและรีดเย็น คุณสมบัติของซีอี-2507 ที่รีดเย็นนี้เป็นที่รู้จักกันดี ในส่วนของการก่อตัวของออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของเหล็กในอากาศในบรรยากาศ ปฏิกิริยาต่อไปนี้จะถูกปิดในงานนี้โดยเป็นปฏิกิริยาที่เป็นกลาง:
จากการวัด X-PEEM ปฏิกิริยาข้างต้นเกิดขึ้นในกรณีต่อไปนี้ ไหล่ขนาดเล็กที่สอดคล้องกับ Fe0 เกี่ยวข้องกับโลหะเหล็กด้านล่าง ปฏิกิริยาของโลหะ Fe กับสิ่งแวดล้อมทำให้เกิดชั้น Fe(OH)2 (สมการ (5)) ซึ่งจะขยายสัญญาณ Fe2+ ใน XAS ของขอบ L ของ Fe การสัมผัสกับอากาศเป็นเวลานานจะส่งผลให้เกิดออกไซด์ของ Fe3O4 และ/หรือ Fe2O3 หลังจาก Fe(OH)252,53 Fe3O4 และ Fe2O3 ที่เสถียรสองประเภทยังสามารถก่อตัวในชั้นป้องกันที่มี Cr3+ สูง โดยที่ Fe3O4 ชอบโครงสร้างที่สม่ำเสมอและเหนียวแน่น การมีอยู่ของทั้งสองประเภททำให้เกิดสถานะออกซิเดชันแบบผสม (สเปกตรัม XAS-1) สเปกตรัม XAS-2 สอดคล้องกับ Fe3O4 เป็นหลัก ในขณะที่สเปกตรัม XAS-3 ที่สังเกตได้ในหลายตำแหน่งบ่งชี้ว่าแปลงเป็น γ-Fe2O3 อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากรังสีเอกซ์ที่ไม่ได้ห่อหุ้มมีความลึกในการทะลุทะลวงประมาณ 50 นาโนเมตร สัญญาณจากชั้นด้านล่างจึงส่งผลให้ค่าพีค A มีความเข้มสูงขึ้น
สเปกตรัม XRD แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบ Fe ในฟิล์มออกไซด์มีโครงสร้างเป็นชั้นซึ่งรวมกับชั้นออกไซด์ของโครเมียม ในทางตรงกันข้ามกับลักษณะการเกิดปฏิกิริยาเฉื่อยของการกัดกร่อนอันเนื่องมาจากความไม่สม่ำเสมอของ Cr2O317 ในพื้นที่ แม้ว่าในการศึกษาครั้งนี้จะมีชั้นของ Cr2O3 ที่สม่ำเสมอ แต่ในกรณีนี้กลับพบว่ามีความต้านทานการกัดกร่อนต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นงานรีดเย็น พฤติกรรมที่สังเกตได้สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของสถานะออกซิเดชันทางเคมีของชั้นบน (Fe) ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการกัดกร่อน การถ่ายโอนไอออนของโลหะหรือออกซิเจนที่ช้าในโครงตาข่ายอันเนื่องมาจากองค์ประกอบทางเคมีของชั้นบน (ออกไซด์ของโครเมียม) และชั้นล่าง (ออกไซด์ของโครเมียม)52,53 เท่ากัน ทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ (การยึดเกาะ) ระหว่างทั้งสองชั้นได้ดีขึ้น ซึ่งในทางกลับกันจะช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน ดังนั้น องค์ประกอบทางเคมีอย่างต่อเนื่อง กล่าวคือ สถานะออกซิเดชันของ Fe หนึ่งสถานะ จึงดีกว่าการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีอย่างกะทันหัน SDSS ที่ผ่านการเปลี่ยนรูปด้วยความร้อนจะมีพื้นผิวที่สม่ำเสมอกว่าและมีชั้นป้องกันที่หนาแน่นกว่า ซึ่งทำให้ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม สำหรับ SDSS ที่ผ่านการรีดเย็น การมีเกาะที่มี Fe3+ สูงอยู่ใต้ชั้นป้องกันจะทำลายความสมบูรณ์ของพื้นผิวและทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบกัลวานิกของพื้นผิวใกล้เคียง ซึ่งนำไปสู่การลดลงของ Rp (ตารางที่ 1) ในสเปกตรัม EIS และความต้านทานการกัดกร่อน ดังนั้น เกาะที่มี Fe3+ สูงที่กระจายอยู่ตามพื้นที่เนื่องจากการเสียรูปพลาสติกจึงส่งผลต่อประสิทธิภาพการต้านทานการกัดกร่อนเป็นหลัก ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าในงานนี้ ดังนั้น การศึกษานี้จึงนำเสนอภาพสเปกโตรไมโครกราฟของการลดลงของความต้านทานการกัดกร่อนอันเนื่องมาจากการเสียรูปพลาสติกของตัวอย่าง SDSS ที่ศึกษา
ยิ่งไปกว่านั้น ในขณะที่โลหะผสมธาตุหายากในเหล็กสองเฟสมีประสิทธิภาพดีกว่า แต่การโต้ตอบระหว่างธาตุที่เพิ่มเข้ามานี้กับเมทริกซ์เหล็กแต่ละชิ้นในแง่ของพฤติกรรมการกัดกร่อนยังคงคลุมเครือตามการสังเกตด้วยกล้องจุลทรรศน์สเปกโทรสโคปี สัญญาณ Ce (ตามขอบ M ของ XAS) ปรากฏเฉพาะที่ตำแหน่งไม่กี่ตำแหน่งในระหว่างการรีดเย็น แต่จะหายไปในระหว่างการเปลี่ยนรูปร้อนของ SDSS ซึ่งบ่งชี้ถึงการสะสมของ Ce ในบริเวณเมทริกซ์เหล็กแทนที่จะเป็นโลหะผสมที่เป็นเนื้อเดียวกัน แม้ว่าคุณสมบัติเชิงกลของ SDSS จะไม่ได้รับการปรับปรุง6,7 แต่การมีอยู่ของ REE จะลดขนาดของสิ่งที่รวมอยู่และเชื่อว่าจะยับยั้งการเกิดหลุมที่จุดกำเนิด54
โดยสรุป งานวิจัยนี้เปิดเผยผลกระทบของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของพื้นผิวต่อการกัดกร่อนของ 2507 SDSS ที่ดัดแปลงด้วยซีเรียมโดยการวัดปริมาณสารเคมีของส่วนประกอบในระดับนาโน เราได้ตอบคำถามว่าเหตุใดสเตนเลสจึงกัดกร่อนแม้ว่าจะเคลือบด้วยชั้นออกไซด์ป้องกันโดยการศึกษาเชิงปริมาณโครงสร้างจุลภาค สถานะทางเคมีของลักษณะพื้นผิว และการประมวลผลสัญญาณโดยใช้การจัดกลุ่ม K-means ได้มีการพิสูจน์แล้วว่าเกาะที่มี Fe3+ สูง รวมถึงการประสานงานแบบแปดหน้าและแบบเตตระหน้าตลอดทั้งโครงสร้างของ Fe2+/Fe3+ ที่ผสมกัน เป็นแหล่งที่มาของการทำลายฟิล์มออกไซด์และเป็นแหล่งของการกัดกร่อนของ SDSS รีดเย็น เกาะนาโนที่มี Fe3+ ครอบงำทำให้มีความต้านทานการกัดกร่อนต่ำแม้จะมีชั้นพาสซีฟ Cr2O3 ตามสโตอิชิโอเมตริกเพียงพอ นอกเหนือจากความก้าวหน้าเชิงวิธีการที่เกิดขึ้นในการพิจารณาผลกระทบของความไม่เป็นเนื้อเดียวกันทางเคมีในระดับนาโนต่อการกัดกร่อน งานนี้ยังคาดว่าจะเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดกระบวนการทางวิศวกรรมเพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสในระหว่างการผลิตเหล็กกล้า
ในการเตรียมแท่งเหล็ก SDSS Ce-2507 ที่ใช้ในการศึกษานี้ ส่วนประกอบที่ผสมกัน รวมถึงโลหะผสมหลัก Fe-Ce ที่ปิดผนึกด้วยท่อเหล็กบริสุทธิ์ จะถูกหลอมในเตาเหนี่ยวนำความถี่กลางขนาด 150 กก. เพื่อผลิตเหล็กหลอมเหลวและเทลงในแม่พิมพ์หล่อ องค์ประกอบทางเคมีที่วัดได้ (น้ำหนัก %) มีอยู่ในตารางเสริม 2 แท่งเหล็กจะถูกขึ้นรูปเป็นแท่งก่อน จากนั้นเหล็กจะถูกอบที่อุณหภูมิ 1,050°C เป็นเวลา 60 นาทีจนกลายเป็นสารละลายแข็ง จากนั้นจึงดับในน้ำจนถึงอุณหภูมิห้อง ตัวอย่างที่ศึกษาได้รับการศึกษาอย่างละเอียดโดยใช้ TEM และ DOE เพื่อศึกษาเฟส ขนาดเกรน และสัณฐานวิทยา สามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวอย่างและกระบวนการผลิตได้ในแหล่งข้อมูลอื่นๆ6,7
ประมวลผลตัวอย่างทรงกระบอก (φ10 มม. × 15 มม.) สำหรับการกดร้อนโดยให้แกนของทรงกระบอกขนานกับทิศทางการเสียรูปของบล็อก การบีบอัดที่อุณหภูมิสูงดำเนินการด้วยอัตราความเครียดคงที่ในช่วง 0.01-10 s-1 ที่อุณหภูมิต่างๆ ในช่วง 1,000-1,150°C โดยใช้เครื่องจำลองความร้อน Gleeble-3800 ก่อนการเสียรูป ตัวอย่างจะถูกทำให้ร้อนที่อุณหภูมิที่เลือกด้วยอัตรา 10 °C s-1 เป็นเวลา 2 นาทีเพื่อขจัดการไล่ระดับอุณหภูมิ หลังจากบรรลุความสม่ำเสมอของอุณหภูมิ ตัวอย่างจะถูกทำให้เสียรูปจนมีค่าความเครียดที่แท้จริง 0.7 หลังจากทำให้เสียรูปแล้ว จะดับทันทีด้วยน้ำเพื่อรักษาโครงสร้างที่เสียรูปไว้ จากนั้นจึงตัดตัวอย่างที่แข็งตัวในทิศทางของการอัด สำหรับการศึกษานี้โดยเฉพาะ เราเลือกตัวอย่างที่ถูกทำให้เสียรูปด้วยความร้อนที่อุณหภูมิ 1,050°C 10 s-1 เนื่องจากพบว่ามีความแข็งระดับจุลภาคสูงกว่าตัวอย่างอื่นๆ7
ตัวอย่างจำนวนมาก (80 × 10 × 17 mm3) ของสารละลายแข็ง Ce-2507 ได้รับการทดสอบบนเครื่องเปลี่ยนรูปแบบอะซิงโครนัสสองลูกกลิ้งสามเฟส LG-300 ซึ่งให้คุณสมบัติเชิงกลที่ดีที่สุดเมื่อเทียบกับคลาสการเปลี่ยนรูปอื่นๆ ทั้งหมด6 อัตราความเครียดและการลดความหนาคือ 0.2 m·s-1 และ 5% สำหรับแต่ละเส้นทางตามลำดับ
สถานีงานไฟฟ้าเคมี Autolab PGSTAT128N ถูกใช้เพื่อวัด SDSS ทางไฟฟ้าเคมีหลังจากการรีดเย็นเพื่อลดความหนา 90% (ความเครียดจริงเทียบเท่า 1.0) และการกดร้อนเพื่อลดความเครียดจริง 0.7 ที่อุณหภูมิ 1050 องศาเซลเซียสและ 10 วินาที-1 สถานีงานมีเซลล์สามอิเล็กโทรดโดยมีอิเล็กโทรดคาโลเมลอิ่มตัวเป็นอิเล็กโทรดอ้างอิง อิเล็กโทรดเคาน์เตอร์กราไฟต์ และตัวอย่าง SDSS เป็นอิเล็กโทรดทำงาน ตัวอย่างถูกตัดเป็นทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 11.3 มม. โดยบัดกรีลวดทองแดงไว้ที่ด้านข้าง จากนั้นเทตัวอย่างด้วยเรซินอีพอกซีโดยเว้นพื้นที่เปิดสำหรับการทำงาน 1 ซม.2 เป็นอิเล็กโทรดทำงาน (พื้นผิวด้านล่างของตัวอย่างทรงกระบอก) ใช้ความระมัดระวังในระหว่างการบ่มอีพอกซีและในระหว่างการขัดและขัดเงาในภายหลังเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าว พื้นผิวการทำงานถูกขัดและขัดเงาด้วยสารแขวนลอยขัดเพชรที่มีขนาดอนุภาค 1 ไมครอน ทำความสะอาดด้วยน้ำกลั่นและเอธานอล และทำให้แห้งในอากาศเย็น ก่อนการวัดทางไฟฟ้าเคมี ตัวอย่างที่ขัดแล้วจะถูกสัมผัสกับอากาศเป็นเวลาหลายวันเพื่อสร้างฟิล์มออกไซด์ตามธรรมชาติ สารละลาย FeCl3 ในน้ำ (6.0 wt.%) ที่ทำให้เสถียรด้วย HCl ที่ pH = 1.0 ± 0.01 ถูกนำมาใช้เพื่อเร่งการกัดกร่อนของสแตนเลส55 เนื่องจากพบในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งมีไอออนคลอไรด์อยู่ด้วยพลังออกซิไดซ์ที่รุนแรงและ pH ต่ำตามที่กำหนดโดย ASTM มาตรฐานที่เสนอคือ G48 และ A923 ตัวอย่างจะถูกจุ่มในสารละลายทดสอบเป็นเวลา 1 ชั่วโมงก่อนที่จะทำการวัดใดๆ เพื่อให้ถึงสถานะที่ใกล้เคียงกับนิ่ง สำหรับตัวอย่างที่เป็นสารละลายของแข็ง ชิ้นงานที่ผ่านการขึ้นรูปร้อน และชิ้นงานที่ผ่านการรีดเย็น ช่วงความถี่การวัดค่าอิมพีแดนซ์คือ 1 × 105 ~ 0.1 Hz และศักย์ไฟฟ้าวงจรเปิด (OPS) คือ 5 mV ซึ่งเท่ากับ 0.39, 0.33 และ 0.25 VSCE ตามลำดับ การทดสอบทางไฟฟ้าเคมีของตัวอย่างแต่ละชิ้นจะต้องทำซ้ำอย่างน้อยสามครั้งภายใต้เงื่อนไขเดียวกันเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถทำซ้ำข้อมูลได้
สำหรับการวัด HE-SXRD จะมีการวัดบล็อกเหล็กดูเพล็กซ์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าขนาด 1 × 1 × 1.5 มม.3 บนสาย Brockhouse wiggler พลังงานสูงที่ CLS ประเทศแคนาดา เพื่อวัดปริมาณองค์ประกอบของเฟส56 การรวบรวมข้อมูลดำเนินการที่อุณหภูมิห้องในรูปทรงเรขาคณิตแบบเดอบาย-เชอเรอร์หรือรูปทรงเรขาคณิตแบบขนส่ง ความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ที่ปรับเทียบกับสารสอบเทียบ LaB6 คือ 0.212561 Å ซึ่งสอดคล้องกับ 58 keV ซึ่งสูงกว่าความยาวคลื่นของ Cu Kα (8 keV) ที่ใช้เป็นแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ในห้องปฏิบัติการโดยทั่วไปมาก ตัวอย่างจะถูกวางไว้ที่ระยะห่าง 740 มม. จากเครื่องตรวจจับ ปริมาตรการตรวจจับของแต่ละตัวอย่างคือ 0.2 × 0.3 × 1.5 มม.3 ซึ่งกำหนดโดยขนาดลำแสงและความหนาของตัวอย่าง ข้อมูลแต่ละชุดรวบรวมโดยใช้เครื่องตรวจจับพื้นที่ Perkin Elmer เครื่องตรวจจับรังสีเอกซ์แบบแผงแบน พิกเซล 200 µm ขนาด 40 × 40 ซม.2 โดยใช้เวลาในการเปิดรับแสง 0.3 วินาที และ 120 เฟรม
การวัด X-PEEM ของระบบจำลองที่เลือกสองระบบดำเนินการที่สถานีปลายทาง PEEM ของสายลำแสง MAXPEEM ในห้องปฏิบัติการ MAX IV (ลุนด์ สวีเดน) ตัวอย่างได้รับการเตรียมในลักษณะเดียวกับการวัดทางไฟฟ้าเคมี ตัวอย่างที่เตรียมไว้จะถูกเก็บไว้ในอากาศเป็นเวลาหลายวันและกำจัดก๊าซในห้องสุญญากาศที่อุณหภูมิสูงมากก่อนจะฉายรังสีด้วยโฟตอนซินโครตรอน ความละเอียดของพลังงานของลำแสงจะได้รับจากการวัดสเปกตรัมเอาต์พุตของไอออนจาก N 1 s ถึง 1\(\pi _g^ \ast\) ของบริเวณการกระตุ้นโดยที่ hv = 401 eV ใน N2 และการพึ่งพาของพลังงานโฟตอนกับ E3/2.57 การปรับสเปกตรัมให้ 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กลับไปยัง 1012 ph/s 通过使用改进的SX-700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 通过 改进 ของ SX-700 单色器และ SI 1200 mm-1 ขนาด Fe 2P 2P 2P L2.3 สี Cr 2p L2.3 สี Ni 2p L2.3 สี Ce M4.5 สีดังนั้นเมื่อใช้โมโนโครเมเตอร์ SX-700 ที่ดัดแปลงและกริด Si 1200 เส้น 3, ขอบ Cr 2p L2.3, ขอบ Ni 2p L2.3 และขอบ Ce M4.5ขยายพลังงานโฟตอนทีละ 0.2 eV ที่พลังงานแต่ละระดับ ภาพ PEEM จะถูกบันทึกโดยใช้เครื่องตรวจจับ TVIPS F-216 CMOS ที่มีการเชื่อมต่อใยแก้วนำแสงแบบ 2 x 2 binning ที่ให้ภาพ 1024 × 1024 พิกเซลในมุมมองภาพ 20 µm เวลาเปิดรับแสงของภาพคือ 0.2 วินาที โดยเฉลี่ย 16 เฟรม พลังงานภาพโฟโตอิเล็กตรอนจะถูกเลือกในลักษณะที่จะให้สัญญาณอิเล็กตรอนทุติยภูมิสูงสุด การวัดทั้งหมดจะดำเนินการภายใต้การตกกระทบปกติของลำแสงโฟตอนโพลาไรซ์เชิงเส้น สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวัด โปรดดูการศึกษาครั้งก่อน58 หลังจากศึกษาโหมดการตรวจจับผลผลิตอิเล็กตรอนทั้งหมด (TEY)59 และการประยุกต์ใช้ใน X-PEEM ความลึกในการตรวจจับของวิธีนี้จะประมาณที่ ~4–5 นาโนเมตรสำหรับสัญญาณ Cr และ ~6 นาโนเมตรสำหรับสัญญาณ Fe ความลึกของ Cr ใกล้เคียงกับความหนาของฟิล์มออกไซด์ (~4 นาโนเมตร)60,61 มาก ในขณะที่ความลึกของ Fe มีค่ามากกว่าความหนาของฟิล์มออกไซด์ XAS ที่ถูกเก็บรวบรวมใกล้ขอบ Fe L เป็นส่วนผสมของออกไซด์ของเหล็ก XAS และ FeO จากเมทริกซ์ ในกรณีแรก ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาเกิดจากอิเล็กตรอนทุกประเภทที่เป็นไปได้ที่ก่อให้เกิด TEY อย่างไรก็ตาม สัญญาณเหล็กบริสุทธิ์ต้องการพลังงานจลน์ที่สูงกว่าเพื่อให้อิเล็กตรอนผ่านชั้นออกไซด์ ไปถึงพื้นผิว และถูกเก็บรวบรวมโดยเครื่องวิเคราะห์ ในกรณีนี้ สัญญาณ Fe0 เกิดจากอิเล็กตรอนออเกอร์ LVV เป็นหลักและอิเล็กตรอนรองที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กตรอนเหล่านี้ นอกจากนี้ ความเข้มข้นของ TEY ที่เกิดจากอิเล็กตรอนเหล่านี้จะสลายตัวในระหว่างเส้นทางหลบหนีของอิเล็กตรอน49 ทำให้ลายเซ็นสเปกตรัมของ Fe0 ในแผนที่ XAS ของเหล็กลดลงอีก
การรวมการขุดข้อมูลเข้าในคิวบ์ข้อมูล (ข้อมูล X-PEEM) เป็นขั้นตอนสำคัญในการสกัดข้อมูลที่เกี่ยวข้อง (คุณสมบัติทางเคมีหรือทางกายภาพ) ในลักษณะหลายมิติ การจัดกลุ่ม K-means ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายพื้นที่ รวมถึงการมองเห็นของเครื่องจักร การประมวลผลภาพ การจดจำรูปแบบที่ไม่มีผู้ดูแล ปัญญาประดิษฐ์ และการวิเคราะห์การจำแนกประเภท24 ตัวอย่างเช่น การจัดกลุ่ม K-means ใช้กับการจัดกลุ่มข้อมูลภาพไฮเปอร์สเปกตรัม62 ได้เป็นอย่างดี โดยหลักการแล้ว สำหรับข้อมูลหลายอ็อบเจกต์ อัลกอริทึม K-means สามารถจัดกลุ่มข้อมูลได้อย่างง่ายดายตามข้อมูลเกี่ยวกับแอตทริบิวต์ (ลักษณะพลังงานโฟตอน) การจัดกลุ่ม K-means เป็นอัลกอริทึมแบบวนซ้ำสำหรับการแบ่งข้อมูลออกเป็นกลุ่ม (คลัสเตอร์) ที่ไม่ทับซ้อนกัน K กลุ่ม โดยที่แต่ละพิกเซลจะอยู่ในกลุ่มเฉพาะขึ้นอยู่กับการกระจายเชิงพื้นที่ของความไม่สม่ำเสมอของสารเคมีในองค์ประกอบโครงสร้างจุลภาคของเหล็ก อัลกอริทึม K-means ประกอบด้วยสองขั้นตอน ขั้นตอนแรกคำนวณจุดศูนย์กลาง K จุด และขั้นตอนที่สองกำหนดแต่ละจุดให้กับคลัสเตอร์ที่มีจุดศูนย์กลางใกล้เคียงกัน จุดศูนย์กลางมวลของคลัสเตอร์ถูกกำหนดให้เป็นค่าเฉลี่ยเลขคณิตของจุดข้อมูล (สเปกตรัม XAS) ของคลัสเตอร์นั้น มีระยะทางที่แตกต่างกันในการกำหนดจุดศูนย์กลางมวลข้างเคียงเป็นระยะทางยุคลิด สำหรับภาพอินพุตของ px, y (x และ y คือความละเอียดเป็นพิกเซล) CK คือจุดศูนย์กลางมวลของคลัสเตอร์ จากนั้นภาพนี้สามารถแบ่งส่วน (จัดกลุ่ม) เป็นคลัสเตอร์ K คลัสเตอร์โดยใช้ K-means63 ขั้นตอนสุดท้ายของอัลกอริทึมการจัดกลุ่ม K-means คือ:
ขั้นตอนที่ 2 คำนวณระดับความเป็นสมาชิกของพิกเซลทั้งหมดตามจุดศูนย์กลางปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น คำนวณจากระยะทางยุคลิด d ระหว่างจุดศูนย์กลางและแต่ละพิกเซล:
ขั้นตอนที่ 3 กำหนดจุดศูนย์กลางที่ใกล้ที่สุดให้กับแต่ละพิกเซล จากนั้นคำนวณตำแหน่งจุดศูนย์กลาง K ใหม่ดังต่อไปนี้:
ขั้นตอนที่ 4 ทำซ้ำขั้นตอน (สมการ (7) และ (8)) จนกระทั่งจุดศูนย์กลางบรรจบกัน ผลลัพธ์คุณภาพคลัสเตอร์สุดท้ายมีความสัมพันธ์อย่างมากกับการเลือกจุดศูนย์กลางเริ่มต้นที่เหมาะสมที่สุด63 สำหรับโครงสร้างข้อมูล PEEM ของภาพเหล็ก โดยทั่วไป X (x × y × λ) จะเป็นลูกบาศก์ของข้อมูลอาร์เรย์ 3 มิติ ในขณะที่แกน x และ y แสดงถึงข้อมูลเชิงพื้นที่ (ความละเอียดของพิกเซล) และแกน λ สอดคล้องกับโหมดสเปกตรัมพลังงานของโฟตอน อัลกอริทึม K-means ถูกใช้เพื่อสำรวจภูมิภาคที่น่าสนใจในข้อมูล X-PEEM โดยแยกพิกเซล (คลัสเตอร์หรือบล็อกย่อย) ตามลักษณะสเปกตรัมและสกัดจุดศูนย์กลางที่ดีที่สุด (เส้นโค้งสเปกตรัม XAS) สำหรับแต่ละแอนะไลต์ (คลัสเตอร์) อัลกอริทึมนี้ใช้เพื่อศึกษาการกระจายเชิงพื้นที่ การเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมในพื้นที่ พฤติกรรมออกซิเดชัน และสถานะทางเคมี ตัวอย่างเช่น อัลกอริทึมการจัดกลุ่ม K-means ถูกใช้สำหรับบริเวณขอบ L ของ Fe และขอบ L ของ Cr ใน X-PEEM ที่ผ่านการขึ้นรูปร้อนและรีดเย็น มีการทดสอบกลุ่ม K (บริเวณโครงสร้างจุลภาค) จำนวนต่างๆ เพื่อค้นหากลุ่มและจุดศูนย์กลางที่ดีที่สุด เมื่อแสดงกราฟ พิกเซลจะถูกกำหนดใหม่เป็นจุดศูนย์กลางของกลุ่มที่ถูกต้อง การกระจายสีแต่ละสีจะสอดคล้องกับจุดศูนย์กลางของกลุ่ม โดยแสดงการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของวัตถุทางเคมีหรือทางกายภาพ จุดศูนย์กลางที่แยกออกมาคือค่ารวมเชิงเส้นของสเปกตรัมบริสุทธิ์
ข้อมูลที่สนับสนุนผลการศึกษานี้สามารถขอได้จากผู้เขียน WC ที่เกี่ยวข้องหากมีการร้องขอที่สมเหตุสมผล
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. ความเหนียวในการแตกหักของเหล็กสแตนเลสดูเพล็กซ์ที่เชื่อมโครงการ แฟรกทัล ขน 73, 377–390 (2549)
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. 双相不锈钢在选定有机酸和有机酸/氯化物环境中的耐腐蚀性。 Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相stainless steel在特定organic酸和Organic酸/chlorinated สภาพแวดล้อมที่耐而性性。Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. และ Van Der Merwe, J. ความต้านทานการกัดกร่อนของสแตนเลสดูเพล็กซ์ในสภาพแวดล้อมที่มีกรดอินทรีย์บางชนิดและกรดอินทรีย์/คลอไรด์สารป้องกันการกัดกร่อน Method Mater 57, 107–117 (2010)
Barella S. et al. คุณสมบัติการกัดกร่อน-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, ว. 2507 级双相不锈钢的热变形行为研究。 ส.กิ่งกลาง และ อุทัยแสงสุข 2507สุริยา กิ่งกลาง และ อุทัยสันสุข, ว. การตรวจสอบพฤติกรรมการเสียรูปขณะร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ประเภท 2507 โลหะ.อัลมา มาเทอร์ ทรานซ์ เอ 48, 95–108 (2017)
Zhou, T. et al. ผลของกระบวนการรีดเย็นแบบควบคุมต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กกล้าไร้สนิม SAF 2507 ซูเปอร์ดูเพล็กซ์ที่ดัดแปลงด้วยซีเรียม Alma Mater. The Science. Project. A 766, 138352 (2019)
Zhou, T. et al. โครงสร้างและคุณสมบัติเชิงกลที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปเมื่อถูกความร้อนของเหล็กกล้าไร้สนิม 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. อิทธิพลของธาตุหายากต่อพฤติกรรมของเหล็กออสเทนนิติกที่ออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงการกัดกร่อน. วิทยาศาสตร์. 164, 108359 (2020).