Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Limitado ang suporta sa CSS sa bersyon ng browser na iyong ginagamit. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng updated na browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Samantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ire-render namin ang site nang walang mga style at JavaScript.
Ang malawakang ginagamit na hindi kinakalawang na asero at ang mga wrought na bersyon nito ay lumalaban sa kalawang sa mga kondisyon sa paligid dahil sa passivation layer na binubuo ng chromium oxide. Ang kalawang at erosyon ng bakal ay tradisyonal na iniuugnay sa pagkasira ng mga layer na ito, ngunit bihira sa antas ng mikroskopiko, depende sa pinagmulan ng inhomogeneity ng ibabaw. Sa gawaing ito, ang nanoscale surface chemical heterogeneity na natukoy ng spectroscopic microscopy at chemometric analysis ay hindi inaasahang nangingibabaw sa decomposition at corrosion ng cold rolled cerium modified super duplex stainless steel 2507 (SDSS) sa panahon ng mainit na deformation behavior nito. sa kabilang panig. Bagama't nagpakita ang X-ray photoelectron microscopy ng medyo pare-parehong coverage ng natural na Cr2O3 layer, ang cold rolled SDSS ay nagpakita ng mahinang resulta ng passivation dahil sa localized distribution ng Fe3+ rich nanoislands sa Fe/Cr oxide layer. Ang kaalamang ito sa antas ng atomiko ay nagbibigay ng malalim na pag-unawa sa stainless steel corrosion at inaasahang makakatulong na labanan ang kalawang ng mga katulad na high-alloy metal.
Simula nang maimbento ang hindi kinakalawang na asero, ang resistensya sa kalawang ng mga ferrochromium alloy ay iniuugnay sa chromium, na bumubuo ng isang malakas na oxide/oxyhydroxide na nagpapakita ng passivating behavior sa karamihan ng mga kapaligiran. Kung ikukumpara sa mga conventional (austenitic at ferritic) stainless steel, ang mga super duplex stainless steel (SDSS) na may mas mahusay na resistensya sa kalawang ay may superior na mekanikal na katangian1,2,3. Ang mas mataas na mekanikal na lakas ay nagbibigay-daan para sa mas magaan at mas compact na mga disenyo. Sa kabaligtaran, ang matipid na SDSS ay may mataas na resistensya sa pitting at crevice corrosion, na nagreresulta sa mas mahabang buhay ng serbisyo at mas malawak na aplikasyon sa pagkontrol ng polusyon, mga lalagyan ng kemikal, at industriya ng langis at gas sa malayo sa pampang4. Gayunpaman, ang makitid na hanay ng mga temperatura ng paggamot sa init at mahinang formability ay humahadlang sa malawak na praktikal na aplikasyon nito. Samakatuwid, ang SDSS ay binago upang mapabuti ang mga katangian sa itaas. Halimbawa, ang pagbabago sa Ce at mataas na pagdaragdag ng N 6, 7, 8 ay ipinakilala sa 2507 SDSS (Ce-2507). Ang angkop na konsentrasyon na 0.08 wt.% rare earth element (Ce) ay may kapaki-pakinabang na epekto sa mga mekanikal na katangian ng DSS, dahil pinapabuti nito ang pagpipino ng butil at lakas ng hangganan ng butil. Napabuti rin ang resistensya sa pagkasira at kalawang, lakas ng tensile at lakas ng ani, at kakayahang magamit sa init. Ang malalaking dami ng nitrogen ay maaaring pumalit sa mamahaling nilalaman ng nickel, na ginagawang mas epektibo sa gastos ang SDSS.
Kamakailan lamang, ang SDSS ay na-plastic deform sa iba't ibang temperatura (mababang temperatura, malamig at mainit) upang makamit ang mahusay na mga mekanikal na katangian6,7,8. Gayunpaman, ang mahusay na resistensya sa kalawang ng SDSS ay dahil sa pagkakaroon ng manipis na oxide film sa ibabaw, na apektado ng maraming salik, tulad ng pagkakaroon ng maraming phase na may iba't ibang grain boundaries, mga hindi gustong precipitates at iba't ibang reaksyon. Ang panloob na inhomogeneous microstructure ng iba't ibang austenitic at ferritic phases ay na-deform 7. Samakatuwid, ang pag-aaral ng mga katangian ng microdomain ng mga naturang film sa antas ng electronic structure ay napakahalaga para sa pag-unawa sa SDSS corrosion at nangangailangan ng mga kumplikadong experimental techniques. Sa ngayon, ang mga surface-sensitive na pamamaraan tulad ng Auger electron spectroscopy11 at X-ray photoelectron spectroscopy12,13,14,15 pati na rin ang hard X-ray photoelectron photoelectron system ay nagpapakilala, ngunit kadalasang nabibigong paghiwalayin, ang mga kemikal na estado ng parehong elemento sa iba't ibang punto sa espasyo sa nanoscale. Ilang kamakailang pag-aaral ang nag-ugnay sa lokal na oksihenasyon ng chromium sa naobserbahang pag-uugali ng kalawang ng 17 austenitic stainless steel, 18 martensitic stainless steel, at SDSS 19, 20. Gayunpaman, ang mga pag-aaral na ito ay pangunahing nakatuon sa epekto ng heterogeneity ng Cr (hal., estado ng oksihenasyon ng Cr3+) sa resistensya sa kalawang. Ang lateral heterogeneity sa mga estado ng oksihenasyon ng mga elemento ay maaaring sanhi ng iba't ibang mga compound na may parehong mga elemento ng bumubuo, tulad ng mga iron oxide. Ang mga compound na ito ay nagmamana ng isang maliit na sukat na naproseso nang thermomechanically na malapit sa isa't isa, ngunit magkakaiba sa komposisyon at estado ng oksihenasyon16,21. Samakatuwid, ang pagbubunyag ng pagkasira ng mga oxide film at pagkatapos ay ang pag-pitting ay nangangailangan ng pag-unawa sa surface inhomogeneity sa antas ng mikroskopiko. Sa kabila ng mga kinakailangang ito, ang mga quantitative assessment tulad ng heterogeneity ng lateral oxidation, lalo na ng bakal sa nano/atomic scale, ay kulang pa rin at ang kanilang kahalagahan para sa resistensya sa kalawang ay nananatiling hindi pa nasusuri. Hanggang kamakailan lamang, ang kemikal na estado ng iba't ibang elemento, tulad ng Fe at Ca, ay inilarawan nang dami sa mga sample ng bakal gamit ang soft X-ray photoelectron microscopy (X-PEEM) sa mga pasilidad ng nanoscale synchrotron radiation. Kasama ng mga chemically sensitive X-ray absorption spectroscopy (XAS) techniques, ang X-PEEM ay nagbibigay-daan sa pagsukat ng XAS na may mataas na spatial at spectral resolution, na nagbibigay ng impormasyong kemikal tungkol sa elementong komposisyon at kemikal na estado nito na may spatial resolution hanggang sa nanometer scale 23. Ang spectroscopic na obserbasyon na ito sa lugar ng pagsisimula sa ilalim ng mikroskopyo ay nagpapadali sa mga lokal na eksperimento sa kemikal at maaaring magpakita nang spatial ng mga dati nang hindi pa nagagalugad na mga pagbabago sa kemikal sa Fe layer.
Pinalalawak ng pag-aaral na ito ang mga bentahe ng PEEM sa pagtuklas ng mga pagkakaiba ng kemikal sa nanoscale at nagpapakita ng isang matalinong pamamaraan ng pagsusuri ng ibabaw sa antas ng atom para sa pag-unawa sa pag-uugali ng kalawang ng Ce-2507. Gumagamit ito ng K-means cluster chemometric data24 upang imapa ang pandaigdigang komposisyon ng kemikal (heterogeneity) ng mga elementong kasangkot, kasama ang kanilang mga estado ng kemikal na ipinakita sa isang istatistikal na representasyon. Hindi tulad ng tradisyonal na kaso ng kalawang na dulot ng pagkasira ng chromium oxide film, ang kasalukuyang mahinang passivation at mahinang resistensya sa kalawang ay iniuugnay sa mga lokal na nanoisland na mayaman sa Fe3+ malapit sa Fe/Cr oxide layer, na maaaring resulta ng mga protective oxide. Sa lugar ng pagkasira, isang pelikula ang nabubuo na nagiging sanhi ng kalawang.
Ang kilos ng kinakaing unti-unting pagguho ng deformed SDSS 2507 ay unang sinuri gamit ang mga electrochemical measurement. Sa fig., ipinapakita ng Figure 1 ang mga kurba ng Nyquist at Bode para sa mga piling sample sa acidic (pH = 1) aqueous solutions ng FeCl3 sa temperatura ng silid. Ang napiling electrolyte ay gumaganap bilang isang malakas na oxidizing agent, na nagpapakita ng tendensiya ng passivation film na masira. Bagama't ang materyal ay hindi sumailalim sa matatag na room temperature pitting, ang mga pagsusuring ito ay nagbigay ng pananaw sa mga potensyal na pangyayari ng pagkabigo at mga proseso pagkatapos ng kaagnasan. Ang katumbas na circuit (Fig. 1d) ay ginamit upang magkasya ang electrochemical impedance spectroscopy (EIS) spectra, at ang kaukulang mga resulta ng pag-angkop ay ipinapakita sa Table 1. Lumitaw ang mga hindi kumpletong kalahating bilog nang subukan ang mga sample na ginamot at pinainit, habang ang kaukulang mga compressed na kalahating bilog ay cold rolled (Fig. 1b). Sa EIS spectrum, ang radius ng kalahating bilog ay maaaring ituring bilang polarization resistance (Rp)25,26. Ang Rp ng SDSS na ginamot gamit ang solusyon sa Talahanayan 1 ay humigit-kumulang 135 kΩ cm-2, ngunit para sa hot worked at cold rolled SDSS, makakakita tayo ng mas mababang halaga na 34.7 at 2.1 kΩ cm–2 ayon sa pagkakabanggit. Ang makabuluhang pagbaba na ito sa Rp ay nagpapahiwatig ng isang masamang epekto ng plastic deformation sa passivation at corrosion resistance, tulad ng ipinapakita sa mga nakaraang ulat 27, 28, 29, 30.
a Nyquist, b, c Bode impedance at phase diagrams, at isang katumbas na modelo ng circuit para sa d, kung saan ang RS ay ang electrolyte resistance, ang Rp ay ang polarization resistance, at ang QCPE ay ang constant phase element oxide na ginamit upang imodelo ang non-ideal capacitance (n). Ang mga sukat ng EIS ay isinagawa sa no-load potential.
Ang mga first order constant ay ipinapakita sa Bode diagram at ang high frequency plateau ay kumakatawan sa electrolyte resistance RS26. Habang bumababa ang frequency, tumataas ang impedance at may nakikitang negatibong phase angle, na nagpapahiwatig ng capacitance dominance. Tumataas ang phase angle, pinapanatili ang pinakamataas na halaga nito sa medyo malawak na frequency range, at pagkatapos ay bumababa (Fig. 1c). Gayunpaman, sa lahat ng tatlong kaso, ang pinakamataas na halagang ito ay mas mababa pa rin sa 90°, na nagpapahiwatig ng hindi ideal na capacitive behavior dahil sa capacitive dispersion. Kaya, ang QCPE constant phase element (CPE) ay ginagamit upang kumatawan sa interfacial capacitance distribution na nagmula sa surface roughness o inhomogeneity, lalo na sa mga tuntunin ng atomic scale, fractal geometry, electrode porosity, non-uniform potential, at surface dependent current distribution. Electrode geometry 31,32. CPE impedance:
kung saan ang j ay ang imaginary number at ang ω ay ang angular frequency. Ang QCPE ay isang frequency independent constant na proporsyonal sa active open area ng electrolyte. Ang n ay isang dimensionless power number na naglalarawan sa paglihis mula sa ideal capacitive behavior ng isang capacitor, ibig sabihin, mas malapit ang n sa 1, mas malapit ang CPE sa purong capacitance, at kung ang n ay malapit sa zero, ito ay resistance. Ang isang maliit na paglihis ng n, malapit sa 1, ay nagpapahiwatig ng hindi ideal capacitive behavior ng surface pagkatapos ng polarization testing. Ang QCPE ng cold rolled SDSS ay mas mataas kaysa sa mga katulad na produkto, na nangangahulugan na ang kalidad ng surface ay hindi gaanong pare-pareho.
Alinsunod sa karamihan ng mga katangian ng resistensya sa kalawang ng mga hindi kinakalawang na asero, ang medyo mataas na nilalaman ng Cr ng SDSS sa pangkalahatan ay nagreresulta sa higit na mahusay na resistensya sa kalawang ng SDSS dahil sa pagkakaroon ng isang passive protective oxide film sa ibabaw17. Ang passivating film na ito ay karaniwang mayaman sa Cr3+ oxides at/o hydroxides, na pangunahing pinagsasama ang Fe2+, Fe3+ oxides at/o (oxy)hydroxides 33. Sa kabila ng parehong pagkakapareho ng ibabaw, passivating oxide layer, at walang nakikitang bali sa ibabaw, gaya ng tinutukoy ng mga mikroskopikong imahe,6,7 ang pag-uugali ng kalawang ng hot-worked at cold-rolled SDSS ay magkakaiba at samakatuwid ay nangangailangan ng malalim na pag-aaral ng deformation microstructure at structural characteristic ng bakal.
Ang microstructure ng deformed stainless steel ay sinuri nang dami gamit ang internal at synchrotron high-energy X-ray (Mga Karagdagang Larawan 1, 2). Isang detalyadong pagsusuri ang ibinigay sa Karagdagang Impormasyon. Bagama't kadalasan itong tumutugma sa uri ng pangunahing yugto, may mga pagkakaiba na natagpuan sa mga volume fraction ng mga yugto, na nakalista sa Karagdagang Talahanayan 1. Ang pagkakaiba ay maaaring dahil sa heterogeneous phase fraction sa ibabaw at sa volume fraction (XRD) na napapailalim sa iba't ibang lalim ng pagtuklas gamit ang X-ray diffraction na may iba't ibang pinagmumulan ng enerhiya ng mga incident photon. Ang medyo mas mataas na proporsyon ng austenite sa mga cold rolled specimen, na tinutukoy ng XRD mula sa isang pinagmumulan ng laboratoryo, ay nagpapahiwatig ng mas mahusay na passivation at kasunod na mas mahusay na resistensya sa corrosion35, habang ang mas tumpak at istatistikal na mga resulta ay nagpapahiwatig ng magkasalungat na mga trend sa mga proporsyon ng yugto. Bilang karagdagan, ang resistensya sa corrosion ng bakal ay nakasalalay din sa antas ng pagpipino ng butil, pagbawas ng laki ng butil, pagtaas ng mga microdeformation at dislocation density na nangyayari sa panahon ng thermomechanical treatment36,37,38. Ang mga ispesimen na ginawa sa mainit na lugar ay nagpapakita ng mas butil-butil na katangian, na nagpapahiwatig ng mga butil na kasinglaki ng micron, habang ang makinis na mga singsing na naobserbahan sa mga ispesimen na pinagulungan sa malamig (Karagdagang Larawan 3) ay nagpapahiwatig ng makabuluhang pagpipino ng butil sa nanoscale sa mga nakaraang gawain6, na dapat mag-ambag sa pagbuo ng film passivation. at pagtaas ng resistensya sa kalawang. Ang mas mataas na densidad ng dislocation ay karaniwang nauugnay sa mas mababang resistensya sa pitting, na naaayon nang maayos sa mga electrochemical na pagsukat.
Ang mga pagbabago sa mga kemikal na estado ng mga microdomain ng mga elementaryong elemento ay sistematikong pinag-aralan gamit ang X-PEEM. Sa kabila ng kasaganaan ng mga elemento ng haluang metal, ang Cr, Fe, Ni, at Ce39 ang pinili rito dahil ang Cr ang pangunahing elemento para sa pagbuo ng passivation film, ang Fe ang pangunahing elemento sa bakal, at ang Ni ay nagpapahusay sa passivation at nagbabalanse sa istruktura ng ferrite-austenitic phase at ang layunin ng pagbabago sa Ce. Sa pamamagitan ng pagsasaayos ng enerhiya ng synchrotron radiation, ang RAS ay binalutan mula sa ibabaw ng mga pangunahing katangian ng Cr (gilid L2.3), Fe (gilid L2.3), Ni (gilid L2.3) at Ce (gilid M4.5), mainit na pagbuo at malamig na paggulong ng Ce-2507 SDSS. Ang naaangkop na pagsusuri ng datos ay isinagawa sa pamamagitan ng pagsasama ng energy calibration sa mga nailathalang datos (hal. XAS 40, 41 sa Fe L2, 3 gilid).
Sa Fig. 2, ipinapakita ng Figure 2 ang mga imahe ng X-PEEM ng hot-worked (Fig. 2a) at cold-rolled (Fig. 2d) Ce-2507 SDSS at kaukulang XAS edges ng Cr at Fe L2,3 sa mga lokasyong may kanya-kanyang marka. Sinusuri ng L2,3 edge ng XAS ang mga walang laman na 3d states pagkatapos ng electron photoexcitation sa spin-orbit splitting levels na 2p3/2 (L3 edge) at 2p1/2 (L2 edge). Ang impormasyon tungkol sa valence state ng Cr ay nakuha mula sa XAS sa L2,3 edge sa Fig. 2b, e. Paghahambing sa mga judge. Ipinakita ng 42,43 na apat na peak ang naobserbahan malapit sa L3 edge, na pinangalanang A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV) at D (582.2 eV), na sumasalamin sa octahedral Cr3+, na katumbas ng Cr2O3 ion. Ang mga eksperimental na spectra ay sumasang-ayon sa mga teoretikal na kalkulasyon na ipinapakita sa mga panel b at e, na nakuha mula sa maraming kalkulasyon ng crystal field sa Cr L2.3 interface gamit ang isang crystal field na 2.0 eV44. Ang parehong ibabaw ng hot-worked at cold-rolled SDSS ay pinahiran ng medyo pare-parehong layer ng Cr2O3.
isang thermal image ng X-PEEM ng thermally deformed SDSS na katumbas ng b Cr L2.3 edge at c Fe L2.3 edge, d X-PEEM thermal image ng cold rolled SDSS na katumbas ng e Cr L2.3 edge at f Fe L2.3 edge side (f). Ang XAS spectra ay naka-plot sa iba't ibang spatial na posisyon na minarkahan sa mga thermal image (a, d), ang mga orange na tuldok-tuldok na linya sa (b) at (e) ay kumakatawan sa simulated XAS spectra ng Cr3+ na may crystal field value na 2.0 eV. Para sa mga X-PEEM image, gumamit ng thermal palette upang mapabuti ang readability ng imahe, kung saan ang mga kulay mula asul hanggang pula ay proporsyonal sa intensity ng X-ray absorption (mula mababa hanggang mataas).
Anuman ang kemikal na kapaligiran ng mga elementong metal na ito, ang kemikal na estado ng mga pagdaragdag ng mga elemento ng haluang metal na Ni at Ce para sa parehong mga sample ay nanatiling hindi nagbabago. Karagdagang drowing. Ipinapakita ng mga Figure 5-9 ang mga imahe ng X-PEEM at kaukulang XAS spectra para sa Ni at Ce sa iba't ibang posisyon sa ibabaw ng mga specimen na pinainit at pinalamig. Ipinapakita ng Ni XAS ang mga estado ng oksihenasyon ng Ni2+ sa buong nasukat na ibabaw ng mga specimen na pinainit at pinalamig (Karagdagang Talakayan). Dapat tandaan na, sa kaso ng mga sample na pinainit, ang XAS signal ng Ce ay hindi naobserbahan, habang sa kaso ng mga sample na pinalamig, ang spectrum ng Ce3+ ay naobserbahan. Ang obserbasyon ng mga Ce spot sa mga sample na pinalamig ay nagpakita na ang Ce ay pangunahing lumilitaw sa anyo ng mga precipitate.
Sa thermally deformed SDSS, walang lokal na pagbabago sa istruktura sa XAS sa gilid ng Fe L2,3 ang naobserbahan (Fig. 2c). Gayunpaman, ang Fe matrix ay nagbabago sa kemikal na estado nito sa pitong random na napiling punto ng cold-rolled SDSS, tulad ng ipinapakita sa Fig. 2f. Bilang karagdagan, upang makakuha ng tumpak na ideya ng mga pagbabago sa estado ng Fe sa mga napiling lokasyon sa Fig. 2f, isinagawa ang mga lokal na pag-aaral sa ibabaw (Fig. 3 at Supplementary Fig. 10) kung saan napili ang mas maliliit na pabilog na rehiyon. Ang XAS spectra ng gilid ng Fe L2,3 ng mga sistemang α-Fe2O3 at mga octahedral oxide ng Fe2+ ay minodelo sa pamamagitan ng maraming kalkulasyon ng crystal field gamit ang mga crystal field na 1.0 (Fe2+) at 1.0 (Fe3+)44. Pansinin natin na ang α-Fe2O3 at γ-Fe2O3 ay may magkaibang lokal na simetriya45,46, ang Fe3O4 ay may kombinasyon ng parehong Fe2+ at Fe3+,47, at ang FeO45 bilang isang pormal na divalent na Fe2+ oxide (3d6). Pansinin natin na ang α-Fe2O3 at γ-Fe2O3 ay may magkaibang lokal na simetriya45,46, ang Fe3O4 ay may kombinasyon ng parehong Fe2+ at Fe3+,47, at ang FeO45 bilang isang pormal na divalent na Fe2+ oxide (3d6).Tandaan na ang α-Fe2O3 at γ-Fe2O3 ay may magkaibang lokal na simetriya45,46, pinagsasama ng Fe3O4 ang parehong Fe2+ at Fe3+,47 at FeO45 sa anyo ng pormal na divalent na oxide na Fe2+ (3d6).Tandaan na ang α-Fe2O3 at γ-Fe2O3 ay may magkaibang lokal na simetriya45,46, ang Fe3O4 ay may kombinasyon ng Fe2+ at Fe3+,47 at ang FeO45 ay gumaganap bilang isang pormal na divalent na Fe2+ oxide (3d6). Lahat ng Fe3+ ions sa α-Fe2O3 ay mayroon lamang mga posisyong Oh, habang ang γ-Fe2O3 ay karaniwang kinakatawan ng Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 spinel na may mga bakante sa mga posisyong eg. Samakatuwid, ang mga Fe3+ ions sa γ-Fe2O3 ay may parehong posisyong Td at Oh. Gaya ng nabanggit sa isang nakaraang papel,45 bagama't magkaiba ang intensity ratio ng dalawa, ang kanilang intensity ratio na eg/t2g ay ≈1, habang sa kasong ito ang naobserbahang intensity ratio na eg/t2g ay humigit-kumulang 1. Inaalis nito ang posibilidad na sa kasalukuyang sitwasyon ay Fe3+ lamang ang naroroon. Kung isasaalang-alang ang kaso ng Fe3O4 na may parehong Fe2+ at Fe3+, ang unang katangian, na kilalang mayroong mas mahina (mas malakas) na gilid ng L3 para sa Fe, ay nagpapahiwatig ng mas maliit (mas malaki) na bilang ng mga walang laman na estado ng t2g. Ito ay naaangkop sa Fe2+ (Fe3+), na nagpapakita na ang unang katangian ng pagtaas ay nagpapahiwatig ng pagtaas sa nilalaman ng Fe2+47. Ipinapakita ng mga resultang ito na ang magkakasamang paggamit ng Fe2+ at γ-Fe2O3, α-Fe2O3 at/o Fe3O4 ay nangingibabaw sa cold-rolled surface ng mga composite.
Pinalaking mga imahe ng photoelectron thermal imaging ng XAS spectra (a, c) at (b, d) na tumatawid sa gilid ng Fe L2,3 sa iba't ibang posisyon sa espasyo sa loob ng mga piling rehiyon 2 at E sa Mga Larawan 2d.
Ang nakuhang datos mula sa eksperimento (Larawan 4a at Supplementary Fig. 11) ay iginuhit at inihambing sa datos para sa mga purong compound 40, 41, 48. Tatlong magkakaibang uri ng naobserbahang Fe L-edge XAS spectra (XAS-1, XAS-2 at XAS-3: Larawan 4a). Sa partikular, ang spectrum 2-a (tinukoy bilang XAS-1) sa Larawan 3b na sinundan ng spectrum 2-b (may label na XAS-2) ay naobserbahan sa buong lugar ng pagtuklas, habang ang mga spectra tulad ng E-3 ay naobserbahan sa Larawan 3d (may label na XAS-3) ay naobserbahan sa mga partikular na lokasyon. Bilang isang patakaran, apat na parameter ang ginamit upang matukoy ang mga umiiral na estado ng valence sa sample na pinag-aaralan: (1) mga katangiang spectral na L3 at L2, (2) mga posisyon ng enerhiya ng mga katangiang L3 at L2, (3) pagkakaiba ng enerhiya na L3-L2., (4) ratio ng intensity ng L2/L3. Ayon sa mga biswal na obserbasyon (Larawan 4a), ang lahat ng tatlong bahagi ng Fe, katulad ng Fe0, Fe2+, at Fe3+, ay naroroon sa ibabaw ng SDSS na pinag-aaralan. Ang kinakalkulang intensity ratio na L2/L3 ay nagpapahiwatig din ng presensya ng lahat ng tatlong bahagi.
Isang kunwaring XAS spectra ng Fe na may naobserbahang tatlong magkakaibang datos pang-eksperimento (ang mga solidong linya na XAS-1, XAS-2 at XAS-3 ay tumutugma sa 2-a, 2-b at E-3 sa Fig. 2 at 3) Paghahambing, Mga Octahedron na Fe2+, Fe3+ na may mga halaga ng crystal field na 1.0 eV at 1.5 eV, ayon sa pagkakabanggit, ang datos pang-eksperimento ay sinukat gamit ang bd (XAS-1, XAS-2, XAS-3) at ang kaukulang na-optimize na datos ng LCF (solidong itim na linya), at nasa anyong XAS-3 spectra na may mga pamantayang Fe3O4 (halo-halong estado ng Fe) at Fe2O3 (purong Fe3+).
Isang linear combination fit (LCF) ng tatlong pamantayan 40, 41, at 48 ang ginamit upang mabilang ang komposisyon ng iron oxide. Ang LCF ay ipinatupad para sa tatlong piling Fe L-edge XAS spectra na nagpapakita ng pinakamataas na contrast, katulad ng XAS-1, XAS-2 at XAS-3, gaya ng ipinapakita sa Fig. 4b–d. Para sa mga LCF fitting, 10% Fe0 ang isinaalang-alang sa lahat ng kaso dahil sa katotohanang may maliit na ledge kaming naobserbahan sa lahat ng datos, at dahil din sa katotohanang ang metallic iron ang pangunahing bahagi ng bakal. Sa katunayan, ang probation depth ng X-PEEM para sa Fe (~6 nm)49 ay mas malaki kaysa sa tinantyang kapal ng oxidation layer (bahagyang > 4 nm), na nagpapahintulot sa pagtuklas ng signal mula sa iron matrix (Fe0) sa ilalim ng passivation layer. Sa katunayan, ang probation depth ng X-PEEM para sa Fe (~6 nm)49 ay mas malaki kaysa sa tinantyang kapal ng oxidation layer (bahagyang > 4 nm), na nagpapahintulot sa pagtuklas ng signal mula sa iron matrix (Fe0) sa ilalim ng passivation layer. Действительно, пробная глубина X-PEEM для Fe (~ 6 нм)49 больше, чем предполагаемая толщина слоя окисленияг (> 4 taong gulang), обнаружить сигнал от железной матрицы (Fe0) под пассивирующим слоем. Sa katunayan, ang lalim ng probe X-PEEM para sa Fe (~6 nm)49 ay mas malaki kaysa sa ipinapalagay na kapal ng oxidation layer (bahagyang >4 nm), na nagbibigay-daan upang matukoy ang signal mula sa iron matrix (Fe0) sa ilalim ng passivation layer.事实上，X-PEEM 对Fe（~6 nm）49 的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 的 检测 深度 大于 的 氧化层 厚度 略 略> 4 nm） 允许钝化层 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 信号信号Фактически, глубина обнаружения Fe (~ 6 нм) 49 с помощью X-PEEM больше, чем предполагаемая толщина оксидного (меного >сидного) что позволяет обнаруживать сигнал от железной матрицы (Fe0) ниже пассивирующего слоя. Sa katunayan, ang lalim ng pagtuklas ng Fe (~6 nm) 49 sa pamamagitan ng X-PEEM ay mas malaki kaysa sa inaasahang kapal ng oxide layer (bahagyang > 4 nm), na nagpapahintulot sa pagtuklas ng signal mula sa iron matrix (Fe0) sa ibaba ng passivation layer. .Isinagawa ang iba't ibang kombinasyon ng Fe2+ at Fe3+ upang mahanap ang pinakamahusay na posibleng solusyon para sa naobserbahang datos ng eksperimento. Sa fig. 4b, ipinapakita ang XAS-1 spectrum para sa kombinasyon ng Fe2+ at Fe3+, kung saan ang proporsyon ng Fe2+ at Fe3+ ay magkatulad ng humigit-kumulang 45%, na nagpapahiwatig ng magkahalong estado ng oksihenasyon ng Fe. Samantalang para sa XAS-2 spectrum, ang porsyento ng Fe2+ at Fe3+ ay nagiging ~30% at 60%, ayon sa pagkakabanggit. Ang Fe2+ ay mas mababa kaysa sa Fe3+. Ang ratio ng Fe2+ sa Fe3, na katumbas ng 1:2, ay nangangahulugan na ang Fe3O4 ay maaaring mabuo sa parehong ratio sa pagitan ng mga ion ng Fe. Bilang karagdagan, para sa XAS-3 spectrum, ang porsyento ng Fe2+ at Fe3+ ay nagiging ~10% at 80%, na nagpapahiwatig ng mas mataas na conversion ng Fe2+ sa Fe3+. Gaya ng nabanggit sa itaas, ang Fe3+ ay maaaring magmula sa α-Fe2O3, γ-Fe2O3 o Fe3O4. Upang maunawaan ang pinaka-malamang na pinagmumulan ng Fe3+, ang XAS-3 spectrum ay ipinlot gamit ang iba't ibang pamantayan ng Fe3+ sa Figure 4e, na nagpapakita ng pagkakatulad sa parehong pamantayan kapag isinasaalang-alang ang B peak. Gayunpaman, ang intensity ng mga shoulder peak (A: mula sa Fe2+) at ang B/A intensity ratio ay nagpapahiwatig na ang spectrum ng XAS-3 ay malapit, ngunit hindi tumutugma sa spectrum ng γ-Fe2O3. Kung ikukumpara sa bulk γ-Fe2O3, ang Fe 2p XAS peak ng A SDSS ay may bahagyang mas mataas na intensity (Fig. 4e), na nagpapahiwatig ng mas mataas na intensity ng Fe2+. Bagama't ang spectrum ng XAS-3 ay katulad ng sa γ-Fe2O3, kung saan ang Fe3+ ay nasa mga posisyon ng Oh at Td, ang pagtukoy sa iba't ibang valence states at koordinasyon lamang sa gilid ng L2,3 o sa intensity ratio ng L2/L3 ay nananatiling isang problema, isang paksa ng patuloy na talakayan dahil sa pagiging kumplikado ng iba't ibang salik na nakakaapekto sa pangwakas na spectrum41.
Bukod pa sa mga pagkakaiba sa ispektral sa kemikal na estado ng mga napiling rehiyon na inilarawan sa itaas, ang pandaigdigang kemikal na heterogeneity ng mga pangunahing elemento na Cr at Fe ay tinasa rin sa pamamagitan ng pag-uuri sa lahat ng XAS spectra na nakuha sa ibabaw ng sample gamit ang K-means clustering method. . Ang mga edge profile na CrL ay nakatakdang bumuo ng dalawang pinakamainam na kumpol na ipinamamahagi sa espasyo sa mga hot-worked at cold-rolled na specimen na ipinapakita sa Mga Larawan 5. Malinaw na walang mga lokal na pagbabago sa istruktura ang nakikitang magkatulad, dahil ang dalawang centroid ng XAS Cr spectra ay maihahambing. Ang mga ispektral na hugis na ito ng dalawang kumpol ay halos magkapareho sa mga katumbas ng Cr2O342, na nangangahulugang ang mga Cr2O3 layer ay medyo pantay ang pagitan sa SDSS.
Ang Cr L K-ay nangangahulugang mga kumpol ng rehiyon ng gilid, at ang b ay ang katumbas na XAS centroids. Mga resulta ng paghahambing ng K-means X-PEEM ng cold-rolled SDSS: c Cr L2.3 edge region ng mga K-means cluster at d katumbas na XAS centroids.
Upang ilarawan ang mas kumplikadong mga mapa ng gilid ng FeL, apat at limang na-optimize na kumpol at ang kanilang mga kaugnay na centroid (spectral profile) ang ginamit para sa mga hot-worked at cold-rolled na ispesimen, ayon sa pagkakabanggit. Samakatuwid, ang porsyento (%) ng Fe2+ at Fe3+ ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pag-aakma sa LCF na ipinapakita sa Fig.4. Ang pseudoelectrode potential na Epsudo bilang isang function ng Fe0 ay ginamit upang ipakita ang microchemical inhomogeneity ng surface oxide film. Ang Epsudo ay tinatayang tinatantya ng mixing rule,
kung saan ang \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) ay katumbas ng \(\rm{Fe} + 2e^ – \ hanggang \rm { Fe}^{2 + (3 + )}\), 0.440 at 0.036 V, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga rehiyon na may mas mababang potensyal ay may mas mataas na nilalaman ng Fe3+ compound. Ang distribusyon ng potensyal sa mga thermally deformed sample ay may layered character na may maximum na pagbabago na humigit-kumulang 0.119 V (Fig. 6a, b). Ang distribusyon ng potensyal na ito ay malapit na nauugnay sa topograpiya ng ibabaw (Fig. 6a). Walang ibang mga pagbabagong nakadepende sa posisyon sa pinagbabatayang laminar interior ang naobserbahan (Fig. 6b). Sa kabaligtaran, para sa koneksyon ng mga di-magkatulad na oxide na may iba't ibang nilalaman ng Fe2+ at Fe3+ sa cold-rolled SDSS, maaaring maobserbahan ang isang hindi pare-parehong katangian ng pseudopotential (Fig. 6c, d). Ang mga Fe3+ oxide at/o (oxy)hydroxide ang mga pangunahing sangkap ng kalawang sa bakal at natatagusan ng oxygen at tubig50. Sa kasong ito, ang mga isla na mayaman sa Fe3+ ay itinuturing na lokal na ipinamamahagi at maaaring ituring na mga kinakalawang na lugar. Kasabay nito, ang gradient sa potential field, sa halip na ang absolute value ng potential, ay maaaring gamitin bilang tagapagpahiwatig para sa lokalisasyon ng mga aktibong corrosion site. Ang hindi pantay na distribusyon ng Fe2+ at Fe3+ sa ibabaw ng cold rolled SDSS ay maaaring magbago sa lokal na kemistri at magbigay ng mas praktikal na aktibong surface area sa pagkasira ng oxide film at mga reaksyon ng corrosion, sa gayon ay nagpapahintulot sa patuloy na corrosion ng pinagbabatayang metal matrix, na nagreresulta sa internal corrosion, heterogeneity ng mga katangian at pagbaba sa mga protective properties ng passivating layer.
Mga kumpol ng K-means at kaukulang XAS centroid sa Fe L2.3 edge region ng hot-deformed X-PEEM ac at df ng cold-rolled SDSS. a, d Mga plot ng kumpol ng K-means na nakapatong sa mga imahe ng X-PEEM. Ang kinakalkulang pseudoelectrode potential (Epseudo) ay binanggit kasama ng K-means cluster plot. Ang liwanag ng imahe ng X-PEEM, tulad ng kulay sa Fig. 2 ay proporsyonal sa intensidad ng pagsipsip ng X-ray.
Ang medyo pare-parehong Cr ngunit magkaiba ang kemikal na estado ng Fe ay humahantong sa magkakaibang pinsala sa oxide film at mga pattern ng kalawang sa hot-worked at cold-rolled na Ce-2507. Ang katangiang ito ng cold rolled na Ce-2507 ay pinag-aralan nang mabuti. Tungkol sa pagbuo ng mga oxide at hydroxide ng Fe sa nakapaligid na hangin sa halos neutral na gawaing ito, ang mga reaksyon ay ang mga sumusunod:
Ang mga reaksyon sa itaas ay nangyayari sa mga sumusunod na senaryo batay sa pagsusuri ng X-PEEM. Ang isang maliit na balikat na katumbas ng Fe0 ay nauugnay sa nakapailalim na metallic iron. Ang reaksyon ng metallic Fe sa kapaligiran ay nagreresulta sa pagbuo ng isang Fe(OH)2 layer (equation (5)), na nagpapahusay sa signal ng Fe2+ sa Fe L-edge XAS. Ang matagalang pagkakalantad sa hangin ay maaaring magresulta sa pagbuo ng Fe3O4 at/o Fe2O3 oxides pagkatapos ng Fe(OH)252,53. Dalawang matatag na anyo ng Fe, ang Fe3O4 at Fe2O3, ay maaari ring mabuo sa Cr3+ rich protective layer, kung saan mas gusto ng Fe3O4 ang isang pare-pareho at malagkit na istraktura. Ang pagkakaroon ng pareho ay nagreresulta sa magkahalong estado ng oksihenasyon (XAS-1 spectrum). Ang XAS-2 spectrum ay pangunahing tumutugma sa Fe3O4. Habang ang obserbasyon ng XAS-3 spectra sa ilang mga lugar ay nagpapahiwatig ng kumpletong conversion sa γ-Fe2O3. Dahil ang lalim ng pagtagos ng mga nakabukas na X-ray ay humigit-kumulang 50 nm, ang signal mula sa mas mababang layer ay nagreresulta sa mas mataas na intensity ng A peak.
Ipinapakita ng XPA spectrum na ang Fe component sa oxide film ay may layered structure na sinamahan ng Cr oxide layer. Kabaligtaran ng mga palatandaan ng passivation dahil sa local inhomogeneity ng Cr2O3 habang may corrosion, sa kabila ng pare-parehong layer ng Cr2O3 sa gawaing ito, mababa ang corrosion resistance na naobserbahan sa kasong ito, lalo na para sa mga cold-rolled specimen. Ang naobserbahang pag-uugali ay maaaring maunawaan bilang ang heterogeneity ng chemical oxidation state sa itaas na layer (Fe), na nakakaapekto sa performance ng corrosion. Dahil sa parehong stoichiometry ng itaas na layer (iron oxide) at ng ibabang layer (chromium oxide)52,53, ang mas mahusay na interaksyon (adhesion) sa pagitan ng mga ito ay humahantong sa mabagal na transportasyon ng mga metal o oxygen ion sa lattice, na, naman, ay humahantong sa pagtaas ng corrosion resistance. Samakatuwid, ang isang tuluy-tuloy na stoichiometric ratio, ibig sabihin, isang oxidation state ng Fe, ay mas mainam kaysa sa biglaang stoichiometric na mga pagbabago. Ang heat-deformed SDSS ay may mas pare-parehong surface, mas siksik na protective layer, at mas mahusay na corrosion resistance. Samantalang para sa cold-rolled SDSS, ang presensya ng mga islang mayaman sa Fe3+ sa ilalim ng protective layer ay lumalabag sa integridad ng ibabaw at nagdudulot ng galvanic corrosion sa kalapit na substrate, na humahantong sa isang matinding pagbaba sa Rp (Talahanayan 1). Ang EIS spectrum at ang resistensya nito sa corrosion ay nababawasan. Makikita na ang lokal na distribusyon ng mga islang mayaman sa Fe3+ dahil sa plastic deformation ay pangunahing nakakaapekto sa resistensya sa corrosion, na isang malaking tagumpay sa gawaing ito. Kaya, ang pag-aaral na ito ay nagpapakita ng mga spectroscopic microscopic na imahe ng pagbawas sa resistensya sa corrosion ng mga sample ng SDSS na pinag-aralan gamit ang plastic deformation method.
Bukod pa rito, bagama't ang pag-alloy gamit ang mga rare earth elements sa mga two-phase steel ay nagpapakita ng mas mahusay na performance, ang interaksyon ng additive element na ito sa isang indibidwal na steel matrix sa mga tuntunin ng corrosion behavior ayon sa spectroscopic microscopy data ay nananatiling mahirap unawain. Ang paglitaw ng mga Ce signal (sa pamamagitan ng XAS M-edges) ay lumilitaw lamang sa ilang lugar habang cold rolling, ngunit nawawala habang mainit na deformation ng SDSS, na nagpapahiwatig ng lokal na presipitasyon ng Ce sa steel matrix, sa halip na homogenous alloying. Bagama't hindi makabuluhang nagpapabuti sa mga mechanical properties ng SDSS6,7, ang presensya ng mga rare earth elements ay binabawasan ang laki ng mga inclusion at pinaniniwalaang pumipigil sa pitting sa unang rehiyon54.
Bilang konklusyon, isiniwalat ng gawaing ito ang epekto ng heterogeneity ng ibabaw sa kalawang ng 2507 SDSS na binago gamit ang cerium sa pamamagitan ng pagbibilang ng kemikal na nilalaman ng mga nanoscale na bahagi. Sinasagot namin ang tanong kung bakit ang hindi kinakalawang na bakal ay kinakalawang kahit sa ilalim ng isang proteksiyon na layer ng oxide sa pamamagitan ng pagbibilang ng microstructure, surface chemistry, at signal processing nito gamit ang K-means clustering. Napatunayan na ang mga isla na mayaman sa Fe3+, kabilang ang kanilang octahedral at tetrahedral coordination sa buong katangian ng pinaghalong Fe2+/Fe3+, ang siyang pinagmumulan ng pinsala at kalawang ng cold-rolled oxide film SDSS. Ang mga nanoisland na pinangungunahan ng Fe3+ ay humahantong sa mahinang resistensya sa kalawang kahit na may sapat na stoichiometric Cr2O3 passivating layer. Bilang karagdagan sa mga metodolohikal na pagsulong sa pagtukoy ng epekto ng nanoscale chemical heterogeneity sa kalawang, ang patuloy na pag-aaral ay inaasahang magbibigay-inspirasyon sa mga proseso ng inhinyeriya upang mapabuti ang resistensya sa kalawang ng mga hindi kinakalawang na bakal sa panahon ng paggawa ng bakal.
Upang ihanda ang Ce-2507 SDSS ingot na ginamit sa pag-aaral na ito, ang isang halo-halong komposisyon na kinabibilangan ng Fe-Ce master alloy na tinatakan ng isang purong tubo ng bakal ay tinunaw sa isang 150 kg na medium frequency induction furnace upang makagawa ng tinunaw na bakal at ibinuhos sa isang molde. Ang nasukat na kemikal na komposisyon (wt%) ay nakalista sa Supplementary Table 2. Ang mga ingot ay unang pinainit upang maging mga bloke. Pagkatapos ay pinainit ito sa 1050°C sa loob ng 60 minuto upang makuha ang bakal sa estado ng isang solidong solusyon, at pagkatapos ay pinainit sa tubig hanggang sa temperatura ng silid. Ang mga pinag-aralang sample ay pinag-aralan nang detalyado gamit ang TEM at DOE upang pag-aralan ang mga phase, laki ng butil at morpolohiya. Ang mas detalyadong impormasyon tungkol sa mga sample at proseso ng produksyon ay matatagpuan sa iba pang mga mapagkukunan6,7.
Ang mga cylindrical sample (φ10 mm×15 mm) para sa hot compression ay pinoproseso upang ang axis ng silindro ay parallel sa direksyon ng deformation ng bloke. Ang high-temperature compression ay isinagawa sa iba't ibang temperatura sa hanay na 1000-1150°C gamit ang isang Gleeble-3800 thermal simulator sa isang constant strain rate sa hanay na 0.01-10 s-1. Bago ang deformation, ang mga sample ay pinainit sa rate na 10 °C s-1 sa loob ng 2 minuto sa isang napiling temperatura upang maalis ang temperature gradient. Matapos makamit ang temperature uniformity, ang sample ay na-deform sa isang true strain value na 0.7. Pagkatapos ng deformation, ang mga sample ay agad na pinalamig gamit ang tubig upang mapanatili ang deformed na istraktura. Ang pinatigas na specimen ay pagkatapos ay pinuputol parallel sa direksyon ng compression. Para sa partikular na pag-aaral na ito, pumili kami ng isang specimen na may hot strain condition na 1050°C, 10 s-1 dahil ang naobserbahang microhardness ay mas mataas kaysa sa iba pang mga specimen7.
Ginamit ang napakalaking (80 × 10 × 17 mm3) na mga sample ng Ce-2507 solid solution sa isang LG-300 three-phase asynchronous two-roll mill na may pinakamahusay na mekanikal na katangian sa lahat ng iba pang antas ng deformation6. Ang strain rate at pagbawas ng kapal para sa bawat path ay 0.2 m·s-1 at 5%, ayon sa pagkakabanggit.
Isang Autolab PGSTAT128N electrochemical workstation ang ginamit para sa mga pagsukat ng SDSS electrochemical pagkatapos ng cold rolling hanggang sa 90% na pagbawas sa kapal (1.0 katumbas na true strain) at pagkatapos ng hot pressing sa 1050°C sa loob ng 10 s-1 hanggang sa true strain na 0.7. Ang workstation ay may three-electrode cell na may saturated calomel electrode bilang reference electrode, isang graphite counter electrode, at isang SDSS sample bilang working electrode. Ang mga sample ay pinutol sa mga silindro na may diameter na 11.3 mm, kung saan ibinenta ang mga copper wire sa mga gilid. Ang mga sample ay ikinabit gamit ang epoxy, na nag-iiwan ng working open area na 1 cm2 bilang working electrode (ibabang bahagi ng cylindrical sample). Mag-ingat sa pagpapatigas ng epoxy at kasunod na pagliha at pagpapakintab upang maiwasan ang pagbitak. Ang mga working surface ay giniling at pinakintab gamit ang diamond polishing suspension na may particle size na 1 μm, hinugasan ng distilled water at ethanol, at pinatuyo sa malamig na hangin. Bago ang mga pagsukat ng electrochemical, ang mga pinakintab na sample ay inilantad sa hangin sa loob ng ilang araw upang bumuo ng natural oxide film. Isang may tubig na solusyon ng FeCl3 (6.0 wt%), na pinatatag sa pH = 1.0 ± 0.01 gamit ang HCl ayon sa mga rekomendasyon ng ASTM, ang ginagamit upang mapabilis ang kalawang ng hindi kinakalawang na asero55 dahil ito ay kinakaing unti-unti sa presensya ng mga chloride ion na may malakas na kapasidad sa pag-oxidize at mababang pH. Mga pamantayan sa kapaligiran na G48 at A923. Ilubog ang sample sa solusyon sa pagsubok sa loob ng 1 oras upang maabot ang malapit sa steady state bago gumawa ng anumang pagsukat. Para sa mga solid-solution, hot-formed, at cold-rolled na sample, ang mga pagsukat ng impedance ay isinagawa sa open circuit potentials (OPC) na 0.39, 0.33, at 0.25 V, ayon sa pagkakabanggit, sa hanay ng dalas mula 1 105 hanggang 0.1 Hz na may amplitude na 5 mV. Ang lahat ng mga pagsubok sa kemikal ay inulit nang hindi bababa sa 3 beses sa ilalim ng parehong mga kondisyon upang matiyak ang reproducibility ng data.
Para sa mga sukat ng HE-SXRD, sinukat ang mga parihabang duplex steel block na may sukat na 1 × 1 × 1.5 mm3 upang masukat ang komposisyon ng beam phase ng isang Brockhouse high-energy wiggler sa CLS, Canada56. Isinagawa ang pangongolekta ng datos gamit ang Debye-Scherrer geometry o transmission geometry sa temperatura ng silid. Ang wavelength ng X-ray na naka-calibrate gamit ang LaB6 calibrator ay 0.212561 Å, na katumbas ng 58 keV, na mas mataas kaysa sa Cu Kα (8 keV) na karaniwang ginagamit bilang pinagmumulan ng X-ray sa laboratoryo. Ang sample ay matatagpuan sa layong 740 mm mula sa detector. Ang detection volume ng bawat sample ay 0.2 × 0.3 × 1.5 mm3, na tinutukoy ng laki ng beam at kapal ng sample. Ang lahat ng datos ay kinolekta gamit ang Perkin Elmer area detector, flat panel X-ray detector, 200 µm pixels, 40×40 cm2 gamit ang exposure time na 0.3 s at 120 frames.
Isinagawa ang mga sukat ng X-PEEM ng dalawang piling sistema ng modelo sa Beamline MAXPEEM PEEM end station sa laboratoryo ng MAX IV (Lund, Sweden). Ang mga sample ay inihanda sa parehong paraan tulad ng para sa mga pagsukat ng electrochemical. Ang mga inihandang sample ay pinanatili sa hangin sa loob ng ilang araw at tinanggal ang gas sa isang ultrahigh vacuum chamber bago i-irradiate gamit ang mga synchrotron photon. Ang resolusyon ng enerhiya ng beam line ay nakuha sa pamamagitan ng pagsukat ng ion yield spectrum sa excitation region mula N1s hanggang 1\(\pi_g^ \ast\) malapit sa hv = 401 eV sa N2 na may dependence ng photon energy sa E3/2, 57. Ang approximation spectra ay nagbigay ng ΔE (lapad ng spectral line) na humigit-kumulang 0.3 eV sa nasukat na saklaw ng enerhiya. Samakatuwid, ang resolusyon ng enerhiya ng beamline ay tinatayang E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 at flux ≈1012 ph/s gamit ang isang binagong SX-700 monochromator na may Si 1200-line mm−1 grating para sa Fe 2p L2,3 edge, Cr 2p L2,3 edge, Ni 2p L2,3 edge, at Ce M4,5 edge. Samakatuwid, ang resolusyon ng enerhiya ng beamline ay tinatayang E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 at flux ≈1012 ph/s gamit ang isang binagong SX-700 monochromator na may Si 1200-line mm−1 grating para sa Fe 2p L2.3 edge, Cr 2p L2.3 edge, Ni 2p L2.3 edge, at Ce M4.5 edge. Таким образом, энергетическое разрешение канала пучка было оценено как E/∆E = 700 эВ/0,3 эВ > 2000 и/10при ≈ использовании модифицированного монохроматора SX-700 с решеткой Si 1200 штрихов/мм для Fe кромка 2p L2,3, кромка 2,3, кромка Cr 2 кромка Ce M4,5. Kaya, ang resolusyon ng enerhiya ng beam channel ay tinantya bilang E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 at flux ≈1012 f/s gamit ang isang binagong SX-700 monochromator na may Si grating na 1200 lines/mm para sa Fe edge 2p L2,3, Cr edge 2p L2.3, Ni edge 2p L2.3, at Ce edge 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≈1012 ph/s，通过使甉1光栅的改进的SX-700 单色器用于Fe 2p L2,3 边缘、Cr 2p L2,3 边缘、Ni 2p L2,3 边缘和边缘和边缘和边缘和Ce M4,5。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 ， 使禔1200 线 mm-1 光栅 改进 的 SX-700 单色器 于 于 于 用 用 用Fe 2p L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Cr 2p L2.3、边缘和 Ce M4.5 边缘。Kaya, kapag gumagamit ng binagong SX-700 monochromator na may 1200 line Si grating. 3, Cr edge 2p L2.3, Ni edge 2p L2.3 at Ce edge M4.5.I-scan ang enerhiya ng photon sa mga hakbang na 0.2 eV. Sa bawat enerhiya, ang mga imahe ng PEEM ay naitala gamit ang isang fiber-coupled TVIPS F-216 CMOS detector na may 2 x 2 bins, na nagbibigay ng resolusyon na 1024 x 1024 pixels sa isang 20 µm na field of view. Ang oras ng pagkakalantad ng mga imahe ay 0.2 s, na may average na 16 na frame. Ang enerhiya ng imahe ng photoelectron ay pinili sa paraang makapagbigay ng pinakamataas na secondary electron signal. Ang lahat ng mga sukat ay isinagawa sa normal na insidente gamit ang isang linearly polarized photon beam. Ang karagdagang impormasyon tungkol sa mga sukat ay matatagpuan sa isang nakaraang pag-aaral. Matapos pag-aralan ang total electron yield (TEY) detection mode at ang aplikasyon nito sa X-PEEM49, ang lalim ng pagsubok ng pamamaraang ito ay tinatayang nasa humigit-kumulang 4-5 nm para sa Cr signal at humigit-kumulang 6 nm para sa Fe. Ang lalim ng Cr ay napakalapit sa kapal ng oxide film (~4 nm)60,61 habang ang lalim ng Fe ay mas malaki kaysa sa kapal. Ang XRD na nakolekta sa gilid ng Fe₂L ay pinaghalong XRD ng mga iron oxide at Fe₂O₃ mula sa matrix. Sa unang kaso, ang intensidad ng mga inilalabas na electron ay nagmumula sa lahat ng posibleng uri ng electron na nakakatulong sa TEY. Gayunpaman, ang isang purong iron signal ay nangangailangan ng mas mataas na kinetic energy para ang mga electron ay makadaan sa oxide layer papunta sa ibabaw at makolekta ng analyzer. Sa kasong ito, ang Fe₂ signal ay pangunahing dahil sa mga LVV Auger electron, pati na rin sa mga pangalawang electron na inilalabas ng mga ito. Bukod pa rito, ang intensidad ng TEY na naiambag ng mga electron na ito ay nabubulok habang tumatakas ang electron, na lalong nagpapababa sa Fe₂ spectral response sa iron XAS map.
Ang pagsasama ng data mining sa isang data cube (X-PEEM data) ay isang mahalagang hakbang sa pagkuha ng mga kaugnay na impormasyon (kemikal o pisikal na katangian) sa isang multidimensional na pamamaraan. Ang K-means clustering ay malawakang ginagamit sa ilang larangan, kabilang ang machine vision, image processing, unsupervised pattern recognition, artificial intelligence, at classificatory analysis. Halimbawa, ang K-means clustering ay mahusay na gumanap sa clustering ng hyperspectral image data. Sa prinsipyo, para sa multi-feature data, madaling maigrupo ang mga ito ng K-means algorithm batay sa impormasyon tungkol sa kanilang mga katangian (photon energy properties). Ang K-means clustering ay isang iterative algorithm para sa paghahati ng data sa K non-overlapping groups (clusters), kung saan ang bawat pixel ay kabilang sa isang partikular na cluster depende sa spatial distribution ng chemical inhomogeneity sa microstructural composition ng bakal. Ang K-means algorithm ay may kasamang dalawang yugto: sa unang yugto, kinakalkula ang K centroids, at sa pangalawang yugto, ang bawat punto ay binibigyan ng cluster na may mga kalapit na centroids. Ang sentro ng grabidad ng isang kumpol ay binibigyang kahulugan bilang ang arithmetic mean ng mga data point (XAS spectrum) para sa kumpol na iyon. Mayroong iba't ibang distansya upang tukuyin ang mga kalapit na centroid bilang Euclidean distance. Para sa isang input na imahe ng px,y (kung saan ang x at y ay ang resolution sa pixels), ang CK ay ang sentro ng grabidad ng kumpol; ang imaheng ito ay maaaring hatiin (i-cluster) sa K cluster gamit ang K-means63. Ang mga huling hakbang ng K-means clustering algorithm ay:
Hakbang 2. Kalkulahin ang pagiging miyembro ng lahat ng pixel ayon sa kasalukuyang centroid. Halimbawa, ito ay kinakalkula mula sa distansyang Euclidean d sa pagitan ng sentro at bawat pixel:
Hakbang 3 Italaga ang bawat pixel sa pinakamalapit na centroid. Pagkatapos ay muling kalkulahin ang mga posisyon ng K centroid gaya ng sumusunod:
Hakbang 4. Ulitin ang proseso (mga equation (7) at (8)) hanggang sa magtagpo ang mga centroid. Ang mga pangwakas na resulta ng kalidad ng clustering ay may malakas na kaugnayan sa pinakamahusay na pagpili ng mga paunang centroid. Para sa istruktura ng datos ng PEEM ng mga imahe ng bakal, karaniwang ang X (x × y × λ) ay isang kubo ng datos ng 3D array, habang ang x at y axes ay kumakatawan sa spatial na impormasyon (resolusyon ng pixel) at ang λ axis ay tumutugma sa isang photon energy spectral na larawan. Ang K-means algorithm ay ginagamit upang galugarin ang mga rehiyon na interesado sa datos ng X-PEEM sa pamamagitan ng paghihiwalay ng mga pixel (mga kumpol o sub-block) ayon sa kanilang mga spectral feature at pagkuha ng pinakamahusay na mga centroid (mga XAS spectral profile) para sa bawat analyte. cluster). Ginagamit ito upang pag-aralan ang spatial distribution, mga lokal na pagbabago sa spectral, pag-uugali ng oksihenasyon, at mga estado ng kemikal. Halimbawa, ang K-means clustering algorithm ay ginamit para sa mga rehiyon ng Fe L-edge at Cr L-edge sa hot-worked at cold-rolled X-PEEM. Sinubukan ang iba't ibang bilang ng K clusters (mga rehiyon ng microstructure) upang mahanap ang pinakamainam na mga cluster at centroid. Kapag ipinakita ang mga numerong ito, ang mga pixel ay muling itinatalaga sa kaukulang mga cluster centroid. Ang bawat distribusyon ng kulay ay tumutugma sa gitna ng cluster, na nagpapakita ng spatial na pagkakaayos ng mga kemikal o pisikal na bagay. Ang mga nakuha na centroid ay mga linear na kumbinasyon ng purong spectra.
Ang mga datos na sumusuporta sa mga resulta ng pag-aaral na ito ay makukuha kapag may makatwirang kahilingan mula sa kani-kanilang awtor ng WC.
Sieurin, H. & Sandström, R. Katigasan ng bali ng isang hinang na duplex stainless steel. Sieurin, H. & Sandström, R. Katigasan ng bali ng isang hinang na duplex stainless steel. Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной дуплексной нержавеющей стали. Sieurin, H. & Sandström, R. Katigasan ng bali ng hinang na duplex stainless steel. Sieurin, H. & Sandström, R. 焊接双相不锈钢的断裂韧性。 Sieurin, H. & Sandstrom, R. 焊接双相不锈钢的断裂韧性。 Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварных дуплексных нержавеющих сталей. Sieurin, H. & Sandström, R. Katigasan ng bali ng mga hinang na duplex stainless steel.Britannia. Bahaging praksyonal. balahibo. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Paglaban sa kalawang ng mga duplex stainless steel sa mga piling kapaligirang organic acid at organic acid/chloride. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Paglaban sa kalawang ng mga duplex stainless steel sa mga piling kapaligirang organic acid at organic acid/chloride.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. at Van Der Merwe, J. Paglaban sa kalawang ng mga duplex stainless steel sa mga kapaligirang may ilang organic acid at organic acid/chloride. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相stainless steel在选定的organic酸和organic酸/chlorinated environment的耐而性性。Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. at Van Der Merwe, J. Paglaban sa kalawang ng mga duplex stainless steel sa mga piling kapaligiran ng mga organic acid at organic acid/chloride.pangpreserba. Mga Materyales Mga Paraan 57, 107–117 (2010).
Barrera, S. et al. Pag-uugali ng koraksyon-oksihenasyon ng mga Fe-Al-Mn-C duplex alloys. Materials 12, 2572 (2019).
Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Bagong henerasyon ng mga super duplex steel para sa produksyon ng gas at langis ng kagamitan. Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Bagong henerasyon ng mga super duplex steel para sa produksyon ng gas at langis ng kagamitan.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Bagong henerasyon ng mga super duplex steel para sa kagamitan sa produksyon ng langis at gas.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Bagong henerasyon ng mga super duplex steel para sa kagamitan sa produksyon ng gas at langis. Webinar E3S 121, 04007 (2019).
Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Imbestigasyon sa mainit na deformasyon ng duplex stainless steel grade 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Imbestigasyon sa mainit na deformasyon ng duplex stainless steel grade 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Исследование поведения горячей деформации дуплексной нержавеющей стали марки 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Isang Pag-aaral sa Pag-uugali ng Mainit na Depormasyon ng Type 2507 Duplex Stainless Steel. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 双相不锈钢2507 级热变形行为的研究。 Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507 级热变形行为的研究。Kingklang, S. at Utaisansuk, V. Imbestigasyon sa Pag-uugali ng Mainit na Depormasyon ng Type 2507 Duplex Stainless Steel. Metal.alma mater. kawalan ng ulirat. 48, 95–108 (2017).
Zhou, T. et al. Epekto ng kontroladong cold rolling sa microstructure at mekanikal na katangian ng cerium-modified super-duplex SAF 2507 stainless steel. alma mater. ang agham. Britannia. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. et al. Mga katangiang estruktural at mekanikal na dulot ng thermal deformation ng cerium-modified super-duplex SAF 2507 stainless steel. J. Alma mater. tangke ng imbakan. teknolohiya. 9, 8379–8390 (2020).
Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Epekto ng mga rare earth elements sa mataas na temperaturang oksihenasyon ng austenitic steel. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Epekto ng mga rare earth elements sa mataas na temperaturang oksihenasyon ng austenitic steel.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. at Zheng K. Impluwensya ng mga bihirang elemento ng lupa sa pag-uugali ng austenitic steel sa ilalim ng mataas na temperaturang oksihenasyon. 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。 Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. at Zheng K. Impluwensya ng mga bihirang elemento ng lupa sa pag-uugali ng mga austenitic na bakal sa mataas na temperatura ng oksihenasyon.koros. ang agham. 164, 108359 (2020).
Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Mga Epekto ng Ce sa microstructure at mga katangian ng 27Cr-3.8Mo-2Ni super-ferritic stainless steels. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Mga Epekto ng Ce sa microstructure at mga katangian ng 27Cr-3.8Mo-2Ni super-ferritic stainless steels.Li Y., Yang G., Jiang Z., Chen K. at Sun S. Impluwensya ng Se sa microstructure at mga katangian ng superferritic stainless steels na 27Cr-3,8Mo-2Ni. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Ce 对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. & Sun, S. Mga Epekto ng Ce sa microstructure at mga katangian ng 27Cr-3.8Mo-2Ni super-steel stainless steel. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Влияние Ce на микроструктуру и свойства суперферритной нержавеющей стали 27Cr-3,8Mo-2Ni. Li, Y., Yang, G., Jiang, Z., Chen, C. & Sun, S. Epekto ng Ce sa microstructure at mga katangian ng superferritic stainless steel na 27Cr-3,8Mo-2Ni.Karatulang bakal. Steelmak 47, 67–76 (2020).