Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site nang walang mga estilo at JavaScript.
Nagpapakita ng isang carousel ng tatlong slide nang sabay-sabay. Gamitin ang mga button na Nakaraan at Susunod upang lumipat sa tatlong slide nang sabay-sabay, o gamitin ang mga button na slider sa dulo upang lumipat sa tatlong slide nang sabay-sabay.
Ang malawakang ginagamit na hindi kinakalawang na asero at ang mga wrought version nito ay lumalaban sa corrosion sa mga kondisyon sa paligid dahil sa passivation layer na binubuo ng chromium oxide. Ang corrosion at erosion ng bakal ay karaniwang nauugnay sa pagkasira ng mga layer na ito, ngunit bihira sa paglitaw ng mga surface inhomogeneities, depende sa microscopic level. Sa gawaing ito, ang nanoscale chemical surface heterogeneity, na natukoy ng spectroscopic microscopy at chemometric analysis, ay hindi inaasahang nangingibabaw sa fracture at corrosion ng cold rolled cerium modified super duplex stainless steel 2507 (SDSS) sa panahon ng hot deformation nito. Bagama't nagpakita ang X-ray photoelectron microscopy ng medyo pare-parehong coverage ng natural na Cr2O3 layer, ang passivation performance ng cold rolled SDSS ay mahina dahil sa lokal na distribusyon ng Fe3+ rich nanoislands sa Fe/Cr oxide layer. Ang kaalamang ito sa atomic scale ay nagbibigay ng malalim na pag-unawa sa stainless steel corrosion at inaasahang makakatulong sa paglaban sa corrosion ng mga katulad na high-alloy metal.
Simula nang maimbento ang hindi kinakalawang na asero, ang mga katangiang anti-corrosion ng ferrochrome ay iniuugnay sa chromium, na bumubuo ng malalakas na oxide/oxyhydroxide at nagpapakita ng passivating behavior sa karamihan ng mga kapaligiran. Kung ikukumpara sa mga conventional (austenitic at ferritic) stainless steel 1, 2, 3, ang super duplex stainless steels (SDSS) ay may mas mahusay na resistensya sa kalawang at mahusay na mekanikal na katangian. Ang pagtaas ng 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, kaya lumalawak ang aplikasyon nito 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 kanilang malawak na praktikal na aplikasyon. Samakatuwid, ang SDSS ay binago upang mapabuti ang pagganap sa itaas. Halimbawa, ang Ce modification ay ipinakilala sa SDSS 2507 (Ce-2507) na may mataas na nilalaman ng nitrogen6,7,8. Ang rare earth element (Ce) sa angkop na konsentrasyon na 0.08 wt.% ay may kapaki-pakinabang na epekto sa mga mekanikal na katangian ng DSS, dahil pinapabuti nito ang grain refinement at grain boundary strength. Ang wear at corrosion resistance, tensile strength at yield strength, at hot workability ay napabuti rin. Ang malalaking dami ng nitrogen ay maaaring pumalit sa mamahaling nickel content, na ginagawang mas cost-effective ang SDSS.
Kamakailan lamang, ang SDSS ay na-plastic deform sa iba't ibang temperatura (cryogenic, malamig at mainit) upang makamit ang mahusay na mga mekanikal na katangian6,7,8. Gayunpaman, ang mahusay na resistensya sa kalawang ng SDSS dahil sa pagkakaroon ng manipis na oxide film sa ibabaw ay naaapektuhan ng maraming salik tulad ng likas na heterogeneity dahil sa pagkakaroon ng heterogeneous phases na may iba't ibang grain boundaries, mga hindi gustong precipitates at iba't ibang tugon. mga deformation ng austenitic at ferritic phases7. Samakatuwid, ang pag-aaral ng mga microscopic domain properties ng mga naturang film hanggang sa antas ng electronic structure ay nagiging mahalaga 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 at hard X-ray photoemission microscopy (HAX-PEEM)16 ay karaniwang nabigong matukoy ang mga kemikal na pagkakaiba sa mga layer ng ibabaw. mga kemikal na estado ng parehong elemento sa iba't ibang lugar ng nanoscale space. Ilang kamakailang pag-aaral ang nag-ugnay sa lokalisadong oksihenasyon ng chromium sa naobserbahang pag-uugali ng kalawang ng austenitic stainless steels17, martensitic steels18 at SDSS19,20. 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, na nagmana ng maliit na sukat bilang resulta ng thermomechanical treatment, ay malapit sa isa't isa, ngunit magkakaiba sa komposisyon at estado ng oksihenasyon16,21. Samakatuwid, upang matukoy ang pag-crack ng mga oxide film at kasunod na pitting, kinakailangang maunawaan ang heterogeneity ng ibabaw sa antas ng mikroskopiko. Sa kabila ng mga kinakailangang ito, ang mga quantitative estimate tulad ng lateral heterogeneity sa oksihenasyon, lalo na para sa Fe sa nano- at atomic scale, ay kulang pa rin, at ang kaugnayan nito 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 Ca22, sa mga sample ng bakal ay kinilala sa pamamagitan ng dami gamit ang soft X-ray photoelectron microscopy (X-PEEM) sa mga pasilidad ng nanoscale synchrotron radiation. Kasama ng chemically sensitive X-ray absorption spectroscopy (XAS), ang X-PEEM ay nagbibigay-daan sa mga pagsukat ng XAS na may mataas na spatial at spectral resolution, na nagbibigay ng impormasyong kemikal tungkol sa komposisyon ng mga elemento at ang kanilang kemikal na estado na may spatial resolution hanggang sa dalawampu't tatlong nanometer scale. Ang spectromicroscopic na obserbasyong ito ng pagsisimula ay nagpapadali sa mga lokal na obserbasyong kemikal at maaaring magpakita ng mga pagbabagong kemikal sa espasyo ng iron layer na hindi pa naimbestigahan noon.
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 isang clustered K-means24 chemometric approach upang i-map ang pandaigdigang kemikal (hetero)homogeneity ng mga elementong kasangkot, na ang mga estado ng kemikal ay ipinapakita sa isang istatistikal na representasyon. Kabaligtaran sa kalawang na sinimulan ng pagkasira ng chromium oxide film sa tradisyonal na kaso, ang mas kaunting passivation at mas mababang resistensya sa kalawang ay kasalukuyang iniuugnay sa mga lokal na nanoislands na mayaman sa Fe3+ malapit sa Fe/Cr oxide layer, na maaaring mga proteksiyon na katangian. Sinisira ng oxide ang tuldok-tuldok na film at nagdudulot 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 isang acidic (pH = 1) aqueous solution 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 pitting sa temperatura ng silid, ang pagsusuri ay nagbigay ng pananaw sa mga posibleng pangyayari ng pagkabigo at kasunod na kaagnasan. Ang katumbas na circuit (Fig. 1d) ay ginamit upang magkasya sa electrochemical impedance spectroscopy (EIS) spectrum, at ang mga kaukulang resulta ng pag-angkop ay ipinapakita sa Table 1. Lumilitaw ang mga hindi kumpletong semicircle sa mga solution-treated at hot-worked specimen, habang ang mga compressed semicircle ay lumilitaw sa mga cold-rolled counterparts (Fig. .1b). Sa EIS spectroscopy, ang radius ng semicircle ay maaaring ituring bilang polarization resistance (Rp)25,26. Ang Rp ng solution-treated runway sa Table 1 ay humigit-kumulang 135 kΩ cm–2, gayunpaman, ang mga halaga ng hot-worked at cold-rolled runway runway ay mas mababa, 34.7 at 2.1 kΩ cm–2, ayon sa pagkakabanggit. Ang makabuluhang pagbawas na ito sa Rp ay nagpapakita ng masamang epekto ng plastic deformation sa passivation at corrosion resistance, tulad ng ipinakita sa mga nakaraang ulat27,28,29,30.
a Nyquist, b, c Bode impedance at phase diagrams, at d katumbas na mga modelo ng katumbas na circuit, kung saan ang RS ay ang electrolyte resistance, ang Rp ay ang polarization resistance, at ang QCPE ay ang oxide ng constant phase element na ginagamit upang imodelo ang non-ideal capacitance (n). Ang mga sukat ng EIS ay ginagawa sa open circuit potential.
Ang mga sabay-sabay na constant ay ipinapakita sa Bode plot, na may isang plateau sa high frequency range na 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, nananatili ang maximum sa medyo malawak na frequency range, at pagkatapos ay bumababa (Fig. 1c). Gayunpaman, sa lahat ng tatlong kaso, ang maximum na 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 mga interfacial capacitance distribution na nagmumula sa surface roughness o inhomogeneity, lalo na sa atomic scale, fractal geometry, electrode porosity, non-uniform potential, at geometry na may hugis ng mga electrodes31,32. 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 effective open area ng electrolyte. Ang n ay isang dimensionless power number na naglalarawan sa paglihis ng isang capacitor mula sa ideal capacitance, ibig sabihin, mas malapit ang n sa 1, mas malapit ang CPE sa purely capacitive, habang kung ang n ay malapit sa zero, lumalabas itong resistive. Ang maliliit na paglihis ng n, malapit sa 1, ay nagpapahiwatig ng hindi ideal na capacitive na pag-uugali ng ibabaw pagkatapos ng mga polarization test. Ang QCPE ng cold rolled SDSS ay mas mataas nang malaki kaysa sa mga katapat nito, ibig sabihin ay hindi gaanong pare-pareho ang kalidad ng ibabaw.
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 mahusay na resistensya sa kalawang ng SDSS dahil sa pagkakaroon ng isang passivating protective oxide film sa ibabaw17. Ang mga naturang passivating film ay karaniwang mayaman sa Cr3+ oxides at/o hydroxides, pangunahin na kasama ng Fe2+, Fe3+ oxides at/o (oxy)hydroxides33. Sa kabila ng parehong pagkakapareho ng ibabaw, passivating oxide layer, at walang naobserbahang pagbibitak ng ibabaw ayon sa mga mikroskopikong sukat6,7, ang pag-uugali ng kalawang ng hot-worked at cold-rolled SDSS ay magkakaiba, kaya kinakailangan ang isang malalim na pag-aaral ng mga microstructural na katangian para sa deformasyon ng bakal.
Ang microstructure ng deformed stainless steel ay pinag-aralan sa pamamagitan ng quantitative na paggamit ng intrinsic at synchrotron high-energy X-rays (Mga Karagdagang Larawan 1, 2). Isang detalyadong pagsusuri ang ibinigay sa Karagdagang Impormasyon. Bagama't mayroong pangkalahatang pinagkasunduan sa uri ng major phase, natagpuan ang mga pagkakaiba sa bulk phase fractions, na nakalista sa Karagdagang Talahanayan 1. Ang mga pagkakaibang ito ay maaaring dahil sa mga inhomogeneous phase fractions sa ibabaw at sa volume, na apektado ng iba't ibang lalim ng X-ray diffraction (XRD) detection. ) na may iba't ibang pinagmumulan ng enerhiya ng mga incident photon34. Ang medyo mataas na austenite fractions sa mga cold rolled specimen na natukoy ng XRD mula sa isang pinagmumulan ng laboratoryo ay nagpapahiwatig ng mas mahusay na passivation at pagkatapos ay mas mahusay na corrosion resistance35, habang ang mas tumpak at istatistikal na mga resulta ay nagmumungkahi ng magkasalungat na mga trend sa phase fractions. Bilang karagdagan, ang corrosion resistance ng bakal ay nakasalalay din sa antas ng grain refinement, pagbawas ng laki ng butil, pagtaas ng microdeformations at dislocation density na nangyayari sa panahon ng thermomechanical treatment36,37,38. Ang mga ispesimen na inihurno ay nagpakita 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 inirolyo nang malamig (Karagdagang Larawan 3) ay nagpapahiwatig ng makabuluhang pagpipino ng butil sa nanosize sa mga nakaraang pag-aaral. Dapat nitong paboran ang pagbuo ng passive film 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 mabuti sa mga electrochemical na pagsukat.
Ang mga pagbabago sa kemikal na estado ng mga microdomain ng mga pangunahing elemento ay sistematikong pinag-aralan gamit ang X-PEEM. Bagama't mas maraming elemento ng haluang metal, ang Cr, Fe, Ni at Ce39 ang pinili rito, dahil ang Cr ang pangunahing elemento para sa pagbuo ng passive film, ang Fe ang pangunahing elemento para sa bakal, at ang Ni ay nagpapahusay sa passivation at nagbabalanse sa ferrite-austenitic phase. Ang istruktura at pagbabago ang layunin ng Ce. Sa pamamagitan ng pag-tune sa enerhiya ng synchrotron beam, nakuha ng XAS ang mga pangunahing katangian ng Cr (L2.3 edge), Fe (L2.3 edge), Ni (L2.3 edge), at Ce (M4.5 edge) mula sa ibabaw. -2507 SDSS. Isinagawa ang naaangkop na pagsusuri ng datos sa pamamagitan ng pagsasama ng energy calibration sa mga nailathalang datos (hal. XAS sa Fe L2, 3 ribs40,41).
Sa Fig. 2, ipinapakita ng Figure 2 ang mga X-PEEM na imahe ng hot-worked (Fig. 2a) at cold-rolled (Fig. 2d) Ce-2507 SDSS at kaukulang XAS Cr at Fe L2,3 na mga gilid sa mga indibidwal na markadong posisyon. Sinusuri ng L2,3 XAS edge ang mga walang laman na 3d na estado ng mga electron pagkatapos ng photoexcitation sa 2p3/2 (L3 edge) at 2p1/2 (L2 edge) spin-orbit splitting levels. Ang impormasyon tungkol sa valence state ng Cr ay nakuha mula sa X-ray diffraction analysis ng L2,3 edge sa Fig. 2b,d. Paghahambing ng link. 42, 43 ay nagpakita na apat na peak na A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV), at D (582.2 eV) ang naobserbahan malapit sa L3 edge, na sumasalamin sa mga octahedral na Cr3+ ions, kaukulang Cr2O3. Ang mga eksperimental na spectra ay naaayon sa mga teoretikal na kalkulasyon, gaya ng 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.
a Thermal na imahe ng X-PEEM na hot-formed SDSS na katumbas ng gilid b Cr L2.3 at gilid c Fe L2.3, d Thermal na imahe X-PEEM ng cold-rolled SDSS na katumbas ng gilid e Cr L2.3 at f Fe L2.3 ng gilid (e). Ang XAS spectra na naka-plot sa iba't ibang spatial na posisyon na minarkahan sa mga thermal image (a, d) ng 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 na imahe, isang thermal palette ang ginagamit upang mapabuti ang readability ng imahe, kung saan ang mga kulay mula asul hanggang pula ay proporsyonal sa tindi 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 sample ay nanatiling pareho. Karagdagang drowing. Sa fig. 5-9, ipakita ang mga imahe ng X-PEEM at kaukulang XAS spectra para sa Ni at Ce sa iba't ibang posisyon sa ibabaw ng mga ispesimen na pinainit at pinalamig. Ipinapakita ng Ni XAS ang estado ng oksihenasyon ng Ni2+ sa buong nasukat na ibabaw ng mga ispesimen na pinainit at pinalamig (Karagdagang Talakayan). Kapansin-pansin na sa kaso ng mga ispesimen na pinainit, ang XAS signal ng Ce ay hindi naoobserbahan, habang ang spectrum ng Ce3+ ng mga ispesimen na pinalamig ay naoobserbahan sa isang punto. Ang obserbasyon ng mga Ce spot sa mga cold-rolled na sample ay nagpakita na ang Ce ay pangunahing umiiral sa anyo ng mga precipitate.
Sa thermally deformed SDSS, walang lokal na pagbabago sa istruktura sa XAS ang naobserbahan sa gilid ng Fe L2.3 (Fig. 2c). Gayunpaman, gaya ng ipinapakita sa fig. 2f, ang Fe matrix ay mikroskopikong nagbabago ng kemikal na estado nito sa pitong random na napiling punto sa cold rolled SDSS. 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 gamit ang mga kalkulasyon ng multiplet 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 mga 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 posisyon ng Oh, habang ang γ-Fe2O3 ay karaniwang ipinapahayag bilang Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 spinel na may mga bakante sa mga posisyon ng eg. Samakatuwid, ang mga Fe3+ ions sa γ-Fe2O3 ay may parehong posisyon ng Td at Oh. Gaya ng nabanggit sa nakaraang gawain, bagama't magkaiba ang mga 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 Fe3+ lamang ang naroroon sa kasong ito. Kung isasaalang-alang ang kaso ng Fe3O4 na may mga kombinasyon ng Fe2+ at Fe3+, alam na ang isang mas mahina (malakas) na unang katangian sa gilid ng L3 ng Fe ay nagpapahiwatig ng mas maliit (mas malaki) na kawalan ng laman sa estado ng t2g. Ito ay naaangkop sa Fe2+ (Fe3+), na nagpapahiwatig ng pagtaas sa unang senyales na nagpapahiwatig ng pagtaas sa nilalaman ng Fe2+47. Ipinapakita ng mga resultang ito na ang Fe2+ at γ-Fe2O3, α-Fe2O3 at/o Fe3O4 ay nangingibabaw sa mga cold-rolled na ibabaw ng mga composite.
Pinalaking mga larawan ng photoemission electron thermal ng (a, c) at (b, d) XAS spectra 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 mga datos mula sa mga purong compound 40, 41, 48. Sa madaling salita, tatlong magkakaibang uri ng naobserbahang Fe L-edge XAS spectra (XAS-1, XAS-2 at XAS-3: Larawan 4a) ang naobserbahan sa magkakaibang lokasyon. Sa partikular, isang spectrum na katulad ng 2-a (tinukoy bilang XAS-1) sa Larawan 3b ang naobserbahan sa buong rehiyon na pinag-aaralan, na sinundan ng isang 2-b spectrum (tinatawag na XAS-2), habang ang isang spectrum na katulad ng E-3 ay naobserbahan sa Larawan 3d (tinutukoy bilang XAS-3) ay naobserbahan sa ilang lokal na lokasyon. Karaniwan, apat na parameter ang ginagamit upang matukoy ang mga valence states na nasa isang sample ng probe: (1) Mga katangiang spectral ng L3 at L2, (2) mga posisyon ng enerhiya ng mga katangiang L3 at L2, (3) pagkakaiba ng enerhiya ng 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 nasa ibabaw ng pinag-aralang SDSS. Ang kinakalkulang intensity ratio na L2/L3 ay nagpapahiwatig din ng presensya ng lahat ng tatlong bahagi.
a Naobserbahan ang iba't ibang tatlong datos pang-eksperimento (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 Fig. 3) kumpara sa kunwang XAS. Paghahambing ng mga spectra, octahedron na Fe2+, Fe3+, mga halaga ng crystal field na 1.0 eV at 1.5 eV, ayon sa pagkakabanggit, b–d Sinukat ang mga datos pang-eksperimento (XAS-1, XAS-2, XAS-3) at kaukulang na-optimize na datos ng LCF (solidong itim na linya), at paghahambing ng mga spectra ng XAS-3 sa mga pamantayan ng Fe3O4 (halo-halong estado ng Fe) at Fe2O3 (purong Fe3+).
Isang linear combination (LCF) fit ng tatlong pamantayan40,41,48 ang ginamit upang masukat 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 maliit na ledge na aming naobserbahan sa lahat ng datos at ang katotohanan na ang ferrous metal 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.Sa katunayan, natutukoy ng X-PEEM ang Fe (~6 nm)49 nang mas malalim kaysa sa inaasahang kapal ng oxide layer (mahigit lamang sa 4 nm), na nagpapahintulot sa pagtuklas ng mga signal mula sa iron matrix (Fe0) sa ibaba ng passivation layer. Iba't ibang kombinasyon ng Fe2+ at Fe3+ ang isinagawa upang mahanap ang pinakamahusay na posibleng solusyon para sa naobserbahang datos ng eksperimento. Sa fig., ipinapakita ng Figure 4b ang kombinasyon ng Fe2+ at Fe3+ sa XAS-1 spectrum, kung saan ang mga proporsyon ng Fe2+ at Fe3+ ay magkalapit, humigit-kumulang 45%, na nagpapahiwatig ng isang halo-halong 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 nilalaman ng Fe2+ ay mas mababa kaysa sa Fe3+. Ang ratio ng Fe2+ sa Fe3 na 1:2 ay nangangahulugan na ang Fe3O4 ay maaaring mabuo sa parehong ratio ng mga ion ng Fe. Bukod pa rito, para sa XAS-3 spectrum, ang mga porsyento ng Fe2+ at Fe3+ ay nagbago sa ~10% at 80%, na nagpapahiwatig ng mas mataas na conversion ng Fe2+ patungong Fe3+. Gaya ng nabanggit sa itaas, ang Fe3+ ay maaaring magmula sa α-Fe2O3, γ-Fe2O3 o Fe3O4. Upang maunawaan ang malamang na pinagmumulan ng Fe3+, ang mga XAS-3 spectra ay naka-plot kasama ang iba't ibang pamantayan ng Fe3+ sa Fig. 4e na nagpapakita ng pagkakatulad sa lahat ng dalawang pamantayan kapag ang Peak B ay isinasaalang-alang. Gayunpaman, ang intensity ng shoulder (A: mula sa Fe2+) at ang intensity ratio na B/A ay nagpapahiwatig na ang spectrum ng XAS-3 ay malapit ngunit hindi pareho sa spectrum ng γ-Fe2O3. Kung ikukumpara sa bulk γ-Fe2O3, ang intensity ng Fe 2p XAS ng A SDSS peak ay bahagyang mas mataas (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 parehong posisyon ng Oh at Td, ang pagtukoy sa iba't ibang estado ng valence at koordinasyon sa pamamagitan lamang ng gilid ng L2,3 o ng ratio ng intensity ng L2/L3 ay isang problema pa rin, isang paulit-ulit na paksa ng talakayan dahil sa kasalimuotan ng iba't ibang salik na kasangkot sa panghuling spectrum41.
Bukod sa spectral discrimination ng mga 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 sa pamamagitan ng pag-uuri ng lahat ng XAS spectra na nakuha sa ibabaw ng sample gamit ang K-means clustering method. Ang mga edge profile na CrL ay itinakda sa paraang bumuo ng dalawang optimal na kumpol na spatial na ipinamahagi sa mga hot-worked at cold-rolled na specimen na ipinapakita sa Mga Larawan 5. Malinaw na walang lokal na pagbabago sa istruktura ang naobserbahan, dahil ang dalawang centroid ng XAS Cr spectra ay halos magkapareho. Ang mga spectral na hugis na ito ng dalawang kumpol ay halos magkapareho sa mga katumbas ng Cr2O342, na nangangahulugang ang mga Cr2O3 layer ay medyo pantay na ipinamamahagi sa SDSS.
isang kumpol ng mga rehiyon ng K-means na L-edge Cr, b na katumbas na XAS centroids. Mga resulta ng paghahambing ng K-means na X-PEEM ng cold-rolled SDSS: c mga kumpol ng mga rehiyon ng K-means na gilid ng Cr L2,3 at d na katumbas na XAS centroids.
Upang ilarawan ang isang mas kumplikadong mapa ng gilid ng FeL, apat at limang na-optimize na kumpol at ang kanilang mga kaugnay na centroid (spectral distributions) ang ginagamit para sa mga hot-worked at cold-rolled specimens, ayon sa pagkakabanggit. Samakatuwid, ang porsyento (%) ng Fe2+ at Fe3+ ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagsasaayos ng 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 \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm { Fe}^{2 + (3 + )}\), na 0.440 at 0.036 V, ayon sa pagkakabanggit. Ang mga lugar na may mas mababang potensyal ay may mas mataas na nilalaman ng mga compound na Fe3+. Ang distribusyon ng potensyal sa isang sample na may thermally deformed ay may layered na katangian na may pinakamataas 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 pagbabago na nauugnay sa posisyon ang naobserbahan sa pinagbabatayang lamellar interior (Fig. 6b). Sa kabaligtaran, para sa kumbinasyon ng iba't ibang mga 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 bahagi ng kalawang sa bakal at natatagusan ng oxygen at tubig50. Sa kasong ito, makikita na ang mga isla na mayaman sa Fe3+ ay lokal na ipinamamahagi at maaaring ituring na mga lugar ng kalawang. Sa kasong ito, ang gradient sa potential field, sa halip na ang absolute value ng potential, ay maaaring ituring bilang isang tagapagpahiwatig para sa lokalisasyon ng mga aktibong rehiyon ng kalawang51. Ang hindi homogenous na distribusyon ng Fe2+ at Fe3+ sa ibabaw ng cold rolled SDSS ay maaaring magbago sa mga lokal na kemikal na katangian at magbigay ng mas epektibong surface area sa oxide film cracking at mga reaksyon ng kalawang, sa gayon ay pinapayagan ang pinagbabatayan na metal matrix na patuloy na kalawangin, na nagreresulta sa panloob na hindi homogenousidad. at bawasan ang mga proteksiyon na katangian ng passivating layer.
Mga K-mean cluster ng Fe L2,3 edge regions at kaukulang XAS centroids para sa a–c hot-worked X-PEEM at d–f cold-rolled SDSS. a, d K-means cluster plot na nakapatong sa X-PEEM image. Ang tinantyang pseudoelectrode potentials (epseudo) ay binanggit kasama ng mga K-means cluster diagram. Ang liwanag ng isang X-PEEM image tulad ng kulay sa Fig. 2 ay direktang proporsyonal sa intensity ng pagsipsip ng X-ray.
Ang medyo pare-parehong Cr ngunit magkaiba ang kemikal na estado ng Fe ay humahantong sa magkaibang pinagmulan ng pagbibitak ng oxide film at mga pattern ng kalawang sa hot-rolled at cold-rolled na Ce-2507. Kilalang-kilala ang katangiang ito ng cold-rolled na Ce-2507. Tungkol sa pagbuo ng mga oxide at hydroxide ng Fe sa hangin sa atmospera, ang mga sumusunod na reaksyon ay tinatalakay sa gawaing ito bilang mga neutral na reaksyon:
Batay sa pagsukat ng X-PEEM, ang reaksyon sa itaas ay naganap sa mga sumusunod na kaso. Ang isang maliit na balikat na katumbas ng Fe0 ay nauugnay sa nakapailalim na metallic iron. Ang reaksyon ng metallic Fe sa kapaligiran ay humahantong sa pagbuo ng isang Fe(OH)2 layer (equation (5)), na nagpapalakas ng Fe2+ signal sa XAS ng L edge ng Fe. Ang matagalang pagkakalantad sa hangin ay magreresulta sa pagbuo ng Fe3O4 at/o Fe2O3 oxides pagkatapos ng Fe(OH)252,53. Dalawang uri ng stable Fe, ang Fe3O4 at Fe2O3, ay maaari ring mabuo sa isang Cr3+ rich protective layer, kung saan mas gusto ng Fe3O4 ang isang pare-pareho at cohesive na istraktura. Ang pagkakaroon ng pareho ay nagreresulta sa mixed oxidation states (XAS-1 spectrum). Ang XAS-2 spectrum ay pangunahing tumutugma sa Fe3O4. Samantalang ang XAS-3 spectra na naobserbahan sa ilang posisyon ay nagpapahiwatig ng kumpletong conversion sa γ-Fe2O3. Dahil ang mga hindi pa nababalot na X-ray ay may lalim na penetrasyon na humigit-kumulang 50 nm, ang signal mula sa pinagbabatayang layer ay nagreresulta sa mas mataas na intensidad ng A peak.
Ipinapakita ng XRD spectrum na ang Fe component sa oxide film ay may layered structure, na pinagsama sa Cr oxide layer. Kabaligtaran ng passivation characteristic ng corrosion dahil sa local inhomogeneity ng Cr2O317, sa kabila ng pare-parehong layer ng Cr2O3 sa pag-aaral na ito, mababa ang corrosion resistance na naobserbahan sa kasong ito, lalo na para sa mga cold-rolled sample. Ang naobserbahang pag-uugali ay maaaring maunawaan bilang ang heterogeneity ng chemical oxidation state ng top layer (Fe) na nakakaapekto sa corrosion performance. Ang mabagal na paglipat ng metal o oxygen ions sa lattice dahil sa parehong stoichiometry ng upper (Fe oxide) at lower layers (Cr oxide)52,53 ay humahantong sa mas mahusay na interaksyon (adhesion) sa pagitan nila. Ito naman, ay nagpapabuti sa corrosion resistance. Samakatuwid, ang continuous stoichiometry, ibig sabihin, isang oxidation state ng Fe, ay mas mainam kaysa sa biglaang stoichiometric changes. Ang thermally deformed SDSS ay may mas pare-parehong surface at mas siksik na protective layer, na nagbibigay ng mas mahusay na corrosion resistance. Gayunpaman, para sa cold-rolled SDSS, ang presensya ng mga islang mayaman sa Fe3+ sa ilalim ng protective layer ay sumisira sa integridad ng ibabaw at nagdudulot ng galvanic corrosion ng kalapit na substrate, na humahantong sa pagbaba ng Rp (Talahanayan 1) sa EIS spectra at sa resistensya nito sa corrosion. Samakatuwid, ang mga lokal na ipinamahaging isla na mayaman sa Fe3+ dahil sa plastic deformation ay pangunahing nakakaimpluwensya sa performance ng resistensya sa corrosion, na isang malaking tagumpay sa gawaing ito. Samakatuwid, ang pag-aaral na ito ay nagpapakita ng mga spectromicrograph ng pagbawas sa resistensya sa corrosion dahil sa plastic deformation ng mga pinag-aralang sample ng SDSS.
Bukod pa rito, bagama't mas mahusay ang pagganap ng rare earth alloying sa dual phase steels, ang interaksyon ng idinagdag na elementong ito sa indibidwal na steel matrix sa mga tuntunin ng pag-uugali ng corrosion ay nananatiling mahirap makuha batay sa mga obserbasyon ng spectroscopic microscopy. Ang Ce signal (sa kahabaan ng XAS M-edge) ay lumilitaw lamang sa ilang posisyon habang cold rolling, ngunit nawawala habang mainit na deformation ng SDSS, na nagpapahiwatig ng lokal na deposition ng Ce sa steel matrix sa halip na homogenous alloying. Bagama't hindi napabuti ang mga mekanikal na katangian ng SDSS6,7, ang presensya ng REE ay binabawasan ang laki ng mga inclusion at pinaniniwalaang pinipigilan ang pitting sa pinagmulan54.
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 sa kemikal na nilalaman ng mga nanoscale na bahagi. Sinagot namin ang tanong kung bakit kinakalawang ang hindi kinakalawang na bakal kahit na binalutan ng isang proteksiyon na oxide layer sa pamamagitan ng quantitative na pag-aaral ng microstructure, kemikal na estado ng mga katangian ng ibabaw at signal processing gamit ang K-means clustering. Napatunayan na ang mga islang mayaman sa Fe3+, kabilang ang kanilang octahedral at tetrahedral na koordinasyon sa buong istraktura ng pinaghalong Fe2+/Fe3+, ay isang pinagmumulan ng pagkasira ng oxide film at isang pinagmumulan ng kalawang ng cold-rolled 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 na nagawa sa pagtukoy ng epekto ng nanoscale chemical heterogeneity sa kalawang, ang kasalukuyang gawain 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 mga Ce-2507 SDSS ingot na ginamit sa pag-aaral na ito, ang mga pinaghalong bahagi, kabilang ang Fe-Ce master alloy na tinatakan ng mga purong tubo ng bakal, ay tinunaw sa isang 150 kg na medium frequency induction furnace upang makagawa ng tinunaw na bakal at ibinuhos sa mga hulmahan. Ang nasukat na kemikal na komposisyon (wt%) ay nakalista sa Supplementary Table 2. Ang ingot ay unang iniinit at hinuhubog upang maging mga bloke. Pagkatapos, ang bakal ay ini-anneal sa 1050°C sa loob ng 60 minuto hanggang sa maging 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.
Iproseso ang mga cylindrical sample (φ10 mm × 15 mm) para sa hot pressing kung saan ang axis ng cylinder ay parallel sa direksyon ng deformation ng bloke. Ang high-temperature compression ay isinagawa sa isang constant strain rate sa hanay na 0.01-10 s-1 sa iba't ibang temperatura sa hanay na 1000-1150°C gamit ang isang Gleeble-3800 thermal simulator. Bago ang deformation, ang mga sample ay pinainit sa napiling temperatura sa rate na 10 °C s-1 sa loob ng 2 minuto upang maalis ang temperature gradient. Matapos makamit ang temperature uniformity, ang mga sample ay deformed sa isang true strain value na 0.7. Pagkatapos ng deformation, agad itong pinapatay gamit ang tubig upang mapanatili ang deformed na istraktura. Pagkatapos, ang mga pinatigas na specimen ay pinutol parallel sa direksyon ng compression. Para sa partikular na pag-aaral na ito, pumili kami ng isang specimen na thermally deformed sa 1050°C, 10 s-1 dahil sa mas mataas na naobserbahang microhardness kaysa sa iba pang mga specimen7.
Ang mga bulk (80 × 10 × 17 mm3) na sample ng Ce-2507 solid solution ay sinubukan sa isang three-phase asynchronous two-roll deformation machine na LG-300, na nagbigay ng pinakamahusay na mekanikal na katangian sa lahat ng iba pang klase ng deformation6. Ang strain rate at pagbawas ng kapal ay 0.2 m·s-1 at 5% para sa bawat path, ayon sa pagkakabanggit.
Isang Autolab PGSTAT128N electrochemical workstation ang ginamit upang sukatin ang SDSS sa pamamagitan ng electrochemical na pamamaraan pagkatapos ng cold rolling hanggang sa 90% na pagbawas ng kapal (1.0 equivalent true strain) at hot pressing hanggang sa 0.7 true strain sa 1050 oC at 10 s-1. 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 ibinolder ang mga copper wire sa mga gilid. Pagkatapos, ang sample ay binuhusan ng epoxy resin, na nag-iiwan ng working open area na 1 cm2 bilang working electrode (ang ibabang bahagi ng cylindrical sample). Mag-ingat sa pagpapatigas ng epoxy at sa kasunod na pagliha at pagpapakintab upang maiwasan ang pagbitak. Ang working surface ay nilagyan at pinakintab ng diamond polishing suspension na may particle size na 1 micron, nililinis gamit ang distilled water at ethanol at pinatuyo sa malamig na hangin. Bago ang mga electrochemical measurement, 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 gamit ang HCl sa pH = 1.0 ± 0.01, ang ginamit upang mapabilis ang kalawang ng hindi kinakalawang na asero55, dahil matatagpuan ito sa mga agresibong kapaligiran kung saan mayroong mga chloride ion na may malakas na oxidizing power at mababang pH gaya ng tinukoy ng ASTM. Ang mga iminungkahing pamantayan ay G48 at A923. Ang mga sample ay inilubog sa test solution sa loob ng 1 oras bago gawin ang anumang pagsukat upang maabot ang isang estado na malapit sa stationary. Para sa solid solution, hot-worked at cold-rolled specimens, ang impedance measurement frequency range ay 1 × 105 ~ 0.1 Hz, at ang open-circuit potential (OPS) ay 5 mV, na 0.39, 0.33, at 0.25 VSCE, ayon sa pagkakabanggit. Ang bawat electrochemical test ng anumang sample ay inulit nang hindi bababa sa tatlong beses sa ilalim ng parehong mga kondisyon upang matiyak ang reproducibility ng data.
Para sa mga sukat ng HE-SXRD, 1 × 1 × 1.5 mm3 na parihabang duplex steel blocks ang sinukat sa isang high-energy Brockhouse wiggler line sa CLS, Canada upang mabilang ang komposisyon ng phase56. Isinagawa ang pagkolekta ng datos sa temperatura ng silid sa Debye-Scherrer geometry o transport geometry. Ang wavelength ng mga X-ray na naka-calibrate sa LaB6 calibrant 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 inilalagay 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 bawat isa sa mga datos na ito ay kinolekta gamit ang isang Perkin Elmer area detector, flat panel X-ray detector, 200 µm pixels, 40 × 40 cm2, na may exposure time na 0.3 segundo at 120 frames.
Isinagawa ang mga sukat ng X-PEEM ng dalawang piling sistema ng modelo sa istasyon ng PEEM end ng linya ng Beamline MAXPEEM 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 ay nakukuha sa pamamagitan ng pagsukat ng ion output spectrum mula N1s hanggang 1\(\pi_g^ \ast\) ng rehiyon ng excitation na may hv = 401 eV sa N2 at ang pagdepende ng enerhiya ng photon sa E3/2.57. Ang spectral fit ay nagbigay ng ΔE (spectral linewidth) ~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 通过使甿0.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C。因此 ， 光束线 能量 分辨率 为 为 为 为 δe = 700 EV/0.3 EV> 2000 和 ≈1012 PH/S 通过 0单色器 和 SI 1200 线 mm-1 光栅 于 Fe 2P 2P 2P L2.3 边缘、Cr 2p L2.3 边缘、Ni 2p L2.3 边羘缘、Cr 2p L2.3 边缘、Ni 2p L2.3 边繘缘。Kaya, kapag gumagamit ng binagong SX-700 monochromator at isang 1200 line Si grating. 3, Cr edge 2p L2.3, Ni edge 2p L2.3 at Ce edge M4.5.Palawakin ang enerhiya ng photon sa mga hakbang na 0.2 eV. Sa bawat enerhiya, ang mga imahe ng PEEM ay naitala gamit ang isang TVIPS F-216 CMOS detector na may 2 x 2 binning fiber optic connection na nagbibigay ng 1024 × 1024 pixels sa isang 20 µm field of view. Ang oras ng pagkakalantad ng mga imahe ay 0.2 segundo, na may average na 16 na frame. Ang enerhiya ng imahe ng photoelectron ay pinipili sa paraang makapagbigay ng pinakamataas na secondary electron signal. Ang lahat ng mga sukat ay isinasagawa sa normal na insidente ng isang linearly polarized photon beam. Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa mga sukat, tingnan ang isang nakaraang pag-aaral. Matapos pag-aralan ang total electron yield (TEY)59 detection mode at ang aplikasyon nito sa X-PEEM, ang detection depth ng pamamaraang ito ay tinatantya sa ~4–5 nm para sa Cr signal at ~6 nm para sa Fe signal. 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 ng oxide film. Ang XAS na nakolekta malapit sa gilid ng Fe₂L ay pinaghalong iron oxide XAS at Fe₂O₃ mula sa matrix. Sa unang kaso, ang intensity ng mga inilalabas na electron ay dahil sa lahat ng posibleng uri ng electron na nag-aambag sa TEY. Gayunpaman, ang isang purong iron signal ay nangangailangan ng mas mataas na kinetic energy para makadaan ang mga electron sa oxide layer, makarating sa ibabaw, at makolekta ng analyzer. Sa kasong ito, ang Fe₂ signal ay pangunahing dahil sa mga LVV Auger electron at mga pangalawang electron na inilalabas ng mga ito. Bukod pa rito, ang intensity ng TEY na iniambag ng mga electron na ito ay nabubulok habang nasa electron escape path49 na lalong nagpapababa sa spectral signature ng Fe₂ sa iron XAS map.
Ang pagsasama ng data mining sa mga 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 paraan. Ang K-means clustering ay malawakang ginagamit sa ilang mga lugar, kabilang ang machine vision, image processing, unsupervised pattern recognition, artificial intelligence, at classificatory analysis24. Halimbawa, ang K-means clustering ay mahusay na inilalapat sa clustering ng hyperspectral image data62. Sa prinsipyo, para sa multi-object data, ang K-means algorithm ay madaling maipangkat ang mga ito ayon sa impormasyon tungkol sa kanilang mga katangian (photon energy characteristics). 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 steel microstructural composition. Ang K-means algorithm ay binubuo ng dalawang hakbang: ang unang hakbang ay kinakalkula ang K centroids, at ang pangalawang hakbang ay nagtatalaga ng bawat punto sa isang 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 spectra) ng kumpol na iyon. Mayroong iba't ibang distansya upang tukuyin ang mga kalapit na centroid bilang mga distansyang Euclidean. Para sa isang input na imahe na px,y (ang x at y ay 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 antas ng 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 huling resulta ng kalidad ng kumpol ay lubos na nauugnay sa pinakamainam na pagpili ng mga paunang centroid63. 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 energy spectral mode ng mga photon. Ginamit ang K-means algorithm 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 katangian ng spectral at pagkuha ng pinakamahusay na centroid (XAS spectral curve) para sa bawat analyte (kumpol). Ginagamit ito upang pag-aralan ang spatial distribution, mga lokal na pagbabago sa spectral, pag-uugali ng oksihenasyon at estado ng kemikal. Halimbawa, ang K-means clustering algorithm ay ginamit para sa mga rehiyon ng FeL-edge at Cr-L-edge sa hot-worked at cold-rolled X-PEEM. Sinubukan ang iba't ibang bilang ng mga K-cluster (mga rehiyong microstructural) upang mahanap ang pinakamahusay na mga cluster at centroid. Kapag ipinakita ang graph, ang mga pixel ay muling itinatalaga sa tamang mga centroid ng cluster. 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 mula sa kani-kanilang awtor ng WC kapag may makatwirang kahilingan.
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.proyekto. fractal. fur. 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. 双相不锈钢在选定有机酸和有机酸/氯化物环境中的耐。 Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. 双相stainless steel在特定organic酸和Organic酸/chlorinated na kapaligiran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 kapaligirang may ilang organic acid at organic acid/chloride.kontra-kaagnasan. Method Mater 57, 107–117 (2010).
Barella S. et al. Mga katangian ng pag-oxidize ng mga Fe-Al-Mn-C duplex alloys sa corrosion. 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. E3S webinar. 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. 2507 级双相不锈钢的热变形行为研究。 Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507Kingklang, S. at Utaisansuk, V. Imbestigasyon sa Pag-uugali ng Mainit na Depormasyon ng Type 2507 Duplex Stainless Steel. Metal.alma mater. kawalan ng ulirat. A 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. proyekto. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. et al. Istruktura at mekanikal na katangiang dulot ng mainit na depormasyon 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.kalawang. ang agham. 164, 108359 (2020).