Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS. Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Nagpapakita ng carousel ng tatlong slide nang sabay-sabay. Gamitin ang Nakaraang at Susunod na mga pindutan upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon, o gamitin ang mga pindutan ng slider sa dulo upang lumipat sa tatlong mga slide sa isang pagkakataon.
Ang malawakang ginagamit na hindi kinakalawang na asero at ang mga wrought na bersyon nito ay lumalaban sa kaagnasan sa mga kondisyon ng kapaligiran dahil sa passivation layer na binubuo ng chromium oxide. Ang kaagnasan at pagguho ng bakal ay kadalasang nauugnay sa pagkasira ng mga layer na ito, ngunit bihira sa hitsura ng mga inhomogeneities sa ibabaw, depende sa antas ng mikroskopiko. Sa gawaing ito, ang nanoscale chemical surface heterogeneity, na nakita 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 mainit na pagpapapangit nito. Bagaman ang X-ray photoelectron microscopy ay nagpakita ng medyo pare-parehong saklaw ng natural na Cr2O3 layer, ang pagganap ng passivation ng cold rolled SDSS ay hindi maganda dahil sa lokal na pamamahagi ng Fe3+ rich nanoislands sa Fe/Cr oxide layer. Ang kaalaman sa atomic scale na ito ay nagbibigay ng malalim na pag-unawa sa stainless steel corrosion at inaasahang makakatulong sa paglaban sa corrosion ng mga katulad na high-alloy na metal.
Mula nang maimbento ang hindi kinakalawang na asero, ang mga katangian ng anti-corrosion ng ferrochrome ay naiugnay sa chromium, na bumubuo ng malalakas na oxides/oxyhydroxides at nagpapakita ng isang passive na pag-uugali sa karamihan ng mga kapaligiran. Kung ikukumpara sa conventional (austenitic at ferritic) stainless steels 1, 2, 3, super duplex stainless steels (SDSS) ay may mas mahusay na corrosion resistance at mahusay na mekanikal na katangian. Ang pinataas na lakas ng makina ay nagbibigay-daan para sa mas magaan at mas compact na mga disenyo. Sa kabaligtaran, ang matipid na SDSS ay may mataas na pagtutol sa pitting at crevice corrosion, na nagreresulta sa mas mahabang buhay ng serbisyo, at sa gayon ay pinalawak 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 pagbabago ng Ce ay ipinakilala sa SDSS 2507 (Ce-2507) na may mataas na nilalaman ng nitrogen6,7,8. Ang rare earth element (Ce) sa isang naaangkop na konsentrasyon na 0.08 wt.% 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. Ang wear at corrosion resistance, tensile strength at yield strength, at hot workability ay napabuti din9. Maaaring palitan ng malalaking halaga ng nitrogen ang mamahaling nilalaman ng nickel, na ginagawang mas epektibo ang SDSS10.
Kamakailan, ang SDSS ay na-plastic na deformed sa iba't ibang temperatura (cryogenic, malamig at mainit) upang makamit ang mahusay na mekanikal na mga katangian6,7,8. Gayunpaman, ang mahusay na resistensya ng kaagnasan ng SDSS dahil sa pagkakaroon ng isang manipis na oxide film sa ibabaw ay apektado ng maraming mga kadahilanan tulad ng likas na heterogeneity dahil sa pagkakaroon ng mga heterogenous phase na may iba't ibang mga hangganan ng butil, hindi ginustong precipitates at iba't ibang tugon. pagpapapangit ng austenitic at ferritic phase7. Samakatuwid, ang pag-aaral ng mga katangian ng mikroskopikong domain ng naturang mga pelikula hanggang sa antas ng elektronikong istraktura ay nagiging mahalaga para sa pag-unawa sa kaagnasan ng SDSS at nangangailangan ng mga kumplikadong pamamaraan ng eksperimentong. Sa ngayon, ang mga pamamaraang sensitibo sa ibabaw tulad ng Auger electron spectroscopy11 at X-ray photoelectron spectroscopy12,13,14,15 at hard X-ray photoemission microscopy (HAX-PEEM)16 ay karaniwang nabigo upang makita ang mga pagkakaiba ng kemikal sa mga layer sa ibabaw. kemikal na estado ng parehong elemento sa iba't ibang lugar ng nanoscale space. Ang ilang mga kamakailang pag-aaral ay may kaugnayan sa naisalokal na oksihenasyon ng chromium sa naobserbahang pag-uugali ng kaagnasan ng austenitic stainless steels17, martensitic steels18 at SDSS19,20. Gayunpaman, ang mga pag-aaral na ito ay pangunahing nakatuon sa epekto ng Cr heterogeneity (hal., Cr3+ oxidation state) sa corrosion resistance. Ang lateral heterogeneity sa mga estado ng oksihenasyon ng mga elemento ay maaaring sanhi ng iba't ibang mga compound na may parehong mga sangkap na bumubuo, tulad ng mga iron oxide. Ang mga compound na ito, na nagmana ng maliit na sukat bilang resulta ng thermomechanical na paggamot, ay malapit sa isa't isa, ngunit naiiba sa komposisyon at estado ng oksihenasyon16,21. Samakatuwid, upang makita ang pag-crack ng mga oxide film at kasunod na pitting, kinakailangan na maunawaan ang heterogeneity ng ibabaw sa antas ng mikroskopiko. Sa kabila ng mga kinakailangang ito, ang dami ng mga pagtatantya tulad ng lateral heterogeneity sa oksihenasyon, lalo na para sa Fe sa nano- at atomic scale, ay kulang pa rin, at ang ugnayan nito sa resistensya ng kaagnasan ay nananatiling hindi ginalugad. Hanggang kamakailan lamang, ang estado ng kemikal ng iba't ibang elemento, tulad ng Fe at Ca22, sa mga sample ng bakal ay quantitatively characterized gamit ang soft X-ray photoelectron microscopy (X-PEEM) sa nanoscale synchrotron radiation facility. Pinagsama sa chemically sensitive X-ray absorption spectroscopy (XAS), pinapagana ng X-PEEM ang mga pagsukat ng XAS na may mataas na spatial at spectral na resolution, na nagbibigay ng kemikal na impormasyon tungkol sa komposisyon ng mga elemento at ang kanilang kemikal na estado na may spatial na resolusyon hanggang dalawampu't tatlong nanometer na sukat. . Ang spectromicroscopic na obserbasyon ng simula ay nagpapadali sa mga lokal na obserbasyon ng kemikal at maaaring magpakita ng mga pagbabago sa kemikal sa espasyo ng bakal na layer na hindi pa naimbestigahan dati.
Ang pag-aaral na ito ay nagpapalawak ng mga pakinabang ng PEEM sa pag-detect ng mga pagkakaiba ng kemikal sa nanoscale at nagpapakita ng isang insightful na paraan ng pagsusuri sa ibabaw ng antas ng atomic para sa pag-unawa sa pag-uugali ng kaagnasan ng Ce-2507. Gumagamit ito ng clustered K-means24 chemometric approach upang i-map ang global chemical (hetero)homogeneity ng mga elementong kasangkot, na ang mga kemikal na estado ay ipinakita sa isang istatistikal na representasyon. Sa kaibahan sa kaagnasan na pinasimulan ng pagkasira ng chromium oxide film sa tradisyunal na kaso, ang mas kaunting passivation at mas mababang resistensya ng kaagnasan ay kasalukuyang iniuugnay sa naisalokal na Fe3+ rich nanoislands malapit sa Fe/Cr oxide layer, na maaaring mga proteksiyon na katangian. Sinisira ng oksido ang may tuldok na pelikula at nagiging sanhi ng kaagnasan.
Ang kinakaing unti-unting pag-uugali ng deformed SDSS 2507 ay unang nasuri gamit ang mga pagsukat ng electrochemical. Sa fig. Ipinapakita ng Figure 1 ang Nyquist at Bode curves para sa mga napiling sample sa isang acidic (pH = 1) aqueous solution ng FeCl3 sa room temperature. Ang napiling electrolyte ay kumikilos bilang isang malakas na ahente ng oxidizing, na nagpapakilala sa pagkahilig ng film ng passivation na masira. Kahit na ang materyal ay hindi sumailalim sa matatag na pitting sa temperatura ng silid, ang pagsusuri ay nagbigay ng pananaw sa mga posibleng kaganapan sa pagkabigo at kasunod na kaagnasan. Ang katumbas na circuit (Fig. 1d) ay ginamit upang magkasya ang electrochemical impedance spectroscopy (EIS) spectrum, at ang kaukulang resulta ng fitting ay ipinapakita sa Talahanayan 1. Ang mga hindi kumpletong kalahating bilog ay lumilitaw sa solusyon-treated at hot-worked specimens, habang ang compressed semicircles ay lumilitaw sa cold-rolled counterparts (Fig. 1b). Sa EIS spectroscopy, ang radius ng kalahating bilog ay maaaring ituring bilang ang polarization resistance (Rp)25,26. Ang Rp ng solution-treated runway sa Talahanayan 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 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 diagram, at d katumbas na mga modelo ng 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 ginamit upang imodelo ang non-ideal na capacitance (n). Ang mga pagsukat ng EIS ay ginawa sa potensyal na bukas na circuit.
Ang sabay-sabay na mga constant ay ipinapakita sa Bode plot, na may isang talampas sa hanay ng mataas na dalas na kumakatawan sa electrolyte resistance RS26. Habang bumababa ang dalas, tumataas ang impedance at may nakitang anggulo ng negatibong bahagi, na nagpapahiwatig ng dominasyon ng kapasidad. Ang anggulo ng phase ay tumataas, pinapanatili ang isang maximum sa isang medyo malawak na saklaw ng dalas, at pagkatapos ay bumababa (Larawan 1c). Gayunpaman, sa lahat ng tatlong kaso, ang maximum na ito ay mas mababa pa sa 90°, na nagpapahiwatig ng hindi perpektong capacitive na pag-uugali dahil sa capacitive dispersion. Kaya, ang QCPE constant phase element (CPE) ay ginagamit upang kumatawan sa interfacial capacitance distributions na nagmumula sa pagkamagaspang o inhomogeneity sa ibabaw, lalo na sa atomic scale, fractal geometry, electrode porosity, non-uniform potential, at geometry na may hugis ng electrodes31,32. CPE impedance:
kung saan ang j ay ang haka-haka na numero at ω ay ang angular frequency. Ang QCPE ay isang frequency independent constant na proporsyonal sa epektibong bukas na lugar ng electrolyte. n ay isang walang sukat na numero ng kapangyarihan na naglalarawan ng paglihis ng isang kapasitor mula sa ideal na kapasidad, ibig sabihin, mas malapit ang n sa 1, mas malapit ang CPE sa purong capacitive, habang kung ang n ay malapit sa zero, lumalabas itong resistive. Ang mga maliliit na deviation ng n, malapit sa 1, ay nagpapahiwatig ng di-ideal na capacitive na pag-uugali ng ibabaw pagkatapos ng mga pagsubok sa polariseysyon. Ang QCPE ng cold rolled SDSS ay mas mataas kaysa sa mga katapat nito, ibig sabihin ay hindi gaanong pare-pareho ang kalidad ng ibabaw.
Alinsunod sa karamihan sa mga katangian ng paglaban sa kaagnasan ng mga hindi kinakalawang na asero, ang medyo mataas na nilalaman ng Cr ng SDSS sa pangkalahatan ay nagreresulta sa mahusay na resistensya ng kaagnasan ng SDSS dahil sa pagkakaroon ng isang passivating protective oxide film sa ibabaw17. Ang ganitong mga passivating film ay karaniwang mayaman sa Cr3+ oxides at/o hydroxides, pangunahin sa kumbinasyon ng Fe2+, Fe3+ oxides at/o (oxy)hydroxides33. Sa kabila ng parehong pagkakapareho sa ibabaw, passivating oxide layer, at walang naobserbahang pag-crack sa ibabaw ayon sa microscopic measurements6,7, ang pag-uugali ng kaagnasan ng hot-worked at cold-rolled SDSS ay naiiba, kaya ang isang malalim na pag-aaral ng mga microstructural na katangian ay kinakailangan para sa pagpapapangit ng bakal.
Ang microstructure ng deformed stainless steel ay dami na pinag-aralan gamit ang intrinsic at synchrotron high-energy X-ray (Mga Karagdagang Larawan 1, 2). Ang isang detalyadong pagsusuri ay ibinigay sa Karagdagang Impormasyon. Bagama't mayroong pangkalahatang pinagkasunduan sa uri ng pangunahing yugto, natagpuan ang mga pagkakaiba sa mga bulk phase fraction, na nakalista sa Karagdagang Talahanayan 1. Ang mga pagkakaibang ito ay maaaring dahil sa hindi magkakatulad na mga bahagi ng bahagi sa ibabaw at sa volume, na apektado ng iba't ibang lalim ng pagtuklas ng X-ray diffraction (XRD). ) na may iba't ibang pinagkukunan ng enerhiya ng mga photon ng insidente34. Ang medyo mataas na austenite fraction sa mga cold rolled specimen na tinutukoy ng XRD mula sa isang 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 kabaligtaran na mga trend sa mga phase fraction. Bilang karagdagan, ang resistensya ng kaagnasan ng bakal ay nakasalalay din sa antas ng pagpipino ng butil, pagbabawas ng laki ng butil, pagtaas ng mga microdeformation at dislocation density na nagaganap sa panahon ng thermomechanical treatment36,37,38. Ang mga hot-worked specimens ay nagpakita ng mas butil na katangian, na nagpapahiwatig ng micron-sized na butil, habang ang makinis na mga singsing na naobserbahan sa mga cold-rolled na specimen (Karagdagang Fig. 3) ay nagpapahiwatig ng makabuluhang pagpipino ng butil sa nanosize sa nakaraang gawain. Dapat itong pabor sa passive na pelikula. pagbuo at pagtaas ng resistensya ng kaagnasan. Ang mas mataas na densidad ng dislokasyon ay kadalasang nauugnay sa mas mababang pagtutol sa pitting, na sumasang-ayon nang mabuti sa mga pagsukat ng electrochemical.
Ang mga pagbabago sa estado ng kemikal ng mga microdomain ng mga pangunahing elemento ay sistematikong pinag-aralan gamit ang X-PEEM. Bagaman mayroong higit pang mga elemento ng alloying, ang Cr, Fe, Ni at Ce39 ay pinili dito, dahil ang Cr ay ang pangunahing elemento para sa pagbuo ng passive film, ang Fe ay ang pangunahing elemento para sa bakal, at ang Ni ay nagpapahusay sa passivation at binabalanse ang ferrite-austenitic phase. Ang istraktura at pagbabago ay ang layunin ng Ce. Sa pamamagitan ng pag-tune ng synchrotron beam energy, 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. Ang naaangkop na pagsusuri ng data ay isinagawa sa pamamagitan ng pagsasama ng pagkakalibrate ng enerhiya sa nai-publish na data (hal XAS sa Fe L2, 3 ribs40,41).
Sa fig. Ang Figure 2 ay nagpapakita ng X-PEEM na mga 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 minarkahang posisyon. Ang L2,3 XAS edge ay nag-e-explore sa mga unoccupied 3d states ng mga electron pagkatapos ng photoexcitation sa 2p3/2 (L3 edge) at 2p1/2 (L2 edge) na antas ng spin-orbit splitting. 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 A (578.3 eV), B (579.5 eV), C (580.4 eV), at D (582.2 eV) ang naobserbahan malapit sa gilid ng L3, na sumasalamin sa octahedral Cr3+ ions, katumbas ng Cr2O3. Ang pang-eksperimentong spectra ay sumasang-ayon sa mga teoretikal na kalkulasyon, tulad ng ipinapakita sa mga panel b at e, na nakuha mula sa maramihang mga kalkulasyon ng patlang ng kristal sa interface ng Cr L2.3 gamit ang isang kristal na patlang 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 hot-formed SDSS na tumutugma sa gilid b Cr L2.3 at gilid c Fe L2.3, d Thermal na imahe X-PEEM ng cold-rolled SDSS na tumutugma sa 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 na imahe (a, d) ng mga orange na tuldok na linya sa (b) at (e) ay kumakatawan sa simulate na XAS spectra ng Cr3+ na may kristal na halaga ng field na 2.0 eV. Para sa mga larawang X-PEEM, ginagamit ang isang thermal palette upang pahusayin ang pagiging madaling mabasa ng larawan, kung saan ang mga kulay mula sa asul hanggang pula ay proporsyonal sa tindi ng pagsipsip ng X-ray (mula mababa hanggang mataas).
Anuman ang kemikal na kapaligiran ng mga metal na elementong ito, ang kemikal na estado ng mga pagdaragdag ng Ni at Ce alloying elemento para sa parehong mga sample ay nanatiling pareho. Karagdagang pagguhit. Sa fig. Ang 5-9 ay nagpapakita ng mga X-PEEM na imahe at kaukulang XAS spectra para sa Ni at Ce sa iba't ibang posisyon sa ibabaw ng mga hot-worked at cold-rolled na specimen. Ipinapakita ng Ni XAS ang estado ng oksihenasyon ng Ni2+ sa buong sinusukat na ibabaw ng mga hot-worked at cold-rolled specimens (Karagdagang Talakayan). Kapansin-pansin na sa kaso ng mga hot-worked specimens, ang XAS signal ng Ce ay hindi sinusunod, habang ang spectrum ng Ce3+ ng cold-rolled specimens ay sinusunod sa isang punto. Ang pagmamasid sa mga Ce spot sa mga cold-rolled na sample ay nagpakita na ang Ce ay pangunahing umiiral sa anyo ng mga precipitates.
Sa thermally deformed SDSS, walang lokal na pagbabago sa istruktura sa XAS ang naobserbahan sa gilid ng Fe L2.3 (Larawan 2c). Gayunpaman, tulad ng ipinapakita sa fig. 2f, ang Fe matrix ay microscopically na nagbabago sa estado ng kemikal nito sa pitong random na napiling mga 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 (Larawan 3 at Pandagdag na Larawan 10) kung saan napili ang mas maliliit na pabilog na rehiyon. Ang XAS spectra ng Fe L2,3 edge ng α-Fe2O3 system at Fe2+ octahedral oxides ay namodelo gamit ang multiplet crystal field calculations gamit ang crystal field na 1.0 (Fe2+) at 1.0 (Fe3+)44. Pansinin namin na ang α-Fe2O3 at γ-Fe2O3 ay may magkakaibang lokal na symmetries45,46, ang Fe3O4 ay may kumbinasyon ng parehong Fe2+ at Fe3+,47, at FeO45 bilang isang pormal na divalent na Fe2+ oxide (3d6). Pansinin namin na ang α-Fe2O3 at γ-Fe2O3 ay may magkakaibang lokal na symmetries45,46, ang Fe3O4 ay may kumbinasyon ng parehong Fe2+ at Fe3+,47, at FeO45 bilang isang pormal na divalent na Fe2+ oxide (3d6).Tandaan na ang α-Fe2O3 at γ-Fe2O3 ay may magkaibang lokal na symmetries45,46, pinagsasama ng Fe3O4 ang parehong Fe2+ at Fe3+,47 at FeO45 sa anyo ng pormal na divalent oxide Fe2+ (3d6).Tandaan na ang α-Fe2O3 at γ-Fe2O3 ay may magkaibang lokal na symmetries45,46, ang Fe3O4 ay may mga kumbinasyon ng Fe2+ at Fe3+,47 at ang FeO45 ay gumaganap bilang isang pormal na divalent na Fe2+ oxide (3d6). Ang lahat ng Fe3+ ions sa α-Fe2O3 ay mayroon lamang mga posisyon sa Oh, habang ang γ-Fe2O3 ay karaniwang ipinahayag bilang Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3] hal. O4 spinel na may mga bakante sa hal na mga posisyon. Samakatuwid, ang Fe3+ ions sa γ-Fe2O3 ay may parehong Td at Oh na posisyon. Gaya ng nabanggit sa naunang gawain, bagama't magkaiba ang mga ratio ng intensity ng dalawa, ang kanilang intensity ratio eg/t2g ay ≈1, habang sa kasong ito ang naobserbahang intensity ratio eg/t2g ay humigit-kumulang 1. Pinipigilan nito ang posibilidad na Fe3+ lamang ang naroroon sa kasong ito. Isinasaalang-alang ang kaso ng Fe3O4 na may mga kumbinasyon ng Fe2+ at Fe3+, alam na ang isang mas mahina (malakas) na unang tampok sa gilid ng L3 ng Fe ay nagpapahiwatig ng isang mas maliit (mas malaking) kawalan ng katao sa estado ng t2g. Nalalapat ito sa Fe2+ (Fe3+), na nagpapahiwatig ng pagtaas sa unang palatandaan na nagpapahiwatig ng pagtaas sa nilalaman ng Fe2+47. Ang mga resultang ito ay nagpapakita na ang Fe2+ at γ-Fe2O3, α-Fe2O3 at/o Fe3O4 ay nangingibabaw sa mga cold-rolled na ibabaw ng mga composite.
Pinalaki ang photoemission electron thermal na mga imahe ng (a, c) at (b, d) XAS spectra sa gilid ng Fe L2,3 sa iba't ibang spatial na posisyon sa loob ng mga napiling rehiyon 2 at E sa Fig. 2d.
Ang nakuhang pang-eksperimentong data (Larawan 4a at Karagdagang Larawan. 11) ay na-plot at inihambing sa mga purong compound 40, 41, 48. Karaniwan, tatlong magkakaibang uri ng naobserbahang eksperimentong Fe L-edge XAS spectra (XAS-1, XAS-2 at XAS-3: Fig. 4a) ay naobserbahan sa spatially different locations. Sa partikular, ang isang spectrum na katulad ng 2-a (na tinukoy bilang XAS-1) sa Fig. 3b ay naobserbahan sa buong rehiyon ng interes, na sinusundan ng isang 2-b spectrum (na may label na XAS-2), habang ang isang spectrum na katulad ng E-3 ay naobserbahan sa fig. 3d (tinukoy bilang XAS-3) ay naobserbahan sa ilang mga lokal na lokasyon. Karaniwan, apat na parameter ang ginagamit upang matukoy ang mga valence state na nasa sample ng probe: (1) L3 at L2 spectral features, (2) energy positions ng L3 at L2 features, (3) L3-L2 energy difference, (4) L2 intensity ratio /L3. Ayon sa mga visual na obserbasyon (Larawan 4a), lahat ng tatlong sangkap ng Fe, katulad ng Fe0, Fe2+, at Fe3+, ay nasa ibabaw ng pinag-aralan na SDSS. Ang kinakalkula na ratio ng intensity L2/L3 ay nagpahiwatig din ng pagkakaroon ng lahat ng tatlong bahagi.
a Naobserbahang magkakaibang tatlong pang-eksperimentong data (solid na linyang 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 kunwa na XAS Comparison spectra, octahedrons Fe2+, Fe3+, crystal field values ​​​​ng 1.0 eV– experimented data ayon sa pagkakabanggit, 5 eV at 1. (XAS-1, XAS-2, XAS-3) at katumbas na na-optimize na LCF data (solid black line), at paghahambing ng XAS-3 spectra sa Fe3O4 (mixed state of Fe) at Fe2O3 (pure Fe3+) na mga pamantayan.
Ang isang linear na kumbinasyon (LCF) na akma ng tatlong pamantayan40,41,48 ay ginamit upang mabilang ang komposisyon ng iron oxide. Ipinatupad ang LCF para sa tatlong napiling Fe L-edge XAS spectra na nagpapakita ng pinakamataas na contrast, katulad ng XAS-1, XAS-2 at XAS-3, tulad 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 naobserbahan namin sa lahat ng data at ang katunayan na ang ferrous metal ay ang pangunahing bahagi ng bakal. Sa katunayan, ang lalim ng pagsubok ng X-PEEM para sa Fe (~ 6 nm) 49 ay mas malaki kaysa sa tinantyang kapal ng layer ng oksihenasyon (medyo > 4 nm), na nagpapahintulot sa pagtuklas ng signal mula sa iron matrix (Fe0) sa ilalim ng passivation layer. Sa katunayan, ang lalim ng pagsubok ng X-PEEM para sa Fe (~ 6 nm) 49 ay mas malaki kaysa sa tinantyang kapal ng layer ng oksihenasyon (medyo > 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 probe X-PEEM depth para sa Fe (~ 6 nm) 49 ay mas malaki kaysa sa ipinapalagay na kapal ng layer ng oksihenasyon (medyo> 4 nm), na ginagawang posible na makita ang signal mula sa iron matrix (Fe0) sa ilalim ng passivation layer.Sa katunayan, nakita ng X-PEEM ang Fe (~6 nm)49 na mas malalim kaysa sa inaasahang kapal ng layer ng oxide (mahigit 4 nm lang), na nagbibigay-daan sa pagtuklas ng mga signal mula sa iron matrix (Fe0) sa ibaba ng passivation layer. Ang iba't ibang kumbinasyon ng Fe2+ at Fe3+ ay isinagawa upang mahanap ang pinakamahusay na posibleng solusyon para sa naobserbahang pang-eksperimentong data. Sa fig. Ipinapakita ng Figure 4b ang kumbinasyon ng Fe2+ at Fe3+ sa XAS-1 spectrum, kung saan ang mga proporsyon ng Fe2+ at Fe3+ ay malapit, mga 45%, na nagpapahiwatig ng mixed oxidation state 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 nilalaman ng Fe3+. Ang Fe2+ sa Fe3 ratio ng 1:2 ay nangangahulugan na ang Fe3O4 ay maaaring mabuo sa parehong ratio ng Fe ions. Bilang karagdagan, 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+ sa Fe3+. Tulad ng nabanggit sa itaas, ang Fe3+ ay maaaring magmula sa α-Fe2O3, γ-Fe2O3 o Fe3O4. Upang maunawaan ang malamang na pinagmulan ng Fe3+, ang XAS-3 spectra ay naka-plot kasama ng iba't ibang Fe3+ na pamantayan sa Fig. 4e na nagpapakita ng pagkakatulad sa lahat ng dalawang pamantayan kapag ang Peak B ay isinasaalang-alang. Gayunpaman, ang intensity ng balikat (A: mula sa Fe2+) at ang intensity ratio B/A ay nagpapahiwatig na ang spectrum ng XAS-3 ay malapit sa ngunit hindi katulad ng sa γ-Fe2O3. Kung ikukumpara sa bulk γ-Fe2O3, ang Fe 2p XAS intensity ng A SDSS peak ay bahagyang mas mataas (Fig. 4e), na nagpapahiwatig ng mas mataas na Fe2+ intensity. Kahit na ang spectrum ng XAS-3 ay katulad ng sa γ-Fe2O3, kung saan ang Fe3+ ay naroroon sa parehong mga posisyon ng Oh at Td, ang pagkakakilanlan ng iba't ibang mga estado ng valence at koordinasyon lamang sa pamamagitan ng L2,3 gilid o ang L2/L3 intensity ratio ay problema pa rin. paulit-ulit na paksa ng talakayan dahil sa pagiging kumplikado ng iba't ibang salik na kasangkot sa huling spectrum41.
Bilang karagdagan sa spectral na diskriminasyon ng mga kemikal na estado ng mga napiling rehiyon ng interes na inilarawan sa itaas, ang pandaigdigang kemikal na heterogeneity ng mga pangunahing elemento na Cr at Fe ay nasuri sa pamamagitan ng pag-uuri ng lahat ng XAS spectra na nakuha sa sample na ibabaw gamit ang K-means clustering method. Ang mga profile sa gilid na Cr L ay itinakda sa paraang makabuo ng dalawang pinakamainam na kumpol na spatial na ibinahagi sa mga ispesimen na pinainit ng init at malamig na pinagsama na ipinapakita sa Fig. 5. Malinaw na walang lokal na pagbabago sa istruktura ang naobserbahan, dahil halos magkapareho ang dalawang sentroid ng XAS Cr spectra. Ang mga parang multo na hugis ng dalawang kumpol ay halos magkapareho sa mga nauugnay sa Cr2O342, na nangangahulugang ang mga layer ng Cr2O3 ay medyo pantay na ipinamamahagi sa SDSS.
isang kumpol ng K-means L-edge Cr na mga rehiyon, b na katumbas na XAS centroids. Mga resulta ng K-means X-PEEM na paghahambing ng cold-rolled SDSS: c clusters ng K-means edge regions ng Cr L2,3 at d kaukulang XAS centroids.
Upang ilarawan ang isang mas kumplikadong FeL edge na mapa, apat at limang naka-optimize na kumpol at ang kanilang mga nauugnay na centroids (mga spectral na pamamahagi) ay ginagamit para sa mga hot-worked at cold-rolled na specimen, 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 potensyal na pseudoelectrode na Epseudo bilang isang function ng Fe0 ay ginamit upang ipakita ang microchemical inhomogeneity ng surface oxide film. Ang Epseudo ay halos tinatantya ng panuntunan ng paghahalo,
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 Fe3+ compound. Ang potensyal na pamamahagi sa isang thermally deformed sample ay may layered character na may pinakamataas na pagbabago na humigit-kumulang 0.119 V (Larawan 6a,b). Ang potensyal na pamamahagi na ito ay malapit na nauugnay sa topograpiya sa ibabaw (Larawan 6a). Walang ibang mga pagbabagong nauugnay sa posisyon ang naobserbahan sa pinagbabatayan na lamellar interior (Larawan 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, ang isang hindi pare-parehong katangian ng pseudopotential ay maaaring maobserbahan (Larawan 6c, d). Ang Fe3+ oxides at/o (oxy)hydroxides ay ang mga pangunahing bahagi ng kaagnasan 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 kaagnasan. Sa kasong ito, ang gradient sa potensyal na larangan, sa halip na ang ganap na halaga ng potensyal, ay maaaring isaalang-alang bilang isang tagapagpahiwatig para sa lokalisasyon ng mga aktibong rehiyon ng kaagnasan51. Ang inhomogeneous distribution na ito ng Fe2+ at Fe3+ sa ibabaw ng cold rolled SDSS ay maaaring magbago ng mga lokal na katangian ng kemikal at makapagbigay ng mas epektibong surface area sa oxide film cracking at corrosion reactions, at sa gayon ay pinapayagan ang pinagbabatayan na metal matrix na patuloy na mag-corrode, na nagreresulta sa internal inhomogeneity. at bawasan ang mga proteksiyon na katangian ng passivating layer.
K-mean na mga cluster ng Fe L2,3 edge region 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 naka-overlay sa X-PEEM na imahe. Ang mga tinantyang potensyal na pseudoelectrode (epseudo) ay binanggit kasama ng mga K-means cluster diagram. Ang liwanag ng isang X-PEEM na imahe tulad ng kulay sa Fig. 2 ay direktang proporsyonal sa intensity ng pagsipsip ng X-ray.
Ang medyo pare-parehong Cr ngunit magkaibang kemikal na estado ng Fe ay humahantong sa magkaibang pinagmulan ng oxide film cracking at corrosion pattern sa hot-rolled at cold-rolled Ce-2507. Ang pag-aari na ito ng cold rolled Ce-2507 ay kilala. Tungkol sa pagbuo ng mga oxide at hydroxides ng Fe sa hangin sa atmospera, ang mga sumusunod na reaksyon ay sarado 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 naaayon sa Fe0 ay nauugnay sa pinagbabatayan ng metal na bakal. Ang reaksyon ng metal na Fe sa kapaligiran ay humahantong sa pagbuo ng isang Fe(OH)2 layer (equation (5)), na nagpapalaki sa Fe2+ signal sa XAS ng L edge ng Fe. Ang matagal na pagkakalantad sa hangin ay magreresulta sa pagbuo ng Fe3O4 at/o Fe2O3 oxides pagkatapos ng Fe(OH)252,53. Dalawang uri ng stable na Fe, Fe3O4 at Fe2O3, ay maaari ding mabuo sa isang Cr3+ rich protective layer, kung saan mas gusto ng Fe3O4 ang isang uniporme at cohesive na istraktura. Ang pagkakaroon ng parehong mga resulta sa halo-halong estado ng oksihenasyon (XAS-1 spectrum). Ang XAS-2 spectrum ay pangunahing tumutugma sa Fe3O4. Samantalang ang XAS-3 spectra na naobserbahan sa ilang mga posisyon ay nagpahiwatig ng kumpletong conversion sa γ-Fe2O3. Dahil ang mga hindi nakabalot na X-ray ay may lalim ng pagtagos na humigit-kumulang 50 nm, ang signal mula sa pinagbabatayan na layer ay nagreresulta sa mas mataas na intensity ng A peak.
Ang XRD spectrum ay nagpapakita na ang Fe component sa oxide film ay may layered na istraktura, na pinagsama sa Cr oxide layer. Kabaligtaran sa katangian ng passivation ng corrosion dahil sa lokal na inhomogeneity ng Cr2O317, sa kabila ng pare-parehong layer ng Cr2O3 sa pag-aaral na ito, ang mababang resistensya ng kaagnasan ay naobserbahan sa kasong ito, lalo na para sa mga cold-rolled na sample. Ang naobserbahang gawi ay mauunawaan bilang ang heterogeneity ng chemical oxidation state ng top layer (Fe) na nakakaapekto sa corrosion performance. Ang mabagal na paglipat ng mga metal o oxygen ions sa sala-sala 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, sa turn, ay nagpapabuti sa resistensya ng kaagnasan. Samakatuwid, ang tuluy-tuloy na stoichiometry, ibig sabihin, isang estado ng oksihenasyon ng Fe, ay mas mainam sa mga biglaang pagbabago sa stoichiometric. Ang thermally deformed SDSS ay may mas pare-parehong ibabaw at mas siksik na proteksiyon na layer, na nagbibigay ng mas mahusay na corrosion resistance. Gayunpaman, para sa cold-rolled SDSS, ang pagkakaroon ng Fe3+-rich islands sa ilalim ng protective layer ay sumisira sa integridad ng surface at nagiging sanhi ng galvanic corrosion ng kalapit na substrate, na humahantong sa pagbaba ng Rp (Table 1) sa EIS spectra at ang corrosion nito. paglaban. Samakatuwid, ang mga lokal na ipinamamahaging isla na mayaman sa Fe3+ dahil sa plastic deformation ay pangunahing nakakaimpluwensya sa pagganap ng corrosion resistance, na isang pambihirang tagumpay sa gawaing ito. Samakatuwid, ang pag-aaral na ito ay nagpapakita ng mga spectromicrograph ng pagbawas sa resistensya ng kaagnasan dahil sa plastic deformation ng mga pinag-aralan na mga sample ng SDSS.
Higit pa rito, habang ang rare earth alloying sa dual phase steels ay gumaganap nang mas mahusay, ang interaksyon ng idinagdag na elemento na ito sa indibidwal na steel matrix sa mga tuntunin ng corrosion behavior ay nananatiling mailap batay sa spectroscopic microscopy observations. Ang signal ng Ce (kasama ang XAS M-edge) ay lumilitaw lamang sa ilang mga posisyon sa panahon ng malamig na pag-roll, ngunit nawawala sa panahon ng mainit na pagpapapangit ng SDSS, na nagpapahiwatig ng lokal na pag-deposito ng Ce sa steel matrix sa halip na homogenous na alloying. Bagaman ang mga mekanikal na katangian ng SDSS ay hindi napabuti6, 7, ang pagkakaroon ng REE ay binabawasan ang laki ng mga pagsasama at naisip na sugpuin ang pitting sa pinagmulan54.
Sa konklusyon, inilalahad ng gawaing ito ang epekto ng heterogeneity sa ibabaw sa kaagnasan ng 2507 SDSS na binago ng cerium sa pamamagitan ng pagbibilang ng kemikal na nilalaman ng mga bahagi ng nanoscale. Sinagot namin ang tanong kung bakit kinakalawang ang hindi kinakalawang na asero kahit na pinahiran ng protective oxide layer sa pamamagitan ng quantitatively studying the microstructure, chemical state of surface features at signal processing gamit ang K-means clustering. Napag-alaman na ang mga isla na mayaman sa Fe3+, kasama ang kanilang octahedral at tetrahedral na koordinasyon sa buong istraktura ng pinaghalong Fe2+/Fe3+, ay isang pinagmumulan ng pagkasira ng oxide film at pinagmumulan ng kaagnasan ng cold-rolled SDSS. Ang mga nanoisland na pinangungunahan ng Fe3+ ay humahantong sa mahinang corrosion resistance kahit na may sapat na stoichiometric Cr2O3 passivating layer. Bilang karagdagan sa mga metodolohikal na pagsulong na ginawa sa pagtukoy ng epekto ng nanoscale chemical heterogeneity sa kaagnasan, ang kasalukuyang gawain ay inaasahan na magbigay ng inspirasyon sa mga proseso ng engineering upang mapabuti ang resistensya ng kaagnasan ng mga hindi kinakalawang na asero sa panahon ng paggawa ng bakal.
Upang maihanda ang Ce-2507 SDSS ingots na ginamit sa pag-aaral na ito, ang mga pinaghalong sangkap, kabilang ang Fe-Ce master alloy na selyadong may purong iron tubes, ay natunaw sa isang 150 kg medium frequency induction furnace upang makagawa ng molten steel at ibinuhos sa mga casting molds. Ang mga nasusukat na kemikal na komposisyon (wt %) ay nakalista sa Karagdagang Talahanayan 2. Ang ingot ay unang mainit na nabuo sa mga bloke. Pagkatapos ang bakal ay annealed sa 1050 ° C para sa 60 minuto sa isang solidong solusyon, at pagkatapos ay quenched sa tubig sa room temperatura. Ang mga pinag-aralan na sample ay pinag-aralan nang detalyado gamit ang TEM at DOE upang pag-aralan ang mga yugto, laki ng butil at morpolohiya. Ang mas detalyadong impormasyon tungkol sa mga sample at proseso ng produksyon ay matatagpuan sa ibang mga mapagkukunan6,7.
Iproseso ang mga cylindrical sample (φ10 mm × 15 mm) para sa mainit na pagpindot sa axis ng cylinder parallel sa direksyon ng deformation ng block. Ang high-temperature compression ay isinagawa sa isang pare-parehong strain rate sa hanay ng 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 pagpapapangit, ang mga sample ay pinainit sa napiling temperatura sa rate na 10 °C s-1 para sa 2 min upang maalis ang gradient ng temperatura. Matapos makamit ang pagkakapareho ng temperatura, ang mga sample ay na-deform sa isang tunay na halaga ng strain na 0.7. Pagkatapos ng pagpapapangit, agad itong pinapatay ng tubig upang mapanatili ang deformed na istraktura. Pagkatapos ang mga hardened specimens ay pinutol parallel sa direksyon ng compression. Para sa partikular na pag-aaral na ito, pumili kami ng isang ispesimen na thermally deformed sa 1050 ° C, 10 s-1 dahil sa isang 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 nasubok 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 mga klase ng deformation6. Ang strain rate at pagbabawas ng kapal ay 0.2 m·s-1 at 5% para sa bawat landas, ayon sa pagkakabanggit.
Ang isang Autolab PGSTAT128N electrochemical workstation ay ginamit upang sukatin ng electrochemically ang SDSS pagkatapos ng malamig na pag-roll sa 90% pagbabawas ng kapal (katumbas ng 1.0 true strain) at mainit na pagpindot sa 0.7 true strain sa 1050 oC at 10 s-1. Ang workstation ay may tatlong-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 cylinder na may diameter na 11.3 mm, sa mga gilid kung saan ang mga wire na tanso ay ibinebenta. Pagkatapos ang sample ay ibinuhos ng epoxy resin, na nag-iiwan ng isang gumaganang bukas na lugar na 1 cm2 bilang isang gumaganang elektrod (ang mas mababang ibabaw ng cylindrical sample). Gumamit ng pag-iingat sa panahon ng paggamot ng epoxy at sa panahon ng kasunod na sanding at buli upang maiwasan ang pag-crack. Ang gumaganang ibabaw ay lapped at pinakintab na may isang brilyante buli suspensyon na may isang maliit na butil laki ng 1 micron, nilinis na may distilled tubig at ethanol at tuyo sa malamig na hangin. Bago ang mga pagsukat ng electrochemical, ang pinakintab na mga sample ay nakalantad sa hangin sa loob ng ilang araw upang bumuo ng isang natural na oxide film. Ang isang may tubig na solusyon ng FeCl3 (6.0 wt.%), na pinatatag sa HCl hanggang pH = 1.0 ± 0.01, ay ginamit upang mapabilis ang kaagnasan ng hindi kinakalawang na asero55, dahil ito ay matatagpuan sa mga agresibong kapaligiran kung saan ang mga chloride ions ay naroroon 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 solusyon sa pagsubok sa loob ng 1 oras bago ang anumang mga sukat ay kinuha upang maabot ang isang estado na malapit sa nakatigil. 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, ang 1 × 1 × 1.5 mm3 rectangular duplex steel blocks ay sinukat sa isang high-energy na Brockhouse wiggler line sa CLS, Canada upang mabilang ang phase composition56. Ang pagkolekta ng data ay isinagawa sa temperatura ng silid sa Debye-Scherrer geometry o transport geometry. Ang wavelength ng X-ray na naka-calibrate sa LaB6 calibrant ay 0.212561 Å, na tumutugma sa 58 keV, na mas mataas kaysa sa Cu Kα (8 keV) na karaniwang ginagamit bilang isang laboratoryo na X-ray source. Ang sample ay inilalagay sa layo na 740 mm mula sa detektor. Ang dami ng pagtuklas 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 data na ito ay nakolekta gamit ang isang Perkin Elmer area detector, flat panel X-ray detector, 200 µm pixels, 40 × 40 cm2, gamit ang exposure time na 0.3 segundo at 120 frame.
Ang mga pagsukat ng X-PEEM ng dalawang napiling sistema ng modelo ay isinagawa sa istasyon ng pagtatapos ng PEEM 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 pinananatili sa hangin sa loob ng ilang araw at na-degassed sa isang ultrahigh vacuum chamber bago i-irradiated na may synchrotron photon. Ang energy resolution ng beam ay nakukuha sa pamamagitan ng pagsukat ng ion output spectrum mula N 1 s hanggang 1\(\pi _g^ \ast\) ng excitation region na may hv = 401 eV sa N2 at ang dependence ng photon energy sa E3/2.57. Ang spectral fit ay nagbigay ng ΔE (spectral linewidth) ~0.3 eV sa nasusukat na hanay ng enerhiya. Samakatuwid, ang resolution ng enerhiya ng beamline ay tinatantya na E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 at flux ≈1012 ph/s sa pamamagitan ng paggamit ng binagong SX-700 monochromator na may Si 1200-line mm−1 grating para sa Fe 2p L2, 32 edge. L2,3 gilid, at Ce M4,5 gilid. Samakatuwid, ang resolution ng enerhiya ng beamline ay tinatantya na E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 at flux ≈1012 ph/s sa pamamagitan ng paggamit ng binagong SX-700 monochromator na may Si 1200-line mm−1 grating para sa Fe edge, Cr32 edge, Cr32. L2.3 gilid, at Ce M4.5 gilid. 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 resolution ng enerhiya ng beam channel ay tinatantya 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, Cr L2 edge. 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 isang 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 0.2 eV na hakbang. Sa bawat enerhiya, ang mga larawan ng PEEM ay naitala gamit ang isang TVIPS F-216 CMOS detector na may 2 x 2 binning fiber optic na koneksyon na nagbibigay ng 1024 × 1024 pixels sa isang 20 µm field of view. Ang oras ng pagkakalantad ng mga larawan ay 0.2 segundo, na may average na 16 na mga frame. Ang enerhiya ng larawan ng photoelectron ay pinili sa paraang makapagbigay ng pinakamataas na pangalawang senyales ng elektron. Ang lahat ng mga sukat ay isinasagawa sa normal na saklaw ng isang linearly polarized photon beam. Para sa karagdagang impormasyon sa mga sukat, tingnan ang isang nakaraang pag-aaral58. Matapos pag-aralan ang kabuuang electron yield (TEY)59 detection mode at ang aplikasyon nito sa X-PEEM, ang lalim ng pagtuklas 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 Fe L edge ay pinaghalong iron oxide XAS at FeO mula sa matrix. Sa unang kaso, ang intensity ng emitted 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 sa mga electron na dumaan sa layer ng oxide, maabot ang ibabaw, at makolekta ng analyzer. Sa kasong ito, ang Fe0 signal ay higit sa lahat dahil sa LVV Auger electron at pangalawang electron na ibinubuga ng mga ito. Bilang karagdagan, ang intensity ng TEY na iniambag ng mga electron na ito ay nabubulok sa panahon ng electron escape path49 na higit na binabawasan ang spectral signature ng Fe0 sa iron XAS na mapa.
Ang pagsasama ng data mining sa mga data cube (X-PEEM data) ay isang mahalagang hakbang sa pagkuha ng may-katuturang impormasyon (kemikal o pisikal na katangian) sa isang multidimensional na paraan. Ang K-means clustering ay malawakang ginagamit sa ilang lugar, kabilang ang machine vision, image processing, unsupervised pattern recognition, artificial intelligence, at classificatory analysis24. Halimbawa, ang K-means clustering ay mahusay na inilapat sa clustering hyperspectral image data62. Sa prinsipyo, para sa multi-object na data, ang K-means algorithm ay madaling mapangkat ang mga ito ayon sa impormasyon tungkol sa kanilang mga katangian (photon energy na katangian). Ang K-means clustering ay isang iterative algorithm para sa paghahati ng data sa K na hindi magkakapatong na mga grupo (cluster), 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: kinakalkula ng unang hakbang ang K centroids, at ang pangalawang hakbang ay nagtatalaga ng bawat punto sa isang cluster na may mga kalapit na centroid. Ang center of gravity ng isang cluster ay tinukoy bilang ang arithmetic mean ng mga data point (XAS spectra) ng cluster na iyon. Mayroong iba't ibang mga distansya upang tukuyin ang mga kalapit na sentroid bilang mga distansyang Euclidean. Para sa isang input na imahe ng px,y (x at y ay resolution sa pixels), ang CK ay ang sentro ng gravity ng cluster; ang larawang ito ay maaaring i-segment (naka-cluster) sa mga K cluster gamit ang K-means63. Ang mga huling hakbang ng K-means clustering algorithm ay:
Hakbang 2. Kalkulahin ang antas ng pagiging kasapi ng lahat ng mga pixel ayon sa kasalukuyang sentroid. Halimbawa, kinakalkula ito mula sa Euclidean distance d sa pagitan ng center at bawat pixel:
Hakbang 3 Italaga ang bawat pixel sa pinakamalapit na sentroid. Pagkatapos ay muling kalkulahin ang mga K centroid na posisyon tulad ng sumusunod:
Hakbang 4. Ulitin ang proseso (equation (7) at (8)) hanggang sa magtagpo ang mga centroid. Ang panghuling resulta ng kalidad ng kumpol ay lubos na nakakaugnay sa pinakamainam na pagpili ng mga paunang centroid63. Para sa istruktura ng data ng PEEM ng mga imaheng bakal, karaniwang ang X (x × y × λ) ay isang cube ng 3D array data, habang ang x at y axes ay kumakatawan sa spatial na impormasyon (pixel resolution) at ang λ axis ay tumutugma sa energy spectral mode ng mga photon . Ang K-means algorithm ay ginamit upang galugarin ang mga rehiyon ng interes sa data ng X-PEEM sa pamamagitan ng paghihiwalay ng mga pixel (cluster o sub-block) ayon sa kanilang mga spectral na katangian at pagkuha ng pinakamahusay na centroid (XAS spectral curve) para sa bawat analyte (cluster). Ito ay ginagamit upang pag-aralan ang spatial distribution, mga local spectral na pagbabago, oxidation behavior at chemical state. Halimbawa, ginamit ang K-means clustering algorithm para sa Fe L-edge at Cr L-edge na mga rehiyon sa hot-worked at cold-rolled X-PEEM. Ang iba't ibang bilang ng K-clusters (microstructural regions) ay sinubukan upang mahanap ang pinakamahusay na mga cluster at centroid. Kapag ipinakita ang graph, muling itatalaga ang mga pixel sa tamang cluster centroids. Ang bawat pamamahagi ng kulay ay tumutugma sa gitna ng kumpol, na nagpapakita ng spatial na pag-aayos ng mga kemikal o pisikal na bagay. Ang mga na-extract na centroid ay mga linear na kumbinasyon ng purong spectra.
Ang data na sumusuporta sa mga resulta ng pag-aaral na ito ay makukuha mula sa kani-kanilang may-akda ng WC sa makatwirang kahilingan.
Sieurin, H. & Sandström, R. Katigasan ng bali ng isang welded duplex na hindi kinakalawang na asero. Sieurin, H. & Sandström, R. Katigasan ng bali ng isang welded duplex na hindi kinakalawang na asero. Sieurin, H. & Sandström, R. Вязкость разрушения сварной дуплексной нержавеющей стали. Sieurin, H. & Sandström, R. Katigasan ng bali ng welded duplex na hindi kinakalawang na asero. 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 welded duplex na hindi kinakalawang na asero.proyekto. fractal. balahibo. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Corrosion resistance ng duplex stainless steels sa mga piling organic acid at organic acid/chloride na kapaligiran. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Corrosion resistance ng duplex stainless steels sa mga piling organic acid at organic acid/chloride na kapaligiran.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. at Van Der Merwe, J. Corrosion resistance ng mga duplex na hindi kinakalawang na asero sa mga kapaligiran na may ilang mga organikong acid at mga organikong acid/chlorides. 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. Corrosion resistance ng mga duplex na hindi kinakalawang na asero sa mga kapaligiran na may ilang mga organikong acid at mga organikong acid/chlorides.anticorrosive. Paraan Mater 57, 107–117 (2010).
Barella S. et al. Corrosion-oxidizing properties ng Fe-Al-Mn-C duplex alloys. Mga Materyales 12, 2572 (2019).
Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Bagong henerasyon ng mga super duplex na bakal 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 na bakal 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 na bakal para sa kagamitan sa paggawa ng langis at gas.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Bagong henerasyon ng mga super duplex na bakal para sa kagamitan sa paggawa ng gas at langis. E3S webinar. 121, 04007 (2019).
Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Pagsisiyasat ng mainit na pag-uugali ng pagpapapangit ng duplex stainless steel grade 2507. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Pagsisiyasat ng mainit na pag-uugali ng pagpapapangit 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. A Study of Hot Deformation Behavior of 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. Investigation of the Hot Deformation Behavior of Type 2507 Duplex Stainless Steel. Metal.alma mater. kawalan ng ulirat. A 48, 95–108 (2017).
Zhou, T. et al. Epekto ng kinokontrol na 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. Hot-deformation-induced structure at mechanical properties 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 elemento ng bihirang lupa sa mataas na temperatura na pag-uugali ng oksihenasyon ng austenitic steel. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Epekto ng mga elemento ng bihirang lupa sa mataas na temperatura na pag-uugali ng 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 temperatura ng 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 austenitic steels sa mataas na temperatura ng oksihenasyon.kaagnasan. ang agham. 164, 108359 (2020).