Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur. Siz cheklangan CSS qo'llab-quvvatlashiga ega brauzer versiyasidan foydalanmoqdasiz. Eng yaxshi tajriba uchun sizga yangilangan brauzerdan foydalanishingizni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da moslik rejimini o'chirib qo'ying). Bundan tashqari, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublarsiz va JavaScriptsiz ko'rsatamiz.
Bir vaqtning o'zida uchta slayddan iborat karuselini ko'rsatadi. Bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun "Oldingi" va "Keyingi" tugmalaridan foydalaning yoki bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun oxiridagi slayder tugmalaridan foydalaning.
Keng qo'llaniladigan zanglamaydigan po'lat va uning zarb qilingan versiyalari xrom oksididan tashkil topgan passivatsiya qatlami tufayli atrof-muhit sharoitida korroziyaga chidamli. Po'latning korroziyasi va eroziyasi odatda bu qatlamlarning yo'q qilinishi bilan bog'liq, ammo mikroskopik darajaga qarab sirt bir xil emasligi kamdan-kam hollarda paydo bo'ladi. Ushbu ishda spektroskopik mikroskopiya va kemometrik tahlil orqali aniqlangan nanoskalali kimyoviy sirt heterojenligi kutilmaganda sovuq prokatlangan seriy modifikatsiyalangan super dupleks zanglamaydigan po'lat 2507 (SDSS) ning issiq deformatsiya paytida sinishi va korroziyasida ustunlik qiladi. Rentgen fotoelektron mikroskopiyasi tabiiy Cr2O3 qatlamining nisbatan bir xil qoplanishini ko'rsatgan bo'lsa-da, sovuq prokatlangan SDSS ning passivatsiya ko'rsatkichi Fe/Cr oksid qatlamida Fe3+ ga boy nanoorollarning mahalliy tarqalishi tufayli past edi. Ushbu atom miqyosidagi bilim zanglamaydigan po'lat korroziyasini chuqur tushunish imkonini beradi va shunga o'xshash yuqori qotishmali metallarning korroziyasiga qarshi kurashishga yordam beradi deb kutilmoqda.
Zanglamaydigan po'lat ixtiro qilinganidan beri, ferroxromning korroziyaga qarshi xususiyatlari kuchli oksidlar/oksigidroksidlarni hosil qiluvchi va ko'pgina muhitlarda passivlashtiruvchi xususiyatga ega bo'lgan xromga bog'liq deb hisoblanadi. An'anaviy (ostenitik va ferrit) zanglamaydigan po'latlar bilan taqqoslaganda, 1, 2, 3, super dupleks zanglamaydigan po'latlar (SDSS) yaxshiroq korroziyaga chidamlilik va ajoyib mexanik xususiyatlarga ega. Mexanik mustahkamlikning ortishi yengilroq va ixchamroq dizaynlarni yaratishga imkon beradi. Aksincha, tejamkor SDSS chuqurchalar va yoriqlar korroziyasiga yuqori qarshilikka ega, bu esa xizmat muddatini uzaytiradi va shu bilan ifloslanishni nazorat qilish, kimyoviy idishlar va dengiz neft va gaz sanoatida qo'llanilishini kengaytiradi4. Biroq, issiqlik bilan ishlov berish haroratining tor diapazoni va yomon shakllanishi ularning keng amaliy qo'llanilishiga to'sqinlik qiladi. Shuning uchun, SDSS yuqoridagi ko'rsatkichlarni yaxshilash uchun o'zgartirilgan. Masalan, Ce modifikatsiyasi SDSS 2507 (Ce-2507) da yuqori azot miqdori bilan joriy etilgan6,7,8. Noyob yer elementi (Ce) 0,08% og'irlikdagi tegishli konsentratsiyada DSS ning mexanik xususiyatlariga ijobiy ta'sir ko'rsatadi, chunki u donning tozalanishini va don chegarasining mustahkamligini yaxshilaydi. Aşınma va korroziyaga chidamlilik, cho'zilish kuchi va oqim kuchi hamda issiq ishlov berish qobiliyati ham yaxshilanadi9. Ko'p miqdorda azot qimmat nikel tarkibini almashtirishi mumkin, bu esa SDSS ni tejamkorroq qiladi10.
Yaqinda SDSS turli haroratlarda (kriogen, sovuq va issiq) plastik deformatsiyalanib, ajoyib mexanik xususiyatlarga erishildi6,7,8. Biroq, sirtda yupqa oksid plyonkasi mavjudligi sababli SDSS ning ajoyib korroziyaga chidamliligi turli xil dona chegaralariga ega heterojen fazalar, kiruvchi cho'kmalar va turli xil reaksiya deformatsiyalari tufayli kelib chiqadigan tabiiy heterojenlik kabi ko'plab omillar ta'sirida bo'ladi.7 Shuning uchun, bunday plyonkalarning mikroskopik domen xususiyatlarini elektron struktura darajasigacha o'rganish SDSS korroziyasini tushunish uchun juda muhim bo'lib qoladi va murakkab eksperimental texnikalarni talab qiladi. Hozirgacha Oje elektron spektroskopiyasi11 va rentgen fotoelektron spektroskopiyasi12,13,14,15 va qattiq rentgen fotoemissiya mikroskopiyasi (HAX-PEEM)16 kabi sirtga sezgir usullar odatda nanoskal fazoning turli joylarida bir xil elementning sirt qatlamlaridagi kimyoviy holatlardagi kimyoviy farqlarni aniqlay olmadi. Yaqinda o'tkazilgan bir qancha tadqiqotlar xromning lokal oksidlanishini ostenitik zanglamaydigan po'latlarning17, martensitik po'latlarning18 va SDSS19,20 ning kuzatilgan korroziya xususiyati bilan bog'ladi. Biroq, bu tadqiqotlar asosan Cr heterojenligining (masalan, Cr3+ oksidlanish holati) korroziyaga chidamliligiga ta'siriga qaratilgan. Elementlarning oksidlanish darajalaridagi lateral heterojenlik temir oksidlari kabi bir xil tarkibiy elementlarga ega bo'lgan turli birikmalar tufayli yuzaga kelishi mumkin. Termomekanik ishlov berish natijasida kichik o'lchamni meros qilib olgan bu birikmalar bir-biriga juda yaqin joylashgan, ammo tarkibi va oksidlanish holati jihatidan farq qiladi16,21. Shuning uchun, oksid plyonkalarining yorilishi va keyinchalik chuqurchalar paydo bo'lishini aniqlash uchun mikroskopik darajada sirt heterojenligini tushunish kerak. Ushbu talablarga qaramay, oksidlanishdagi lateral heterojenlik, ayniqsa nano- va atom miqyosidagi Fe uchun kabi miqdoriy baholar hali ham mavjud emas va uning korroziyaga chidamlilik bilan bog'liqligi o'rganilmaganligicha qolmoqda. Yaqin vaqtgacha po'lat namunalaridagi Fe va Ca22 kabi turli elementlarning kimyoviy holati nanoskalali sinxrotron nurlanish inshootlarida yumshoq rentgen fotoelektron mikroskopiyasi (X-PEEM) yordamida miqdoriy jihatdan tavsiflangan. Kimyoviy sezgir rentgen yutilish spektroskopiyasi (XAS) bilan birgalikda X-PEEM yuqori fazoviy va spektral aniqlikdagi XAS o'lchovlarini amalga oshirish imkonini beradi, elementlarning tarkibi va ularning kimyoviy holati haqida yigirma uch nanometr shkalasigacha bo'lgan fazoviy aniqlikdagi kimyoviy ma'lumotlarni taqdim etadi. Boshlanishning bu spektromikroskopik kuzatuvi mahalliy kimyoviy kuzatuvlarni osonlashtiradi va ilgari o'rganilmagan temir qatlami fazosidagi kimyoviy o'zgarishlarni namoyish qilishi mumkin.
Ushbu tadqiqot PEEMning nanoskalada kimyoviy farqlarni aniqlashdagi afzalliklarini kengaytiradi va Ce-2507 ning korroziya xatti-harakatlarini tushunish uchun chuqur atom darajasidagi sirt tahlili usulini taqdim etadi. U kimyoviy holatlari statistik tasvirda keltirilgan elementlarning global kimyoviy (hetero) bir xilligini xaritalash uchun klasterli K-o'rtacha24 kimyometrik yondashuvidan foydalanadi. An'anaviy holatda xrom oksidi plyonkasining yo'q qilinishi natijasida yuzaga kelgan korroziyadan farqli o'laroq, hozirgi vaqtda Fe/Cr oksidi qatlami yaqinidagi mahalliy Fe3+ ga boy nanoisrollar bilan kamroq passivatsiya va past korroziyaga chidamlilik bog'liq, bu esa himoya xususiyatlariga ega bo'lishi mumkin. Oksid nuqtali plyonkani yo'q qiladi va korroziyaga olib keladi.
Deformatsiyalangan SDSS 2507 ning korroziyaga chidamliligi dastlab elektrokimyoviy o'lchovlar yordamida baholandi. 1-rasmda xona haroratida FeCl3 ning kislotali (pH = 1) suvli eritmasida tanlangan namunalar uchun Nyquist va Bode egri chiziqlari ko'rsatilgan. Tanlangan elektrolit kuchli oksidlovchi vosita sifatida ishlaydi, bu passivatsiya plyonkasining parchalanish tendentsiyasini tavsiflaydi. Material xona haroratida barqaror chuqurchaga tushmagan bo'lsa-da, tahlil mumkin bo'lgan nosozlik hodisalari va keyingi korroziya haqida tushuncha berdi. Elektrokimyoviy impedans spektroskopiyasi (EIS) spektrini moslashtirish uchun ekvivalent sxema (1d-rasm) ishlatilgan va mos keladigan moslashtirish natijalari 1-jadvalda ko'rsatilgan. Eritma bilan ishlov berilgan va issiq ishlov berilgan namunalarda to'liq bo'lmagan yarim doiralar, sovuq prokatlangan namunalarda esa siqilgan yarim doiralar paydo bo'ladi (1b-rasm). EIS spektroskopiyasida yarim doira radiusi polyarizatsiya qarshiligi (Rp)25,26 sifatida qaralishi mumkin. 1-jadvaldagi eritma bilan ishlov berilgan uchish-qo'nish yo'lagining Rp qiymati taxminan 135 kΩ sm–2 ni tashkil qiladi, ammo issiq ishlov berilgan va sovuq prokatlangan uchish-qo'nish yo'lagining qiymatlari ancha past, mos ravishda 34,7 va 2,1 kΩ sm–2 ni tashkil qiladi. Rp ning bu sezilarli pasayishi oldingi hisobotlarda ko'rsatilganidek, plastik deformatsiyaning passivatsiya va korroziyaga chidamlilikka salbiy ta'sirini ko'rsatadi27,28,29,30.
a Nyquist, b, c Bode impedansi va faza diagrammalari va d mos keladigan ekvivalent sxema modellari, bu yerda RS elektrolit qarshiligi, Rp polyarizatsiya qarshiligi va QCPE ideal bo'lmagan sig'im (n) ni modellashtirish uchun ishlatiladigan doimiy faza elementining oksidi. EIS o'lchovlari ochiq sxema potensialida amalga oshiriladi.
Bir vaqtning o'zida o'zgarmas qiymatlar Bode diagrammasida ko'rsatilgan bo'lib, yuqori chastota diapazonidagi plato RS26 elektrolit qarshiligini ifodalaydi. Chastota kamayishi bilan impedans oshadi va manfiy faza burchagi topiladi, bu sig'im ustunligini ko'rsatadi. Faza burchagi ortadi, nisbatan keng chastota diapazonida maksimal qiymatni saqlab qoladi va keyin kamayadi (1c-rasm). Biroq, uchala holatda ham bu maksimal qiymat hali ham 90° dan past bo'lib, sig'im dispersiyasi tufayli ideal bo'lmagan sig'imli xatti-harakatni ko'rsatadi. Shunday qilib, QCPE doimiy faza elementi (CPE) sirt pürüzlülüğü yoki bir xil emasligidan kelib chiqadigan interfeys sig'im taqsimotlarini, ayniqsa atom shkalasida, fraktal geometriyada, elektrod g'ovakliligida, bir xil bo'lmagan potensialda va elektrodlar shaklidagi geometriyada ifodalash uchun ishlatiladi31,32. CPE impedansi:
bu yerda j xayoliy son va ω burchak chastotasi. QCPE elektrolitning samarali ochiq maydoniga mutanosib bo'lgan chastotaga bog'liq bo'lmagan doimiydir. n - bu kondensatorning ideal sig'imdan og'ishini tavsiflovchi o'lchovsiz quvvat soni, ya'ni n 1 ga qanchalik yaqin bo'lsa, CPE sof sig'imga shunchalik yaqin bo'ladi, agar n nolga yaqin bo'lsa, u qarshilik ko'rsatadi. n ning 1 ga yaqin kichik og'ishlari polyarizatsiya sinovlaridan keyin sirtning ideal bo'lmagan sig'imli xatti-harakatlarini ko'rsatadi. Sovuq prokatlangan SDSS ning QCPE qiymati uning analoglariga qaraganda ancha yuqori, ya'ni sirt sifati unchalik bir xil emas.
Zanglamaydigan po'latlarning ko'pgina korroziyaga chidamlilik xususiyatlariga mos ravishda, SDSS ning nisbatan yuqori Cr miqdori odatda sirtda passivlovchi himoya oksidi plyonkasi mavjudligi sababli SDSS ning ajoyib korroziyaga chidamliligiga olib keladi17. Bunday passivlovchi plyonkalar odatda Cr3+ oksidlari va/yoki gidroksidlariga boy, asosan Fe2+, Fe3+ oksidlari va/yoki (oksi)gidroksidlari bilan birgalikda33. Bir xil sirt bir xilligiga, passivlovchi oksid qatlamiga va mikroskopik o'lchovlarga ko'ra sirt yorilishi kuzatilmaganligiga qaramay6,7, issiq ishlov berilgan va sovuq prokatlangan SDSS ning korroziyaga chidamliligi har xil, shuning uchun po'lat deformatsiyasi uchun mikrostrukturaviy xususiyatlarni chuqur o'rganish zarur.
Deformatsiyalangan zanglamaydigan po'latning mikrotuzilishi ichki va sinxrotronli yuqori energiyali rentgen nurlari yordamida miqdoriy jihatdan o'rganildi (1, 2-qo'shimcha rasmlar). Batafsil tahlil qo'shimcha ma'lumotlarda keltirilgan. Asosiy faza turi bo'yicha umumiy kelishuv mavjud bo'lsa-da, 1-qo'shimcha jadvalda keltirilgan hajmli faza fraktsiyalaridagi farqlar aniqlandi. Bu farqlar sirtdagi va hajmdagi bir xil bo'lmagan faza fraktsiyalari bilan bog'liq bo'lishi mumkin, ularga turli xil rentgen diffraksiyasi (XRD) aniqlash chuqurliklari ta'sir qiladi. ) tushayotgan fotonlarning turli energiya manbalari bilan34. Laboratoriya manbasidan XRD orqali aniqlangan sovuq prokatlangan namunalardagi nisbatan yuqori ostenit fraktsiyalari yaxshiroq passivatsiyani va keyin yaxshiroq korroziyaga chidamlilikni ko'rsatadi35, aniqroq va statistik natijalar esa faza fraktsiyalaridagi qarama-qarshi tendentsiyalarni ko'rsatadi. Bundan tashqari, po'latning korroziyaga chidamliligi, shuningdek, termomekanik ishlov berish paytida yuzaga keladigan donalarning tozalanish darajasiga, donalarning hajmining kamayishiga, mikrodeformatsiyalarning oshishi va dislokatsiya zichligiga bog'liq36,37,38. Issiq ishlov berilgan namunalar mikron o'lchamidagi donalardan dalolat beruvchi ko'proq donador xususiyatga ega bo'lgan, sovuq prokatlangan namunalarda kuzatilgan silliq halqalar (3-qo'shimcha rasm) esa avvalgi ishlarda donalarning nanozlash uchun sezilarli darajada tozalanganligini ko'rsatgan. Bu passiv plyonka hosil bo'lishiga va korroziyaga chidamlilikning oshishiga yordam berishi kerak. Yuqori dislokatsiya zichligi odatda chuqurchaga chidamlilikning pastligi bilan bog'liq bo'lib, bu elektrokimyoviy o'lchovlar bilan yaxshi mos keladi.
Asosiy elementlarning mikrodomenlarining kimyoviy holatidagi o'zgarishlar X-PEEM yordamida tizimli ravishda o'rganildi. Qotishma elementlari ko'proq bo'lsa-da, bu yerda Cr, Fe, Ni va Ce39 tanlanadi, chunki Cr passiv plyonka hosil qilish uchun asosiy element, Fe po'lat uchun asosiy element va Ni passivatsiyani kuchaytiradi va ferrit-ostenitik fazani muvozanatlashtiradi. Ce ning maqsadi struktura va modifikatsiyadir. Sinxrotron nur energiyasini sozlash orqali XAS sirtdan Cr (L2.3 chekka), Fe (L2.3 chekka), Ni (L2.3 chekka) va Ce (M4.5 chekka) ning asosiy xususiyatlarini aniqladi. -2507 SDSS. Tegishli ma'lumotlar tahlili nashr etilgan ma'lumotlar bilan energiya kalibrlashni (masalan, Fe L2, 3 qovurg'a ustidagi XAS40,41) qo'shish orqali amalga oshirildi.
2-rasmda alohida belgilangan joylarda issiq ishlov berilgan (2a-rasm) va sovuq prokatlangan (2d-rasm) Ce-2507 SDSS va mos keladigan XAS Cr va Fe L2,3 qirralarining X-PEEM tasvirlari ko'rsatilgan. L2,3 XAS qirrasi 2p3/2 (L3 qirrasi) va 2p1/2 (L2 qirrasi) spin-orbitasining bo'linish darajalarida fotoqo'zg'alishdan keyin elektronlarning bo'sh 3d holatlarini o'rganadi. Cr ning valentlik holati haqidagi ma'lumotlar 2b,d-rasmdagi L2,3 qirrasining rentgen difraksiya tahlilidan olingan. Bog'lanishlarni taqqoslash. 42, 43-rasmlar shuni ko'rsatdiki, L3 qirrasi yaqinida to'rtta A (578,3 eV), B (579,5 eV), C (580,4 eV) va D (582,2 eV) cho'qqilari kuzatilgan, bu esa Cr2O3 ga mos keladigan oktaedr Cr3+ ionlarini aks ettiradi. Eksperimental spektrlar b va e panellarida ko'rsatilgandek, 2.0 eV44 kristall maydonidan foydalangan holda Cr L2.3 interfeysida bir nechta kristall maydon hisob-kitoblaridan olingan nazariy hisob-kitoblarga mos keladi. Issiq ishlov berilgan va sovuq prokatlangan SDSS ning ikkala yuzasi ham nisbatan bir xil Cr2O3 qatlami bilan qoplangan.
a X-PEEM issiq shakllangan SDSS ning b Cr L2.3 va c Fe L2.3 chekkalariga mos keladigan issiqlik tasviri, d Sovuq prokatlangan SDSS ning (e) tomonining e Cr L2.3 va f Fe L2.3 chekkalariga mos keladigan X-PEEM issiqlik tasviri. (b) va (e) dagi to'q sariq nuqta chiziqlar bilan belgilangan (a, d) issiqlik tasvirlarida turli fazoviy pozitsiyalarda chizilgan XAS spektrlari 2.0 eV kristall maydon qiymatiga ega Cr3+ ning simulyatsiya qilingan XAS spektrlarini ifodalaydi. X-PEEM tasvirlari uchun tasvirni o'qishni yaxshilash uchun issiqlik palitrasi qo'llaniladi, bu yerda ko'kdan qizilgacha ranglar rentgen nurlanishining intensivligiga (pastdan yuqorigacha) mutanosibdir.
Ushbu metall elementlarning kimyoviy muhitidan qat'i nazar, ikkala namuna uchun ham Ni va Ce qotishma elementlarining qo'shilishlarining kimyoviy holati bir xil bo'lib qoldi. Qo'shimcha chizma. 5-9-rasmda issiq ishlov berilgan va sovuq prokatlangan namunalar yuzasida turli pozitsiyalarda Ni va Ce uchun X-PEEM tasvirlari va mos keladigan XAS spektrlari ko'rsatilgan. Ni XAS issiq ishlov berilgan va sovuq prokatlangan namunalarning butun o'lchangan yuzasida Ni2+ ning oksidlanish darajasini ko'rsatadi (Qo'shimcha muhokama). Shunisi e'tiborga loyiqki, issiq ishlov berilgan namunalarda Ce ning XAS signali kuzatilmaydi, sovuq prokatlangan namunalarning Ce3+ spektri esa bir nuqtada kuzatiladi. Sovuq prokatlangan namunalarda Ce dog'larining kuzatilishi Ce asosan cho'kma shaklida mavjudligini ko'rsatdi.
Termik deformatsiyalangan SDSSda Fe L2.3 chetida XASda mahalliy strukturaviy o'zgarish kuzatilmadi (2c-rasm). Biroq, 2f-rasmda ko'rsatilgandek, Fe matritsasi sovuq prokatlangan SDSSdagi tasodifiy tanlangan yettita nuqtada kimyoviy holatini mikroskopik ravishda o'zgartiradi. Bundan tashqari, 2f-rasmda tanlangan joylarda Fe holatidagi o'zgarishlar haqida aniq tasavvurga ega bo'lish uchun kichikroq dumaloq mintaqalar tanlangan mahalliy sirt tadqiqotlari o'tkazildi (3-rasm va 10-qo'shimcha rasm). α-Fe2O3 tizimlarining Fe L2,3 chetining XAS spektrlari va Fe2+ oktaedr oksidlari 1.0 (Fe2+) va 1.0 (Fe3+)44 kristall maydonlaridan foydalangan holda multiplet kristall maydon hisob-kitoblari yordamida modellashtirildi. Biz α-Fe2O3 va γ-Fe2O3 turli xil mahalliy simmetriyalarga ega ekanligini ta'kidlaymiz45,46, Fe3O4 ham Fe2+ va Fe3+,47 kombinatsiyasiga ega va FeO45 formal ravishda ikki valentli Fe2+ oksidi (3d6) sifatida mavjud. Biz α-Fe2O3 va γ-Fe2O3 turli xil mahalliy simmetriyalarga ega ekanligini ta'kidlaymiz45,46, Fe3O4 Fe2+ va Fe3+,47 ning kombinatsiyasiga va FeO45 ning rasmiy ravishda ikki valentli Fe2+ oksidi (3d6) sifatida mavjudligiga e'tibor qaratamiz.E'tibor bering, α-Fe2O3 va γ-Fe2O3 turli xil mahalliy simmetriyalarga ega45,46, Fe3O4 ham Fe2+, ham Fe3+,47 va FeO45 ni formal ikki valentli Fe2+ oksidi (3d6) shaklida birlashtiradi.E'tibor bering, α-Fe2O3 va γ-Fe2O3 turli xil mahalliy simmetriyalarga ega45,46, Fe3O4 Fe2+ va Fe3+,47 kombinatsiyalariga ega va FeO45 rasmiy ikki valentli Fe2+ oksidi (3d6) sifatida ishlaydi. α-Fe2O3 tarkibidagi barcha Fe3+ ionlari faqat Oh pozitsiyalariga ega, γ-Fe2O3 esa odatda Fe3+ t2g [Fe3+5/3V1/3]eg O4 shpineli sifatida ifodalanadi, eg pozitsiyalarida vakansiyalar mavjud. Shuning uchun, γ-Fe2O3 tarkibidagi Fe3+ ionlari ham Td, ham Oh pozitsiyalariga ega. Avvalgi ishda aytib o'tilganidek, ikkalasining intensivlik nisbatlari har xil bo'lsa-da, ularning intensivlik nisbati eg/t2g ≈1 ga teng, bu holda kuzatilgan intensivlik nisbati eg/t2g taxminan 1 ga teng. Bu bu holatda faqat Fe3+ mavjud bo'lish ehtimolini istisno qiladi. Fe3O4 ning Fe2+ va Fe3+ kombinatsiyalari bilan bog'liq holatini ko'rib chiqsak, Fe ning L3 chekkasidagi kuchsizroq (kuchli) birinchi xususiyat t2g holatida kichikroq (katta) bo'shlikni ko'rsatishi ma'lum. Bu Fe2+ (Fe3+) ga tegishli bo'lib, bu Fe2+47 tarkibining oshishini ko'rsatuvchi birinchi belgining oshishini ko'rsatadi. Ushbu natijalar shuni ko'rsatadiki, kompozitlarning sovuq prokatlangan yuzalarida Fe2+ va γ-Fe2O3, α-Fe2O3 va/yoki Fe3O4 ustunlik qiladi.
2d-rasmlarda tanlangan 2 va E mintaqalaridagi turli fazoviy pozitsiyalarda Fe L2,3 chekkasi bo'ylab (a, c) va (b, d) XAS spektrlarining kattalashtirilgan fotoemissiya elektron termal tasvirlari.
Olingan eksperimental ma'lumotlar (4a-rasm va 11-qo'shimcha rasm) grafikalashtirildi va sof birikmalar 40, 41, 48 bilan taqqoslandi. Asosan, eksperimental ravishda kuzatilgan uch xil Fe L-chegara XAS spektrlari (XAS-1, XAS-2 va XAS-3: 4a-rasm) fazoviy jihatdan turli joylarda kuzatildi. Xususan, 3b-rasmdagi 2-a ga o'xshash spektr (XAS-1 deb belgilangan) butun qiziqish mintaqasida kuzatildi, undan keyin 2-b spektri (XAS-2 deb belgilangan) kuzatildi, 3d-rasmda esa E-3 ga o'xshash spektr (XAS-3 deb ataladi) ma'lum mahalliy joylarda kuzatildi. Odatda, zond namunasida mavjud bo'lgan valentlik holatlarini aniqlash uchun to'rtta parametr qo'llaniladi: (1) L3 va L2 spektral xususiyatlari, (2) L3 va L2 xususiyatlarining energiya pozitsiyalari, (3) L3-L2 energiya farqi, (4) L2 intensivlik nisbati /L3. Vizual kuzatishlarga ko'ra (4a-rasm), o'rganilgan SDSS yuzasida uchta Fe komponenti, ya'ni Fe0, Fe2+ va Fe3+ mavjud. Hisoblangan intensivlik nisbati L2/L3 ham uchta komponentning mavjudligini ko'rsatdi.
a Simulyatsiya qilingan XAS bilan taqqoslaganda uchta turli eksperimental ma'lumotlar (XAS-1, XAS-2 va XAS-3 qattiq chiziqlari 2-a, 2-b va E-3 ga mos keladi) kuzatildi. Taqqoslash spektrlari, oktaedrlar Fe2+, Fe3+, kristall maydon qiymatlari mos ravishda 1,0 eV va 1,5 eV, b–d O'lchangan eksperimental ma'lumotlar (XAS-1, XAS-2, XAS-3) va mos keladigan optimallashtirilgan LCF ma'lumotlari (qora chiziq), va XAS-3 spektrlarini Fe3O4 (Fe ning aralash holati) va Fe2O3 (sof Fe3+) standartlari bilan taqqoslash.
Temir oksidi tarkibini miqdoriy aniqlash uchun uchta standartning chiziqli kombinatsiyasi (LCF) mosligi40,41,48 ishlatilgan. LCF eng yuqori kontrastni ko'rsatadigan uchta tanlangan Fe L-chekka XAS spektrlari, ya'ni XAS-1, XAS-2 va XAS-3 uchun qo'llanildi, bu 4b-d-rasmda ko'rsatilgan. LCF armaturalari uchun barcha ma'lumotlarda kuzatilgan kichik qirra va qora metall po'latning asosiy komponenti ekanligi sababli barcha hollarda 10% Fe0 hisobga olingan. Darhaqiqat, Fe (~6 nm)49 uchun X-PEEM ning sinov chuqurligi taxminiy oksidlanish qatlami qalinligidan (biroz > 4 nm) kattaroq bo'lib, passivatsiya qatlami ostidagi temir matritsasidan (Fe0) signalni aniqlash imkonini beradi. Darhaqiqat, Fe (~6 nm)49 uchun X-PEEM ning sinov chuqurligi taxminiy oksidlanish qatlami qalinligidan (biroz > 4 nm) kattaroq bo'lib, passivatsiya qatlami ostidagi temir matritsasidan (Fe0) signalni aniqlash imkonini beradi. Fe (~ 6 nm) uchun Deystvitelno, probnaya glubina X-PEEM 49 katta, chem predpolagaemaya tolshchina sloya okisleniya (nemnogo > 4 nm), bunda havo matritsasi (Fe0) pod passivuruyushchim obnarujit signal beradi. Darhaqiqat, Fe (~6 nm)49 uchun X-PEEM zondining chuqurligi oksidlanish qatlamining taxminiy qalinligidan (biroz >4 nm) kattaroq, bu esa passivatsiya qatlami ostida temir matritsasidan (Fe0) signalni aniqlash imkonini beradi.Darhaqiqat, X-PEEM oksid qatlamining kutilgan qalinligidan (4 nm dan biroz ko'proq) chuqurroq Fe (~6 nm)49 ni aniqlaydi, bu esa passivatsiya qatlami ostidagi temir matritsasidan (Fe0) signallarni aniqlash imkonini beradi. Kuzatilgan eksperimental ma'lumotlar uchun eng yaxshi yechimni topish uchun Fe2+ va Fe3+ ning turli kombinatsiyalari amalga oshirildi. 4b-rasmda XAS-1 spektridagi Fe2+ va Fe3+ ning kombinatsiyasi ko'rsatilgan, bu yerda Fe2+ va Fe3+ ning nisbatlari yaqin, taxminan 45%, bu Fe ning aralash oksidlanish holatini ko'rsatadi. XAS-2 spektri uchun esa Fe2+ va Fe3+ ning foiz nisbati mos ravishda ~30% va 60% ga teng. Fe2+ ning miqdori Fe3+ ga qaraganda pastroq. Fe2+ ning Fe3 ga nisbati 1:2 bo'lishi Fe3O4 ning Fe ionlarining bir xil nisbatida hosil bo'lishi mumkinligini anglatadi. Bundan tashqari, XAS-3 spektri uchun Fe2+ va Fe3+ ning foizlari ~10% va 80% gacha o'zgardi, bu Fe2+ ning Fe3+ ga yuqori konversiyasini ko'rsatadi. Yuqorida aytib o'tilganidek, Fe3+ α-Fe2O3, γ-Fe2O3 yoki Fe3O4 dan kelib chiqishi mumkin. Fe3+ ning eng ehtimoliy manbasini tushunish uchun XAS-3 spektrlari 4e-rasmda turli Fe3+ standartlari bilan birga chizilgan bo'lib, B cho'qqisi ko'rib chiqilganda barcha ikkita standart bilan o'xshashlikni ko'rsatadi. Biroq, yelkaning intensivligi (A: Fe2+ dan) va B/A intensivlik nisbati XAS-3 spektrining γ-Fe2O3 spektriga yaqin, ammo bir xil emasligini ko'rsatadi. Ommaviy γ-Fe2O3 bilan solishtirganda, A SDSS cho'qqisining Fe 2p XAS intensivligi biroz yuqoriroq (4e-rasm), bu Fe2+ intensivligining yuqori ekanligini ko'rsatadi. XAS-3 spektri γ-Fe2O3 spektriga o'xshash bo'lsa-da, bu yerda Fe3+ Oh va Td pozitsiyalarida mavjud bo'lsa-da, turli valentlik holatlarini aniqlash va faqat L2,3 chekkasi yoki L2/L3 intensivlik nisbati bilan koordinatsiya qilish hali ham muammo bo'lib qolmoqda. Bu oxirgi spektrda ishtirok etuvchi turli omillarning murakkabligi tufayli takrorlanuvchi muhokama mavzusi hisoblanadi41.
Yuqorida tavsiflangan tanlangan qiziqish hududlarining kimyoviy holatlarini spektral ajratishdan tashqari, Cr va Fe asosiy elementlarining global kimyoviy heterojenligi namuna yuzasida olingan barcha XAS spektrlarini K-o'rtacha klasterlash usuli yordamida tasniflash orqali baholandi. Cr L chekka profillari 5-rasmda ko'rsatilgan issiq ishlov berilgan va sovuq prokatlangan namunalarda fazoviy ravishda taqsimlangan ikkita optimal klaster hosil qiladigan tarzda o'rnatildi. XAS Cr spektrlarining ikkita santroidi juda o'xshash bo'lgani uchun hech qanday mahalliy strukturaviy o'zgarishlar kuzatilmaganligi aniq. Ikkala klasterning bu spektral shakllari Cr2O342 ga mos keladigan shakllar bilan deyarli bir xil, ya'ni Cr2O3 qatlamlari SDSS bo'ylab nisbatan bir tekis taqsimlangan.
K-o'rtacha L-chegara Cr mintaqalari klasteri, b mos keladigan XAS santroidlari. Sovuq prokatlangan SDSS ning K-o'rtacha X-PEEM taqqoslash natijalari: Cr L2,3 ning K-o'rtacha chekka mintaqalari c klasterlari va d mos keladigan XAS santroidlari.
Murakkabroq FeL chekka xaritasini ko'rsatish uchun mos ravishda to'rtta va beshta optimallashtirilgan klasterlar va ular bilan bog'liq santroidlar (spektral taqsimotlar) issiq ishlov berilgan va sovuq prokatlangan namunalar uchun ishlatiladi. Shuning uchun, Fe2+ va Fe3+ ning foizi (%) 4-rasmda ko'rsatilgan LCF ni sozlash orqali olinishi mumkin. Sirt oksidi plyonkasining mikrokimyoviy bir xil emasligini aniqlash uchun Fe0 ning funksiyasi sifatida Epseudo psevdoelektrod potensiali ishlatilgan. Epseudo taxminan aralashtirish qoidasi bilan baholanadi,
bu yerda \(\rm{E}_{\rm{Fe}/\rm{Fe}^{2 + (3 + )}}\) mos ravishda \(\rm{Fe} + 2e^ – \to\rm { Fe}^{2 + (3 + )}\) ga teng, bu mos ravishda 0,440 va 0,036 V ga teng. Potensiali pastroq bo'lgan hududlarda Fe3+ birikmalarining miqdori yuqori bo'ladi. Termik deformatsiyalangan namunadagi potensial taqsimoti qatlamli xarakterga ega bo'lib, maksimal o'zgarishi taxminan 0,119 V ni tashkil qiladi (6a, b-rasm). Bu potensial taqsimoti sirt topografiyasi bilan chambarchas bog'liq (6a-rasm). Pastki qatlamli ichki qismida boshqa pozitsiyaga bog'liq o'zgarishlar kuzatilmadi (6b-rasm). Aksincha, sovuq prokatlangan SDSSda turli xil Fe2+ va Fe3+ tarkibli turli oksidlarning kombinatsiyasi uchun psevdopotensialning notekis tabiati kuzatilishi mumkin (6c, d-rasm). Fe3+ oksidlari va/yoki (oksi)gidroksidlari po'latdagi korroziyaning asosiy tarkibiy qismlari bo'lib, kislorod va suvga o'tkazuvchan50. Bu holda, Fe3+ ga boy orollar mahalliy miqyosda tarqalganligini va korroziya zonalari sifatida qaralishi mumkinligini ko'rish mumkin. Bu holda, potensialning absolyut qiymati emas, balki potensial maydonidagi gradient faol korroziya zonalarining lokalizatsiyasi ko'rsatkichi sifatida qaralishi mumkin51. Sovuq prokatlangan SDSS yuzasida Fe2+ va Fe3+ ning bu bir xil bo'lmagan taqsimlanishi mahalliy kimyoviy xususiyatlarni o'zgartirishi va oksid plyonkasining yorilishi va korroziya reaksiyalarida samaraliroq sirt maydonini ta'minlashi mumkin, shu bilan tagidagi metall matritsasining doimiy ravishda korroziyaga uchrashiga imkon beradi, natijada ichki bir xillik bo'lmaydi va passivlovchi qatlamning himoya xususiyatlarini pasaytiradi.
a–c issiq ishlov berilgan X-PEEM va d–f sovuq prokatlangan SDSS uchun Fe L2,3 chekka mintaqalarining K-o'rtacha klasterlari va mos keladigan XAS santroidlari. a, d X-PEEM tasviri ustiga qo'yilgan K-o'rtacha klaster grafigi. Baholangan psevdoelektrod potensiallari (epseudo) K-o'rtacha klaster diagrammalari bilan birga keltirilgan. 2-rasmdagi rang kabi X-PEEM tasvirining yorqinligi rentgen nurlanishining intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.
Nisbatan bir xil Cr, ammo Fe ning har xil kimyoviy holati issiq va sovuq prokatlangan Ce-2507 da oksid plyonkasining yorilishi va korroziya naqshlarining turlicha kelib chiqishiga olib keladi. Sovuq prokatlangan Ce-2507 ning bu xususiyati yaxshi ma'lum. Atmosfera havosida Fe oksidlari va gidroksidlarining hosil bo'lishiga kelsak, ushbu ishda quyidagi reaksiyalar neytral reaksiyalar sifatida yoritiladi:
X-PEEM o'lchoviga asoslanib, yuqoridagi reaksiya quyidagi hollarda sodir bo'ldi. Fe0 ga mos keladigan kichik yelka asosiy metall temir bilan bog'liq. Metall Fe ning atrof-muhit bilan reaksiyasi Fe(OH)2 qatlamining hosil bo'lishiga olib keladi (tenglama (5)), bu Fe ning L chekkasining XAS dagi Fe2+ signalini kuchaytiradi. Havoga uzoq vaqt ta'sir qilish Fe(OH)252,53 dan keyin Fe3O4 va/yoki Fe2O3 oksidlarining hosil bo'lishiga olib keladi. Ikki turdagi barqaror Fe, Fe3O4 va Fe2O3, Cr3+ ga boy himoya qatlamida ham hosil bo'lishi mumkin, bu yerda Fe3O4 bir xil va yaxlit tuzilishni afzal ko'radi. Ikkalasining ham mavjudligi aralash oksidlanish darajalariga olib keladi (XAS-1 spektri). XAS-2 spektri asosan Fe3O4 ga mos keladi. Bir nechta pozitsiyalarda kuzatilgan XAS-3 spektrlari esa γ-Fe2O3 ga to'liq o'tishni ko'rsatdi. O'ralmagan rentgen nurlarining penetratsiya chuqurligi taxminan 50 nm bo'lganligi sababli, pastki qatlamdan keladigan signal A cho'qqisining yuqori intensivligiga olib keladi.
XRD spektri shuni ko'rsatadiki, oksid plyonkasidagi Fe komponenti qatlamli tuzilishga ega bo'lib, u Cr oksid qatlami bilan birlashtirilgan. Cr2O317 ning mahalliy bir xil emasligi tufayli korroziyaning passivatsiya xususiyatidan farqli o'laroq, ushbu tadqiqotda Cr2O3 qatlamining bir xil bo'lishiga qaramay, bu holda, ayniqsa sovuq prokatlangan namunalar uchun past korroziyaga chidamlilik kuzatildi. Kuzatilgan xatti-harakatni yuqori qatlamning (Fe) kimyoviy oksidlanish holatining heterojenligi korroziya ko'rsatkichlariga ta'sir qilishi sifatida tushunish mumkin. Yuqori (Fe oksidi) va pastki qatlamlarning (Cr oksidi)52,53 bir xil stexiometriyasi tufayli panjarada metall yoki kislorod ionlarining sekin o'tishi ular orasidagi yaxshiroq o'zaro ta'sirga (yopishishga) olib keladi. Bu, o'z navbatida, korroziyaga chidamlilikni yaxshilaydi. Shuning uchun, uzluksiz stexiometriya, ya'ni Fe ning bitta oksidlanish holati, keskin stexiometrik o'zgarishlarga qaraganda afzalroqdir. Termik deformatsiyalangan SDSS yanada tekisroq sirtga va zichroq himoya qatlamiga ega, bu esa yaxshiroq korroziyaga chidamlilikni ta'minlaydi. Biroq, sovuq prokatlangan SDSS uchun himoya qatlami ostida Fe3+ ga boy orollarning mavjudligi sirt yaxlitligini buzadi va yaqin atrofdagi substratning galvanik korroziyasini keltirib chiqaradi, bu esa EIS spektrlarida Rp (1-jadval) ning pasayishiga va uning korroziyaga chidamliligiga olib keladi. Shuning uchun, plastik deformatsiya tufayli Fe3+ ga boy mahalliy tarqalgan orollar asosan korroziyaga chidamlilik ko'rsatkichlariga ta'sir qiladi, bu esa ushbu ishda katta yutuqdir. Shuning uchun, ushbu tadqiqotda o'rganilgan SDSS namunalarining plastik deformatsiya tufayli korroziyaga chidamliligining pasayishining spektromikrograflari keltirilgan.
Bundan tashqari, ikki fazali po'latlarda noyob tuproq qotishmasi yaxshiroq natija bersa-da, spektroskopik mikroskopiya kuzatuvlariga asoslanib, ushbu qo'shilgan elementning individual po'lat matritsasi bilan korroziya xususiyati nuqtai nazaridan o'zaro ta'siri aniq emas. Ce signali (XAS M-chekkasi bo'ylab) sovuq prokat paytida faqat bir nechta pozitsiyalarda paydo bo'ladi, ammo SDSS ning issiq deformatsiyasi paytida yo'qoladi, bu esa bir hil qotishma o'rniga po'lat matritsasida Ce ning mahalliy cho'kishini ko'rsatadi. SDSS ning mexanik xususiyatlari yaxshilanmagan bo'lsa-da6,7, REE ning mavjudligi qo'shilishlar hajmini kamaytiradi va boshlang'ich nuqtada chuqurchalarni bostiradi deb hisoblanadi54.
Xulosa qilib aytganda, ushbu ish nanoskalali komponentlarning kimyoviy tarkibini aniqlash orqali seriy bilan modifikatsiyalangan 2507 SDSS korroziyasiga sirt heterojenligining ta'sirini ochib beradi. Biz zanglamaydigan po'lat himoya oksidi qatlami bilan qoplangan taqdirda ham nima uchun korroziyaga uchrashi haqidagi savolga K-o'rtacha klasterlash yordamida mikrotuzilmani, sirt xususiyatlarining kimyoviy holatini va signalni qayta ishlashni miqdoriy o'rganish orqali javob berdik. Aralash Fe2+/Fe3+ tuzilishi bo'ylab oktaedr va tetraedr koordinatsiyasini o'z ichiga olgan Fe3+ ga boy orollar oksid plyonkasining yo'q qilinishi va sovuq prokatlangan SDSS ning korroziya manbai ekanligi aniqlandi. Fe3+ ustunlik qiladigan nanoorollar, hatto yetarli stexiometrik Cr2O3 passivlovchi qatlam mavjud bo'lganda ham, korroziyaga chidamliligining pastligiga olib keladi. Nanooskalali kimyoviy heterojenlikning korroziyaga ta'sirini aniqlashda erishilgan metodologik yutuqlarga qo'shimcha ravishda, ushbu ish po'lat quyish jarayonida zanglamaydigan po'latlarning korroziyaga chidamliligini oshirish bo'yicha muhandislik jarayonlarini ilhomlantirishi kutilmoqda.
Ushbu tadqiqotda ishlatilgan Ce-2507 SDSS quymalarini tayyorlash uchun, sof temir naychalar bilan muhrlangan Fe-Ce asosiy qotishmasini o'z ichiga olgan aralash komponentlar eritilgan po'lat ishlab chiqarish uchun 150 kg o'rta chastotali induksiya pechida eritildi va quyma qoliplarga quyildi. O'lchangan kimyoviy tarkiblar (og'irlik %) 2-qo'shimcha jadvalda keltirilgan. Quyma avval issiq shaklda bloklarga aylantiriladi. Keyin po'lat 1050°C da 60 daqiqa davomida qattiq eritma hosil bo'lguncha tavlanadi va keyin xona haroratiga qadar suvda sovutiladi. O'rganilgan namunalar fazalar, dona hajmi va morfologiyasini o'rganish uchun TEM va DOE yordamida batafsil o'rganildi. Namunalar va ishlab chiqarish jarayoni haqida batafsil ma'lumotni boshqa manbalarda topish mumkin6,7.
Silindrsimon namunalarni (φ10 mm × 15 mm) silindrning o'qi blokning deformatsiya yo'nalishiga parallel ravishda issiq presslash uchun qayta ishlang. Yuqori haroratli siqish Gleeble-3800 termal simulyatori yordamida 1000-1150°C oralig'idagi turli haroratlarda 0,01-10 s-1 oralig'ida doimiy deformatsiya tezligida amalga oshirildi. Deformatsiyadan oldin, harorat gradiyentini yo'qotish uchun namunalar tanlangan haroratda 10 °C s-1 tezligida 2 daqiqa davomida qizdirildi. Harorat bir xilligiga erishilgandan so'ng, namunalar 0,7 haqiqiy deformatsiya qiymatiga qadar deformatsiya qilindi. Deformatsiyadan so'ng, deformatsiyalangan strukturani saqlab qolish uchun darhol suv bilan so'ndiriladi. Keyin qotib qolgan namunalar siqish yo'nalishiga parallel ravishda kesildi. Ushbu aniq tadqiqot uchun biz boshqa namunalarga qaraganda yuqori mikroqattiqlik tufayli 1050°C da, 10 s-1 da termal deformatsiyalangan namunani tanladik7.
Ce-2507 qattiq eritmasining ommaviy (80 × 10 × 17 mm3) namunalari uch fazali asenkron ikki rulonli deformatsiya mashinasi LG-300 da sinovdan o'tkazildi, bu esa boshqa barcha deformatsiya sinflari orasida eng yaxshi mexanik xususiyatlarni ta'minladi6. Har bir yo'l uchun deformatsiya tezligi va qalinlikning pasayishi mos ravishda 0,2 m·s-1 va 5% ni tashkil etdi.
Autolab PGSTAT128N elektrokimyoviy ish stantsiyasi 1050 oC va 10 s-1 da sovuq prokatlashdan so'ng 90% qalinlikdagi pasayishgacha (1,0 ekvivalent haqiqiy deformatsiya) va 0,7 haqiqiy deformatsiyagacha issiq presslashdan so'ng SDSS ni elektrokimyoviy o'lchash uchun ishlatilgan. Ish stantsiyasida mos yozuvlar elektrodi sifatida to'yingan kalomel elektrodi, grafit qarshi elektrod va ishchi elektrod sifatida SDSS namunasi bo'lgan uch elektrodli katakcha mavjud. Namunalar diametri 11,3 mm bo'lgan silindrlarga kesilgan, ularning yon tomonlariga mis simlar lehimlangan. Keyin namuna epoksi qatroni bilan quyilgan va ishchi elektrod sifatida 1 sm2 ishlaydigan ochiq maydon (silindrsimon namunaning pastki yuzasi) qolgan. Epoksi qattiqlashganda va keyingi silliqlash va abrazivlash paytida yorilishdan saqlanish uchun ehtiyot bo'ling. Ishchi sirt 1 mikron zarracha o'lchamidagi olmos abrazivlash suspenziyasi bilan qoplangan va abrazivlangan, distillangan suv va etanol bilan tozalangan va sovuq havoda quritilgan. Elektrokimyoviy o'lchovlardan oldin, abrazivlangan namunalar tabiiy oksid plyonkasini hosil qilish uchun bir necha kun davomida havoga ta'sir qilingan. Zanglamaydigan po'latning korroziyasini tezlashtirish uchun HCl bilan pH = 1.0 ± 0.01 gacha stabillashtirilgan FeCl3 suvli eritmasi (6.0 og'irlik%) ishlatilgan, chunki u ASTM tomonidan belgilanganidek, kuchli oksidlovchi kuchga va past pH ga ega xlorid ionlari mavjud bo'lgan agressiv muhitlarda uchraydi. Taklif etilayotgan standartlar G48 va A923. Namunalar statsionar holatga yaqin holatga erishish uchun har qanday o'lchovlar o'tkazilishidan oldin 1 soat davomida sinov eritmasiga botirildi. Qattiq eritma, issiq ishlov berilgan va sovuq prokatlangan namunalar uchun impedans o'lchash chastota diapazoni 1 × 105 ~ 0.1 Gts va ochiq zanjir potensiali (OPS) 5 mV ni tashkil etdi, bu mos ravishda 0.39, 0.33 va 0.25 VSCE ni tashkil etdi. Ma'lumotlarning takrorlanuvchanligini ta'minlash uchun har qanday namunaning har bir elektrokimyoviy sinovi bir xil sharoitlarda kamida uch marta takrorlandi.
HE-SXRD o'lchovlari uchun Kanadaning CLS shahridagi yuqori energiyali Brockhouse wiggler liniyasida faza tarkibini aniqlash uchun 1 × 1 × 1,5 mm3 o'lchamdagi to'rtburchak dupleks po'lat bloklar o'lchandi56. Ma'lumotlar to'plash xona haroratida Debye-Scherrer geometriyasi yoki transport geometriyasida amalga oshirildi. LaB6 kalibratoriga kalibrlangan rentgen nurlarining to'lqin uzunligi 0,212561 Å ni tashkil etadi, bu 58 keV ga to'g'ri keladi, bu laboratoriya rentgen manbai sifatida keng qo'llaniladigan Cu Kα (8 keV) dan ancha yuqori. Namuna detektordan 740 mm masofada joylashtiriladi. Har bir namunaning aniqlash hajmi 0,2 × 0,3 × 1,5 mm3 ni tashkil qiladi, bu nur o'lchami va namuna qalinligi bilan belgilanadi. Ushbu ma'lumotlarning har biri Perkin Elmer maydon detektori, yassi panelli rentgen detektori, 200 µm piksel, 40 × 40 sm2, 0,3 soniya ta'sir qilish vaqti va 120 kadr yordamida to'plangan.
Tanlangan ikkita model tizimlarining X-PEEM o'lchovlari MAX IV laboratoriyasidagi (Lund, Shvetsiya) Beamline MAXPEEM liniyasining PEEM so'nggi stansiyasida o'tkazildi. Namunalar elektrokimyoviy o'lchovlar uchun bo'lgani kabi tayyorlandi. Tayyorlangan namunalar bir necha kun davomida havoda saqlandi va sinxrotron fotonlar bilan nurlantirishdan oldin juda yuqori vakuum kamerasida gazsizlantirildi. Nurning energiya aniqligi N2 da hv = 401 eV bo'lgan qo'zg'alish mintaqasining N 1 s dan 1\(\pi _g^ \ast\) gacha bo'lgan ion chiqish spektrini va foton energiyasining E3/2.57 ga bog'liqligini o'lchash orqali olinadi. Spektral moslik o'lchangan energiya diapazonida ΔE (spektral chiziq kengligi) ~0.3 eV ni berdi. Shuning uchun, Fe 2p L2,3 chekkasi, Cr 2p L2,3 chekkasi, Ni 2p L2,3 chekkasi va Ce M4,5 chekkasi uchun Si 1200 chiziqli mm−1 panjarali modifikatsiyalangan SX-700 monoxromatoridan foydalanib, nur chizig'i energiyasining aniqligi E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 va oqim ≈1012 ph/s deb baholandi. Shuning uchun, Fe 2p L2.3 chekkasi, Cr 2p L2.3 chekkasi, Ni 2p L2.3 chekkasi va Ce M4.5 chekkasi uchun Si 1200 chiziqli mm−1 panjarali modifikatsiyalangan SX-700 monoxromatoridan foydalanib, nur chizig'i energiyasining aniqligi E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 va oqim ≈1012 ph/s deb baholandi. Takim obrazom, energeticheskoe razreshenie kanala puchka bylo otseneno ka E/∆E = 700 eV/0,3 eV > 2000 va potok ≈1012 f/s pri ispolzovanii modifitsirovannogo monoxromomatora SX-700 dxov2 shmm0lya/ Six-701 smm0lya L2,3, kromka Cr 2p L2,3, kromka Ni 2p L2,3 va kromka Ce M4,5. Shunday qilib, Fe qirrasi 2p L2,3, Cr qirrasi 2p L2.3, Ni qirrasi 2p L2.3 va Ce qirrasi M4.5 uchun 1200 chiziq/mm Si panjarali modifikatsiyalangan SX-700 monoxromator yordamida nur kanalining energiya aniqligi E/∆E = 700 eV/0.3 eV > 2000 va oqim ≈1012 f/s deb baholandi.língíngíngíngíngíngíngíngíngėngēngėngE/DAE = 700 eV/0.3 eV > 2000 língíngíníč1012 ph/s lín0-síngínín. Si 1200 límm-1 língínínín Fe 2p L2,3 lílín, Cr 2p L2,3 lílín, Ni 2p L2,3 mílíníní4, Nilííííí ， chàngìííííí yínìííí yínìííí yínìííì dé = 700 EV/0.3 EV> 2000 yín 7-0.12 PH/S 1012 PH/S SI 1200 lín mm-1 línín Fe 2P 2P 2P L2.3 lílín, Cr 2p L2.3 lílílín, Cr 2p L2.3 lílín, Ni 2p L2.3 mí5Ce.Shunday qilib, modifikatsiyalangan SX-700 monoxromatori va 1200 chiziqli Si panjarasidan foydalanilganda. 3, Cr chekkasi 2p L2.3, Ni chekkasi 2p L2.3 va Ce chekkasi M4.5.Foton energiyasini 0,2 eV bosqichda kengaytiring. Har bir energiyada PEEM tasvirlari 2 x 2 o'lchamdagi optik tolali ulanishga ega TVIPS F-216 CMOS detektori yordamida yozib olindi, bu 20 µm ko'rish maydonida 1024 × 1024 pikselni ta'minlaydi. Tasvirlarning ekspozitsiya vaqti 0,2 soniyani tashkil etadi, o'rtacha 16 kadr. Fotoelektron tasvir energiyasi maksimal ikkilamchi elektron signalini ta'minlaydigan tarzda tanlanadi. Barcha o'lchovlar chiziqli qutblangan foton nurining normal tushishida amalga oshiriladi. O'lchovlar haqida qo'shimcha ma'lumot olish uchun avvalgi tadqiqotga qarang58. Umumiy elektron chiqishi (TEY)59 aniqlash rejimini va uning X-PEEMda qo'llanilishini o'rgangandan so'ng, ushbu usulning aniqlash chuqurligi Cr signali uchun ~4–5 nm va Fe signali uchun ~6 nm deb baholandi. Cr chuqurligi oksid plyonka qalinligiga (~4 nm)60,61 juda yaqin, Fe chuqurligi esa oksid plyonka qalinligidan kattaroq. Fe L chekkasi yaqinida to'plangan XAS matritsadan olingan temir oksidi XAS va FeO aralashmasidir. Birinchi holda, chiqarilgan elektronlarning intensivligi TEY ga hissa qo'shadigan barcha mumkin bo'lgan elektron turlariga bog'liq. Biroq, sof temir signali elektronlarning oksid qatlamidan o'tishi, yuzasiga yetishi va analizator tomonidan to'planishi uchun yuqori kinetik energiyani talab qiladi. Bu holda, Fe0 signali asosan LVV Auger elektronlari va ular tomonidan chiqarilgan ikkilamchi elektronlar tufayli yuzaga keladi. Bundan tashqari, bu elektronlar tomonidan qo'shilgan TEY intensivligi elektron qochish yo'li49 davomida pasayadi va temir XAS xaritasidagi Fe0 ning spektral imzosini yanada kamaytiradi.
Ma'lumotlarni qazib olishni ma'lumotlar kublariga (X-PEEM ma'lumotlari) integratsiya qilish tegishli ma'lumotlarni (kimyoviy yoki fizik xususiyatlar) ko'p o'lchovli usulda olishning asosiy bosqichidir. K-o'rtacha klasterlash mashina ko'rish, tasvirni qayta ishlash, nazoratsiz naqshni aniqlash, sun'iy intellekt va tasniflovchi tahlil kabi bir qancha sohalarda keng qo'llaniladi24. Masalan, K-o'rtacha klasterlash giperspektral tasvir ma'lumotlarini klasterlashda yaxshi qo'llaniladi62. Printsipial jihatdan, ko'p obyektli ma'lumotlar uchun K-o'rtacha algoritmi ularni atributlari (foton energiyasi xususiyatlari) haqidagi ma'lumotlarga ko'ra osongina guruhlashi mumkin. K-o'rtacha klasterlash - bu ma'lumotlarni K-ust-ust bo'lmagan guruhlarga (klasterlarga) ajratish uchun iterativ algoritm bo'lib, bu yerda har bir piksel po'lat mikrostrukturaviy tarkibidagi kimyoviy bir xillikning fazoviy taqsimlanishiga qarab ma'lum bir klasterga tegishli. K-o'rtacha algoritmi ikki bosqichdan iborat: birinchi bosqich K santroidlarini hisoblaydi va ikkinchi bosqich har bir nuqtani qo'shni santroidlari bo'lgan klasterga tayinlaydi. Klasterning og'irlik markazi ushbu klasterning ma'lumotlar nuqtalarining (XAS spektrlari) arifmetik o'rtacha qiymati sifatida belgilanadi. Qo'shni santroidlarni Evklid masofalari sifatida aniqlash uchun turli masofalar mavjud. px, y kirish tasviri uchun (x va y piksellarda o'lchamlari), CK klasterning og'irlik markazi hisoblanadi; keyin bu tasvirni K-means63 yordamida K klasterlariga segmentlash (klasterlash) mumkin. K-means klasterlash algoritmining yakuniy bosqichlari quyidagilar:
2-qadam. Joriy markazga ko'ra barcha piksellarning a'zolik darajasini hisoblang. Masalan, u markaz va har bir piksel orasidagi Evklid masofasi d dan hisoblanadi:
3-qadam Har bir pikselni eng yaqin markazga belgilang. Keyin K markaz pozitsiyalarini quyidagicha qayta hisoblang:
4-qadam. Jarayonni (7) va (8) tenglamalar) santroidlar birlashguncha takrorlang. Yakuniy klaster sifati natijalari dastlabki santroidlarning optimal tanlovi bilan yuqori darajada bog'liq63. Po'lat tasvirlarning PEEM ma'lumotlar tuzilishi uchun odatda X (x × y × λ) 3D massiv ma'lumotlarining kubidir, x va y o'qlari esa fazoviy ma'lumotni (piksel o'lchamlari) ifodalaydi va λ o'qi fotonlarning energiya spektral rejimiga mos keladi. K-o'rtacha algoritmi X-PEEM ma'lumotlaridagi qiziqish mintaqalarini o'rganish uchun piksellarni (klasterlar yoki kichik bloklar) spektral xususiyatlariga ko'ra ajratish va har bir analit (klaster) uchun eng yaxshi santroidni (XAS spektral egri chizig'i) ajratib olish orqali ishlatilgan. U fazoviy taqsimotni, mahalliy spektral o'zgarishlarni, oksidlanish xatti-harakatlarini va kimyoviy holatni o'rganish uchun ishlatiladi. Masalan, K-o'rtacha klasterlash algoritmi issiq ishlov berilgan va sovuq prokatlangan X-PEEMdagi Fe L-chekka va Cr L-chekka mintaqalari uchun ishlatilgan. Eng yaxshi klasterlar va santroidlarni topish uchun turli miqdordagi K-klasterlar (mikrostrukturaviy mintaqalar) sinovdan o'tkazildi. Grafik ko'rsatilganda, piksellar to'g'ri klaster santroidlariga qayta tayinlanadi. Har bir rang taqsimoti klaster markaziga mos keladi va kimyoviy yoki fizik obyektlarning fazoviy joylashuvini ko'rsatadi. Ajratib olingan santroidlar sof spektrlarning chiziqli kombinatsiyalaridir.
Ushbu tadqiqot natijalarini qo'llab-quvvatlovchi ma'lumotlar tegishli WC muallifidan oqilona so'rov bo'yicha olinishi mumkin.
Sieurin, H. & Sandström, R. Payvandlangan dupleks zanglamaydigan po'latning sinish chidamliligi. Sieurin, H. & Sandström, R. Payvandlangan dupleks zanglamaydigan po'latning sinish chidamliligi. Sieurin, H. & Sandström, R. Vyazkost razrusheniya svarnoy duplexnoy nerjaveyushchey stali. Sieurin, H. & Sandström, R. Payvandlangan dupleks zanglamaydigan po'latning sinish chidamliligi. Sieurin, H. & Sandström, R. língíngíngíngíngíngíngíngíngíníní Sieurin, H. & Sandstrom, R. língíngíngíngíngíngíngíngíngíngíní Sieurin, H. & Sandström, R. Vyazkost razrusheniya svarnyh ikki tomonlama nerjaveyushchix staley. Sieurin, H. & Sandström, R. Payvandlangan dupleks zanglamaydigan po'latlarning sinish chidamliligi.loyiha. fraktal. mo'yna. 73, 377–390 (2006).
Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Tanlangan organik kislotalar va organik kislota/xlorid muhitida dupleks zanglamaydigan po'latlarning korroziyaga chidamliligi. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. Tanlangan organik kislotalar va organik kislota/xlorid muhitida dupleks zanglamaydigan po'latlarning korroziyaga chidamliligi.Adams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. va Van Der Merwe, J. Ba'zi organik kislotalar va organik kislotalar/xloridlar bo'lgan muhitda dupleks zanglamaydigan po'latlarning korroziyaga chidamliligi. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. língíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíngíníngīng. Adams, FV, Olubambi, PA, Potgieter, JH & Van Der Merwe, J. lía zanglamaydigan po'latdangànorganiclínhànorganiclínhànorganiclín/xlorli muhitiíngíngíníAdams, FW, Olubambi, PA, Potgieter, J. Kh. va Van Der Merwe, J. Ba'zi organik kislotalar va organik kislotalar/xloridlar bo'lgan muhitda dupleks zanglamaydigan po'latlarning korroziyaga chidamliligi.korroziyaga qarshi. Method Mater 57, 107–117 (2010).
Barella S. va boshqalar. Fe-Al-Mn-C dupleks qotishmalarining korroziya-oksidlovchi xususiyatlari. Materials 12, 2572 (2019).
Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Gaz va neft qazib olish uskunalari uchun yangi avlod super dupleks po'latlari. Levkov, L., Shurygin, D., Dub, V., Kosyrev, K. & Balikoev, A. Gaz va neft qazib olish uskunalari uchun yangi avlod super dupleks po'latlari.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Neft va gaz qazib olish uskunalari uchun super dupleks po'latlarning yangi avlodi.Levkov L., Shurygin D., Dub V., Kosyrev K., Balikoev A. Gaz va neft qazib olish uskunalari uchun super dupleks po'latlarning yangi avlodi. E3S vebinar. 121, 04007 (2019).
Kingklang, S. va Uthaisangsuk, V. 2507-darajali dupleks zanglamaydigan po'latning issiq deformatsiyalanish xususiyatini o'rganish. Metall. Kingklang, S. va Uthaisangsuk, V. 2507-darajali dupleks zanglamaydigan po'latning issiq deformatsiyalanish xususiyatini o'rganish. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. Issledovanie povedeniya goryachey deformatsii dupleknoy nerjaveyushchey stali marki 2507. Metall. Kingklang, S. va Uthaisangsuk, V. 2507 turdagi ikki tomonlama zanglamaydigan po'latning issiq deformatsiyalanish xususiyatini o'rganish. Metall. Kingklang, S. & Uthaisangsuk, V. 2507 língíngíngíngíngíngíngíngíngíngjíngíngjíngíngjíngjíngjín. Kingklang, S. va Uthaisangsuk, V. 2507Kingklang, S. va Utaisansuk, V. 2507 turdagi ikki tomonlama zanglamaydigan po'latning issiq deformatsiyalanish xususiyatini o'rganish. Metall.oliy mater. trans. A 48, 95–108 (2017).
Zhou, T. va boshqalar. Seriy bilan modifikatsiyalangan super dupleks SAF 2507 zanglamaydigan po'latning mikrotuzilmasi va mexanik xususiyatlariga boshqariladigan sovuq prokatning ta'siri. Alma mater. Fan. Loyiha. A 766, 138352 (2019).
Zhou, T. va boshqalar. Seriy bilan modifikatsiyalangan super dupleks SAF 2507 zanglamaydigan po'latning issiq deformatsiya natijasida hosil bo'lgan tuzilishi va mexanik xususiyatlari. J. Alma mater. saqlash idishi. texnologiyasi. 9, 8379–8390 (2020).
Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Noyob yer elementlarining ostenit po'latining yuqori haroratli oksidlanish xususiyatiga ta'siri. Zheng, Z., Wang, S., Long, J., Wang, J. & Zheng, K. Noyob yer elementlarining ostenit po'latining yuqori haroratli oksidlanish xususiyatiga ta'siri.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. va Zheng K. Noyob yer elementlarining yuqori haroratli oksidlanish sharoitida ostenitik po'latning xatti-harakatlariga ta'siri. Chjen, Z., Vang, S., Long, J., Vang, J. va Chjen, K. Zheng, Z., Vang, S., Long, J., Vang, J. & Zheng, K.Zheng Z., Wang S., Long J., Wang J. va Zheng K. Noyob yer elementlarining yuqori haroratli oksidlanishda ostenit po'latlarining xatti-harakatlariga ta'siri.korroziya. fan. 164, 108359 (2020).