Revelando o nano

npj Materials Degradation volume 6, Artigo número: 54 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Os aços inoxidáveis ​​amplamente utilizados e suas variantes deformadas são anticorrosivos em condições ambientais devido às camadas de passivação compostas por óxidos de cromo. Convencionalmente, a corrosão e a erosão dos aços são atribuídas à ruptura de tais camadas, mas raramente à origem que depende da heterogeneidade da superfície ao nível microscópico. Neste trabalho, a heterogeneidade química em escala nanométrica na superfície revelada por meio de espectromicroscopia e análise quimiométrica domina inesperadamente o comportamento de ruptura e corrosão dos aços inoxidáveis ​​superduplex 2507 modificados com Ce laminados a frio (SDSS) sobre seus deformados a quente. contrapartida. Embora relativamente uniformemente coberto por uma camada nativa de Cr2O3 revelada por microscopia eletrônica de fotoemissão de raios X, o SDSS laminado a frio comportou-se mal na passividade devido às nano-ilhas ricas em Fe3+ distribuídas localmente sobre a camada de óxido de Fe/Cr. Este conhecimento em nível atômico fornece uma compreensão profunda da corrosão do aço inoxidável e espera-se que beneficie o controle de corrosão de metais similares de alta liga.

Desde a invenção do aço inoxidável, as propriedades anticorrosivas da liga cromo-ferro foram atribuídas ao cromo, que forma um forte óxido/oxihidróxido que apresenta comportamento passivo na maioria dos ambientes. Os aços inoxidáveis ​​super duplex (SDSS) com melhor resistência à corrosão são dotados de propriedades mecânicas superiores aos aços inoxidáveis ​​convencionais (austeníticos e ferríticos)1,2,3. A resistência mecânica aprimorada permite designs mais leves e compactos. Em contraste, a elevada resistência à corrosão por pites e frestas do SDSS económico garante vidas úteis mais longas, alargando as suas aplicações ao controlo da poluição, aos navios químicos e às indústrias offshore de petróleo/gás4. No entanto, a estreita faixa de temperatura de trabalho a quente e as fracas propriedades de conformação dificultam suas aplicações práticas em larga escala5. Assim, o SDSS é modificado para melhorar os desempenhos acima mencionados. Por exemplo, a modificação Ce foi introduzida no SDSS 2507 (Ce-2507) juntamente com uma alta adição de N6,7,8. O elemento de terras raras (Ce) em uma concentração adequada de 0,08% em peso é benéfico para as propriedades mecânicas do DSS devido ao aprimoramento do refinamento dos grãos e da resistência dos limites dos grãos. A resistência ao desgaste e à corrosão, a resistência à tração e ao escoamento e a trabalhabilidade a quente também foram melhoradas9. A maior quantidade de N pode substituir o caro conteúdo de Ni, tornando o SDSS mais custo-efetivo10.

Recentemente, o SDSS foi deformado plasticamente em diferentes temperaturas (criogênica, fria e quente) para atingir desempenhos mecânicos superiores6,7,8. No entanto, a resistência superior à corrosão do SDSS, resultante da presença de uma fina película de óxido na superfície, está sujeita a muitos fatores, por exemplo, microestruturas heterogêneas intrínsecas resultantes da presença de múltiplas fases com diferentes contornos de grão, precipitados indesejados e diferentes respostas. de fases variadas de austenita e ferrita a deformações7. Assim, as investigações das propriedades microrregionais de tais filmes finos até os níveis de estrutura eletrônica tornam-se cruciais para compreender a corrosão do SDSS e requerem técnicas experimentais sofisticadas. Até o momento, métodos sensíveis à superfície, como espectroscopia de elétrons Auger e espectroscopia de fotoelétrons de raios X 12,13,14,15 e microscopia de emissão de fotoelétrons de raios X duros (HAX-PEEM) 16, embora forneçam distinções químicas de camadas superficiais, normalmente falham. para separar o estado químico do mesmo elemento em posições espacialmente diferentes na nanoescala. Poucos estudos recentes correlacionaram a oxidação local do cromo aos comportamentos de corrosão observados em aço inoxidável austenítico17, aço martensítico18 e SDSS19,20. No entanto, estes estudos focaram principalmente na heterogeneidade do Cr (por exemplo, estado de oxidação Cr3+) na resistência à corrosão. A heterogeneidade lateral no estado de oxidação do elemento pode resultar de diferentes compostos com elementos de composição idêntica, por exemplo, óxidos de ferro. Esses compostos herdam tamanhos refinados submetidos a tratamentos termomecânicos, fortemente adjacentes entre si, mas variam em composições e estados de oxidação . Assim, revelar a quebra do filme de óxido e depois a corrosão por picadas exige conhecimento da heterogeneidade da superfície em nível microscópico. Apesar das demandas, ainda falta uma avaliação quantitativa, como a heterogeneidade lateral na oxidação, especialmente do Fe em escala nano/atômica, e sua correlação com a resistência à corrosão permanece inexplorada. Apenas recentemente, o estado químico de vários elementos, como Fe e Ca, foi descrito quantitativamente em amostras de aço por microscopia eletrônica de fotoemissão de raios X suaves (X-PEEM) em instalações de radiação síncrotron em nanoescala . Combinado com o método de espectroscopia de absorção de raios X quimicamente sensível (XAS), o X-PEEM, envolvendo medição de XAS com alta resolução espacial e espectral, fornece informações químicas sobre a composição elementar e seu estado químico dentro de uma resolução espacial até o nanômetro escala23. Tal visão espectromicroscópica dos locais de iniciação beneficia a provação química local e pode evidenciar variações químicas nas camadas de Fe espacialmente que não foram exploradas antes.