Revelando nano

npj Materials Degradation volume 6, Número do artigo: 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 erosão dos aços são atribuídas à quebra de tais camadas, mas raramente à origem que depende da heterogeneidade da superfície em nível microscópico. Neste trabalho, a heterogeneidade química em escala nanométrica na superfície revelada por espectro-microscopia e análise quimiométrica domina inesperadamente o comportamento de ruptura e corrosão dos aços inoxidáveis ​​superduplex 2507 modificados por 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 se comportou mal em passividade por causa de 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 os controles de corrosão de metais de alta liga similares.

Desde a invenção do aço inoxidável, as propriedades anticorrosivas da liga cromo-ferro têm sido atribuídas ao cromo, que forma um forte óxido/oxihidróxido que torna o 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 maior resistência mecânica permite designs mais leves e compactos. Em contraste, a alta resistência à corrosão por pites e fendas do SDSS econômico garante uma vida útil mais longa, estendendo suas aplicações para controle de poluição, embarcações químicas e indústrias offshore de petróleo/gás4. No entanto, a estreita faixa de temperatura de trabalho a quente e as fracas propriedades de conformação impedem suas aplicações práticas em grande escala5. Assim, o SDSS é modificado para melhorar os desempenhos acima mencionados. Por exemplo, a modificação Ce foi introduzida no SDSS 2507 (Ce-2507) junto 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 aos refinamentos de grão aprimorados e às resistências dos contornos de grão. 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 teor de Ni, tornando o SDSS mais econômico10.

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 um filme fino 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, precipitações indesejadas e diferentes respostas de variadas fases de austenita e ferrita a deformações7. Assim, investigações de propriedades microrregionais de tais filmes finos até níveis de estrutura eletrônica tornam-se cruciais para entender a corrosão do SDSS e requerem técnicas experimentais sofisticadas. Até agora, métodos sensíveis à superfície, como espectroscopia de elétrons Auger11 e espectroscopia de fotoelétrons de raios X12,13,14,15 e microscopia de emissão de fotoeletrônicos de raios X (HAX-PEEM)16, embora forneçam distinções químicas de camadas superficiais, geralmente falham para separar o estado químico do mesmo elemento em posições espacialmente diferentes na nanoescala. Poucos estudos recentes correlacionaram a oxidação local do cromo com os comportamentos de corrosão observados em aços inoxidáveis ​​austeníticos17, aços martensíticos18 e SDSS19,20. No entanto, esses 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 idênticos, por exemplo, óxidos de ferro. Esses compostos herdam tamanhos refinados submetidos a tratamentos termomecânicos, bem adjacentes uns aos outros, mas variam em composições e estados de oxidação16,21. Assim, desvendar a quebra do filme de óxido e, em seguida, a corrosão por pites 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 (X-PEEM) em instalações de radiação síncrotron em nanoescala22. Combinado com o método de espectroscopia de absorção de raios-X (XAS) quimicamente sensível, 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. Essa visão espectro-microscópica dos locais de iniciação beneficia a provação química local e pode evidenciar variações químicas em camadas de Fe espacialmente que não foram exploradas antes.