Application Report | Exploring Scale Formation on Steel Products
簡(jiǎn) 介
在線材或管材等鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，氧化層的形成起著至關(guān)重要的作用，特別是鋼鐵在高溫?zé)彳埖倪^程中。氧化層是由于鋼材在空氣中氧化而在表面上形成的。在進(jìn)一步加工之前必須將其去除。而氧化層的成分主要由工藝，氣氛，溫度，以及材料本身特性所決定。
如果對(duì)氧化層處理不當(dāng)，其可能會(huì)導(dǎo)致表面粗糙，涂層附著力差，以及機(jī)械能力降低等缺陷。為了保持產(chǎn)品質(zhì)量，在將線材拉至成最終尺寸之前必須去除氧化層。去除氧化層通常需要通過化學(xué)，打磨或機(jī)械去除，例如酸洗，噴丸或刷涂。氧化層的去除可以確保鋼鐵本身表面更加光滑，更好的導(dǎo)電性，以及提高產(chǎn)品的一致性。因此了解氧化層的形成機(jī)理以及后續(xù)去除是維持產(chǎn)品質(zhì)量，性能的關(guān)鍵因素。
掠入射 X 射線衍射（GIXRD）是一種非破壞性的表征手段，可以幫助研究鋼鐵表面氧化層的形成機(jī)理。其使用很小的 X 射線入射角，可以識(shí)別以及分析鋼鐵表面的薄氧化層，可以提供氧化層結(jié)晶相的詳細(xì)信息。
本報(bào)告的目標(biāo)是通過 GIXRD 研究鋼鐵線材的氧化層成分。
實(shí) 驗(yàn)
在本次實(shí)驗(yàn)中，使用安東帕自動(dòng)多功能粉末衍射儀 XRDynamic 500 對(duì)鋼鐵線材（由鋼和表面氧化層組成）以 1° 至 5° 之間的固定入射角（ω）進(jìn)行掠入射 XRD 測(cè)試。該儀器配備 Primux 3000 X 射線源，平行光鏡，及 Pixos 2000 硅探測(cè)器。使用 Co 靶（λ = 1.79 ?）避免含鐵樣品產(chǎn)生的熒光信號(hào)。
結(jié)果與討論
由于鋼在加工階段暴露于空氣以及高溫環(huán)境當(dāng)中時(shí)會(huì)發(fā)生氧化，鋼表面會(huì)形成氧化層。下圖顯示了鐵素體（Fe），磁鐵礦（Fe3O4），赤鐵礦（Fe2O3）以及方鐵礦（FeO）的晶體結(jié)構(gòu)，后三種為加工階段易形成的鐵氧化物。
首先進(jìn)行常規(guī) XRD 聯(lián)動(dòng)掃描，X 射線擁有較大的樣品穿透深度，隨后在 GIXRD 測(cè)試中，逐漸將入射角（ω）從 5° 減少至 1° ，從而減小 X 射線對(duì)樣品的穿透深度。通過最小的入射角以及最小的穿透深度，可以測(cè)量樣品最外層的氧化層部分。
下圖是 GIXRD 以及常規(guī) XRD 衍射圖譜，其中主要的衍射峰均標(biāo)記其對(duì)應(yīng)的相。正如預(yù)期的那樣，由于 X 射線很容易穿透氧化層，因此在常規(guī) XRD 掃描中可以識(shí)別出鐵素體，方鐵礦，赤鐵礦，以及磁鐵礦。使用相對(duì)較大的入射角 5° 進(jìn)行 GIXRD，可以看到鐵素體的峰強(qiáng)顯著降低，而方鐵礦，磁鐵礦以及赤鐵礦的強(qiáng)度增加。
當(dāng)降低入射角至 4° 與 3° 時(shí)，赤鐵礦峰強(qiáng)度基本不變，方鐵礦與磁鐵礦的強(qiáng)度略有下降，同時(shí)鐵素體的峰強(qiáng)繼續(xù)下降。在 2° 入射角下，赤鐵礦的強(qiáng)度降低。在更低 1° 入射角下，鐵素體在 52.4°, 77.3° 和 99.7° 2θ 附近的 110, 200 和 211 峰幾乎不可見，磁鐵礦的強(qiáng)度比常規(guī) XRD 測(cè)試結(jié)果更低，而赤鐵礦的強(qiáng)度則比標(biāo)準(zhǔn) XRD 結(jié)果強(qiáng)度更高。這些結(jié)果驗(yàn)證了，在線材內(nèi)部的主要相為鐵素體，逐漸向表面移動(dòng)，鐵素體含量減少，而方鐵礦和磁鐵礦的含量逐漸增加。而氧化層的最外層則主要由方鐵礦和赤鐵礦組成。
總 結(jié)
使用安東帕自動(dòng)多功能 X 射線衍射儀 XRDynamic 500 進(jìn)行 GIXRD 測(cè)試可以更深入地了解鋼鐵生產(chǎn)中所產(chǎn)生的氧化層。對(duì)氧化層進(jìn)行更深入的分析以在未來優(yōu)化熱處理工藝。并可以顯著提高未來鋼鐵產(chǎn)品的整體質(zhì)量，耐用性及性能。
產(chǎn) 品 介 紹
XRDynamic 500 能以更高效率推動(dòng)更佳的 XRD 數(shù)據(jù)質(zhì)量。盡享囊括各種應(yīng)用的多功能平臺(tái)所帶來的優(yōu)勢(shì)，為粉末 XRD、非環(huán)境 XRD、PDF 分析、SAXS 等提供更佳解決方案。使用便捷，具有全自動(dòng)校準(zhǔn)程序，在更大限度減少誤差的同時(shí)快速收集高質(zhì)量的 XRD 數(shù)據(jù)。
產(chǎn) 品 優(yōu) 勢(shì)
更好的數(shù)據(jù)質(zhì)量：超高的分辨率/信噪比
TruBeam™ 理念：更大的測(cè)角半徑，真空光路
更高程度自動(dòng)化：X 射線光學(xué)和光束幾何自動(dòng)更改
全自動(dòng)校準(zhǔn)：更加便捷
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