Микроскопиялык рентген-флуоресценттик спектрометрия (micro-XRF), үлгүнү фокусталган рентген нурлары менен дүүлүктүрүп, элементтерге мүнөздүү флуоресценттик рентген нурларын өлчөгөн жана ошону менен химиялык курамдын мейкиндиктик бөлүштүрүлүшүн картага түшүрө алган бузбай талдоочу элементтик анализ ыкмасы. Бул изилдөөдө Grade 2 титан менен Al6082 алюминий ар кандай процесс шарттарында электрон нуру менен бириктирилип, Ti–Al интерфейсиндеги элементтердин аралашуусу micro-XRF line scan, эки өлчөмдүү аймактык картага түшүрүү жана үч өлчөмдүү Ti концентрациясынын көрсөтүлүшү аркылуу изилденген. Төрт акыркы үлгү 250, 500, 1000 жана 2000 mm/dk ширетүү ылдамдыктарында даярдалып, аларга туура келген сызыктуу жылуулук киргизүүлөрү тиешелүүлүгүнө жараша 129, 91, 71 жана 49 J/mm деп билдирилген.

Негизги жыйынтык: төмөн ширетүү ылдамдыгы жана жогорураак сызыктуу жылуулук киргизүүсү бар A1 үлгүсүндө Ti Al тарабына карай кеңири мейкиндиктик бөлүштүрүлүү көрсөткөн, ал эми жогорку ылдамдыктагы A3 жана A4 үлгүлөрүндө Ti концентрациясынын өтүүсү кескин болгон. A1де Ti/Mn жана Ti/Fe катыштары интерфейстен кийин узагыраак аралыкта жогору бойдон калган, A3 жана A4тө болсо катыштар тезирээк төмөндөгөн. Эки өлчөмдүү элементтик карталар жана A1–A4 салыштыруусу да төмөн ылдамдыктагы A1 шартында кеңири, A4 шартында болсо көбүрөөк жергиликтүү аралашуу аймагын колдогон.

Ошол эле учурда төрт шарт ширетүү ылдамдыгы боюнча гана айырмаланбайт. Ширетүү ылдамдыгы жогорулатылганда электрон нурунун тогу да 5 mAдан 15 mAга чейин көбөйтүлүп, нурдун офсети −0,5 mmден −0,7 mmге өзгөртүлгөн. Ошондуктан жыйынтыктарды “ширетүү ылдамдыгынын гана көз карандысыз таасири” катары эмес, ширетүү ылдамдыгы–нур тогу–офсеттин ар башка айкалыштары түзгөн ар кандай сызыктуу жылуулук киргизүү жана термиялык цикл шарттарынын салыштыруусу катары окуу керек.

Micro-XRF анализи Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, Ga жана башка элементтердин бөлүштүрүлүшүн көрсөткөн. Айрыкча Mn жана Fe Al6082 тарабын байкоо үчүн жардамчы элементтик маркерлер катары колдонулган; Mn Grade 2 Tiда из өлчөмүндө гана болгондуктан, Feге караганда Al тарабын тандап көрсөтүүчү индикатор деп бааланган. Фильтрленген micro-XRF шарттарында Alды түздөн-түз ишенимдүү сандык аныктоо кыйын болгондуктан, Al концентрациясы башка өлчөнгөн элементтердин суммасын %100дөн алып салуу аркылуу бааланган.

Изилдөө элементтердин бөлүштүрүлүшүн жана химиялык аралашууну өлчөйт; интерметаллдык фазалардын кристаллдык түзүлүшүн түздөн-түз аныктаган эмес жана кошулмалардын созулууга бекемдигин, катуулугун же чарчоо мөөнөтүн өлчөгөн эмес. Ошондуктан Tiнин кеңири бөлүштүрүлүшү автоматтык түрдө “жакшыраак” же “бекемирээк” ширетүү деген жыйынтык бул изилдөөдөн чыгарылбайт.

Ti менен Alды бириктирүү эмне үчүн кыйын?

Титан менен алюминийдин физикалык, химиялык жана термофизикалык касиеттери бири-биринен кыйла айырмаланат. Бул айырмачылыктар ширетүү маалында эрүү жүрүмүн, жылуулук өткөрүүнү, элементтердин ташылышын, калдык чыңалууларды жана интерфейстик реакцияларды көзөмөлдөөнү кыйындатат. Ti–Al системаларында морт интерметаллдык кошулмалардын пайда болушу да кошулманын сапаты үчүн негизги металлургиялык көйгөйлөрдүн бири.

Электрон нурлуу ширетүү (electron beam welding, EBW) — энергия тыгыздыгы жогору фокусталган электрон шооласы материалды жергиликтүү ысыткан жана процесс жогорку вакуумда жүргүзүлө ала турган бириктирүү ыкмасы. Жогорку энергия тыгыздыгы тар жылуулук таасир эткен аймакты жана энергияны так көзөмөлдөөнү камсыздай алат; бирок Ti–Al сыяктуу ар башка металлдарда бир нече жүз микрометрден миллиметр масштабына чейинки өтө кескин химиялык өтүү аймактары пайда болушу мүмкүн.

Бул изилдөөдө нур бириктирүү сызыгынын так ортосуна түз берилген эмес. Изилдөөчүлөр алюминий тарабын эритип, титандын четинин ашыкча эришине жол бербөө үчүн электрон шооласын Al6082 тарабына жылдырган. Төмөн ылдамдыктагы A1 жана A2 үлгүлөрүндө офсет −0,5 mm, жогорку ылдамдыктагы A3 жана A4 үлгүлөрүндө −0,7 mm болгон. Макаланын жыйынтык бөлүмү бул кошулмаларды “electron beam welded (brazed)” деп мүнөздөйт; башкача айтканда, эксперименттик түзүлүштү эки тарап тең бирдей эритилген классикалык эритме ширетүүсү катары гана түшүнүүгө болбойт.

Micro-XRF Ti–Al ширетүү кошулмасында эмнени өлчөйт?

Micro-XRF Ti–Al кошулмасында кайсы элемент кайсы жерде жайгашканын жана элементтик сигналдар интерфейс боюнча кандай өзгөрөрүн мейкиндик боюнча өлчөйт; бул изилдөөдө ыкма Ti, Mn, Fe, Cu, Zn, Ga жана башка эритме элементтеринин line-scan жана аймактык карталарын түзүү үчүн колдонулган. Micro-XRF кристаллдык фазанын идентификациясын, интерметаллдык кошулманын түрүн же механикалык бекемдикти түз өлчөбөйт; ошондуктан элементтердин бөлүштүрүлүшү менен фазаны аныктоо өзүнчө каралышы керек.

Рентген флуоресценциясы негизинен кантип иштейт?

Атом жетиштүү энергиядагы рентген нуру менен дүүлүктүрүлгөндө ички электрондук катмарлардын биринде боштук пайда болушу мүмкүн. Жогорку энергия деңгээлиндеги электрон ошол боштукту толтурганда, эки энергия деңгээлинин айырмасына туура келген мүнөздүү рентген фотону чыгарылат. Бул флуоресценттик фотондун энергиясы элементке мүнөздүү болгондуктан, спектрдин энергия огу кайсы элемент бар экенин, ал эми туура калибрлөө жана матрицалык түзөтүүлөр менен сигналдын интенсивдүүлүгү элементтин өлчөмү тууралуу маалымат бере алат.

“Micro” деген түшүнүк бул жерде анализ аймагы микрометр масштабына фокустала аларын билдирет. Изилдөөдө колдонулган поликапиллярдык рентген линзасы Ti-Kα сызыгында болжол менен 59 × 38 µm мейкиндиктик ажыратуу жөндөмүн камсыздаган. Бул ажыратуу жүздөгөн микрометр–миллиметр масштабындагы тар Ti–Al аралашуу аймактарын чекиттен чекитке изилдөө үчүн маанилүү.

Эмне үчүн SEM–EDS гана эмес, micro-XRF тандалган?

SEM–EDS жогорку мейкиндиктик ажыратууда жергиликтүү курамды анализдөө үчүн күчтүү ыкма, бирок изилденүүчү аянт адатта кичирээк. Изилдөөнүн суроосу бир нече микроаймактын химиясы менен чектелбестен, Ti–Al интерфейсинин миллиметр масштабындагы кең химиялык архитектурасын жана үзгүлтүксүз элемент өтүшүн байкоо болуп саналат. Ошондуктан micro-XRF line scan жана аймактык скан аркылуу чоңураак аймактарды бузбастан картага түшүрүү үчүн колдонулган.

Бирок Ti–Al системасында micro-XRF сандык аныктоосу жөнөкөй эмес. Булак күчтүү матрицалык таасирлерди, Ti-K нурлануусунун Al флуоресценциясын экинчи ирет күчөтө алышын, дифракциядан пайда болгон спектрдик тоскоолдуктарды жана фильтрленген дүүлүктүрүүдө Alдын чектелген аныкталышын негизги аналитикалык кыйынчылыктар катары көрсөтөт.

Фильтрленген жана фильтрленбеген дүүлүктүрүү эмне үчүн чогуу колдонулган?

Өлчөөлөр 50 kV жана 600 µA рентген түтүгүнүн шарттарында фильтрленген жана фильтрленбеген дүүлүктүрүү менен жүргүзүлгөн. Фильтрленген дүүлүктүрүү, айрыкча атом номери Z > 20 болгон элементтердин жогорку энергиялуу флуоресценттик сызыктарында пик/фон катышын жакшыртуу жана дифракциялык тоскоолдуктарды басуу үчүн колдонулган. Фильтрленбеген дүүлүктүрүү болсо Al сыяктуу жеңилирээк элементтерди аныктоону күчөткөн.

Line-scan чекиттик өлчөөлөрүндө булак фильтрленген өлчөө үчүн 20 s, фильтрленбеген өлчөө үчүн 5 s live time билдирет. Колдонулган кадам өлчөмдөрү тиешелүүлүгүнө жараша 30 µm жана 20 µm. Ар бир сызык болжол менен 2,5 mm бою Ti негизиндеги эритмеден Al негизиндеги эритмеге карай өткөн.

Line scan менен area map ортосунда кандай айырма бар?

Line scan, тандалган сызык боюнча ырааттуу өлчөө чекиттерин чогултуп, элемент концентрациясынын аралыкка жараша кандай өзгөрөрүн көрсөтөт. Изилдөөдө ар бир A1–A4 үлгүсүнүн жогорку жана төмөнкү аймактарында эки өз алдынча сызыктык скан жасалган.

Area map болсо x жана y багыттарында көп сандагы өлчөө чекиттерин алып, эки өлчөмдүү элементтик бөлүштүрүлүштү түзөт. Изилдөөдө деталдуу аймактык картага түшүрүү эксперименттик чектерди көрсөткөн A1 жана A4 үлгүлөрүндө гана жүргүзүлгөн. A1 үчүн 2,25 × 1,3 mm, A4 үчүн 2,5 × 1,2 mm аймак сканерленген; метод бөлүмүндө 5 µm кадам жана 10 s/spot көрсөтүлгөн.

EBW эксперименттик түзүлүшүнүн негизги параметрлери

Сызыктуу жылуулук киргизүү теңдемеси

Теңдеме эмнени эсептейт? Электрон нуру ширетүү тигишинин бирдик узундугуна өткөргөн болжолдуу сызыктуу энергия киргизүүнү эсептейт.

• Q: сызыктуу жылуулук/энергия киргизүү.
• η: термиялык натыйжалуулук; изилдөөдө 0,9 алынган.
• V_a: ылдамдатуучу чыңалуу; акыркы эксперименттерде 120 kV.
• I_b: электрон нурунун тогу; 5–15 mA.
• v: ширетүү ылдамдыгы; теңдемеде mm/s бирдигине айландырылат.

Чыңалуу менен токтун көбөйтүндүсү нурдун кубатын берет. kV × mA сандык жактан ватт бирдигине туура келет. Кубатты mm/s менен берилген жылыш ылдамдыгына бөлүү J/mm берет. Мисалы, A1 үчүн 250 mm/dk = болжол менен 4,167 mm/s:

Бул жыйынтык Таблица 2де берилген 129 J/mm менен шайкеш. Булак текстинде Теңдеме 1 түшүндүрмөсүндө Q үчүн “kJ/mm” деп жазылган, ал эми Таблица 2де “J/mm” колдонулган. Сандык маанилер жана берилген бирдиктер J/mm менен шайкеш болгондуктан, бул булак ичиндеги бирдикти отчеттоо келишпестиги катары сакталууга тийиш; Verianla булактын сүйлөмүн унчукпай оңдоп койгондой көрсөтпөйт.

Ширетүү ылдамдыгы Ti–Al интерфейсиндеги элемент аралашуусуна кандай таасир этти?

Бул эксперименттик топтомдо төмөн ылдамдыктагы жана жогорку жылуулук киргизүүсү бар A1 шарты Al тарабына кеңири созулган Ti концентрация профили менен байланышкан, ал эми жогорку ылдамдыктагы A3 жана A4 шарттары кескин Ti градиенттерин жана көбүрөөк жергиликтүү элемент аралашуусун көрсөткөн. Бирок ширетүү ылдамдыгы менен кошо нур тогу жана жарым-жартылай нур офсети да өзгөргөндүктөн, жыйынтык ылдамдыктын гана бөлүнүп алынган себептик таасири эмес, бардык EBW процесс шарттары түзгөн термиялык цикл айырмасы катары чечмелениши керек.

“Кеңири Ti профили” эмнени билдирет?

Line scan Ti негизиндеги тараптан башталып Al негизиндеги тарапка өткөндө Ti концентрациясы жогорку мааниден төмөн мааниге түшөт. Бул түшүү болгон аралык кең болсо, Ti сигналы Al тарабында узагыраак аралыкка тараганын билдирет. A1 үлгүсүндө бул өтүү кеңири. A3 жана A4тө интерфейс өткөндөн кийин Ti концентрациясы тезирээк төмөндөйт.

Бул байкоону “Ti атомдору катуу абалдагы диффузия аркылуу гана алысыраак жылды” деп тар мааниде чечмелөөгө болбойт. Электрон нурлуу бириктирүү маалында эриген ваннанын кыймылы, суюлтуу, термиялык ташылуу, жергиликтүү эрүү жана мүмкүн болгон буулануу сыяктуу процесстер да жалпы элементтик кайра бөлүштүрүлүүгө салым кошушу мүмкүн.

Бириктирүү беттеринин макроскопиялык көрүнүшү

Төрт кошулманын баарында орточо деңгээлдеги чачыроо, жалпысынан тегиз үстүңкү бет жана бир нече майда undercut/groove leak/face concavity пайда болгону билдирилген. Бетте жарака байкалган эмес жана беттин чөгүүсү кошулманын калыңдыгынын %10унан ашпаганы көрсөтүлгөн.

Бул байкоо макроскопиялык беттин абалын гана сүрөттөйт. Булак “жарака байкалган жок” деген жыйынтыктан улам кошулмалардын узак мөөнөттүү чарчоо же сынуу көрсөткүчтөрү ийгиликтүү экенин көрсөтпөйт.

Grade 2 Ti жана Al6082нин баштапкы химиялык курамы

Баштапкы эритмелердин химиялык курамы Bruker Elemental Q4 TASMAN стол үстүндөгү spark-OES аспабы менен аныкталган. Grade 2 Ti болжол менен %99,68 Ti, ал эми Al6082 болжол менен %96,79 Al камтыйт. Al6082де өзгөчө Si %1,028, Mg %1,004, Mn %0,520 жана Fe %0,359 деңгээлинде. Бул курамдык айырма Mn жана Feнин Al тарабын байкоо үчүн эмне үчүн пайдалуу экенинин негизин түзөт.

Ti/Mn жана Ti/Fe катыштары эмне үчүн колдонулган?

Ti/Mn жана Ti/Fe катыштары Ti бөлүштүрүлүшүн Al6082де табигый түрдө бар Mn жана Feге карата нормалдаштырып, аралашуу аймагындагы Tiге байлыктын орунга жараша өзгөрүшүн байкоо үчүн колдонулган; Mn Grade 2 Ti тарабында өтө аз болгондуктан, Al6082ни Feге караганда тандап көрсөтөт. Авторлор бул катыштарды колдонуу Ti–Al EBW кошулмалары үчүн калыптанган стандарт эмес экенин жана Fe жардамчы индикатор катары гана чечмелениши керектигин ачык белгилешет.

Эмне үчүн түздөн-түз Alдын ордуна Mn жана Fe?

Фильтрленген XRF дүүлүктүрүүсү дифракциялык тоскоолдуктарды азайтса да, Alды ишенимдүү түз сандык аныктоону кыйындаткан. Анын ордуна Mn-K жана Fe-K флуоресценттик сызыктары натыйжалуураак дүүлүктүрүлүп, өлчөнгөн.

Al6082 тарабында Mn жана Fe өлчөнө турган өлчөмдө бар. Grade 2 Ti тарабында Mn өтө төмөн деңгээлде гана, Fe болсо болжол менен %0,07 чамасында. Ошондуктан Mn Alдан келген материал ташылышы үчүн тандап көрсөтүүчү маркер, Fe болсо Mn жана жалпы Ti бөлүштүрүлүшү менен бирге колдонулган жардамчы индикатор катары бааланган.

Ti/Mn жана Ti/Fe профилдери эмнени көрсөткөн?

Эки катыш тең Ti тарабынан Al тарабына өткөндө кескин азайган. A1 үлгүсүндө Ti/Mn жана Ti/Fe катыштары узагыраак аралыкта жогору бойдон калган. A3 жана A4 үлгүлөрүндө катыштар интерфейстен кийин тезирээк төмөн жана салыштырмалуу туруктуу маанилерге жакындаган.

Бул жүрүм Ti концентрация профилдери менен бирдей жалпы тенденцияны колдойт: A1 шартында элементтер кеңири кайра бөлүштүрүлгөн, жогорку ылдамдыктагы A3/A4 шарттарында болсо аралашуу көбүрөөк жергиликтүү болгон.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Эксперименттик үлгүлөр

Grade 2 Ti жана Al6082 плиталарынын акыркы өлчөмдөрү 80 × 200 × 3 mm. Үлгүлөр учма-уч кошулуу геометриясында атайын фикстуралар менен түздөлгөн. Ширетүү процесси Cambridge Vacuum Engineering чыгарган CVE EB 756 электрон нурлуу ширетүү машинасы менен жүргүзүлгөн.

Алдын ала оптималдаштыруу баскычында ширетүү ылдамдыгы 250–4000 mm/dk, нур тогу 5–50 mA аралыктарында изилденген. Ылдамдатуучу чыңалуу 120 kV, фокус аралыгы 420 mm, жумуш камерасынын басымы 1 × 10⁻⁴ mbar деп берилген. Акыркы изилдөө үчүн 250, 500, 1000 жана 2000 mm/dk ылдамдыктар тандалган.

Параметр тандоонун негизги практикалык максаты Alдын тамыр тарабында толук эришин камсыз кылуу, Ti тарабында жетиштүү нымданууну алуу жана титандын четин ашыкча эритпөө болгон.

Electron beam офсети жана тербелүү түзүлүшү

A1 жана A2де −0,5 mm, A3 жана A4тө −0,7 mm офсет колдонулуп, нур Al тарабына багытталган. Нур тегерек түрдө 100 Hz жыштыкта термелтилген; булак тегерек тербелүүнүн диаметрин Ø1 mm деп билдирген.

Бул параметр өзгөрүүсү чечмелөө үчүн маанилүү. Төрт үлгү “ылдамдык гана өзгөртүлүп, калганынын баары туруктуу кармалган” эксперимент эмес. Чыңалуу жана тербелүү жыштыгы туруктуу болгону менен ток, ылдамдык жана эки баскычта офсет өзгөрөт.

Micro-XRF аспап системасы

FWHM эмнени билдирет?

FWHM — full width at half maximum, сигнал чокусунун максималдуу бийиктигинин жарымындагы туурасы. Изилдөөдө 50 µm Ti зымы аркылуу алынган line scan профилдеринин FWHM мааниси micro-XRF нурунун x жана y багыттарындагы натыйжалуу мейкиндиктик ажыратуу жөндөмүн баалоо үчүн колдонулган.

Болжол менен 59 × 38 µm ажыратуу жөндөмү система ондогон микрометр масштабындагы химиялык өзгөрүүлөрдү байкай аларын көрсөтөт; бирок болжол менен 10 µm же андан тар чыныгы структуралык деталдарды толук ажыратуу бул эксперименттик түзүлүштүн мүмкүнчүлүгүнө кирбейт. Авторлор жыйынтык бөлүмүндө келечекте болжол менен 10–15 µmге чейин тыгыз фокусталган нур аралашуу аймагынан кеңири маалымат бере аларын белгилешет.

Спектрдик сандык аныктоо

Спектрдик ажыратуу жана сандык аныктоо PyMca программасында FitStrategy модулу менен жүргүзүлгөн. Спектрометрдин кирүүчү фотон агымы %99,99 таза Ti көлөмдүк бута менен калибрленген.

Фильтрленген дүүлүктүрүүдө Al сигналы жетиштүү ишенимдүү сандык аныкталбагандыктан, Al концентрациясы айырма ыкмасы менен бааланган:

Теңдеме эмнени эсептейт? Өлчөнгөн башка элементтердин салмактык пайыздарынын суммасын %100дөн алып салып, Alдын болжолдуу салмактык пайызын эсептейт.

• c_Al: болжолдонгон Al концентрациясы, wt%.
• c_i: PyMca менен сандык аныкталган тиешелүү элементтин концентрациясы, wt%.
• N = 7: булактагы теңдеме түшүндүрмөсүндө Ti, Fe, Mn, Cu, Zn, Ga жана Pb деп көрсөтүлгөн сандык аныкталган майда/из элементтер.

Теңдеме матрица ушул өлчөнгөн элементтерден жана Alдан турат жана сумма %100гө нормалдаштырылат деп болжолдойт. Ошондуктан Al мааниси фильтрленген XRFде өз алдынча түз өлчөнгөн маани эмес, курамдын жабылышы аркылуу эсептелген баа.

Micro-XRF менен негизги материалды сандык аныктоо

Al6082 ичинде Mn, Fe, Cu жана Zn үчүн салыштырмалуу статистикалык белгисиздиктер болжол менен %1–1,3 деңгээлинде. Концентрациясы кыйла төмөн элементтерде салыштырмалуу белгисиздик табигый түрдө көбөйөт; мисалы, Al6082де Ti үчүн %8,8 жана V үчүн %20 билдирилген.

Ti үчүн аныктоо чеги

Булактын жыйынтык бөлүмүндө оптималдаштырылган эксперименттик шарттарда Al матрицасындагы Ti үчүн болжолдуу аныктоо чеги 900 ppm, башкача айтканда 0,09 wt% деп берилет. Бул жыйынтык micro-XRFнин төмөн деңгээлдеги Ti ташылышын байкай алышынын негиздеринин бири.

Бул жерде булак ичиндеги отчеттук айырма бар: LoD талкуусунда line жана area scan үчүн “20 s per pixel” колдонулат, ал эми Ыкма 2.3.1де A1 жана A4 аймактык скандары үчүн 10 s/spot жазылган. Бул эки маани бириктирилип жаңы убакыт түзүлбөшү керек.

Line-scan жыйынтыктары

Төрт үлгүнүн баарында Tiге бай тараптан Alга бай тарапка өтүү бир нече миллиметрлик скандын чакан бөлүгүндө болуп, кескин, миллиметрден кичине курамдык градиенттер байкалган.

A1 эң төмөн ширетүү ылдамдыгына жана эң жогорку сызыктуу жылуулук киргизүүгө ээ. Бул үлгүдө Ti сигналы Al тарабына кеңири аралык боюнча созулат. A3 жана A4тө болсо Ti концентрациясынын төмөндөшү кескин. Авторлор бул айырманы өзгөрүп турган термиялык циклдин элементтердин кайра бөлүштүрүлүшүнө тийгизген таасири менен байланыштырышат.

Ар бир үлгүдө эки line scan жасалышы бир эле кошулуу аймагынын эки ар башка вертикалдык ордундагы мейкиндиктик ырааттуулукту баалоого жардам берген. Бул эки сызык бир эле ширетүү үлгүсүнөн алынган; алар төрт шарт үчүн өз алдынча ширетүү кайталоосу же статистикалык эксперименттик репликация катары чечмеленбеши керек.

Эки өлчөмдүү аймактык карталар

A1 жана A4 эксперименттик терезенин төмөн жана жогорку ылдамдык чектерин билдиргендиктен деталдуу аймактык сканга тандалган. Ti картасы A1де кеңири өтүү аймагын, A4тө болсо кескин жана жергиликтүү Ti байышын көрсөткөн.

Mn, Fe, Cu жана Gaнын Alга бай аймактагы бөлүштүрүлүшү жалпысынан окшош жана жылмакайыраак өтүүлөрдү көрсөткөн. Zn болсо башкача жүрүп, аралашуу аймагында бара-бара азайган жана чектелүү мейкиндиктик бөлүштүрүлүштү көрсөткөн.

Zn жүрүмүн кантип чечмелөө керек?

Авторлор Zn азайышы ширетүү учурунда тандалма кайра бөлүштүрүлүү жана/же жарым-жартылай жоготуу менен байланыштуу болушу мүмкүн экенин, Znнин эрүү шарттарындагы жогорку учуучулугу бул жүрүмдү күчөтүшү мүмкүн экенин белгилешет.

Ti–Zn өз ара аракеттенүүлөрү же Zn камтыган интерметаллдык фазалардын пайда болушу толук четтетилген эмес; бирок micro-XRF карталары фазалык идентификация бербегендиктен, изилдөөчүлөр учурдагы маалымат түз фазаны аныктоону камсыз кылбай турганын ачык белгилешет. Ошондуктан Zn картасынан белгилүү бир интерметаллдык фаза пайда болду деген жыйынтык чыгарууга болбойт.

Аймактык карталардан орточо профилдер кантип чыгарылган?

A1 үлгүсүндөгү интерфейс көбүрөөк жантайыңкы жана гетерогендүү болгондуктан, кошумча геометриялык кеңейүүнү азайтуу үчүн эң төмөнкү беш горизонталдык скан сызыгы гана колдонулган. A4тө болсо 27 горизонталдык сызыктын баары колдонулган.

Жалпы сигналдар A1де 5ке, A4тө 27ге бөлүнүп, салыштырууга боло турган орточо интенсивдүүлүк профилдери түзүлгөн. Ti, Mn, Fe, Cu, Zn жана Ga интенсивдүүлүктөрү аралыкка жараша салыштырылган.

Бул процессте эки үлгү үчүн ар башка сандагы сызыктын колдонулушу интерфейс геометрияларындагы чыныгы айырманы эсепке алуу үчүн; эки үлгүгө бирдей санда пиксел колдонулгандай көрсөтүлбөшү керек.

Үч өлчөмдүү Ti карталары

Булак A1 жана A4 аймактык скандарынан алынган Ti концентрациясын сызыктуу да, логарифмдик да масштабда үч өлчөмдүү көрсөткөн. A1деги кеңири Ti бөлүштүрүлүшү жана A4төгү кескин, жергиликтүү Ti байышы бул көрсөтүүлөрдө да көрүнөт.

Үч өлчөмдүү беттик график жаңы физикалык үчүнчү өлчөмдүн өлчөөсү эмес. Ал X жана Y беттик позицияларында өлчөнгөн Ti концентрациясын Z огунда бийиктик катары чийүү менен түзүлгөн маалымат көрсөтүүсү.

Изилдөө колдогон жана колдобогон жыйынтыктар

Изилдөөнүн күчтүү жактары

• Төмөн жана жогорку жылуулук киргизүүнү камтыган төрт башка процесс шарты изилденген.
• Line scan, эки өлчөмдүү картага түшүрүү жана үч өлчөмдүү концентрация көрсөтүүсү чогуу колдонулган.
• Негизги материалдар өзүнчө аймактардан сандык аныкталып, кошулуу аймагын чечмелөө үчүн таяныч түзүлгөн.
• Фильтрленген жана фильтрленбеген XRF шарттары ар башка элемент топторун аныктоо үчүн оптималдаштырылган.
• PyMca менен сандык спектрдик ажыратуу жүргүзүлүп, фотон агымы таза Ti бутасы менен калибрленген.
• Фильтрленген дүүлүктүрүүдө Alдын чектелүү аныкталышы ачык эске алынып, айырма ыкмасы көрсөтүлгөн.
• A1 жана A4 аймактык карталары бир өлчөмдүү сызык профили көрө албаган мейкиндиктик гетерогендүүлүктү ачып берген.

Изилдөөнүн негизги чектөөлөрү

• Төрт шартта ширетүү ылдамдыгы менен кошо нур тогу жана эки баскычта офсет өзгөрөт; бул бир факторлуу ылдамдык эксперименти эмес.
• Ар бир процесс шарты үчүн көз карандысыз ширетүү үлгүлөрүнүн репликация саны билдирилген эмес.
• Эки line scan бир эле үлгүнүн ар башка позицияларынан алынган мейкиндиктик кайталоолор; көз карандысыз үлгү кайталоолору эмес.
• Аймактык картага түшүрүү A1 жана A4 үлгүлөрүндө гана жүргүзүлгөн.
• Al фильтрленген дүүлүктүрүүдө түз ишенимдүү сандык аныкталган эмес жана айырма менен эсептелген.
• Micro-XRF элемент бөлүштүрүлүшүн өлчөйт; кристаллдык түзүлүштү/фазаны аныктабайт.
• Созулууга бекемдик, катуулук, сынуу илешкектүүлүгү же чарчоо сыноосу билдирилген эмес.
• Абсолюттук диффузия коэффициенти эсептелген эмес.
• Элемент ташылышы катуу абалдагы диффузия, эриген конвекция, суюлтуу жана буулануу сыяктуу мүмкүн болгон салымдарга ажыратылган эмес.
• Теңдеме 1 түшүндүрмөсүндөгү kJ/mm менен Таблица 2деги J/mm бирдигинин ортосунда булак ичиндеги келишпестик бар.
• Аймактык скан үчүн метод бөлүмүндөгү 10 s/spot менен жыйынтык бөлүмүндөгү 20 s/pixel бири-бирине шайкеш эмес.
• Data Availability билдирүүсү макаланын эксперименттик маалымат өндүрүүсү менен тексттик жактан шайкеш эмес көрүнөт.

Келечектеги изилдөө багыттары

Авторлор болжол менен 10–15 µmге чейин тыгыз фокусталган рентген шооласы аралашуу аймагындагы майда мейкиндиктик деталдарды ачып бере аларын белгилешет.

Мындан тышкары, түзүлгөн сандык micro-XRF маалымат топтомдору келечекте көп-физикалык моделдөөлөрдү, санарип эгиздерди жана физика маалыматы бар нейрон тармактарына негизделген ширетүү сапатын баалоо системаларын текшерүүгө салым кошо алары талкууланган.

Булар учурдагы изилдөөдө иштелип чыккан же тастыкталган санарип эгиз же машина үйрөнүү моделдери эмес. Макаладагы эксперимент micro-XRF мүнөздөмөсү; маалыматка негизделген моделдөө келечектеги колдонуу багыты катары сунушталат.

Изилдөөнүн негизги илимий жыйынтыгы

Изилдөө micro-XRF жогорку энергия тыгыздыгы бар Ti–Al ар башка металл кошулмаларындагы тар жана кескин химиялык өтүү аймактарын сандык да, мейкиндиктик да жактан мүнөздөй аларын көрсөтөт. Line scan жыйынтыктары төмөн ылдамдыктагы/жогорку жылуулук киргизүүсү бар A1 шартында Ti бөлүштүрүлүшү Al тарабына кеңири тараганын, жогорку ылдамдыктагы A3–A4 шарттарында болсо кескин градиенттер пайда болгонун көрсөткөн.

Эки жана үч өлчөмдүү картага түшүрүү кошулуу аймагы бир гана орточо курам мааниси менен көрсөтүүгө мүмкүн болбогондой гетерогендүү экенин көрсөтөт. Mn, Fe, Cu жана Ga жалпысынан окшош суюлуу жүрүмүн көрсөткөн, Zn болсо башкача жана чектелүү бөлүштүрүлүштү көрсөткөн.

Бул жыйынтыктардын туура инженердик чечмелөөсү “төмөн ылдамдык дайыма жакшы ширетүү берет” деген эмес. Изилдөө процесс шарттарынын элемент аралашуусуна таасирин көрсөтөт; оптималдуу механикалык кошулуу көрсөткүчтөрүн аныктоо үчүн фазалык анализ жана механикалык сыноолор сыяктуу кошумча мүнөздөмөлөр талап кылынат.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Түпнуска аталышы: Micro-XRF characterization of elemental mixing and diffusion in electron beam welded Ti–Al dissimilar joints

Авторлор: Raghawendra P.S. Sisodia; Piotr Sliwinski; Kalliopi Tsampa; Andreas G. Karydas.

Жооптуу автор: Raghawendra P.S. Sisodia.

Тең салым: Булакта тең биринчи авторлук же тең салым жөнүндө билдирүү көрсөтүлгөн эмес.

Мекемелер: Institute of Materials Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Informatics, University of Miskolc, Hungary; Lukasiewicz – Upper Silesian Institute of Technology, Poland; Institute of Nuclear and Particle Physics, NCSR Demokritos, Athens, Greece.

Журнал: Materials Today Communications.

Басма: Elsevier Ltd.

Библиографиялык жазуу: Materials Today Communications 55 (2026), Article 115823.

DOI: 10.1016/j.mtcomm.2026.115823

Расмий жарыя жазуусу: DOI аркылуу Elsevier ScienceDirect макала жазуусу.

Булактын түрү: Эксперименттик изилдөө / материалдарды мүнөздөө макаласы.

Макаланын убакыт тартиби: Received: 25 Март 2026; revised: 7 Июль 2026; accepted: 27 Июль 2026; available online: 28 Июль 2026.

Рецензиялоо: Materials Today Communications — Elsevier рецензиялоо баалоосун колдонгон материал таануу журналдарынын бири.

Лицензия: CC BY-NC 4.0.

Препринт абалы: Каралган жарыяланган макалада өзүнчө препринт идентификатору көрсөтүлгөн эмес.

Каржылоо жана жеткиликтүүлүк: Ачык жеткиликтүүлүктү каржылоо University of Miskolc тарабынан камсыздалган. Долбоор European Union Horizon 2020 Research and Innovation Programme grant agreement No. 101007417 алкагында колдоого алынган; NFFA-Europe Pilot Transnational Access Activity proposal ID753 аркылуу NCSR “Demokritos” жеткиликтүүлүгү пайдаланылган.

Кызыкчылыктардын кагылышы: Авторлор изилдөөгө таасир эте турган белгилүү финансылык кызыкчылык же жеке мамиле жок экенин билдиришкен.

Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү: Булактагы Data Availability сабында “No data was used for the research described in the article” деген маанидеги билдирүү бар. Бул билдирүү макалада ачык өндүрүлгөн жана талкууланган эксперименттик micro-XRF маалымат топтомдору менен тексттик жактан шайкеш эмес көрүнөт. Verianla бул билдирүүнү булактын атынан кайра чечмелебейт.

Авторлордун салымы: Raghawendra P.S. Sisodia: концептуалдаштыруу, маалыматтарды куроо, формалдык анализ, изилдөө, методология, долбоорду башкаруу, текшерүү, визуалдаштыруу, алгачкы долбоор жана карап чыгуу/редакциялоо. Piotr Sliwinski: маалыматтарды куроо, изилдөө, методология, долбоорду башкаруу, текшерүү жана карап чыгуу/редакциялоо. Kalliopi Tsampa: маалыматтарды куроо, формалдык анализ, изилдөө, программалык камсыздоо, визуалдаштыруу жана карап чыгуу/редакциялоо. Andreas G. Karydas: маалыматтарды куроо, формалдык анализ, изилдөө, методология, текшерүү жана карап чыгуу/редакциялоо.

Булак ичиндеги бирдик боюнча эскертүү: Теңдеме 1 түшүндүрмөсү Q бирдигин kJ/mm деп берет, ал эми Таблица 2 J/mm колдонот. Берилген сандык параметрлер менен жүргүзүлгөн өлчөм талдоосу жана эсептөө Таблица 2деги J/mm маанилерин чыгарат. Бул айырма булак ичиндеги отчеттук келишпестик катары сакталган.

Булак ичиндеги өлчөө убактысы боюнча эскертүү: Ыкма бөлүмү A1/A4 аймактык скандарын 5 µm кадам жана 10 s/spot деп сүрөттөйт, ал эми кийинки аныктоо чеги талкуусунда line жана area scan үчүн 20 s/pixel колдонулат. Verianla бул эки маанини бириктирип жаңы ыкма параметрин түзбөйт.

Негизги чечмелөө чеги: Изилдөө элемент концентрациясын жана мейкиндиктик химиялык бөлүштүрүлүштү мүнөздөйт. Интерметаллдык фазанын химиясы, фаза көлөмүнүн үлүшү, диффузия коэффициенти, созулууга бекемдик, катуулук жана чарчоо мөөнөтү түз өлчөнгөн эмес.

Экинчи методологиялык чектөө: A1–A4 шарттарында ылдамдык, нур тогу жана нур офсети баары бир убакта туруктуу эмес. Ошондуктан элемент бөлүштүрүлүшүндөгү айырмачылыктар ширетүү ылдамдыгынын гана бөлүнүп алынган таасири катары бааланбашы керек.