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Deuterium permeation and cracking in duplex steels as viewed by ToF-SIMS and HR-SEM with data fusion
(2016)
Better understanding of hydrogen assisted degradation and trapping mecha-nisms requires sufficient imaging techniques for respective hydrogen-microstructure interaction studies, in particular with multi-phase metallic micro-structures [1]. The present work is focusing on the elucidation of deuterium be-havior in two austenitic-ferritic duplex stainless steels (DSS) under the assumption that deuterium behaves in many ways similarly to hydrogen [2]. For case studies standard 2205 and lean 2101 DSSs were chosen due to the extensive use of these steels in industry [3]. The analyses were conducted by using a novel in-situ permeation and Time-of-Flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) imaging technique or by ex-situ ToF-SIMS imaging following electrochemical charging experiments. Another pioneering procedure was data fusion (including chemometry) of results of powerful laterally resolved chemical analysis and high resolution structural characterization techniques .
Results for the ex-situ observations showed a different influence of deuterium loading on the two steel grades as well as different damage mechanisms in each phase. Formation of sub-surface blisters between the ferrite and austenite were obtained in both the standard and the lean DSS. In both steels, an increased deuterium concentration was observed around deformed regions such as cracks, confirming that they originate from the presence of deuterium [4]. The formation of parallel cracks was obtained only in the austenite within the standard duplex whereas in the lean duplex the highest intensity of deuterium was obtained in the austenite along the ferrite-austenite interphase.
In comparison, application of the novel in-situ permeation technique enabled to register and record the deuterium permeation through the material and the respective saturation sequence of the two phases as well as the interfaces. Faster diffusion of the deuterium was observed in the ferrite and a direct proof for deuterium enrichment at the austenite-ferrite interface has been given [1]. The integration of the specified techniques gives a better insight into the processes leading to hydrogen induced failure. These two experimental techniques provide very valuable tools for elucidation of respective metallurgical failure mechanisms that can be used for the validation of respective numerical models for hydrogen assisted cracking (HAC).
Covalent modification of surfaces with carbohydrates (glycans) is a prerequisite for a variety of glycomics-based biomedical applications, including functional biomaterials, glycan-arrays, and glycan-based biosensors. The chemistry of glycan immobilization plays an essential role in the bioavailability and function of surface bound carbohydrate moieties. For biomedical applications the stability over time (shelf life) of a glycan-array is a crucial factor. Basic requirements for the production of microarrays are first of all stable signals without any loss of quality. Therefore, the investigation of the shelf life for carbohydrate microarrays is an important part in the development of glycan-arrays.
Motivated by the need of reliable quality control for glycan microarrays, we developed reference arrays using fluorescent model glycans. Since the long term stability of glycan microarrays is a crucial factor for their clinical application the shelf life at different storage conditions of glycan microarrays was studied in detail using the two model glycan compounds.
Herein, we present a shelf life study of model glycan microarrays on epoxy modified glass surfaces over a period of 320 days. This was carried out using different analyzing techniques such as Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Fluorescence Spectroscopy. To analyze and interpret the ToF-SIMS dataset the multivariate technique principal component analysis (PCA) was used. The dependence of the array´s shelf life upon storage conditions was specifically studied.
Die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung einer Oberfläche und deren Quantifizierung mit wichtig für die Qualitätssicherung vieler industrieller Produkte und Materialien. Die chemische Beschaffenheit von Oberflächen bzw. Grenzflächen muss genau kontrolliert werden um die Produktqualität zu garantieren. Diese Prüfung ist oft auch für individuelle Prozessschritte durchzuführen.
Referenzmaterialien sind unverzichtbar, wenn es darum geht, die Richtigkeit und Zuverlässigkeit von Messergebnissen zu gewährleisten. Falsche Messwerte können zu erheblichen Mehrkosten führen. Referenzmaterialien gewährleisten die Rückführung von Messergebnissen auf anerkannte Bezugsgrößen (Standards), dienen der Ermittlung der Messunsicherheit von analytischen Verfahren und wer-den zur Kalibrierung verwendet. Für zertifizierte/akkreditierte (ISO 9000 und ISO 17025) Prüf- und Kalibrierlaboratorien ist der Einsatz von Referenzmaterialien in der Qualitätssicherung obligatorisch.
Ionischen Flüssigkeiten (IL) sind vielversprechende Kandidaten für die Verwendung als Referenzmaterial in oberflächenanalytischen Verfahren wie Energie-dispersive Röntgenspektroskopie (EDX) und Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS). In zwei Machbarkeitsstudien wurde eine geeignete Klasse von ILs als Referenzmaterial getestet:
Für die Anwendung in EDX wurde die Eignung von ILs als Referenzmaterial zur routinemäßigen Überprüfung der Energieskala, der Energieauflösung und der Spektrometer-Effizienz untersucht. Es kann gezeigt werden, dass mit einer einzigen Messung an einem einzigen Referenzmaterial mehrere Geräteparameter überprüft werden können. Damit ist es im niederenergetischen Bereich möglich, regelmäßige Funktionsprüfungen von Spektrometern durchzuführen, aber auch die Leistungsfähigkeit verschiedener Spektrometer zu vergleichen
Für Die Anwendung in XPS wurde die Eignung von ILs als Referenzmaterial zur Bestimmung der Transmissionsfunktion T(E) von Photoelektronenspektrometern getestet. Dazu wurde die Auswertesoftware UNIFIT entsprechend adaptiert und erlaubt nun T(E) anhand der bekannten Stöchiometrie der IL zu ermitteln. Es wird gezeigt, dass durch die Verwendung ausgewählter ILs als Referenzmaterial die Genauigkeit der Quantifizierung von XPS Daten unter Nutzung einer experi-mentell bestimmten T(E) wesentlich verbessert werden kann.