1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Расплавы
  4. № 6, 2023

Расплавы, 2023, № 6, стр. 577-589

Спектральный анализ в оценке электрохимического поведения высокоэнтропийных сплавов GdTbDyHoSc и GdTbDyHoY

М. Ю. Скрыльник a, *, П. В. Зайцева a, К. Ю. Шуняев a, А. А. Ремпель a

a Институт металлургии УрО РАН
Екатеринбург, Россия

* E-mail: mariyaskrylnik@mail.ru

Поступила в редакцию 25.07.2023
После доработки 07.08.2023
Принята к публикации 08.08.2023

Аннотация

Электрохимическое поведение неупорядоченных систем, таких как высокоэнтропийные сплавы, представляет собой стохастический случайный процесс. Для точного прогнозирования и анализа поведения таких систем в эксплуатационных условиях, наряду с классическими электрохимическими методами, необходимо применение новых вычислительных и экспериментальных методов. В данной работе на примере редкоземельных сплавов эквимолярного состава GdTbDyHoSc и GdTbDyHoY показана эффективность использования быстрого преобразования Фурье и вейвлет-анализа для оценки электрохимического поведения стохастических систем. Были измерены временны́е ряды колебания величин потенциала исследуемых образцов в 0.01 М растворе NaCl в течение 12 ч при плотностях тока от 0.2 до 0.5 мА/см2. Анализ полученных временны́х рядов методом быстрого преобразования Фурье показал, что угловой коэффициент наклона логарифма спектральной плотности мощности к логарифму частоты увеличивается с ростом плотности тока. В частности, для образца GdTbDyHoY коэффициент β изменяется от –1.93 до –1.77. Для образца GdTbDyHoSc β находится в диапазоне от –1.46 до –1.35. Кроме того, использовался вейвлет-анализ для обработки временны́х рядов, полученных для обоих сплавов при плотностях тока от 0.2 до 0.5 мА/см2. Для иллюстрации интенсивности процесса электрохимического растворения поверхности исследуемых сплавов были построены скалограммы полученных временны́х рядов. На основе скалограмм были рассчитаны значения глобальных спектров энергии, распределенных по частотным диапазонам, а также значения общей энергии исследуемых систем. Сплав GdTbDyHoY продемонстрировал более высокие значения общей энергии по сравнению со сплавом GdTbDyHoSc. Значение общей энергии для сплава GdTbDyHoY при увеличении плотности тока с 0.2 до 0.5 мА/см2 увеличивается от 0.97 до 2.03 кВ2 соответственно. Для сплава GdTbDyHoSc значение общей энергии увеличивается с 0.50 до 0.84 кВ2. Установлено, что методы быстрого преобразования Фурье и вейвлет-анализа являются эффективными инструментами для понимании электрохимического поведения локально неупорядоченных химических систем, таких как высокоэнтропийные сплавы, состава GdTbDyHoSc и GdTbDyHoY, в дополнение к классическим электрохимическим методам.

Ключевые слова: электрохимия, высокоэнтропийные сплавы, временны́е ряды, электрохимический шум, спектральные методы, быстрое преобразование Фурье, вейвлет-анализ, электрохимическое растворение

Список литературы

  1. Yeh J.W., Chen S.K., Lin S.J., Gan J.Y., Chin T.S., Shun T.T., Tsau C.H., Chang S.Y. // Adv. Eng. Mater. 2004. 6. P. 299–303. https://doi.org/10.1002/adem.200300567

  2. Cantor B., Chang I.T.H., Knight P., Vincent A.J.B. // Mater. Sci. Eng. A. 2004. 375–377. P. 213–218. https://doi.org/10.1016/j.msea.2003.10.257

  3. Yeh J.W., Lin S.J., Chin T.S., Gan J.Y., Chen S.K., Shun T.T., Tsau C.H., Chou S.Y. // Metall. Mater. Trans. A. 2004. 35. P. 2533–2536. https://doi.org/10.1007/s11661-006-0234-4

  4. Zhang Y., Zuo T.T., Tang Z., Gao M.C., Dahmen K.A., Liaw P.K., Lu Z.P. // Prog. Mater. Sci. 2014. 61. P. 1–93. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.10.001

  5. Gao M.C. // Cham: Springer. 2016. P. 369–398. https://doi.org/10.1007/978-3-319-27013-5_11

  6. Chen Y.Y., Duval T., Hung U.D., Yeh J.W., Shih H.C. // Corros. Sci. 2005. 47. P. 2257–2279. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2004.11.008

  7. Shi Y., Yang B., Liaw P.K. // Metals. 2017. 7. № 2. P. 43. https://doi.org/10.3390/met7020043

  8. Qiu Y., Thomas S., Gibson M.A., Fraser H.L., Birbilis N. // npj Materials Degradation. 2017. 1. P. 15. https://doi.org/10.1038/s41529-017-0009-y

  9. Упоров С.А., Эстемирова С.Х., Стерхов Е.В., Зайцева П.В., Скрыльник М.Ю., Шуняев К.Ю., Ремпель А.А. // Расплавы. 2022. № 5. С. 443–453. https://doi.org/10.31857/S0235010622050097

  10. Ефремов А.П. Химическое сопротивление материалов: учеб. пособие. М.: Изд-во РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004.

  11. Экилик В.В. Теория коррозии и защиты металлов. Методическое пособие по спецкурсу. Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 2004.

  12. Fukuda T., Mizuno T. // Corros. Sci. 1996. 38. № 7. P. 1085–1091. https://doi.org/10.1016/0010-938X(96)00003-0

  13. He L., Jiang Y., Guo Y., Wu X., Li J. // Corrosion Engineering, Science and Technology. 2016. 51. P. 187–194. https://doi.org/10.1179/1743278215Y.0000000048

  14. Ярушкина Н.Г., Афанасьева Т.В., Перфильева И.Г. Интеллектуальный анализ временны́х рядов: учебное пособие. Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2010.

  15. Дженкинс Д., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложение. М.: Мир, 1978.

  16. Дьяконов В., Абраменкова И. MATLAB. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник. СПб.: Питер, 2002.

  17. Mansfeld F., Xiao H. // J. Electrochem. Soc. 1993. 140. № 8. P. 2205. https://doi.org/10.1149/1.2220796

  18. Legat A., Zevnik C. // Corros. Sci. 1993. 35. P. 1661–1666. https://doi.org/10.1016/0010-938X(93)90396-X

  19. Ташлинский А.Г., Минкина Г.Л. Спектральный анализ сигналов и исследование свойств преобразования Фурье: методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу Введение в теорию сигналов. Ульяновск: Изд-во УлГТУ, 2007.

  20. Zhang T., Shao Y., Meng G., Wang F. // Electrochim. Acta. 2007. 53. P. 561–568. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2007.07.014

  21. Cheng Y.F., Luo J.L., Wilmott M. // Electrochim. Acta. 2000. 45. P. 1763–1771. https://doi.org/10.1016/S0013-4686(99)00406-5

  22. Kovac J., Alaux C., Marrow T.J., Govekar E., Legat A. // Corros. Sci. 2010. 52. P. 2015–2025. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2010.02.035

  23. Воробьев В.И., Грибунин В.Г. Теория и практика вейвлет-преобразования. СПб.: ВУС, 1999.

  24. Planinšič P., Petek A. Wavelets in Electrochemical Noise Analysis, 2007.

  25. Астафьева Н.М. // Успехи физических наук. 1996. 166. № 11. С. 1145–1170. https://doi.org/10.3367/UFNr.0166.199611a.1145

  26. Витязев В.В. Вейвлет анализ временны́х рядов: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та. 2001.

  27. Wang C., Wu L., Xue F., Ma R., Etim I.N., Hao X., Dong J., Ke W. // Journal of Materials Science & Technology. 2018. 34. № 10. P. 1876–1884. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2018.01.015

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Расплавы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал