高鉻鎳不銹鋼中的主要合金元素為鉻和鎳，其含量與配比對材料的綜合耐蝕性能至關重要。高鉻鎳不銹鋼常被用在濕法磷酸的生產設備上，在濕法磷酸生產工藝中，介質中含有磷礦石、硫酸、氯離子、氟離子等，工作溫度為80℃,因此，材料的腐蝕變得復雜和苛刻。該材料在這類介質中具有良好的耐蝕性能主要源于鉻和鎳的適當配合。林凡等人就高鉻鎳不銹鋼中鉻、鎳含量對腐蝕電化學特性的影響進行研究。結果表明，隨著鉻含量的增加，合金更容易鈍化；隨著鎳含量的提高，合金鈍態越穩定。高鉻鎳含量有利于合金鈍化膜的形成。
1. 高鉻鎳不(bu)銹鋼(gang)材(cai)料的(de)制備
將(jiang)原材料：微(wei)碳鉻鐵(tie)、鉬(mu)鐵(tie)、錳鐵(tie)、鈦鐵(tie)、結(jie)晶硅、電(dian)(dian)解鎳、電(dian)(dian)解銅(tong)、工業純鐵(tie)按一(yi)定比例在中頻感應爐內熔煉澆鑄成試樣，出爐溫(wen)度1530℃，澆注溫(wen)度約1450℃。三種試樣的化學成分見表6-17。
2. 高鉻鎳(nie)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)實驗方法
對1號(hao)(hao)、2號(hao)(hao)、3號(hao)(hao)材料進行陽極極化(hua)測試(shi)，測定材料在(zai)腐蝕(shi)介質(zhi)中的致鈍電(dian)位(wei)、維(wei)鈍電(dian)位(wei)、維(wei)鈍電(dian)流、點蝕(shi)電(dian)位(wei)和(he)鈍化(hua)電(dian)位(wei)范(fan)圍(wei)。
實驗介(jie)質：
磷酸（H3PO4) 54% 、氟離子（F-) 1% 、硫酸（H2SO4) 4% 、介質溫度 76℃ 、氯離子（Cl-) 600mg/L
測定2號(hao)(hao)、3號(hao)(hao)材料在(zai)氯離(li)子(zi)分別為(wei)200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的(de)上述介質(zhi)中的(de)致鈍電(dian)位(wei)、維鈍電(dian)位(wei)和點蝕電(dian)位(wei)。
采(cai)用俄歇(xie)電子能譜（AES)技術測定鈍化(hua)膜(mo)(mo)中各元素的(de)深度(du)分(fen)(fen)布。運(yun)用X射線光電子能譜（XPS)對膜(mo)(mo)中各元素的(de)氧化(hua)物組態進行(xing)分(fen)(fen)析(xi)。
3. 高鉻(ge)鎳(nie)不銹鋼中鉻(ge)、鎳(nie)含量對合(he)金(jin)鈍(dun)化(hua)的影(ying)響
a. 鉻含量的影響(xiang)
圖6-10表示合金(jin)致鈍(dun)(dun)(dun)電位(wei)、維鈍(dun)(dun)(dun)電位(wei)與含(han)鉻(ge)(ge)量(liang)(liang)的(de)(de)關系。由(you)圖6-10可(ke)見，當鉻(ge)(ge)含(han)量(liang)(liang)增加(jia)時，陽極(ji)極(ji)化(hua)曲線的(de)(de)致鈍(dun)(dun)(dun)電位(wei)和維鈍(dun)(dun)(dun)電位(wei)負移(yi)，使(shi)系統得到(dao)的(de)(de)腐蝕電位(wei)高于該(gai)金(jin)屬(shu)的(de)(de)致鈍(dun)(dun)(dun)電位(wei)，促進了合金(jin)更快地進入鈍(dun)(dun)(dun)態。或者(zhe)說鉻(ge)(ge)量(liang)(liang)的(de)(de)增加(jia)，能使(shi)合金(jin)在更低的(de)(de)電位(wei)就能鈍(dun)(dun)(dun)化(hua)。
b. 鎳含量的影響
圖6-11為合(he)金(jin)(jin)致鈍(dun)(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)(du)、維鈍(dun)(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)(du)與(yu)鎳(nie)含量(liang)的關系。由圖可見，合(he)金(jin)(jin)在介(jie)質中的致鈍(dun)(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)(du)與(yu)維鈍(dun)(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)(du)隨鎳(nie)量(liang)的增(zeng)加而變小。
圖6-12為合(he)金鈍化(hua)范(fan)圍(wei)與鎳含量的(de)關(guan)系(xi)。由圖6-12可見，合(he)金在介質(zhi)中的(de)鈍化(hua)準圍(wei)隨(sui)鎳量的(de)增(zeng)加逐漸變寬。
電(dian)(dian)化學反應的(de)陰極過(guo)程(cheng)受阻滯的(de)步驟通常認為(wei)是氫原子在(zai)電(dian)(dian)極上的(de)還原過(guo)程(cheng)，氫在(zai)鎳(nie)表面反應交換電(dian)(dian)流密(mi)度較(jiao)少，因而隨著極化電(dian)(dian)位(wei)的(de)增加，合金(jin)(jin)的(de)維(wei)鈍電(dian)(dian)流仍能維(wei)持在(zai)較(jiao)低的(de)水平，使鈍化狀態保持在(zai)較(jiao)寬(kuan)的(de)范(fan)圍內。同(tong)時鎳(nie)固溶于鈍化膜中，而且被氧化的(de)較(jiao)少，從而增加鈍化膜和金(jin)(jin)屬表層(ceng)的(de)熱力(li)學穩定性。
4. 介(jie)質中(zhong)氯離子(zi)和(he)氟離子(zi)的(de)影響
圖(tu)6-13為氯離(li)子(zi)(zi)含(han)量(liang)對合(he)金致鈍電(dian)位(wei)(wei)、維鈍電(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)(de)影響(xiang)，圖(tu)6-14為氯離(li)子(zi)(zi)對合(he)金過(guo)鈍化(hua)電(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)(de)影響(xiang)。由(you)圖(tu)6-13可見，在(zai)(zai)不同氯離(li)子(zi)(zi)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)介(jie)質中(zhong)(zhong)，2號(hao)合(he)金的(de)(de)(de)致鈍電(dian)位(wei)(wei)和維鈍電(dian)位(wei)(wei)基本(ben)上低于3號(hao)合(he)金。隨著鉻(ge)量(liang)的(de)(de)(de)增加，合(he)金更容(rong)易鈍化(hua)，說(shuo)明在(zai)(zai)耐氯離(li)子(zi)(zi)腐蝕中(zhong)(zhong)，有足夠鉻(ge)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)重要性。
由(you)圖6-14可見，在不同(tong)氯離子含量的(de)介質(zhi)中，3號合金(jin)的(de)過鈍(dun)(dun)化(hua)電(dian)位更(geng)(geng)正些表明合金(jin)的(de)鈍(dun)(dun)化(hua)穩(wen)定(ding)性更(geng)(geng)強些。
反應(ying)介質(zhi)中(zhong)含(han)(han)有氯(lv)離(li)子(zi)和氟(fu)(fu)離(li)子(zi)，使已經鈍(dun)化(hua)的(de)(de)(de)合(he)金重新(xin)活(huo)化(hua)，除氫外，氯(lv)離(li)子(zi)的(de)(de)(de)活(huo)化(hua)能(neng)力大于(yu)(yu)氟(fu)(fu)離(li)子(zi)，而氟(fu)(fu)離(li)子(zi)又明(ming)(ming)顯(xian)增(zeng)加了氯(lv)離(li)子(zi)對活(huo)化(hua)區陽極溶解的(de)(de)(de)去極化(hua)作(zuo)用。因此(ci)，圖6-13、圖6-14所示(shi)的(de)(de)(de)應(ying)是氯(lv)離(li)子(zi)和氟(fu)(fu)離(li)子(zi)共同(tong)作(zuo)用的(de)(de)(de)結果。研究表明(ming)(ming)，增(zeng)加合(he)金中(zhong)的(de)(de)(de)鉻含(han)(han)量(liang)有利于(yu)(yu)合(he)金在(zai)較(jiao)低的(de)(de)(de)電位(wei)就進(jin)入(ru)鈍(dun)化(hua)狀態，更(geng)快地使合(he)金表層(ceng)形成(cheng)較(jiao)完整的(de)(de)(de)氧化(hua)膜，并在(zai)較(jiao)低的(de)(de)(de)電位(wei)維持(chi)鈍(dun)態。從圖6-12、圖6-14的(de)(de)(de)結果可以(yi)看出，增(zeng)加合(he)金的(de)(de)(de)鎳含(han)(han)量(liang)，可使3號合(he)金的(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)范圍(wei)更(geng)寬，過鈍(dun)化(hua)電位(wei)更(geng)正。這表明(ming)(ming)鎳在(zai)合(he)金中(zhong)可以(yi)起到穩定合(he)金表層(ceng)鈍(dun)化(hua)狀態的(de)(de)(de)作(zuo)用，并有助于(yu)(yu)延長發生孔(kong)蝕核的(de)(de)(de)誘導時間。
5. 合金鈍化膜的表層結構分析
圖6-15為合金鈍(dun)化(hua)膜中各元素的深度分布曲(qu)線（AES),圖6-16為合金鈍(dun)化(hua)膜表層的俄歇電子(zi)能譜圖（AES)。
對(dui)鈍化膜中(zhong)(zhong)各元(yuan)素氧化物的(de)(de)組(zu)態進(jin)行了XPS分(fen)析(xi)，并將濺射前后鈍化膜表層和基體(ti)中(zhong)(zhong)氧、鐵、鉻、鎳、鉬各元(yuan)素的(de)(de)氧化峰(feng)及金屬峰(feng)結合(he)能(neng)(neng)與標準手冊上(shang)的(de)(de)結合(he)能(neng)(neng)進(jin)行對(dui)比(bi)。所測試到的(de)(de)各元(yuan)素的(de)(de)結能(neng)(neng)均(jun)采(cai)用 OIs 峰(feng)進(jin)行標定，見(jian)表 6-18。
從AES和XPS的分析結果可知，鈍化膜表層氧富集較多，其次是鉻和鐵。同時，在合金的鈍化膜表層中，鉻基本上全部氧化，以三氧化二鉻（Cr2O3)的形式存在。鐵有部分被氧化成氧化亞鐵（FeO)和三氧化二鐵（Fe2O3),鉬有部分被氧化成三氧化鉬（MoO3),而鎳只有少量被氧化成氧化鎳（NiO)。從氧的結合能可看到，鈍化膜主要是O-M-O鍵。這就使金屬與溶液界面上形成了一道屏障層。這種由O-M-O鍵組成的屏障，決定鈍化膜表面的活性點少，鈍化膜有高效的化學穩定性，不易受到破壞，而這些都與恰當的鉻、鎳匹配分不開。
