在 Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN不銹(xiu)鋼中加入(ru)微量的合金元素Nb、Zr,在硫(liu)酸溶液中有(you)很好的自鈍(dun)化性。硫(liu)酸是一種強腐蝕性介質，隨(sui)著濃度(du)和(he)溫度(du)的不同，其腐蝕性有(you)著強烈的變(bian)化，即使較為知名的久久99國產精品久久99果凍傳媒:不銹鋼也不(bu)能適(shi)應這種變(bian)化的(de)需要(yao)。合(he)(he)金(jin)元(yuan)素的(de)加(jia)入，合(he)(he)金(jin)元(yuan)素產生的(de)復合(he)(he)效(xiao)應，促進表面膜的(de)成(cheng)長(chang)，改變(bian)了表面膜的(de)性能，提(ti)高(gao)了耐蝕(shi)性。孔煥文等(deng)人(ren)用橢圓術(shu)和電化學相結合(he)(he)的(de)方法對上述不(bu)銹(xiu)鋼在硫酸中的(de)鈍化膜成(cheng)長(chang)情況(kuang)進行研究。
實驗表明，在不同電位下，鈍化速率和溶解速率相應變化，同時，因硫酸濃度不同，變化值有著明顯的差異。在10%~30%的硫酸溶液中，皆能生成致密完整的鈍化膜，并具有雙層氧化膜結構，不銹鋼鈍化膜的厚度為3~5nm。
1. 橢圓術研究實驗(yan)
a. 橢圓(yuan)偏振儀(yi)
自動(dong)(dong)橢圓偏振儀系氨(an)-氖激光管，波長為(wei)6328?(1A=10-10m),入(ru)射角選(xuan)用70°(可調節）。用微(wei)機控制P、A兩臺步進馬(ma)達帶動(dong)(dong)起(qi)偏器和(he)檢偏器，找出最佳的消光狀(zhuang)態。其步驟是固定A,轉(zhuan)動(dong)(dong)P,找到光強最小(xiao)點，找到后，固定P,再轉(zhuan)動(dong)(dong)A，如此反復(fu)進行(xing)，直到A、P均處(chu)于使光強最小(xiao)的位(wei)置。圖6-18為(wei)橢圓偏振儀自動(dong)(dong)化(hua)裝置示意圖。
b. 電解池
電(dian)解(jie)池用有機(ji)玻璃制成，在(zai)入射光(guang)和(he)反(fan)射光(guang)的通道部分，鑲(xiang)嵌著 3cm 石英玻璃圓片。電(dian)解(jie)池蓋上開有4個孔。工(gong)作電(dian)極(ji)（試樣）、輔助電(dian)極(ji)（鉑）和(he)參比(bi)電(dian)極(ji)（飽和(he)甘汞電(dian)極(ji)）均由孔引出，輔助電(dian)極(ji)為環形鉑絲，置于電(dian)解(jie)池底部，一(yi)孔通入純氬，以驅除溶(rong)液里的氧(yang)。
c. 試樣
15mm的(de)不銹(xiu)鋼棒(bang)成1~1.5mm厚(hou)的(de)薄片，焊接一根螺旋(xuan)式的(de)銅絲(si)，用(yong)(yong)聚氯(lv)乙烯加熱熔(rong)化(hua)進行鑲嵌，從側面(mian)引出(chu)銅絲(si)，再(zai)裝上塑(su)料套(tao)管，套(tao)管和聚氯(lv)乙烯聯(lian)結處用(yong)(yong)膠黏劑涂封(feng)，干后將試樣表面(mian)拋光，至(zhi)光潔度為 Ra 0.4μm ，用(yong)(yong)去離子(zi)水及酒精沖(chong)洗(xi)待用(yong)(yong)。
不銹(xiu)鋼中(zhong)含合金(jin)成分如(ru)下： 鉻：20%、鎳(nie)：25% 、鉬：3% 、鈮：0.05%~0.07% 鋯：0.34% 氮：0.16%
d. 溶液(ye)
用分析純硫酸(suan)和去離(li)子水(shui)配成10%(質量(liang)分數(shu)）、20%(質量(liang)分數(shu)）、30%(質量(liang)分數(shu)）濃度的硫酸(suan)溶(rong)液(ye)，依次(ci)將溶(rong)液(ye)移入電解(jie)池內，通(tong)入純氬氣，趕走溶(rong)液(ye)里(li)的氧氣，操(cao)作在室(shi)溫(wen)下進行。
e. 用陰極還原(yuan)法除去試樣表面的氧(yang)化膜
在自腐蝕電(dian)位負移400mV,通過橢(tuo)圓(yuan)儀進行消光觀(guan)察。在一(yi)定(ding)的(de)間隔(ge)時(shi)間內(nei)，測定(ding)橢(tuo)圓(yuan)儀參數(shu)Δ和ψ值，Δ和ψ作為(wei)(wei)(wei)時(shi)間的(de)函數(shu)，直(zhi)到Δ和φ值基(ji)本上不再變(bian)化(hua)，這(zhe)時(shi)可認為(wei)(wei)(wei)氧(yang)化(hua)膜已(yi)去(qu)除，求(qiu)出基(ji)體(ti)金(jin)屬的(de)光學(xue)常數(shu)。因為(wei)(wei)(wei)，一(yi)種金(jin)屬的(de)光學(xue)常數(shu)只有一(yi)個，當氧(yang)化(hua)物(wu)被還(huan)原時(shi)，鈍化(hua)層相應的(de)更薄(bo)，而Δ和ψ值也隨著變(bian)化(hua)。所以，一(yi)旦Δ和ψ是常數(shu)值時(shi)，即認為(wei)(wei)(wei)氧(yang)化(hua)膜已(yi)去(qu)除。
該鋼的(de)陰極(ji)(ji)還原時間約(yue)30min。Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN 不(bu)銹鋼在10%硫酸溶液(ye)中經陰極(ji)(ji)還原，測得無膜的(de)光學常數(shu)是(shi)n1=2.163-3.006i。10%硫酸溶液(ye)的(de)折射系數(shu)為no=1.346。
在不同(tong)硫酸濃度(du)(du)溶液(ye)(ye)中鈍化膜(mo)的(de)厚(hou)度(du)(du)，如(ru)圖6-19所示(shi)，隨著硫酸溶液(ye)(ye)濃度(du)(du)的(de)增加(jia)（10%~30%),鈍化膜(mo)的(de)厚(hou)度(du)(du)相應變薄。
2. 在恒定電位下橢圓(yuan)儀(yi)參數(shu)(shu)Δ和y時間函數(shu)(shu)曲線的規律
圖(tu)6-20為試樣在10%硫酸(suan)中，橢(tuo)圓儀參數(shu)Δ和ψ作為時(shi)間的(de)(de)(de)(de)(de)函(han)數(shu)曲線(xian)圖(tu)。從(cong)橢(tuo)圓參數(shu)可以看(kan)出，在10%濃(nong)度的(de)(de)(de)(de)(de)硫酸(suan)溶(rong)液中，無膜(mo)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)上先生成(cheng)一(yi)層鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)，隨即該鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)按對數(shu)規律(lv)成(cheng)長，這說明鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)性質已(yi)(yi)改變，膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)組分(fen)也(ye)已(yi)(yi)改變，這是由(you)于微量合金(jin)元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)(de)富(fu)(fu)集(ji)(ji)(ji)(ji)所致的(de)(de)(de)(de)(de)。因(yin)為在剛開始富(fu)(fu)集(ji)(ji)(ji)(ji)時(shi)，表(biao)面(mian)膜(mo)內富(fu)(fu)集(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)元(yuan)素成(cheng)分(fen)較少，隨著時(shi)間的(de)(de)(de)(de)(de)增長，富(fu)(fu)集(ji)(ji)(ji)(ji)量越(yue)(yue)來越(yue)(yue)多，一(yi)旦富(fu)(fu)集(ji)(ji)(ji)(ji)到一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)量時(shi)，導致橢(tuo)圓參數(shu)發生突變。
圖(tu)(tu)6-21、圖(tu)(tu)6-22、圖(tu)(tu)6-23所示為(wei)試樣(yang)在(zai)10%硫酸(suan)(suan)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)，恒(heng)(heng)定電(dian)位(wei)分別在(zai)-20mV、＋350mV、＋900mV時(shi)(shi)，參數Δ和φ作為(wei)時(shi)(shi)間的(de)(de)函(han)數曲(qu)(qu)線。在(zai)10%度的(de)(de)硫酸(suan)(suan)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)，恒(heng)(heng)電(dian)位(wei)儀分別控制(zhi)在(zai)-20mV、＋350mV、＋900mV時(shi)(shi)，橢圓參數隨(sui)著(zhu)時(shi)(shi)間變化(hua)的(de)(de)規(gui)律(lv)(lv)表明，鈍(dun)(dun)化(hua)膜(mo)成(cheng)(cheng)長的(de)(de)動(dong)力是(shi)循(xun)著(zhu)對數規(gui)律(lv)(lv)的(de)(de)，并由(you)(you)曲(qu)(qu)線的(de)(de)斜率(lv)(lv)可知鈍(dun)(dun)化(hua)速(su)率(lv)(lv)r1和溶(rong)(rong)解(jie)(jie)速(su)率(lv)(lv)r2的(de)(de)差異。由(you)(you)圖(tu)(tu)6-21可知，將電(dian)位(wei)控制(zhi)在(zai) -20mV時(shi)(shi)，鈍(dun)(dun)化(hua)膜(mo)成(cheng)(cheng)長的(de)(de)動(dong)力循(xun)著(zhu)對數規(gui)律(lv)(lv)緩慢的(de)(de)增厚。這意味著(zhu)在(zai)該電(dian)位(wei)下，鈍(dun)(dun)化(hua)速(su)率(lv)(lv)r1略大于溶(rong)(rong)解(jie)(jie)速(su)率(lv)(lv)r2。而將電(dian)位(wei)恒(heng)(heng)定在(zai)＋350mV時(shi)(shi)，鈍(dun)(dun)化(hua)膜(mo)成(cheng)(cheng)長的(de)(de)曲(qu)(qu)線越陡，見(jian)圖(tu)(tu)6-22。這說明鈍(dun)(dun)化(hua)速(su)率(lv)(lv)r1遠遠大于溶(rong)(rong)解(jie)(jie)速(su)率(lv)(lv)r2。由(you)(you)圖(tu)(tu)6-24可知，＋350mV正處(chu)于穩定鈍(dun)(dun)化(hua)區。
從圖(tu) 6-20 、圖(tu) 6-21 、圖(tu) 6-22、圖(tu) 6-23 的曲線上判(pan)斷，由于微量合(he)金(jin)元素(su)的富集，不銹鋼(gang)具有(you)雙層氧(yang)化膜結構。
由橢(tuo)圓(yuan)術(shu)和電(dian)(dian)化(hua)學相結合的方法研究表明，該鋼在(zai)硫酸溶液中，在(zai)不(bu)同的電(dian)(dian)位下皆有(you)自鈍化(hua)性，而且能夠生成致密完整的鈍化(hua)層，具(ju)有(you)優異的保護性。
用(yong)失重法的(de)實(shi)(shi)驗結果如下，兩者的(de)結果甚(shen)為(wei)吻合(he)。10%硫酸溶(rong)液中的(de)腐蝕速率為(wei)0.30g/(㎡·h)。該不銹鋼(gang)在硫酸工程上實(shi)(shi)際應用(yong)中有優良的(de)抗蝕性。
