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. 高鉻鎳不銹鋼材料(liao)的制(zhi)備

將原材料：微碳鉻鐵(tie)(tie)、鉬鐵(tie)(tie)、錳鐵(tie)(tie)、鈦鐵(tie)(tie)、結晶硅、電(dian)解鎳(nie)、電(dian)解銅、工(gong)業純鐵(tie)(tie)按一定比例在中頻感應爐內熔煉(lian)澆鑄成(cheng)試(shi)樣，出爐溫度(du)1530℃，澆注溫度(du)約(yue)1450℃。三種試(shi)樣的化學(xue)成(cheng)分見表6-17。

2. 高鉻鎳不銹鋼實驗方法

 對1號(hao)(hao)、2號(hao)(hao)、3號(hao)(hao)材料(liao)進行陽極極化測試，測定材料(liao)在腐(fu)蝕介質中的致鈍電(dian)(dian)位(wei)、維(wei)鈍電(dian)(dian)位(wei)、維(wei)鈍電(dian)(dian)流、點(dian)蝕電(dian)(dian)位(wei)和鈍化電(dian)(dian)位(wei)范圍。

 實驗介質： 

 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(ce)定2號、3號材料在氯離(li)子分(fen)別為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述(shu)介質(zhi)中的致鈍電位、維鈍電位和點蝕電位。

 采用俄歇電子(zi)能(neng)譜（AES)技術測定鈍化(hua)膜中(zhong)各元素(su)的深度分(fen)布。運用X射線光電子(zi)能(neng)譜（XPS)對(dui)膜中(zhong)各元素(su)的氧化(hua)物(wu)組態進行分(fen)析。

3. 高鉻鎳(nie)不銹鋼中鉻、鎳(nie)含量對合金鈍化的影響

 a. 鉻含量的影響

   圖(tu)6-10表示(shi)合金致(zhi)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)(wei)、維(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)(wei)與含鉻量的關系。由(you)圖(tu)6-10可見，當鉻含量增加(jia)時，陽極(ji)(ji)極(ji)(ji)化曲(qu)線(xian)的致(zhi)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)(wei)和維(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)(wei)負移(yi)，使(shi)系統得到(dao)的腐蝕電(dian)位(wei)(wei)高(gao)于該(gai)金屬的致(zhi)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)(wei)，促進了合金更快地進入(ru)鈍(dun)(dun)態。或(huo)者說鉻量的增加(jia)，能使(shi)合金在更低(di)的電(dian)位(wei)(wei)就(jiu)能鈍(dun)(dun)化。

 b. 鎳含量的影(ying)響

   圖(tu)(tu)6-11為合金致(zhi)鈍電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)、維(wei)鈍電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)與鎳含量的關系。由圖(tu)(tu)可(ke)見，合金在介質中的致(zhi)鈍電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)與維(wei)鈍電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)隨鎳量的增加(jia)而變小。

   圖6-12為合(he)金鈍化范圍(wei)與鎳含量的(de)關系。由圖6-12可(ke)見，合(he)金在介質中的(de)鈍化準(zhun)圍(wei)隨鎳量的(de)增(zeng)加逐(zhu)漸變寬。

  電(dian)(dian)化(hua)學(xue)(xue)反應的(de)(de)(de)陰極過(guo)(guo)程受阻(zu)滯的(de)(de)(de)步(bu)驟通常認為(wei)是氫(qing)原(yuan)子在(zai)電(dian)(dian)極上的(de)(de)(de)還原(yuan)過(guo)(guo)程，氫(qing)在(zai)鎳表(biao)面反應交換電(dian)(dian)流密度較(jiao)少，因(yin)而(er)隨著極化(hua)電(dian)(dian)位(wei)的(de)(de)(de)增加，合金的(de)(de)(de)維(wei)鈍(dun)電(dian)(dian)流仍能維(wei)持(chi)在(zai)較(jiao)低的(de)(de)(de)水平，使鈍(dun)化(hua)狀(zhuang)態保持(chi)在(zai)較(jiao)寬的(de)(de)(de)范圍內。同時鎳固溶(rong)于鈍(dun)化(hua)膜中，而(er)且被氧化(hua)的(de)(de)(de)較(jiao)少，從(cong)而(er)增加鈍(dun)化(hua)膜和金屬表(biao)層的(de)(de)(de)熱力(li)學(xue)(xue)穩(wen)定性。

4. 介質中氯離(li)子和氟離(li)子的影響(xiang)

  圖(tu)(tu)6-13為氯離(li)(li)(li)子(zi)含量對合金致鈍電(dian)位、維鈍電(dian)位的影響(xiang)，圖(tu)(tu)6-14為氯離(li)(li)(li)子(zi)對合金過(guo)鈍化電(dian)位的影響(xiang)。由(you)圖(tu)(tu)6-13可見，在不同(tong)氯離(li)(li)(li)子(zi)含量的介(jie)質中，2號合金的致鈍電(dian)位和(he)維鈍電(dian)位基本(ben)上低于3號合金。隨著鉻(ge)量的增加，合金更(geng)容易鈍化，說明在耐氯離(li)(li)(li)子(zi)腐蝕中，有足夠鉻(ge)含量的重要性。

  由圖(tu)6-14可(ke)見，在不同氯離子含量的介(jie)質中，3號合金(jin)(jin)的過鈍化電位更正些表明(ming)合金(jin)(jin)的鈍化穩定性更強些。

  反應介質(zhi)中含(han)有氯(lv)離子(zi)(zi)(zi)和氟離子(zi)(zi)(zi)，使已經鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)合金(jin)重新(xin)活化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)，除(chu)氫外，氯(lv)離子(zi)(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)活化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)能(neng)力大于氟離子(zi)(zi)(zi)，而氟離子(zi)(zi)(zi)又明(ming)顯(xian)增加(jia)了氯(lv)離子(zi)(zi)(zi)對活化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)區陽極溶解的(de)(de)(de)(de)(de)去極化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)作(zuo)用。因此，圖(tu)(tu)6-13、圖(tu)(tu)6-14所示的(de)(de)(de)(de)(de)應是氯(lv)離子(zi)(zi)(zi)和氟離子(zi)(zi)(zi)共同作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果。研究(jiu)表明(ming)，增加(jia)合金(jin)中的(de)(de)(de)(de)(de)鉻含(han)量有利于合金(jin)在較低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)位(wei)(wei)就(jiu)進入鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)狀(zhuang)態(tai)，更(geng)快(kuai)地使合金(jin)表層(ceng)形成較完整的(de)(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)膜，并在較低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)位(wei)(wei)維持鈍(dun)態(tai)。從(cong)圖(tu)(tu)6-12、圖(tu)(tu)6-14的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果可(ke)以(yi)看出(chu)，增加(jia)合金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)鎳含(han)量，可(ke)使3號(hao)合金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)范圍更(geng)寬(kuan)，過鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)電(dian)位(wei)(wei)更(geng)正。這(zhe)表明(ming)鎳在合金(jin)中可(ke)以(yi)起到(dao)穩定合金(jin)表層(ceng)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)狀(zhuang)態(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，并有助于延(yan)長(chang)發生(sheng)孔蝕核的(de)(de)(de)(de)(de)誘(you)導時間(jian)。

5. 合(he)金鈍(dun)化(hua)膜的表層結構(gou)分(fen)析

  圖6-15為(wei)合金鈍化(hua)膜(mo)中(zhong)各(ge)元(yuan)素(su)的深度(du)分布曲線（AES),圖6-16為(wei)合金鈍化(hua)膜(mo)表層的俄歇電子能譜圖（AES)。

 對(dui)鈍化(hua)膜中(zhong)各(ge)元(yuan)素氧(yang)化(hua)物(wu)的組態進(jin)行(xing)了XPS分析(xi)，并將(jiang)濺射前后鈍化(hua)膜表層(ceng)和(he)基體中(zhong)氧(yang)、鐵、鉻、鎳、鉬各(ge)元(yuan)素的氧(yang)化(hua)峰及金(jin)屬峰結(jie)合能(neng)與標準手冊上(shang)的結(jie)合能(neng)進(jin)行(xing)對(dui)比。所測(ce)試到的各(ge)元(yuan)素的結(jie)能(neng)均采(cai)用 OIs 峰進(jin)行(xing)標定，見表 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。