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(nie)不銹鋼材料(liao)的(de)制(zhi)備(bei)

將原材料：微碳鉻鐵、鉬鐵、錳(meng)鐵、鈦(tai)鐵、結晶硅、電(dian)解(jie)鎳、電(dian)解(jie)銅、工(gong)業純(chun)鐵按一定比例(li)在(zai)中頻感應爐內(nei)熔煉澆(jiao)鑄成試樣，出爐溫度1530℃，澆(jiao)注溫度約1450℃。三(san)種試樣的(de)化學成分見表6-17。

2. 高鉻鎳不銹(xiu)鋼實驗方法

 對1號(hao)、2號(hao)、3號(hao)材料(liao)進行陽極極化測試，測定(ding)材料(liao)在(zai)腐(fu)蝕介質(zhi)中的(de)致(zhi)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)、維(wei)(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)、維(wei)(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)流(liu)、點蝕電(dian)位(wei)和(he)鈍(dun)(dun)化電(dian)位(wei)范圍。

 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)、3號(hao)材料在氯(lv)離子分(fen)別為(wei)200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述介(jie)質中的致(zhi)鈍(dun)電(dian)位、維鈍(dun)電(dian)位和點蝕電(dian)位。

 采用俄歇(xie)電(dian)子(zi)能譜(pu)（AES)技術測定(ding)鈍化(hua)膜中(zhong)各元素的(de)深(shen)度(du)分布(bu)。運(yun)用X射線(xian)光電(dian)子(zi)能譜(pu)（XPS)對膜中(zhong)各元素的(de)氧(yang)化(hua)物組態進行(xing)分析。

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6-10表示合(he)金(jin)(jin)致(zhi)鈍(dun)(dun)(dun)電位(wei)、維(wei)鈍(dun)(dun)(dun)電位(wei)與(yu)含鉻(ge)量的(de)關系。由圖6-10可(ke)見，當(dang)鉻(ge)含量增加時，陽極極化曲線的(de)致(zhi)鈍(dun)(dun)(dun)電位(wei)和維(wei)鈍(dun)(dun)(dun)電位(wei)負移，使系統(tong)得到(dao)的(de)腐蝕(shi)電位(wei)高于(yu)該(gai)金(jin)(jin)屬的(de)致(zhi)鈍(dun)(dun)(dun)電位(wei)，促進(jin)了合(he)金(jin)(jin)更快地進(jin)入鈍(dun)(dun)(dun)態。或(huo)者說鉻(ge)量的(de)增加，能(neng)使合(he)金(jin)(jin)在更低的(de)電位(wei)就能(neng)鈍(dun)(dun)(dun)化。

 b. 鎳含(han)量的影響

   圖6-11為合(he)金(jin)(jin)致鈍(dun)電流(liu)密(mi)度(du)、維鈍(dun)電流(liu)密(mi)度(du)與(yu)鎳(nie)含(han)量(liang)的(de)(de)關系。由(you)圖可見(jian)，合(he)金(jin)(jin)在介(jie)質中的(de)(de)致鈍(dun)電流(liu)密(mi)度(du)與(yu)維鈍(dun)電流(liu)密(mi)度(du)隨鎳(nie)量(liang)的(de)(de)增加而變小(xiao)。

   圖6-12為(wei)合金(jin)鈍化范圍與(yu)鎳(nie)含量的關(guan)系。由圖6-12可見(jian)，合金(jin)在介質中的鈍化準圍隨(sui)鎳(nie)量的增(zeng)加逐漸變寬(kuan)。

  電(dian)化(hua)學(xue)(xue)反(fan)應的(de)(de)(de)陰(yin)極(ji)過程受阻(zu)滯(zhi)的(de)(de)(de)步驟通(tong)常認為是氫(qing)原子在(zai)電(dian)極(ji)上的(de)(de)(de)還原過程，氫(qing)在(zai)鎳表面反(fan)應交換電(dian)流(liu)(liu)密度(du)較(jiao)少(shao)，因而隨(sui)著極(ji)化(hua)電(dian)位的(de)(de)(de)增加(jia)，合(he)金(jin)的(de)(de)(de)維鈍電(dian)流(liu)(liu)仍能(neng)維持(chi)在(zai)較(jiao)低的(de)(de)(de)水(shui)平，使(shi)鈍化(hua)狀(zhuang)態(tai)保(bao)持(chi)在(zai)較(jiao)寬(kuan)的(de)(de)(de)范(fan)圍內。同時(shi)鎳固溶于鈍化(hua)膜中，而且(qie)被氧化(hua)的(de)(de)(de)較(jiao)少(shao)，從而增加(jia)鈍化(hua)膜和金(jin)屬表層(ceng)的(de)(de)(de)熱力學(xue)(xue)穩定性。

4. 介質(zhi)中氯離(li)(li)子和氟離(li)(li)子的影響

  圖(tu)6-13為氯(lv)離(li)子含(han)量(liang)對(dui)合(he)金致(zhi)鈍電位、維鈍電位的(de)影(ying)響，圖(tu)6-14為氯(lv)離(li)子對(dui)合(he)金過鈍化(hua)電位的(de)影(ying)響。由圖(tu)6-13可見，在(zai)不同氯(lv)離(li)子含(han)量(liang)的(de)介質中，2號合(he)金的(de)致(zhi)鈍電位和維鈍電位基(ji)本上低于3號合(he)金。隨(sui)著鉻(ge)量(liang)的(de)增加(jia)，合(he)金更容易鈍化(hua)，說明在(zai)耐氯(lv)離(li)子腐蝕中，有足夠鉻(ge)含(han)量(liang)的(de)重(zhong)要性(xing)。

  由圖6-14可見(jian)，在不(bu)同氯離子含量的介質中(zhong)，3號合金(jin)的過鈍化(hua)電位(wei)更(geng)正些(xie)(xie)表明合金(jin)的鈍化(hua)穩定性(xing)更(geng)強些(xie)(xie)。

  反(fan)應(ying)介質中(zhong)含(han)有(you)氯離(li)(li)子(zi)和(he)氟(fu)離(li)(li)子(zi)，使已經鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)合(he)金(jin)重新活化(hua)(hua)(hua)，除氫(qing)外(wai)，氯離(li)(li)子(zi)的(de)(de)活化(hua)(hua)(hua)能(neng)力大于氟(fu)離(li)(li)子(zi)，而氟(fu)離(li)(li)子(zi)又(you)明顯增加了氯離(li)(li)子(zi)對活化(hua)(hua)(hua)區(qu)陽極溶(rong)解的(de)(de)去極化(hua)(hua)(hua)作用。因此，圖(tu)6-13、圖(tu)6-14所示的(de)(de)應(ying)是(shi)氯離(li)(li)子(zi)和(he)氟(fu)離(li)(li)子(zi)共同作用的(de)(de)結(jie)果。研究表明，增加合(he)金(jin)中(zhong)的(de)(de)鉻(ge)含(han)量有(you)利于合(he)金(jin)在(zai)(zai)較低的(de)(de)電(dian)位就進(jin)入鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)狀態，更(geng)快地使合(he)金(jin)表層形(xing)成較完整的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)膜，并在(zai)(zai)較低的(de)(de)電(dian)位維持(chi)鈍(dun)態。從圖(tu)6-12、圖(tu)6-14的(de)(de)結(jie)果可以看出(chu)，增加合(he)金(jin)的(de)(de)鎳含(han)量，可使3號(hao)合(he)金(jin)的(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)范(fan)圍更(geng)寬(kuan)，過鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)電(dian)位更(geng)正。這(zhe)表明鎳在(zai)(zai)合(he)金(jin)中(zhong)可以起到穩定合(he)金(jin)表層鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)狀態的(de)(de)作用，并有(you)助于延長發(fa)生孔蝕核的(de)(de)誘(you)導時間。

5. 合金鈍化(hua)膜的表層(ceng)結構分析

  圖6-15為合(he)金鈍(dun)化膜中各元素的(de)(de)深度分布曲線（AES),圖6-16為合(he)金鈍(dun)化膜表層的(de)(de)俄歇電子能譜圖（AES)。

 對鈍化(hua)膜(mo)(mo)中(zhong)各(ge)元(yuan)素(su)氧(yang)化(hua)物的(de)(de)(de)組態進(jin)行(xing)了(le)XPS分析，并(bing)將濺(jian)射前后鈍化(hua)膜(mo)(mo)表層(ceng)和基體(ti)中(zhong)氧(yang)、鐵、鉻(ge)、鎳(nie)、鉬各(ge)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)峰及金屬峰結(jie)(jie)合(he)能(neng)與標(biao)準手冊上的(de)(de)(de)結(jie)(jie)合(he)能(neng)進(jin)行(xing)對比。所(suo)測(ce)試(shi)到(dao)的(de)(de)(de)各(ge)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)結(jie)(jie)能(neng)均采用 OIs 峰進(jin)行(xing)標(biao)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。