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(ge)鎳不銹鋼材料的制備

將(jiang)原材料：微碳(tan)鉻鐵、鉬鐵、錳鐵、鈦鐵、結(jie)晶硅、電(dian)解鎳、電(dian)解銅、工業(ye)純鐵按(an)一(yi)定比例(li)在中頻(pin)感(gan)應(ying)爐(lu)內熔煉(lian)澆鑄成試(shi)(shi)樣，出爐(lu)溫度1530℃，澆注(zhu)溫度約1450℃。三(san)種(zhong)試(shi)(shi)樣的化學成分(fen)見表6-17。

2. 高鉻鎳不銹鋼(gang)實驗方法

 對(dui)1號、2號、3號材料(liao)進行陽(yang)極極化測試，測定(ding)材料(liao)在腐蝕介質中的致(zhi)鈍(dun)(dun)電位、維(wei)鈍(dun)(dun)電位、維(wei)鈍(dun)(dun)電流(liu)、點(dian)蝕電位和鈍(dun)(dun)化電位范圍。

 實(shi)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

 測定2號、3號材料在氯離(li)子分別為(wei)200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的(de)上述介質中的(de)致鈍電位(wei)(wei)、維鈍電位(wei)(wei)和點(dian)蝕電位(wei)(wei)。

 采用(yong)(yong)俄歇電子(zi)能譜（AES)技術(shu)測定鈍化膜(mo)中(zhong)各(ge)元(yuan)素的深度分布。運用(yong)(yong)X射線(xian)光電子(zi)能譜（XPS)對(dui)膜(mo)中(zhong)各(ge)元(yuan)素的氧化物組態進行(xing)分析。

3. 高(gao)鉻鎳(nie)不銹(xiu)鋼(gang)中鉻、鎳(nie)含量對合金鈍化(hua)的影響

 a. 鉻含量的影響

   圖(tu)6-10表示合(he)金致鈍(dun)電(dian)(dian)位、維鈍(dun)電(dian)(dian)位與(yu)含(han)鉻量(liang)的關(guan)系。由圖(tu)6-10可(ke)見，當鉻含(han)量(liang)增加(jia)時(shi)，陽極(ji)極(ji)化(hua)曲線的致鈍(dun)電(dian)(dian)位和維鈍(dun)電(dian)(dian)位負移，使系統(tong)得到(dao)的腐(fu)蝕電(dian)(dian)位高于該(gai)金屬的致鈍(dun)電(dian)(dian)位，促進了合(he)金更(geng)(geng)快地(di)進入鈍(dun)態。或者說(shuo)鉻量(liang)的增加(jia)，能(neng)使合(he)金在更(geng)(geng)低的電(dian)(dian)位就能(neng)鈍(dun)化(hua)。

 b. 鎳含(han)量的影(ying)響

   圖6-11為合金(jin)致鈍(dun)(dun)電(dian)流密(mi)度(du)、維鈍(dun)(dun)電(dian)流密(mi)度(du)與(yu)鎳含量的關系(xi)。由圖可見，合金(jin)在(zai)介質(zhi)中的致鈍(dun)(dun)電(dian)流密(mi)度(du)與(yu)維鈍(dun)(dun)電(dian)流密(mi)度(du)隨鎳量的增(zeng)加而變小(xiao)。

   圖6-12為合金鈍(dun)化(hua)范圍(wei)與(yu)鎳含量(liang)的(de)(de)關系。由圖6-12可(ke)見，合金在介質中的(de)(de)鈍(dun)化(hua)準圍(wei)隨鎳量(liang)的(de)(de)增(zeng)加逐(zhu)漸(jian)變寬。

  電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)反應的陰極(ji)過程受阻滯的步驟(zou)通常認為是氫原子在(zai)電(dian)(dian)(dian)極(ji)上(shang)的還原過程，氫在(zai)鎳(nie)表面反應交換電(dian)(dian)(dian)流密度較(jiao)少，因而隨著極(ji)化(hua)(hua)電(dian)(dian)(dian)位(wei)的增(zeng)加(jia)，合(he)金的維鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)流仍能維持在(zai)較(jiao)低(di)的水平，使鈍(dun)化(hua)(hua)狀態保持在(zai)較(jiao)寬的范圍內。同時鎳(nie)固溶于鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)中，而且(qie)被氧化(hua)(hua)的較(jiao)少，從(cong)而增(zeng)加(jia)鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)和(he)金屬表層的熱力學(xue)穩定性。

4. 介質中氯離子(zi)和(he)氟離子(zi)的影響

  圖(tu)(tu)6-13為(wei)氯離(li)(li)(li)子含量(liang)(liang)對合(he)(he)(he)金(jin)(jin)致(zhi)(zhi)鈍(dun)電位、維鈍(dun)電位的影(ying)響(xiang)，圖(tu)(tu)6-14為(wei)氯離(li)(li)(li)子對合(he)(he)(he)金(jin)(jin)過鈍(dun)化電位的影(ying)響(xiang)。由圖(tu)(tu)6-13可見，在(zai)不同(tong)氯離(li)(li)(li)子含量(liang)(liang)的介質中，2號(hao)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的致(zhi)(zhi)鈍(dun)電位和維鈍(dun)電位基本(ben)上低于3號(hao)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)。隨著鉻量(liang)(liang)的增加，合(he)(he)(he)金(jin)(jin)更(geng)容(rong)易鈍(dun)化，說明在(zai)耐(nai)氯離(li)(li)(li)子腐蝕中，有足夠鉻含量(liang)(liang)的重要性。

  由圖6-14可見，在不同(tong)氯離子含量的介質中(zhong)，3號合金的過鈍化電位更(geng)正些(xie)表明合金的鈍化穩定性更(geng)強些(xie)。

  反應(ying)介(jie)質中(zhong)含有氯(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)和氟(fu)離(li)(li)子(zi)(zi)，使(shi)(shi)已經(jing)鈍(dun)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)重新活化(hua)(hua)，除(chu)氫外，氯(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)活化(hua)(hua)能力大于(yu)氟(fu)離(li)(li)子(zi)(zi)，而(er)氟(fu)離(li)(li)子(zi)(zi)又明顯(xian)增(zeng)加(jia)了氯(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)對活化(hua)(hua)區陽極(ji)溶解的(de)(de)(de)去極(ji)化(hua)(hua)作(zuo)用(yong)。因此，圖6-13、圖6-14所示(shi)的(de)(de)(de)應(ying)是(shi)氯(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)和氟(fu)離(li)(li)子(zi)(zi)共同作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)結(jie)果。研究表明，增(zeng)加(jia)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong)的(de)(de)(de)鉻含量(liang)有利于(yu)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)在較低(di)(di)的(de)(de)(de)電位就進入鈍(dun)化(hua)(hua)狀態(tai)，更快地使(shi)(shi)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)表層形成(cheng)較完整的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)膜，并在較低(di)(di)的(de)(de)(de)電位維持鈍(dun)態(tai)。從(cong)圖6-12、圖6-14的(de)(de)(de)結(jie)果可以(yi)看出，增(zeng)加(jia)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)鎳含量(liang)，可使(shi)(shi)3號(hao)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)范圍更寬，過鈍(dun)化(hua)(hua)電位更正。這表明鎳在合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong)可以(yi)起到穩定合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)表層鈍(dun)化(hua)(hua)狀態(tai)的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，并有助于(yu)延(yan)長發(fa)生孔蝕核的(de)(de)(de)誘導時間。

5. 合(he)金(jin)鈍化膜(mo)的表層(ceng)結構(gou)分析

  圖6-15為合金(jin)鈍(dun)化膜中(zhong)各元素的深度(du)分布曲線（AES),圖6-16為合金(jin)鈍(dun)化膜表層的俄歇電子能譜圖（AES)。

 對鈍化膜中各元(yuan)素氧(yang)(yang)化物(wu)的組(zu)態進(jin)行(xing)(xing)了XPS分析，并(bing)將濺(jian)射前(qian)后鈍化膜表層(ceng)和基體中氧(yang)(yang)、鐵(tie)、鉻、鎳、鉬各元(yuan)素的氧(yang)(yang)化峰(feng)及金屬峰(feng)結合(he)能與標(biao)準手冊(ce)上的結合(he)能進(jin)行(xing)(xing)對比。所測試到的各元(yuan)素的結能均采用 OIs 峰(feng)進(jin)行(xing)(xing)標(biao)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。