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(bu)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(gao)鉻鎳不銹鋼(gang)材料的(de)制備

將(jiang)原(yuan)材料：微碳(tan)鉻鐵(tie)、鉬鐵(tie)、錳鐵(tie)、鈦鐵(tie)、結晶(jing)硅、電解(jie)鎳、電解(jie)銅、工業(ye)純鐵(tie)按(an)一定比(bi)例在中頻感(gan)應爐(lu)(lu)內熔煉澆鑄成(cheng)試樣(yang)，出爐(lu)(lu)溫度1530℃，澆注(zhu)溫度約(yue)1450℃。三(san)種試樣(yang)的(de)化(hua)學成(cheng)分見(jian)表6-17。

2. 高鉻鎳(nie)不銹鋼實驗方法

 對1號(hao)、2號(hao)、3號(hao)材(cai)料進行陽極(ji)極(ji)化測試，測定材(cai)料在腐蝕介質(zhi)中(zhong)的致(zhi)鈍電(dian)位、維鈍電(dian)位、維鈍電(dian)流、點蝕電(dian)位和鈍化電(dian)位范圍。

 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

 測定2號(hao)、3號(hao)材(cai)料(liao)在氯(lv)離子分(fen)別(bie)為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述(shu)介質中(zhong)的致(zhi)鈍(dun)(dun)電位(wei)、維(wei)鈍(dun)(dun)電位(wei)和(he)點蝕電位(wei)。

 采用俄歇電子能譜（AES)技術測定(ding)鈍(dun)化膜(mo)中各元素的深(shen)度分布。運用X射(she)線光電子能譜（XPS)對(dui)膜(mo)中各元素的氧化物(wu)組態進(jin)行分析(xi)。

3. 高鉻鎳(nie)不(bu)銹鋼中鉻、鎳(nie)含量對(dui)合金(jin)鈍化(hua)的影響(xiang)

 a. 鉻(ge)含量的(de)影響

   圖6-10表(biao)示合(he)(he)金(jin)致鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)、維鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)與含(han)(han)鉻(ge)(ge)量的(de)關(guan)系(xi)。由圖6-10可見，當鉻(ge)(ge)含(han)(han)量增加時，陽極(ji)極(ji)化曲線的(de)致鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)和維鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)負(fu)移，使(shi)系(xi)統(tong)得到的(de)腐(fu)蝕(shi)電(dian)位(wei)高于該金(jin)屬(shu)的(de)致鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)，促進了合(he)(he)金(jin)更(geng)快地進入鈍(dun)(dun)態。或(huo)者說鉻(ge)(ge)量的(de)增加，能(neng)使(shi)合(he)(he)金(jin)在更(geng)低的(de)電(dian)位(wei)就(jiu)能(neng)鈍(dun)(dun)化。

 b. 鎳含量的影響

   圖6-11為合金致鈍電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)、維(wei)鈍電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)與鎳含量(liang)的關系。由圖可見，合金在介(jie)質中的致鈍電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)與維(wei)鈍電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)隨鎳量(liang)的增(zeng)加而(er)變小(xiao)。

   圖6-12為(wei)合金鈍(dun)(dun)化(hua)范圍與(yu)鎳含量的(de)關系。由圖6-12可見，合金在介質中的(de)鈍(dun)(dun)化(hua)準圍隨(sui)鎳量的(de)增加(jia)逐漸變寬。

  電(dian)化(hua)(hua)(hua)學反(fan)應的(de)(de)(de)(de)陰(yin)極(ji)過(guo)程(cheng)受阻滯的(de)(de)(de)(de)步驟通常認為是氫原子在(zai)(zai)電(dian)極(ji)上的(de)(de)(de)(de)還原過(guo)程(cheng)，氫在(zai)(zai)鎳表面反(fan)應交換電(dian)流(liu)密度較少，因而(er)隨著極(ji)化(hua)(hua)(hua)電(dian)位的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加，合金的(de)(de)(de)(de)維鈍(dun)(dun)電(dian)流(liu)仍能維持(chi)在(zai)(zai)較低的(de)(de)(de)(de)水平(ping)，使鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)狀態(tai)保持(chi)在(zai)(zai)較寬(kuan)的(de)(de)(de)(de)范圍內(nei)。同時鎳固(gu)溶于(yu)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)膜中，而(er)且(qie)被氧化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)較少，從而(er)增(zeng)加鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)膜和金屬表層的(de)(de)(de)(de)熱力學穩定性。

4. 介質中氯離(li)子和氟離(li)子的影(ying)響

  圖(tu)6-13為氯(lv)離(li)子(zi)(zi)含(han)量(liang)對(dui)(dui)合(he)金(jin)致鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)、維鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)的(de)影響，圖(tu)6-14為氯(lv)離(li)子(zi)(zi)對(dui)(dui)合(he)金(jin)過鈍(dun)化(hua)電(dian)位(wei)(wei)的(de)影響。由圖(tu)6-13可見，在(zai)不同(tong)氯(lv)離(li)子(zi)(zi)含(han)量(liang)的(de)介質中，2號合(he)金(jin)的(de)致鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)和維鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)基本上低于3號合(he)金(jin)。隨(sui)著鉻量(liang)的(de)增加，合(he)金(jin)更容(rong)易鈍(dun)化(hua)，說明(ming)在(zai)耐氯(lv)離(li)子(zi)(zi)腐蝕中，有足夠鉻含(han)量(liang)的(de)重要性(xing)。

  由圖6-14可見，在不同氯離子含量的介質(zhi)中，3號合金(jin)的過鈍(dun)化電(dian)位更正(zheng)些(xie)表明合金(jin)的鈍(dun)化穩定性更強些(xie)。

  反應(ying)介質中(zhong)含有(you)(you)氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)和氟離(li)(li)子(zi)，使(shi)已(yi)經鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)的合金(jin)重新活化(hua)(hua)(hua)，除(chu)氫外，氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)的活化(hua)(hua)(hua)能(neng)力大于(yu)氟離(li)(li)子(zi)，而(er)氟離(li)(li)子(zi)又明(ming)(ming)顯增加了氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)對活化(hua)(hua)(hua)區陽極(ji)溶解的去極(ji)化(hua)(hua)(hua)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)。因此，圖6-13、圖6-14所示的應(ying)是氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)和氟離(li)(li)子(zi)共同(tong)作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)的結果(guo)。研究表(biao)(biao)明(ming)(ming)，增加合金(jin)中(zhong)的鉻含量(liang)有(you)(you)利于(yu)合金(jin)在較(jiao)低的電(dian)位(wei)就(jiu)進入(ru)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)狀態，更快(kuai)地使(shi)合金(jin)表(biao)(biao)層(ceng)形成(cheng)較(jiao)完整(zheng)的氧(yang)化(hua)(hua)(hua)膜，并在較(jiao)低的電(dian)位(wei)維持鈍(dun)(dun)態。從圖6-12、圖6-14的結果(guo)可以看出，增加合金(jin)的鎳(nie)含量(liang)，可使(shi)3號(hao)合金(jin)的鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)范圍更寬(kuan)，過鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)電(dian)位(wei)更正。這(zhe)表(biao)(biao)明(ming)(ming)鎳(nie)在合金(jin)中(zhong)可以起(qi)到(dao)穩定合金(jin)表(biao)(biao)層(ceng)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)狀態的作(zuo)(zuo)(zuo)用(yong)，并有(you)(you)助(zhu)于(yu)延長發生孔蝕核的誘導時間(jian)。

5. 合(he)金鈍化膜(mo)的表層結構(gou)分析

  圖(tu)(tu)6-15為(wei)合金鈍化(hua)膜(mo)(mo)中(zhong)各元(yuan)素(su)的深度分布曲(qu)線（AES),圖(tu)(tu)6-16為(wei)合金鈍化(hua)膜(mo)(mo)表層的俄歇電子能譜圖(tu)(tu)（AES)。

 對鈍(dun)化(hua)膜中各元素氧(yang)化(hua)物的(de)組態進(jin)行(xing)了XPS分析，并將濺射前后鈍(dun)化(hua)膜表(biao)(biao)層和基(ji)體中氧(yang)、鐵、鉻、鎳(nie)、鉬各元素的(de)氧(yang)化(hua)峰及金屬峰結合能(neng)與(yu)標準(zhun)手冊上的(de)結合能(neng)進(jin)行(xing)對比。所測試(shi)到的(de)各元素的(de)結能(neng)均采用 OIs 峰進(jin)行(xing)標定，見(jian)表(biao)(biao) 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。