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(gang)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. 高鉻鎳不銹鋼材料的制備

將原材料(liao)：微碳鉻鐵(tie)(tie)、鉬鐵(tie)(tie)、錳(meng)鐵(tie)(tie)、鈦鐵(tie)(tie)、結晶硅、電解(jie)鎳、電解(jie)銅(tong)、工(gong)業純鐵(tie)(tie)按一定比例(li)在中頻感應爐內熔煉澆(jiao)鑄成(cheng)試樣，出爐溫(wen)度(du)(du)1530℃，澆(jiao)注溫(wen)度(du)(du)約1450℃。三種(zhong)試樣的化(hua)學(xue)成(cheng)分見表6-17。

2. 高(gao)鉻(ge)鎳不銹鋼(gang)實(shi)驗方法

 對(dui)1號、2號、3號材料進行陽(yang)極(ji)極(ji)化測(ce)試，測(ce)定(ding)材料在(zai)腐蝕(shi)(shi)介質中的致鈍(dun)電(dian)位、維(wei)鈍(dun)電(dian)位、維(wei)鈍(dun)電(dian)流(liu)、點蝕(shi)(shi)電(dian)位和鈍(dun)化電(dian)位范圍。

 實驗(yan)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(ding)2號、3號材料在氯離子分別(bie)為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上(shang)述介質中(zhong)的致(zhi)鈍電位、維(wei)鈍電位和點蝕電位。

 采用(yong)俄歇電(dian)子(zi)能(neng)譜(pu)（AES)技術測定鈍化(hua)膜中各元素的(de)深度分布。運用(yong)X射(she)線光電(dian)子(zi)能(neng)譜(pu)（XPS)對膜中各元素的(de)氧化(hua)物組(zu)態進行分析。

3. 高(gao)鉻(ge)鎳(nie)不銹鋼中(zhong)鉻(ge)、鎳(nie)含量對(dui)合金(jin)鈍化(hua)的影響

 a. 鉻含量的影響

   圖(tu)(tu)6-10表示合金致(zhi)(zhi)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)、維(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)與(yu)含(han)(han)鉻量(liang)的(de)關系。由圖(tu)(tu)6-10可見，當(dang)鉻含(han)(han)量(liang)增加時(shi)，陽(yang)極極化(hua)曲線的(de)致(zhi)(zhi)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)和維(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)負移，使系統得到(dao)的(de)腐蝕電(dian)位(wei)高(gao)于該金屬的(de)致(zhi)(zhi)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)，促(cu)進了合金更快地進入鈍(dun)(dun)態。或者說(shuo)鉻量(liang)的(de)增加，能使合金在更低(di)的(de)電(dian)位(wei)就能鈍(dun)(dun)化(hua)。

 b. 鎳含(han)量的影響(xiang)

   圖6-11為合金(jin)致鈍電流(liu)密度(du)、維(wei)鈍電流(liu)密度(du)與鎳含量的關系。由圖可見，合金(jin)在介質(zhi)中的致鈍電流(liu)密度(du)與維(wei)鈍電流(liu)密度(du)隨鎳量的增加而(er)變小(xiao)。

   圖6-12為合(he)金(jin)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)范(fan)圍(wei)與鎳含量的關(guan)系。由圖6-12可見(jian)，合(he)金(jin)在介質(zhi)中的鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)準圍(wei)隨鎳量的增加逐漸變寬。

  電化學(xue)反應的(de)(de)(de)陰(yin)極過程(cheng)受阻(zu)滯(zhi)的(de)(de)(de)步驟通(tong)常認為是(shi)氫原(yuan)子在(zai)電極上(shang)的(de)(de)(de)還原(yuan)過程(cheng)，氫在(zai)鎳表面反應交換電流密度較少，因而(er)隨著極化電位(wei)的(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，合金的(de)(de)(de)維(wei)鈍(dun)電流仍(reng)能維(wei)持在(zai)較低的(de)(de)(de)水平(ping)，使鈍(dun)化狀態保持在(zai)較寬的(de)(de)(de)范圍內。同時鎳固溶于鈍(dun)化膜(mo)中，而(er)且被氧(yang)化的(de)(de)(de)較少，從而(er)增(zeng)加(jia)鈍(dun)化膜(mo)和金屬表層的(de)(de)(de)熱力學(xue)穩定性。

4. 介質(zhi)中氯離(li)子和氟離(li)子的影響

  圖(tu)6-13為氯(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)含量(liang)對合(he)金(jin)致鈍電(dian)(dian)位、維(wei)鈍電(dian)(dian)位的影響(xiang)，圖(tu)6-14為氯(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)對合(he)金(jin)過鈍化電(dian)(dian)位的影響(xiang)。由圖(tu)6-13可(ke)見，在不(bu)同氯(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)含量(liang)的介質中，2號(hao)合(he)金(jin)的致鈍電(dian)(dian)位和(he)維(wei)鈍電(dian)(dian)位基本(ben)上(shang)低于3號(hao)合(he)金(jin)。隨著(zhu)鉻(ge)量(liang)的增加，合(he)金(jin)更容易鈍化，說明在耐氯(lv)(lv)離(li)子(zi)(zi)腐蝕中，有足夠鉻(ge)含量(liang)的重要(yao)性。

  由圖(tu)6-14可見(jian)，在不(bu)同氯離子含量的介(jie)質中，3號合金的過鈍化電位更(geng)正(zheng)些(xie)表(biao)明合金的鈍化穩定性更(geng)強些(xie)。

  反應介質(zhi)中(zhong)含有氯(lv)離(li)子(zi)(zi)和(he)氟(fu)離(li)子(zi)(zi)，使已經鈍(dun)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)合(he)(he)金(jin)重新(xin)活(huo)化(hua)(hua)，除氫外，氯(lv)離(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)化(hua)(hua)能力大于(yu)氟(fu)離(li)子(zi)(zi)，而氟(fu)離(li)子(zi)(zi)又(you)明顯(xian)增(zeng)加(jia)了氯(lv)離(li)子(zi)(zi)對活(huo)化(hua)(hua)區陽極(ji)溶(rong)解的(de)(de)(de)(de)(de)去極(ji)化(hua)(hua)作(zuo)用。因此，圖(tu)(tu)6-13、圖(tu)(tu)6-14所示(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)應是氯(lv)離(li)子(zi)(zi)和(he)氟(fu)離(li)子(zi)(zi)共(gong)同作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)(de)結果。研究(jiu)表明，增(zeng)加(jia)合(he)(he)金(jin)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)鉻含量有利于(yu)合(he)(he)金(jin)在(zai)較(jiao)低的(de)(de)(de)(de)(de)電位就進入鈍(dun)化(hua)(hua)狀態，更(geng)快地使合(he)(he)金(jin)表層(ceng)形成較(jiao)完整的(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)膜，并在(zai)較(jiao)低的(de)(de)(de)(de)(de)電位維持鈍(dun)態。從圖(tu)(tu)6-12、圖(tu)(tu)6-14的(de)(de)(de)(de)(de)結果可(ke)以看出，增(zeng)加(jia)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)鎳含量，可(ke)使3號合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)范(fan)圍更(geng)寬(kuan)，過鈍(dun)化(hua)(hua)電位更(geng)正(zheng)。這(zhe)表明鎳在(zai)合(he)(he)金(jin)中(zhong)可(ke)以起到穩(wen)定合(he)(he)金(jin)表層(ceng)鈍(dun)化(hua)(hua)狀態的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，并有助(zhu)于(yu)延長發生孔蝕核的(de)(de)(de)(de)(de)誘導(dao)時間。

5. 合金鈍化膜的表層結構分析(xi)

  圖6-15為(wei)合金(jin)鈍化膜中各元素的(de)深度分布(bu)曲線（AES),圖6-16為(wei)合金(jin)鈍化膜表層的(de)俄歇電(dian)子能譜圖（AES)。

 對鈍(dun)化(hua)膜中各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)(su)氧化(hua)物的組態進行(xing)了XPS分析，并將濺射(she)前(qian)后(hou)鈍(dun)化(hua)膜表(biao)層和(he)基體中氧、鐵、鉻、鎳(nie)、鉬各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的氧化(hua)峰(feng)及(ji)金屬峰(feng)結(jie)合(he)能(neng)與(yu)標(biao)準(zhun)手(shou)冊上的結(jie)合(he)能(neng)進行(xing)對比。所測試到的各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的結(jie)能(neng)均采用 OIs 峰(feng)進行(xing)標(biao)定，見表(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。