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(xiu)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：微(wei)碳鉻鐵(tie)、鉬鐵(tie)、錳鐵(tie)、鈦(tai)鐵(tie)、結晶硅、電解鎳、電解銅、工業純鐵(tie)按一定(ding)比例(li)在中頻感應爐(lu)內熔煉澆(jiao)鑄成試樣，出爐(lu)溫度(du)1530℃，澆(jiao)注溫度(du)約1450℃。三種試樣的化學成分見表6-17。

2. 高(gao)鉻鎳不銹鋼(gang)實驗方法

 對(dui)1號(hao)(hao)(hao)、2號(hao)(hao)(hao)、3號(hao)(hao)(hao)材料(liao)進行陽極(ji)極(ji)化測試，測定(ding)材料(liao)在腐蝕介質中的致鈍電(dian)位(wei)(wei)、維鈍電(dian)位(wei)(wei)、維鈍電(dian)流、點蝕電(dian)位(wei)(wei)和鈍化電(dian)位(wei)(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

 測定(ding)2號、3號材料在氯離子(zi)分別(bie)為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述介(jie)質中的致(zhi)鈍電位(wei)(wei)(wei)、維(wei)鈍電位(wei)(wei)(wei)和點蝕電位(wei)(wei)(wei)。

 采用俄歇電(dian)子能(neng)譜(pu)（AES)技術測定鈍化膜(mo)中各(ge)(ge)元(yuan)素(su)的(de)深度分布。運(yun)用X射線光電(dian)子能(neng)譜(pu)（XPS)對膜(mo)中各(ge)(ge)元(yuan)素(su)的(de)氧化物組態(tai)進行分析(xi)。

3. 高鉻鎳(nie)不銹鋼中(zhong)鉻、鎳(nie)含量對(dui)合(he)金鈍化的影響

 a. 鉻含(han)量的(de)影響

   圖(tu)6-10表示合金(jin)(jin)致鈍(dun)(dun)電(dian)(dian)位(wei)(wei)、維(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)(dian)位(wei)(wei)與含鉻(ge)量的關系。由圖(tu)6-10可見，當鉻(ge)含量增加(jia)時，陽極極化(hua)曲線的致鈍(dun)(dun)電(dian)(dian)位(wei)(wei)和維(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)(dian)位(wei)(wei)負移，使系統得到的腐蝕電(dian)(dian)位(wei)(wei)高于該金(jin)(jin)屬的致鈍(dun)(dun)電(dian)(dian)位(wei)(wei)，促進(jin)了(le)合金(jin)(jin)更快地(di)進(jin)入(ru)鈍(dun)(dun)態。或者說(shuo)鉻(ge)量的增加(jia)，能使合金(jin)(jin)在更低的電(dian)(dian)位(wei)(wei)就能鈍(dun)(dun)化(hua)。

 b. 鎳含量的影響

   圖6-11為(wei)合(he)金致(zhi)鈍(dun)電流密(mi)度(du)、維鈍(dun)電流密(mi)度(du)與鎳含量的關系。由圖可(ke)見，合(he)金在介質中的致(zhi)鈍(dun)電流密(mi)度(du)與維鈍(dun)電流密(mi)度(du)隨(sui)鎳量的增加而變(bian)小。

   圖(tu)6-12為合金鈍化范圍與鎳含量的(de)關系。由(you)圖(tu)6-12可見，合金在介質中的(de)鈍化準圍隨鎳量的(de)增加逐漸變寬。

  電化(hua)(hua)學(xue)反應的陰極過(guo)程受阻滯的步驟(zou)通常認為是氫原子在(zai)電極上的還原過(guo)程，氫在(zai)鎳表(biao)面反應交換電流(liu)密度(du)較(jiao)少(shao)，因(yin)而隨(sui)著(zhu)極化(hua)(hua)電位的增加，合(he)金(jin)的維鈍(dun)電流(liu)仍能維持(chi)在(zai)較(jiao)低的水平，使鈍(dun)化(hua)(hua)狀態保持(chi)在(zai)較(jiao)寬(kuan)的范(fan)圍(wei)內。同時鎳固溶于(yu)鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)中，而且被(bei)氧(yang)化(hua)(hua)的較(jiao)少(shao)，從(cong)而增加鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)和金(jin)屬表(biao)層的熱力學(xue)穩定性(xing)。

4. 介(jie)質中(zhong)氯離(li)子(zi)(zi)和氟離(li)子(zi)(zi)的影響

  圖(tu)6-13為氯(lv)離(li)(li)(li)子含量對合(he)金(jin)(jin)(jin)致鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)(wei)、維(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)影響，圖(tu)6-14為氯(lv)離(li)(li)(li)子對合(he)金(jin)(jin)(jin)過(guo)鈍(dun)(dun)化(hua)電(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)(de)(de)影響。由圖(tu)6-13可見(jian)，在不(bu)同氯(lv)離(li)(li)(li)子含量的(de)(de)(de)(de)介質中，2號(hao)合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)致鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)(wei)和維(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)(wei)基(ji)本上低于(yu)3號(hao)合(he)金(jin)(jin)(jin)。隨著(zhu)鉻(ge)量的(de)(de)(de)(de)增加，合(he)金(jin)(jin)(jin)更容(rong)易(yi)鈍(dun)(dun)化(hua)，說明在耐(nai)氯(lv)離(li)(li)(li)子腐蝕中，有(you)足(zu)夠鉻(ge)含量的(de)(de)(de)(de)重要性。

  由圖6-14可見，在不同氯(lv)離子含量的(de)介(jie)質中，3號合(he)金(jin)的(de)過鈍(dun)化(hua)電位更正些表明合(he)金(jin)的(de)鈍(dun)化(hua)穩定性(xing)更強(qiang)些。

  反應(ying)介(jie)質中(zhong)含有(you)氯(lv)離(li)(li)(li)(li)子(zi)和(he)氟離(li)(li)(li)(li)子(zi)，使(shi)已經(jing)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)合(he)金重(zhong)新活(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)，除氫外(wai)，氯(lv)離(li)(li)(li)(li)子(zi)的(de)(de)活(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)能力(li)大于(yu)(yu)氟離(li)(li)(li)(li)子(zi)，而氟離(li)(li)(li)(li)子(zi)又明顯增(zeng)加(jia)了氯(lv)離(li)(li)(li)(li)子(zi)對活(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)區陽極溶解的(de)(de)去極化(hua)(hua)(hua)(hua)作用(yong)。因此，圖6-13、圖6-14所示的(de)(de)應(ying)是氯(lv)離(li)(li)(li)(li)子(zi)和(he)氟離(li)(li)(li)(li)子(zi)共同(tong)作用(yong)的(de)(de)結果。研究表(biao)明，增(zeng)加(jia)合(he)金中(zhong)的(de)(de)鉻含量有(you)利(li)于(yu)(yu)合(he)金在(zai)較低的(de)(de)電(dian)位就(jiu)進入鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)狀態，更(geng)快地使(shi)合(he)金表(biao)層形成(cheng)較完整的(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)膜，并在(zai)較低的(de)(de)電(dian)位維持鈍(dun)態。從(cong)圖6-12、圖6-14的(de)(de)結果可(ke)以看(kan)出，增(zeng)加(jia)合(he)金的(de)(de)鎳含量，可(ke)使(shi)3號合(he)金的(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)范圍(wei)更(geng)寬，過(guo)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)電(dian)位更(geng)正。這表(biao)明鎳在(zai)合(he)金中(zhong)可(ke)以起(qi)到(dao)穩定合(he)金表(biao)層鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)狀態的(de)(de)作用(yong)，并有(you)助于(yu)(yu)延(yan)長發生孔(kong)蝕(shi)核的(de)(de)誘(you)導時間(jian)。

5. 合金(jin)鈍(dun)化膜(mo)的表(biao)層結(jie)構分析

  圖6-15為(wei)(wei)合金(jin)鈍化(hua)膜(mo)中(zhong)各元素的(de)深度分布曲(qu)線（AES),圖6-16為(wei)(wei)合金(jin)鈍化(hua)膜(mo)表層的(de)俄(e)歇電子能(neng)譜圖（AES)。

 對鈍化(hua)膜(mo)中各(ge)(ge)(ge)元(yuan)素氧化(hua)物的(de)組態進行(xing)了XPS分析，并將濺射前后鈍化(hua)膜(mo)表層和基體(ti)中氧、鐵、鉻(ge)、鎳、鉬各(ge)(ge)(ge)元(yuan)素的(de)氧化(hua)峰(feng)及(ji)金屬峰(feng)結(jie)合能與標準手(shou)冊上的(de)結(jie)合能進行(xing)對比。所測試到的(de)各(ge)(ge)(ge)元(yuan)素的(de)結(jie)能均采用 OIs 峰(feng)進行(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。