在 Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN不銹鋼中加入微(wei)量的(de)合金(jin)元(yuan)素Nb、Zr,在硫酸(suan)溶(rong)液中有(you)很好的(de)自鈍化(hua)性(xing)。硫酸(suan)是一種(zhong)強腐蝕性(xing)介質，隨著濃度和溫度的(de)不同，其腐蝕性(xing)有(you)著強烈的(de)變化(hua)，即(ji)使較(jiao)為知(zhi)名的(de)在線亞洲日產一區二區:不銹鋼也不(bu)能(neng)適應這種變化(hua)的(de)需要(yao)。合金元素的(de)加入(ru)，合金元素產生的(de)復合效應，促進(jin)(jin)表(biao)面膜的(de)成長，改變了(le)表(biao)面膜的(de)性(xing)能(neng)，提高(gao)了(le)耐(nai)蝕(shi)性(xing)。孔煥(huan)文等人用橢(tuo)圓術和電化(hua)學相結合的(de)方法對上(shang)述不(bu)銹鋼在硫酸中的(de)鈍化(hua)膜成長情況進(jin)(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)。
實驗表明，在不同電位下，鈍化速率和溶解速率相應變化，同時，因硫酸濃度不同，變化值有著明顯的差異。在10%~30%的硫酸溶液中，皆能生成致密完整的鈍化膜，并具有雙層氧化膜結構，不銹鋼鈍化膜的厚度為3~5nm。
1. 橢圓術(shu)研究實驗
a. 橢(tuo)圓偏振儀
自(zi)動(dong)橢(tuo)圓偏振儀系氨-氖激光管，波長為6328?(1A=10-10m),入射角選用70°(可調節）。用微機(ji)控制P、A兩臺步進馬達(da)帶動(dong)起偏器和檢偏器，找(zhao)出最(zui)佳的消光狀態。其步驟是固定(ding)(ding)A,轉動(dong)P,找(zhao)到光強最(zui)小點(dian)，找(zhao)到后，固定(ding)(ding)P,再轉動(dong)A，如此(ci)反復進行，直到A、P均(jun)處于使光強最(zui)小的位置。圖6-18為橢(tuo)圓偏振儀自(zi)動(dong)化裝置示意圖。
b. 電解池
電解池用(yong)有(you)機玻璃(li)制成，在入射光和(he)反射光的通(tong)道(dao)部分，鑲嵌著 3cm 石英(ying)玻璃(li)圓(yuan)片。電解池蓋上開有(you)4個孔。工作電極(ji)(ji)（試樣(yang)）、輔助(zhu)(zhu)電極(ji)(ji)（鉑）和(he)參比電極(ji)(ji)（飽和(he)甘(gan)汞(gong)電極(ji)(ji)）均由孔引(yin)出，輔助(zhu)(zhu)電極(ji)(ji)為環形鉑絲，置于電解池底部，一孔通(tong)入純氬，以驅除溶液里(li)的氧(yang)。
c. 試(shi)樣(yang)
15mm的(de)不銹(xiu)鋼棒(bang)成1~1.5mm厚(hou)的(de)薄片，焊接(jie)一(yi)根螺旋(xuan)式的(de)銅絲，用(yong)聚(ju)氯乙(yi)烯加熱熔(rong)化(hua)進行鑲嵌，從側面引出銅絲，再(zai)裝上(shang)塑(su)料(liao)套管，套管和聚(ju)氯乙(yi)烯聯結(jie)處用(yong)膠黏劑(ji)涂(tu)封(feng)，干后將(jiang)試樣表面拋光，至光潔(jie)度為(wei) Ra 0.4μm ，用(yong)去(qu)離子水及酒精沖洗待用(yong)。
不(bu)銹鋼中含合金成分如下(xia)： 鉻：20%、鎳：25% 、鉬：3% 、鈮：0.05%~0.07% 鋯：0.34% 氮：0.16%
d. 溶(rong)液
用分(fen)(fen)析(xi)純硫酸(suan)和(he)去(qu)離子水(shui)配成10%(質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數）、20%(質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數）、30%(質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數）濃(nong)度(du)的硫酸(suan)溶(rong)液，依次將溶(rong)液移入電解池內，通入純氬氣，趕走(zou)溶(rong)液里的氧氣，操作在室溫(wen)下進行。
e. 用(yong)陰極(ji)還原(yuan)法(fa)除去試樣表面(mian)的氧(yang)化膜
在自腐蝕電位負移400mV,通(tong)過橢(tuo)圓儀進(jin)行消光(guang)觀察。在一定(ding)的(de)間隔時間內，測(ce)定(ding)橢(tuo)圓儀參(can)數Δ和(he)ψ值(zhi)，Δ和(he)ψ作為(wei)(wei)時間的(de)函數，直到Δ和(he)φ值(zhi)基本上不再變化(hua)(hua)(hua)(hua)，這時可認(ren)為(wei)(wei)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)膜已(yi)去除(chu)，求出基體金屬(shu)的(de)光(guang)學常(chang)數。因為(wei)(wei)，一種金屬(shu)的(de)光(guang)學常(chang)數只有一個(ge)，當氧化(hua)(hua)(hua)(hua)物被還原時，鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)層相應的(de)更薄，而Δ和(he)ψ值(zhi)也隨著變化(hua)(hua)(hua)(hua)。所以，一旦Δ和(he)ψ是常(chang)數值(zhi)時，即(ji)認(ren)為(wei)(wei)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)膜已(yi)去除(chu)。
該鋼(gang)的陰(yin)極還(huan)原時間約30min。Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN 不銹鋼(gang)在10%硫(liu)酸(suan)溶液中經陰(yin)極還(huan)原，測得無膜的光學常(chang)數(shu)是n1=2.163-3.006i。10%硫(liu)酸(suan)溶液的折射系數(shu)為(wei)no=1.346。
在不同硫酸濃度(du)(du)溶(rong)液中鈍化(hua)膜的厚度(du)(du)，如圖(tu)6-19所示，隨著硫酸溶(rong)液濃度(du)(du)的增加(jia)（10%~30%),鈍化(hua)膜的厚度(du)(du)相應變薄(bo)。
2. 在恒(heng)定(ding)電位下橢圓(yuan)儀參數Δ和(he)y時間函數曲線的規律
圖6-20為試樣在10%硫酸中，橢圓儀參數(shu)(shu)Δ和(he)ψ作(zuo)為時間的(de)(de)(de)(de)(de)函數(shu)(shu)曲線圖。從橢圓參數(shu)(shu)可以看(kan)出(chu)，在10%濃度的(de)(de)(de)(de)(de)硫酸溶液中，無膜鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)面上先生成(cheng)(cheng)一層鈍(dun)化(hua)膜，隨即該鈍(dun)化(hua)膜按對數(shu)(shu)規律成(cheng)(cheng)長(chang)，這(zhe)說明(ming)鈍(dun)化(hua)膜的(de)(de)(de)(de)(de)性質(zhi)已(yi)改變(bian)，膜的(de)(de)(de)(de)(de)組分也已(yi)改變(bian)，這(zhe)是由(you)于微量(liang)(liang)合金元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)(de)富(fu)(fu)集(ji)所致(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)。因為在剛開始富(fu)(fu)集(ji)時，表(biao)面膜內富(fu)(fu)集(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)合金元(yuan)素成(cheng)(cheng)分較少(shao)，隨著時間的(de)(de)(de)(de)(de)增長(chang)，富(fu)(fu)集(ji)量(liang)(liang)越(yue)來越(yue)多，一旦(dan)富(fu)(fu)集(ji)到一定的(de)(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)時，導致(zhi)橢圓參數(shu)(shu)發(fa)生突(tu)變(bian)。
圖(tu)6-21、圖(tu)6-22、圖(tu)6-23所示為試(shi)樣在(zai)(zai)(zai)10%硫酸(suan)溶液中，恒定電(dian)位(wei)分(fen)(fen)別(bie)(bie)在(zai)(zai)(zai)-20mV、＋350mV、＋900mV時，參(can)數Δ和φ作為時間(jian)的(de)(de)函數曲線。在(zai)(zai)(zai)10%度的(de)(de)硫酸(suan)溶液中，恒電(dian)位(wei)儀(yi)分(fen)(fen)別(bie)(bie)控制在(zai)(zai)(zai)-20mV、＋350mV、＋900mV時，橢圓(yuan)參(can)數隨著(zhu)時間(jian)變(bian)化(hua)的(de)(de)規律表明(ming)，鈍(dun)(dun)化(hua)膜成(cheng)長(chang)(chang)的(de)(de)動(dong)力(li)是(shi)循(xun)著(zhu)對(dui)數規律的(de)(de)，并由(you)曲線的(de)(de)斜率(lv)(lv)可(ke)知(zhi)鈍(dun)(dun)化(hua)速(su)(su)率(lv)(lv)r1和溶解速(su)(su)率(lv)(lv)r2的(de)(de)差異(yi)。由(you)圖(tu)6-21可(ke)知(zhi)，將電(dian)位(wei)控制在(zai)(zai)(zai) -20mV時，鈍(dun)(dun)化(hua)膜成(cheng)長(chang)(chang)的(de)(de)動(dong)力(li)循(xun)著(zhu)對(dui)數規律緩慢(man)的(de)(de)增厚。這意味著(zhu)在(zai)(zai)(zai)該電(dian)位(wei)下(xia)，鈍(dun)(dun)化(hua)速(su)(su)率(lv)(lv)r1略大于(yu)溶解速(su)(su)率(lv)(lv)r2。而將電(dian)位(wei)恒定在(zai)(zai)(zai)＋350mV時，鈍(dun)(dun)化(hua)膜成(cheng)長(chang)(chang)的(de)(de)曲線越陡，見圖(tu)6-22。這說(shuo)明(ming)鈍(dun)(dun)化(hua)速(su)(su)率(lv)(lv)r1遠遠大于(yu)溶解速(su)(su)率(lv)(lv)r2。由(you)圖(tu)6-24可(ke)知(zhi)，＋350mV正(zheng)處于(yu)穩定鈍(dun)(dun)化(hua)區(qu)。
從(cong)圖(tu) 6-20 、圖(tu) 6-21 、圖(tu) 6-22、圖(tu) 6-23 的曲線(xian)上判斷(duan)，由于微量合金元素(su)的富(fu)集，不銹鋼具有雙(shuang)層氧(yang)化膜(mo)結構(gou)。
由橢(tuo)圓術和電(dian)化學相結合(he)的方(fang)法研究表明，該鋼在(zai)硫酸溶液中，在(zai)不同的電(dian)位下(xia)皆有自鈍化性(xing)，而且能夠(gou)生成(cheng)致密完整的鈍化層，具(ju)有優異的保(bao)護(hu)性(xing)。
用(yong)(yong)失重法的(de)實(shi)驗結(jie)果如(ru)下，兩(liang)者的(de)結(jie)果甚為吻合。10%硫酸(suan)(suan)溶(rong)液中(zhong)的(de)腐蝕速(su)率(lv)為0.30g/(㎡·h)。該不銹鋼(gang)在硫酸(suan)(suan)工程上實(shi)際應用(yong)(yong)中(zhong)有優良的(de)抗(kang)蝕性。
