在 Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN不銹鋼中加入微量的合金元素(su)Nb、Zr,在硫酸溶液中有很好的自鈍(dun)化(hua)性。硫酸是一種強腐(fu)蝕性介質，隨著濃(nong)度和溫度的不同，其腐(fu)蝕性有著強烈(lie)的變(bian)化(hua)，即使較為知(zhi)名的在線亞洲日產一區二區:不銹鋼也不能適應這種變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)(de)需要(yao)。合(he)(he)(he)金元素(su)的(de)(de)(de)(de)加入，合(he)(he)(he)金元素(su)產生的(de)(de)(de)(de)復(fu)合(he)(he)(he)效應，促進表面膜的(de)(de)(de)(de)成長，改變(bian)了表面膜的(de)(de)(de)(de)性能，提(ti)高了耐(nai)蝕(shi)性。孔煥文等人用橢圓術和電(dian)化(hua)學相(xiang)結合(he)(he)(he)的(de)(de)(de)(de)方法對上述不銹鋼在硫(liu)酸中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)膜成長情況進行研究。
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(tuo)圓術研(yan)究實驗
a. 橢圓(yuan)偏振(zhen)儀
自動(dong)橢(tuo)圓偏(pian)振(zhen)儀系氨(an)-氖激光管(guan)，波長(chang)為(wei)6328?(1A=10-10m),入射角選用(yong)(yong)70°(可(ke)調節）。用(yong)(yong)微機控制P、A兩臺步進(jin)馬達(da)帶動(dong)起偏(pian)器和檢偏(pian)器，找出最(zui)(zui)佳(jia)的消光狀態(tai)。其步驟是固(gu)定(ding)A,轉動(dong)P,找到光強最(zui)(zui)小(xiao)點，找到后，固(gu)定(ding)P,再(zai)轉動(dong)A，如此反復進(jin)行，直到A、P均處(chu)于使光強最(zui)(zui)小(xiao)的位置。圖(tu)6-18為(wei)橢(tuo)圓偏(pian)振(zhen)儀自動(dong)化裝置示意圖(tu)。
b. 電(dian)解(jie)池
電(dian)解(jie)池(chi)用(yong)有機玻璃制(zhi)成(cheng)，在入射光和(he)反射光的通(tong)道部(bu)分，鑲嵌著 3cm 石英玻璃圓片。電(dian)解(jie)池(chi)蓋上(shang)開有4個孔(kong)。工作(zuo)電(dian)極(ji)（試樣）、輔助電(dian)極(ji)（鉑）和(he)參比電(dian)極(ji)（飽和(he)甘汞電(dian)極(ji)）均由孔(kong)引出，輔助電(dian)極(ji)為環形鉑絲，置于電(dian)解(jie)池(chi)底部(bu)，一孔(kong)通(tong)入純氬，以驅除(chu)溶液里的氧。
c. 試樣
15mm的不銹(xiu)鋼棒成1~1.5mm厚的薄片，焊(han)接一根螺旋式的銅絲，用聚氯(lv)乙烯(xi)加熱熔化(hua)進行鑲(xiang)嵌，從(cong)側面引出銅絲，再裝上塑料套管，套管和聚氯(lv)乙烯(xi)聯(lian)結處用膠黏劑涂封，干后將(jiang)試樣表面拋光(guang)，至光(guang)潔度為 Ra 0.4μm ，用去(qu)離子(zi)水及(ji)酒精(jing)沖(chong)洗待(dai)用。
不銹鋼中含合金成分如下： 鉻：20%、鎳：25% 、鉬：3% 、鈮：0.05%~0.07% 鋯：0.34% 氮：0.16%
d. 溶液
用(yong)分(fen)析純(chun)硫酸和去(qu)離子水配成10%(質量(liang)分(fen)數(shu)）、20%(質量(liang)分(fen)數(shu)）、30%(質量(liang)分(fen)數(shu)）濃度的(de)硫酸溶液，依次將(jiang)溶液移入電(dian)解池內，通入純(chun)氬(ya)氣，趕(gan)走溶液里(li)的(de)氧氣，操作在(zai)室溫下進(jin)行(xing)。
e. 用陰極還原法除去(qu)試樣表面的氧化膜
在自腐蝕(shi)電位負移400mV,通過橢(tuo)圓(yuan)儀(yi)進行消光觀察。在一(yi)定的(de)(de)(de)間隔時(shi)(shi)間內，測定橢(tuo)圓(yuan)儀(yi)參(can)數Δ和(he)ψ值(zhi)，Δ和(he)ψ作(zuo)為時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)函數，直(zhi)到Δ和(he)φ值(zhi)基(ji)本(ben)上不再變化(hua)，這時(shi)(shi)可(ke)認為氧化(hua)膜已去除，求(qiu)出基(ji)體金屬的(de)(de)(de)光學(xue)(xue)常(chang)數。因為，一(yi)種(zhong)金屬的(de)(de)(de)光學(xue)(xue)常(chang)數只有一(yi)個，當氧化(hua)物被還原時(shi)(shi)，鈍化(hua)層相應的(de)(de)(de)更薄，而Δ和(he)ψ值(zhi)也(ye)隨(sui)著變化(hua)。所以(yi)，一(yi)旦(dan)Δ和(he)ψ是常(chang)數值(zhi)時(shi)(shi)，即(ji)認為氧化(hua)膜已去除。
該(gai)鋼的(de)(de)陰極還原時間約30min。Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN 不(bu)銹鋼在10%硫(liu)酸溶液中經陰極還原，測(ce)得(de)無膜的(de)(de)光學常數是n1=2.163-3.006i。10%硫(liu)酸溶液的(de)(de)折(zhe)射系(xi)數為(wei)no=1.346。
在不同硫(liu)酸濃度(du)溶(rong)液(ye)中(zhong)鈍化膜的厚度(du)，如圖6-19所(suo)示，隨(sui)著硫(liu)酸溶(rong)液(ye)濃度(du)的增加（10%~30%),鈍化膜的厚度(du)相(xiang)應變薄。
2. 在恒(heng)定電位下橢圓儀參數Δ和(he)y時間(jian)函(han)數曲線的規律
圖6-20為(wei)試樣在(zai)10%硫(liu)酸中，橢圓(yuan)儀參(can)數Δ和ψ作(zuo)為(wei)時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)(de)函數曲線圖。從橢圓(yuan)參(can)數可以看出，在(zai)10%濃度的(de)(de)(de)(de)硫(liu)酸溶液中，無膜(mo)鋼的(de)(de)(de)(de)表(biao)面上先生成(cheng)一層鈍化膜(mo)，隨(sui)即該鈍化膜(mo)按對(dui)數規(gui)律成(cheng)長(chang)，這(zhe)說明鈍化膜(mo)的(de)(de)(de)(de)性質已改變(bian)，膜(mo)的(de)(de)(de)(de)組分(fen)也(ye)已改變(bian)，這(zhe)是由于微量合金(jin)元(yuan)素(su)的(de)(de)(de)(de)富(fu)集所致的(de)(de)(de)(de)。因為(wei)在(zai)剛(gang)開(kai)始富(fu)集時(shi)(shi)，表(biao)面膜(mo)內富(fu)集的(de)(de)(de)(de)合金(jin)元(yuan)素(su)成(cheng)分(fen)較少，隨(sui)著時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)(de)增(zeng)長(chang)，富(fu)集量越來越多(duo)，一旦富(fu)集到一定的(de)(de)(de)(de)量時(shi)(shi)，導致橢圓(yuan)參(can)數發生突變(bian)。
圖(tu)(tu)6-21、圖(tu)(tu)6-22、圖(tu)(tu)6-23所示為試樣在(zai)10%硫(liu)酸(suan)(suan)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)，恒定(ding)(ding)電位分別(bie)在(zai)-20mV、＋350mV、＋900mV時(shi)(shi)，參數(shu)Δ和φ作(zuo)為時(shi)(shi)間(jian)的(de)(de)函數(shu)曲線(xian)。在(zai)10%度(du)的(de)(de)硫(liu)酸(suan)(suan)溶(rong)(rong)液(ye)中(zhong)(zhong)，恒電位儀分別(bie)控制在(zai)-20mV、＋350mV、＋900mV時(shi)(shi)，橢圓(yuan)參數(shu)隨(sui)著(zhu)時(shi)(shi)間(jian)變化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)規(gui)(gui)律表明，鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)成(cheng)(cheng)長的(de)(de)動力是循(xun)著(zhu)對數(shu)規(gui)(gui)律的(de)(de)，并由曲線(xian)的(de)(de)斜率(lv)(lv)可知鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)速(su)(su)率(lv)(lv)r1和溶(rong)(rong)解(jie)速(su)(su)率(lv)(lv)r2的(de)(de)差異(yi)。由圖(tu)(tu)6-21可知，將(jiang)電位控制在(zai) -20mV時(shi)(shi)，鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)成(cheng)(cheng)長的(de)(de)動力循(xun)著(zhu)對數(shu)規(gui)(gui)律緩慢的(de)(de)增厚。這(zhe)意味著(zhu)在(zai)該電位下，鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)速(su)(su)率(lv)(lv)r1略大于溶(rong)(rong)解(jie)速(su)(su)率(lv)(lv)r2。而將(jiang)電位恒定(ding)(ding)在(zai)＋350mV時(shi)(shi)，鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)成(cheng)(cheng)長的(de)(de)曲線(xian)越陡，見(jian)圖(tu)(tu)6-22。這(zhe)說明鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)速(su)(su)率(lv)(lv)r1遠遠大于溶(rong)(rong)解(jie)速(su)(su)率(lv)(lv)r2。由圖(tu)(tu)6-24可知，＋350mV正(zheng)處于穩(wen)定(ding)(ding)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)區。
從圖(tu)(tu) 6-20 、圖(tu)(tu) 6-21 、圖(tu)(tu) 6-22、圖(tu)(tu) 6-23 的(de)曲線(xian)上判斷，由于微量合金元素的(de)富集(ji)，不銹鋼具有雙層氧化膜結(jie)構。
由橢圓術和電(dian)化(hua)學相結合的(de)方法研究表明，該(gai)鋼在(zai)硫酸(suan)溶液中，在(zai)不同的(de)電(dian)位(wei)下皆有自(zi)鈍(dun)化(hua)性(xing)，而(er)且能夠生成致密完(wan)整的(de)鈍(dun)化(hua)層，具有優(you)異的(de)保護(hu)性(xing)。
用失重法(fa)的實驗結果(guo)如(ru)下(xia)，兩者(zhe)的結果(guo)甚為吻合(he)。10%硫(liu)酸(suan)溶液中的腐蝕(shi)速率為0.30g/(㎡·h)。該不銹鋼在硫(liu)酸(suan)工程(cheng)上實際(ji)應用中有優良的抗蝕(shi)性。
