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：微碳鉻鐵(tie)、鉬(mu)鐵(tie)、錳鐵(tie)、鈦鐵(tie)、結晶硅、電(dian)(dian)解鎳(nie)、電(dian)(dian)解銅、工業純鐵(tie)按一定比例在中(zhong)頻感應爐內熔(rong)煉(lian)澆鑄成(cheng)試樣，出爐溫度(du)(du)1530℃，澆注溫度(du)(du)約1450℃。三種試樣的化學成(cheng)分見表6-17。

2. 高(gao)鉻鎳不銹(xiu)鋼實驗方(fang)法

 對1號(hao)、2號(hao)、3號(hao)材(cai)料進行陽極極化測試，測定材(cai)料在腐蝕介(jie)質中的致鈍電(dian)位(wei)(wei)、維(wei)鈍電(dian)位(wei)(wei)、維(wei)鈍電(dian)流、點蝕電(dian)位(wei)(wei)和鈍化電(dian)位(wei)(wei)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2號(hao)、3號(hao)材(cai)料(liao)在氯離子(zi)分(fen)別為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述介質(zhi)中的致鈍(dun)電(dian)位(wei)、維鈍(dun)電(dian)位(wei)和點(dian)蝕電(dian)位(wei)。

 采用俄歇(xie)電子能譜(pu)（AES)技術測定鈍化(hua)膜(mo)中(zhong)各元素(su)(su)的(de)深度(du)分布。運用X射線光電子能譜(pu)（XPS)對膜(mo)中(zhong)各元素(su)(su)的(de)氧(yang)化(hua)物組態(tai)進行分析(xi)。

3. 高鉻鎳不(bu)銹鋼(gang)中鉻、鎳含(han)量對合金鈍(dun)化的影響

 a. 鉻(ge)含量(liang)的影響

   圖6-10表示合金致鈍電(dian)(dian)位(wei)、維鈍電(dian)(dian)位(wei)與含(han)鉻量的(de)(de)(de)關系。由圖6-10可見，當鉻含(han)量增加(jia)時，陽極(ji)極(ji)化(hua)(hua)曲線的(de)(de)(de)致鈍電(dian)(dian)位(wei)和維鈍電(dian)(dian)位(wei)負移，使系統得到的(de)(de)(de)腐蝕(shi)電(dian)(dian)位(wei)高于該金屬的(de)(de)(de)致鈍電(dian)(dian)位(wei)，促進(jin)了合金更快地(di)進(jin)入鈍態(tai)。或者說(shuo)鉻量的(de)(de)(de)增加(jia)，能(neng)使合金在更低(di)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)位(wei)就能(neng)鈍化(hua)(hua)。

 b. 鎳含量的(de)影響

   圖6-11為合(he)金(jin)致鈍電(dian)流密度(du)、維(wei)鈍電(dian)流密度(du)與(yu)鎳含(han)量的關(guan)系(xi)。由圖可見，合(he)金(jin)在介質中的致鈍電(dian)流密度(du)與(yu)維(wei)鈍電(dian)流密度(du)隨鎳量的增(zeng)加(jia)而(er)變(bian)小。

   圖6-12為合金(jin)(jin)鈍化范圍與鎳(nie)含量(liang)的(de)關系。由圖6-12可見，合金(jin)(jin)在(zai)介質中的(de)鈍化準圍隨鎳(nie)量(liang)的(de)增加逐漸變(bian)寬。

  電(dian)化學(xue)反應的(de)陰(yin)極(ji)過程受阻滯的(de)步驟通常認為是氫(qing)原子(zi)在(zai)電(dian)極(ji)上的(de)還原過程，氫(qing)在(zai)鎳表面反應交換電(dian)流密度較(jiao)少(shao)，因而隨著極(ji)化電(dian)位(wei)的(de)增加(jia)，合金的(de)維(wei)鈍電(dian)流仍能(neng)維(wei)持在(zai)較(jiao)低的(de)水平，使鈍化狀態保持在(zai)較(jiao)寬(kuan)的(de)范圍內(nei)。同(tong)時鎳固溶于鈍化膜(mo)中，而且被氧化的(de)較(jiao)少(shao)，從而增加(jia)鈍化膜(mo)和金屬表層的(de)熱力學(xue)穩定性(xing)。

4. 介質中(zhong)氯離子和氟離子的影響

  圖6-13為氯離子含量(liang)對合(he)(he)金致(zhi)鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)位、維鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)位的影響，圖6-14為氯離子對合(he)(he)金過鈍(dun)化電(dian)(dian)(dian)位的影響。由(you)圖6-13可見，在(zai)不同氯離子含量(liang)的介質中，2號合(he)(he)金的致(zhi)鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)位和維鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)位基本上低于3號合(he)(he)金。隨(sui)著(zhu)鉻(ge)量(liang)的增加，合(he)(he)金更容易鈍(dun)化，說明在(zai)耐氯離子腐蝕中，有(you)足夠鉻(ge)含量(liang)的重要(yao)性。

  由圖6-14可見，在不同氯(lv)離子含量的(de)介質(zhi)中，3號合(he)金的(de)過鈍化(hua)電位(wei)更正些(xie)表(biao)明合(he)金的(de)鈍化(hua)穩定(ding)性更強些(xie)。

  反應(ying)介質(zhi)中(zhong)(zhong)含有氯(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)和氟離(li)(li)子(zi)(zi)，使(shi)已經鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)(he)金(jin)重新活化(hua)(hua)(hua)(hua)，除氫(qing)外，氯(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)活化(hua)(hua)(hua)(hua)能(neng)力大于(yu)氟離(li)(li)子(zi)(zi)，而(er)氟離(li)(li)子(zi)(zi)又明顯增(zeng)(zeng)加了氯(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)對活化(hua)(hua)(hua)(hua)區陽極(ji)溶(rong)解的(de)(de)(de)(de)去(qu)極(ji)化(hua)(hua)(hua)(hua)作用(yong)。因此，圖6-13、圖6-14所示的(de)(de)(de)(de)應(ying)是氯(lv)離(li)(li)子(zi)(zi)和氟離(li)(li)子(zi)(zi)共同(tong)作用(yong)的(de)(de)(de)(de)結(jie)果。研究表明，增(zeng)(zeng)加合(he)(he)(he)金(jin)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)鉻含量(liang)有利于(yu)合(he)(he)(he)金(jin)在較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)電(dian)位(wei)就進入(ru)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)狀(zhuang)(zhuang)態，更(geng)快地(di)使(shi)合(he)(he)(he)金(jin)表層形成較(jiao)完(wan)整(zheng)的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)膜，并(bing)在較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)電(dian)位(wei)維(wei)持鈍(dun)(dun)態。從圖6-12、圖6-14的(de)(de)(de)(de)結(jie)果可以(yi)看出，增(zeng)(zeng)加合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)鎳(nie)含量(liang)，可使(shi)3號合(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)范圍更(geng)寬，過鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)電(dian)位(wei)更(geng)正(zheng)。這表明鎳(nie)在合(he)(he)(he)金(jin)中(zhong)(zhong)可以(yi)起到穩定(ding)合(he)(he)(he)金(jin)表層鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)狀(zhuang)(zhuang)態的(de)(de)(de)(de)作用(yong)，并(bing)有助于(yu)延長(chang)發生孔(kong)蝕(shi)核的(de)(de)(de)(de)誘(you)導時間(jian)。

5. 合金鈍化膜的表層結(jie)構(gou)分析(xi)

  圖6-15為(wei)合(he)金(jin)鈍化膜中各元素的(de)深度(du)分布曲線（AES),圖6-16為(wei)合(he)金(jin)鈍化膜表層(ceng)的(de)俄歇電子能譜圖（AES)。

 對(dui)鈍(dun)化膜(mo)中(zhong)各(ge)元素(su)(su)氧(yang)化物的(de)組態(tai)進(jin)行(xing)了XPS分析，并將濺(jian)射前后鈍(dun)化膜(mo)表層和基體(ti)中(zhong)氧(yang)、鐵、鉻(ge)、鎳、鉬(mu)各(ge)元素(su)(su)的(de)氧(yang)化峰及金屬峰結(jie)合(he)能(neng)與(yu)標準(zhun)手冊(ce)上的(de)結(jie)合(he)能(neng)進(jin)行(xing)對(dui)比。所測試到的(de)各(ge)元素(su)(su)的(de)結(jie)能(neng)均采用 OIs 峰進(jin)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。