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(ge)鎳不銹(xiu)鋼材(cai)料的制備

將(jiang)原(yuan)材(cai)料：微碳鉻鐵(tie)、鉬鐵(tie)、錳鐵(tie)、鈦鐵(tie)、結晶硅、電(dian)解(jie)鎳、電(dian)解(jie)銅、工業純(chun)鐵(tie)按一定比例在中頻感應爐內熔煉澆鑄成試樣(yang)，出爐溫度(du)1530℃，澆注溫度(du)約1450℃。三種試樣(yang)的化學(xue)成分見表(biao)6-17。

2. 高鉻(ge)鎳不銹(xiu)鋼實驗方法

 對(dui)1號(hao)、2號(hao)、3號(hao)材料進行(xing)陽極極化(hua)測試，測定材料在腐蝕介質(zhi)中的致鈍(dun)電(dian)(dian)位、維(wei)鈍(dun)電(dian)(dian)位、維(wei)鈍(dun)電(dian)(dian)流(liu)、點(dian)蝕電(dian)(dian)位和鈍(dun)化(hua)電(dian)(dian)位范圍。

 實驗介(jie)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)料在氯離子分別為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述介質(zhi)中的致鈍(dun)(dun)電位(wei)、維鈍(dun)(dun)電位(wei)和點蝕電位(wei)。

 采用俄歇電子(zi)能(neng)譜（AES)技術測定鈍化膜中各元素的深度分布。運用X射(she)線光電子(zi)能(neng)譜（XPS)對(dui)膜中各元素的氧(yang)化物組態進行分析(xi)。

3. 高鉻鎳(nie)不銹鋼中(zhong)鉻、鎳(nie)含量對(dui)合金(jin)鈍(dun)化的影響

 a. 鉻(ge)含量的影(ying)響

   圖6-10表(biao)示合(he)金(jin)致鈍電(dian)位(wei)(wei)、維鈍電(dian)位(wei)(wei)與含鉻(ge)量(liang)的(de)(de)關(guan)系。由圖6-10可(ke)見，當鉻(ge)含量(liang)增加時(shi)，陽極極化曲線的(de)(de)致鈍電(dian)位(wei)(wei)和(he)維鈍電(dian)位(wei)(wei)負移(yi)，使系統(tong)得到(dao)的(de)(de)腐蝕(shi)電(dian)位(wei)(wei)高于該金(jin)屬的(de)(de)致鈍電(dian)位(wei)(wei)，促進了合(he)金(jin)更快地進入(ru)鈍態。或者(zhe)說鉻(ge)量(liang)的(de)(de)增加，能使合(he)金(jin)在更低的(de)(de)電(dian)位(wei)(wei)就(jiu)能鈍化。

 b. 鎳含量的影響

   圖6-11為合金致鈍(dun)電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度、維鈍(dun)電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度與(yu)鎳含(han)量的(de)(de)關系。由圖可(ke)見(jian)，合金在介質中的(de)(de)致鈍(dun)電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度與(yu)維鈍(dun)電(dian)流(liu)密(mi)(mi)度隨鎳量的(de)(de)增加而變(bian)小(xiao)。

   圖6-12為合金鈍化(hua)范圍(wei)與鎳含量(liang)的關系。由圖6-12可見，合金在(zai)介質中的鈍化(hua)準(zhun)圍(wei)隨鎳量(liang)的增(zeng)加逐漸(jian)變(bian)寬。

  電化(hua)(hua)(hua)(hua)學反(fan)應(ying)的(de)陰極過程受阻(zu)滯的(de)步驟通常認為是氫原子在(zai)(zai)電極上的(de)還(huan)原過程，氫在(zai)(zai)鎳(nie)(nie)表面反(fan)應(ying)交換電流密度較少，因而隨著極化(hua)(hua)(hua)(hua)電位的(de)增加，合金(jin)的(de)維(wei)鈍(dun)電流仍能維(wei)持在(zai)(zai)較低(di)的(de)水平，使鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)狀態保持在(zai)(zai)較寬的(de)范(fan)圍內。同(tong)時鎳(nie)(nie)固溶于鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)膜(mo)中，而且被氧化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)較少，從而增加鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)膜(mo)和金(jin)屬(shu)表層的(de)熱力學穩(wen)定性。

4. 介質中(zhong)氯離子和氟離子的影(ying)響

  圖6-13為氯(lv)(lv)離子(zi)含量(liang)(liang)對(dui)合(he)(he)金致鈍電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)、維(wei)鈍電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，圖6-14為氯(lv)(lv)離子(zi)對(dui)合(he)(he)金過鈍化電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)影(ying)響(xiang)。由圖6-13可見，在(zai)不同氯(lv)(lv)離子(zi)含量(liang)(liang)的(de)(de)介質中(zhong)，2號合(he)(he)金的(de)(de)致鈍電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)和維(wei)鈍電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)基本上低于3號合(he)(he)金。隨著鉻量(liang)(liang)的(de)(de)增加，合(he)(he)金更容易(yi)鈍化，說明在(zai)耐氯(lv)(lv)離子(zi)腐蝕中(zhong)，有足夠鉻含量(liang)(liang)的(de)(de)重要性。

  由圖(tu)6-14可見，在不同氯離子含量(liang)的介(jie)質(zhi)中，3號合金的過鈍(dun)化(hua)電(dian)位更(geng)正些表明合金的鈍(dun)化(hua)穩(wen)定性更(geng)強(qiang)些。

  反應介(jie)質中(zhong)含有氯離子(zi)(zi)和氟離子(zi)(zi)，使已(yi)經鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)重新活化(hua)(hua)(hua)(hua)，除(chu)氫(qing)外，氯離子(zi)(zi)的(de)(de)(de)活化(hua)(hua)(hua)(hua)能力大于(yu)氟離子(zi)(zi)，而氟離子(zi)(zi)又(you)明顯增(zeng)加(jia)了氯離子(zi)(zi)對活化(hua)(hua)(hua)(hua)區(qu)陽(yang)極溶解的(de)(de)(de)去極化(hua)(hua)(hua)(hua)作(zuo)(zuo)用。因此(ci)，圖(tu)6-13、圖(tu)6-14所示的(de)(de)(de)應是氯離子(zi)(zi)和氟離子(zi)(zi)共同(tong)作(zuo)(zuo)用的(de)(de)(de)結果。研究(jiu)表(biao)明，增(zeng)加(jia)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)中(zhong)的(de)(de)(de)鉻(ge)含量有利于(yu)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)在(zai)較低的(de)(de)(de)電(dian)位就(jiu)進(jin)入鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)狀態，更(geng)(geng)快地使合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)表(biao)層(ceng)形成較完整(zheng)的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)膜，并(bing)在(zai)較低的(de)(de)(de)電(dian)位維持(chi)鈍(dun)(dun)態。從圖(tu)6-12、圖(tu)6-14的(de)(de)(de)結果可以看出，增(zeng)加(jia)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)鎳含量，可使3號合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)范圍(wei)更(geng)(geng)寬(kuan)，過鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)電(dian)位更(geng)(geng)正。這(zhe)表(biao)明鎳在(zai)合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)中(zhong)可以起到穩定合(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)表(biao)層(ceng)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)狀態的(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用，并(bing)有助于(yu)延(yan)長發生孔蝕核的(de)(de)(de)誘導時間。

5. 合金鈍化膜的表層結構分析

  圖6-15為合(he)金鈍(dun)化(hua)膜(mo)中(zhong)各元素的深度分(fen)布曲線（AES),圖6-16為合(he)金鈍(dun)化(hua)膜(mo)表層的俄(e)歇電子能譜圖（AES)。

 對鈍(dun)化(hua)膜(mo)中各(ge)元素(su)氧化(hua)物的組態進行(xing)了XPS分析，并將(jiang)濺(jian)射前(qian)后鈍(dun)化(hua)膜(mo)表層和基體中氧、鐵、鉻、鎳(nie)、鉬各(ge)元素(su)的氧化(hua)峰(feng)及金屬峰(feng)結合(he)(he)能與標準手(shou)冊上的結合(he)(he)能進行(xing)對比。所測試到的各(ge)元素(su)的結能均采用 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。