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(nie)不銹鋼材(cai)料(liao)的制備
將原材料：微碳鉻鐵(tie)(tie)、鉬(mu)鐵(tie)(tie)、錳鐵(tie)(tie)、鈦鐵(tie)(tie)、結晶(jing)硅、電解鎳、電解銅、工業純(chun)鐵(tie)(tie)按一定比例在中頻感應爐內熔煉澆(jiao)鑄成試樣，出爐溫度1530℃，澆(jiao)注溫度約1450℃。三種試樣的(de)化(hua)學成分見表6-17。
2. 高鉻鎳不銹鋼實驗方(fang)法
對(dui)1號、2號、3號材料進(jin)行陽極極化測試，測定材料在腐(fu)蝕介(jie)質中的致鈍電(dian)(dian)位、維鈍電(dian)(dian)位、維鈍電(dian)(dian)流(liu)、點蝕電(dian)(dian)位和鈍化電(dian)(dian)位范圍。
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2號(hao)、3號(hao)材料(liao)在氯離子分別為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的(de)上述介(jie)質中的(de)致鈍(dun)電位(wei)、維(wei)鈍(dun)電位(wei)和點蝕電位(wei)。
采(cai)用俄歇電子能譜(pu)（AES)技術測定鈍(dun)化膜中(zhong)各元素(su)的深度分布。運用X射線光電子能譜(pu)（XPS)對膜中(zhong)各元素(su)的氧化物組態進(jin)行(xing)分析(xi)。
3. 高鉻鎳不銹鋼中鉻、鎳含(han)量對(dui)合金鈍(dun)化(hua)的影響
a. 鉻(ge)含量的影響
圖6-10表示合(he)金(jin)(jin)致鈍(dun)電(dian)位、維(wei)(wei)鈍(dun)電(dian)位與(yu)含鉻量(liang)的關系(xi)。由圖6-10可見，當鉻含量(liang)增加時，陽極(ji)極(ji)化曲線的致鈍(dun)電(dian)位和維(wei)(wei)鈍(dun)電(dian)位負移，使系(xi)統(tong)得到的腐蝕(shi)電(dian)位高(gao)于(yu)該金(jin)(jin)屬(shu)的致鈍(dun)電(dian)位，促進了合(he)金(jin)(jin)更快地進入鈍(dun)態。或者說鉻量(liang)的增加，能使合(he)金(jin)(jin)在更低的電(dian)位就能鈍(dun)化。
b. 鎳含量的(de)影響
圖(tu)6-11為合(he)金致鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)、維鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)與鎳含量(liang)(liang)的(de)關系(xi)。由(you)圖(tu)可見，合(he)金在介(jie)質(zhi)中的(de)致鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)與維鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)隨鎳量(liang)(liang)的(de)增加而變小。
圖6-12為合金(jin)鈍化范圍(wei)與鎳含量(liang)(liang)的關系(xi)。由圖6-12可見，合金(jin)在(zai)介質(zhi)中的鈍化準圍(wei)隨鎳量(liang)(liang)的增加逐漸(jian)變寬。
電(dian)化(hua)學反(fan)應(ying)的(de)(de)陰極過(guo)程受阻(zu)滯的(de)(de)步驟通常認為是氫(qing)原(yuan)子在(zai)(zai)電(dian)極上的(de)(de)還原(yuan)過(guo)程，氫(qing)在(zai)(zai)鎳(nie)表(biao)面反(fan)應(ying)交換電(dian)流密度較少(shao)，因(yin)而(er)隨著極化(hua)電(dian)位的(de)(de)增加(jia)，合(he)金(jin)的(de)(de)維鈍電(dian)流仍能維持在(zai)(zai)較低的(de)(de)水平，使鈍化(hua)狀態(tai)保持在(zai)(zai)較寬的(de)(de)范圍內。同時(shi)鎳(nie)固溶于鈍化(hua)膜(mo)中，而(er)且被氧化(hua)的(de)(de)較少(shao)，從而(er)增加(jia)鈍化(hua)膜(mo)和(he)金(jin)屬表(biao)層的(de)(de)熱力(li)學穩定性。
4. 介(jie)質中氯離子和氟離子的影響
圖6-13為氯(lv)離(li)子(zi)含(han)量對合金致(zhi)鈍(dun)電位、維鈍(dun)電位的(de)影響，圖6-14為氯(lv)離(li)子(zi)對合金過鈍(dun)化(hua)電位的(de)影響。由圖6-13可見，在(zai)不同氯(lv)離(li)子(zi)含(han)量的(de)介質中(zhong)，2號合金的(de)致(zhi)鈍(dun)電位和維鈍(dun)電位基本(ben)上低于3號合金。隨著鉻量的(de)增加，合金更容(rong)易鈍(dun)化(hua)，說明在(zai)耐氯(lv)離(li)子(zi)腐蝕(shi)中(zhong)，有(you)足夠鉻含(han)量的(de)重要(yao)性。
由圖6-14可見，在(zai)不同氯離子含(han)量的(de)介質(zhi)中(zhong)，3號合金的(de)過(guo)鈍化(hua)電位更正(zheng)些(xie)(xie)表明合金的(de)鈍化(hua)穩定性(xing)更強些(xie)(xie)。
反應(ying)介質中含有氯(lv)離(li)(li)子和氟離(li)(li)子，使(shi)已經鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)的(de)(de)合(he)(he)金(jin)重新活(huo)化(hua)(hua)，除氫外(wai)，氯(lv)離(li)(li)子的(de)(de)活(huo)化(hua)(hua)能力大于氟離(li)(li)子，而氟離(li)(li)子又明顯(xian)增加了氯(lv)離(li)(li)子對活(huo)化(hua)(hua)區(qu)陽極(ji)溶解的(de)(de)去極(ji)化(hua)(hua)作用(yong)。因(yin)此，圖(tu)6-13、圖(tu)6-14所示(shi)的(de)(de)應(ying)是氯(lv)離(li)(li)子和氟離(li)(li)子共同作用(yong)的(de)(de)結(jie)果(guo)。研究表明，增加合(he)(he)金(jin)中的(de)(de)鉻含量(liang)有利于合(he)(he)金(jin)在(zai)較低的(de)(de)電(dian)位就進入鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)態，更(geng)快地使(shi)合(he)(he)金(jin)表層(ceng)形成較完整的(de)(de)氧化(hua)(hua)膜，并(bing)在(zai)較低的(de)(de)電(dian)位維持鈍(dun)(dun)態。從圖(tu)6-12、圖(tu)6-14的(de)(de)結(jie)果(guo)可以看出(chu)，增加合(he)(he)金(jin)的(de)(de)鎳(nie)含量(liang)，可使(shi)3號合(he)(he)金(jin)的(de)(de)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)范圍(wei)更(geng)寬，過(guo)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)電(dian)位更(geng)正。這表明鎳(nie)在(zai)合(he)(he)金(jin)中可以起(qi)到穩定(ding)合(he)(he)金(jin)表層(ceng)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)態的(de)(de)作用(yong)，并(bing)有助(zhu)于延長(chang)發生孔蝕核(he)的(de)(de)誘導(dao)時間。
5. 合金鈍化膜的表層結構分析
圖6-15為合金(jin)鈍(dun)(dun)化膜(mo)中各元(yuan)素的深度(du)分布曲線（AES),圖6-16為合金(jin)鈍(dun)(dun)化膜(mo)表層的俄歇電子能譜圖（AES)。
對(dui)鈍化(hua)(hua)膜中各(ge)元素氧化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)組態進(jin)(jin)行了XPS分析，并將濺射前后(hou)鈍化(hua)(hua)膜表(biao)(biao)層和基體中氧、鐵、鉻(ge)、鎳、鉬各(ge)元素的(de)(de)氧化(hua)(hua)峰及金屬峰結(jie)合能與標準手冊上的(de)(de)結(jie)合能進(jin)(jin)行對(dui)比(bi)。所測試到的(de)(de)各(ge)元素的(de)(de)結(jie)能均采(cai)用 OIs 峰進(jin)(jin)行標定，見表(biao)(biao) 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。
