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(bu)銹(xiu)鋼材料的制備

將原材料：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(gong)業純鐵(tie)按一定比例(li)在中頻(pin)感應爐(lu)(lu)內熔煉澆鑄成(cheng)試樣，出爐(lu)(lu)溫(wen)度1530℃，澆注(zhu)溫(wen)度約1450℃。三種(zhong)試樣的化(hua)學成(cheng)分見(jian)表6-17。

2. 高鉻鎳不銹鋼實(shi)驗方(fang)法(fa)

 對1號、2號、3號材料進行陽極(ji)極(ji)化測試，測定(ding)材料在腐蝕(shi)介(jie)質中的(de)致(zhi)鈍(dun)電位(wei)、維鈍(dun)電位(wei)、維鈍(dun)電流、點蝕(shi)電位(wei)和鈍(dun)化電位(wei)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)材料在氯離子(zi)分(fen)別為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述(shu)介質中(zhong)的致鈍電位(wei)、維鈍電位(wei)和點蝕電位(wei)。

 采用俄歇電子能(neng)譜(pu)（AES)技術測定鈍化(hua)膜(mo)中各元素的深度(du)分布。運用X射線(xian)光電子能(neng)譜(pu)（XPS)對膜(mo)中各元素的氧(yang)化(hua)物組態進行分析。

3. 高鉻(ge)鎳不銹鋼中鉻(ge)、鎳含量對合(he)金鈍化的影響

 a. 鉻含量的影(ying)響

   圖6-10表示(shi)合金(jin)(jin)致(zhi)(zhi)鈍電(dian)位(wei)(wei)(wei)、維鈍電(dian)位(wei)(wei)(wei)與(yu)含鉻量的(de)(de)(de)關系(xi)。由圖6-10可見(jian)，當鉻含量增加時，陽極(ji)極(ji)化(hua)(hua)曲線的(de)(de)(de)致(zhi)(zhi)鈍電(dian)位(wei)(wei)(wei)和維鈍電(dian)位(wei)(wei)(wei)負移，使系(xi)統得(de)到的(de)(de)(de)腐蝕(shi)電(dian)位(wei)(wei)(wei)高于該金(jin)(jin)屬的(de)(de)(de)致(zhi)(zhi)鈍電(dian)位(wei)(wei)(wei)，促(cu)進(jin)了(le)合金(jin)(jin)更(geng)快地(di)進(jin)入鈍態。或者說鉻量的(de)(de)(de)增加，能使合金(jin)(jin)在更(geng)低的(de)(de)(de)電(dian)位(wei)(wei)(wei)就能鈍化(hua)(hua)。

 b. 鎳含量的影響

   圖6-11為合(he)金致(zhi)鈍電(dian)流密(mi)度、維(wei)(wei)鈍電(dian)流密(mi)度與鎳(nie)含量的關系。由(you)圖可見，合(he)金在介質(zhi)中的致(zhi)鈍電(dian)流密(mi)度與維(wei)(wei)鈍電(dian)流密(mi)度隨(sui)鎳(nie)量的增加而變(bian)小。

   圖(tu)6-12為合金(jin)鈍(dun)化(hua)范圍與鎳含量(liang)的關(guan)系。由圖(tu)6-12可見(jian)，合金(jin)在介(jie)質中的鈍(dun)化(hua)準(zhun)圍隨(sui)鎳量(liang)的增加逐漸變寬。

  電化(hua)(hua)學(xue)反應的(de)陰極(ji)過程受阻滯的(de)步驟通常(chang)認為是氫原子在電極(ji)上的(de)還原過程，氫在鎳(nie)表面(mian)反應交(jiao)換電流密度較(jiao)少(shao)(shao)，因而隨著極(ji)化(hua)(hua)電位的(de)增加(jia)，合金(jin)的(de)維(wei)(wei)鈍(dun)電流仍能維(wei)(wei)持(chi)在較(jiao)低的(de)水平，使(shi)鈍(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)態保持(chi)在較(jiao)寬的(de)范圍內(nei)。同時(shi)鎳(nie)固溶于(yu)鈍(dun)化(hua)(hua)膜中，而且被(bei)氧化(hua)(hua)的(de)較(jiao)少(shao)(shao)，從而增加(jia)鈍(dun)化(hua)(hua)膜和金(jin)屬表層的(de)熱力學(xue)穩(wen)定性。

4. 介(jie)質中氯(lv)離(li)子和(he)氟離(li)子的影響

  圖6-13為(wei)氯離子含(han)(han)量對(dui)合(he)(he)金(jin)致鈍電(dian)(dian)位(wei)、維(wei)鈍電(dian)(dian)位(wei)的(de)影響，圖6-14為(wei)氯離子對(dui)合(he)(he)金(jin)過鈍化(hua)電(dian)(dian)位(wei)的(de)影響。由圖6-13可(ke)見，在(zai)不(bu)同(tong)氯離子含(han)(han)量的(de)介質中，2號(hao)合(he)(he)金(jin)的(de)致鈍電(dian)(dian)位(wei)和維(wei)鈍電(dian)(dian)位(wei)基(ji)本上(shang)低于3號(hao)合(he)(he)金(jin)。隨著鉻量的(de)增加，合(he)(he)金(jin)更容易鈍化(hua)，說明在(zai)耐氯離子腐蝕(shi)中，有足夠鉻含(han)(han)量的(de)重要性(xing)。

  由圖6-14可見，在不同(tong)氯離子含量的(de)介(jie)質中，3號合金的(de)過鈍化電(dian)位(wei)更正(zheng)些(xie)表明(ming)合金的(de)鈍化穩定性更強些(xie)。

  反應介質中含(han)有氯離(li)(li)(li)子(zi)(zi)和氟(fu)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)，使已經鈍化(hua)的(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)(jin)重新(xin)活化(hua)，除氫外，氯離(li)(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)活化(hua)能力(li)大于(yu)(yu)氟(fu)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)，而氟(fu)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)又明(ming)顯增(zeng)(zeng)加(jia)了氯離(li)(li)(li)子(zi)(zi)對活化(hua)區陽極(ji)溶解(jie)的(de)(de)(de)去極(ji)化(hua)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)。因此，圖6-13、圖6-14所示的(de)(de)(de)應是氯離(li)(li)(li)子(zi)(zi)和氟(fu)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)共同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)結果。研(yan)究表(biao)明(ming)，增(zeng)(zeng)加(jia)合(he)金(jin)(jin)(jin)中的(de)(de)(de)鉻含(han)量有利于(yu)(yu)合(he)金(jin)(jin)(jin)在(zai)較低(di)的(de)(de)(de)電(dian)位(wei)就進(jin)入鈍化(hua)狀態，更(geng)(geng)快地使合(he)金(jin)(jin)(jin)表(biao)層形(xing)成較完整的(de)(de)(de)氧化(hua)膜，并在(zai)較低(di)的(de)(de)(de)電(dian)位(wei)維持鈍態。從(cong)圖6-12、圖6-14的(de)(de)(de)結果可以(yi)看出，增(zeng)(zeng)加(jia)合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)鎳含(han)量，可使3號(hao)合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)鈍化(hua)范圍更(geng)(geng)寬，過鈍化(hua)電(dian)位(wei)更(geng)(geng)正。這(zhe)表(biao)明(ming)鎳在(zai)合(he)金(jin)(jin)(jin)中可以(yi)起(qi)到穩定合(he)金(jin)(jin)(jin)表(biao)層鈍化(hua)狀態的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)，并有助于(yu)(yu)延(yan)長發生孔蝕核(he)的(de)(de)(de)誘導時間(jian)。

5. 合(he)金(jin)鈍化膜的表層結構分析

  圖6-15為(wei)合金(jin)鈍化膜中各(ge)元素的深度分布曲線(xian)（AES),圖6-16為(wei)合金(jin)鈍化膜表層的俄歇(xie)電子能譜圖（AES)。

 對(dui)鈍(dun)(dun)化膜(mo)中各元(yuan)素氧(yang)化物(wu)的(de)組態進行了XPS分析(xi)，并將濺射前后鈍(dun)(dun)化膜(mo)表(biao)層(ceng)和基體中氧(yang)、鐵、鉻、鎳(nie)、鉬(mu)各元(yuan)素的(de)氧(yang)化峰及金屬峰結(jie)合(he)能(neng)與標(biao)準手冊上的(de)結(jie)合(he)能(neng)進行對(dui)比。所測(ce)試到的(de)各元(yuan)素的(de)結(jie)能(neng)均采(cai)用 OIs 峰進行標(biao)定，見表(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。