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(xiu)鋼材料(liao)的(de)制(zhi)備

將原材料：微碳鉻鐵、鉬(mu)鐵、錳鐵、鈦鐵、結晶硅、電(dian)解鎳、電(dian)解銅、工業純鐵按(an)一(yi)定比例在(zai)中頻感應爐內熔煉澆(jiao)鑄成試(shi)樣，出爐溫(wen)度1530℃，澆(jiao)注溫(wen)度約1450℃。三種試(shi)樣的化學成分見(jian)表(biao)6-17。

2. 高鉻(ge)鎳不銹鋼實驗方法

 對1號(hao)、2號(hao)、3號(hao)材料(liao)(liao)進行陽極極化測(ce)試(shi)，測(ce)定(ding)材料(liao)(liao)在腐蝕(shi)介質中的(de)致鈍電位(wei)(wei)(wei)、維(wei)鈍電位(wei)(wei)(wei)、維(wei)鈍電流、點蝕(shi)電位(wei)(wei)(wei)和鈍化電位(wei)(wei)(wei)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、3號材(cai)料在氯(lv)離子(zi)分(fen)別為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述介質中的致鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)、維鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)和點蝕電(dian)位(wei)(wei)。

 采用俄歇電(dian)子(zi)能(neng)(neng)譜(pu)（AES)技(ji)術測(ce)定鈍(dun)化(hua)膜中各元素的深度分(fen)布。運用X射線光電(dian)子(zi)能(neng)(neng)譜(pu)（XPS)對膜中各元素的氧化(hua)物組(zu)態進行分(fen)析。

3. 高鉻(ge)鎳不銹鋼中鉻(ge)、鎳含(han)量對合(he)金(jin)鈍化的影響

 a. 鉻含量的(de)影響(xiang)

   圖6-10表示合(he)(he)金(jin)(jin)致鈍電(dian)(dian)位(wei)、維(wei)鈍電(dian)(dian)位(wei)與(yu)含(han)鉻(ge)量(liang)的(de)(de)關系。由圖6-10可(ke)見，當鉻(ge)含(han)量(liang)增(zeng)加時，陽極極化曲線的(de)(de)致鈍電(dian)(dian)位(wei)和維(wei)鈍電(dian)(dian)位(wei)負(fu)移，使(shi)系統(tong)得到的(de)(de)腐蝕電(dian)(dian)位(wei)高(gao)于該金(jin)(jin)屬的(de)(de)致鈍電(dian)(dian)位(wei)，促進了合(he)(he)金(jin)(jin)更快(kuai)地進入鈍態。或者(zhe)說鉻(ge)量(liang)的(de)(de)增(zeng)加，能(neng)使(shi)合(he)(he)金(jin)(jin)在更低的(de)(de)電(dian)(dian)位(wei)就能(neng)鈍化。

 b. 鎳含(han)量(liang)的(de)影響

   圖6-11為合金致鈍(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)、維(wei)鈍(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)與鎳含量的關(guan)系。由圖可見，合金在介質中的致鈍(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)與維(wei)鈍(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)隨鎳量的增加而變小。

   圖6-12為(wei)合金鈍化范圍(wei)與鎳含量(liang)的(de)關系。由(you)圖6-12可見，合金在介質中(zhong)的(de)鈍化準圍(wei)隨(sui)鎳量(liang)的(de)增(zeng)加逐漸(jian)變(bian)寬。

  電化(hua)學反應的(de)(de)陰(yin)極過程受(shou)阻滯的(de)(de)步驟通常認為(wei)是(shi)氫原(yuan)(yuan)子(zi)在(zai)(zai)電極上的(de)(de)還原(yuan)(yuan)過程，氫在(zai)(zai)鎳表面反應交換電流密度較(jiao)少，因而隨著(zhu)極化(hua)電位的(de)(de)增(zeng)加，合金的(de)(de)維鈍電流仍能維持在(zai)(zai)較(jiao)低(di)的(de)(de)水平，使鈍化(hua)狀態(tai)保持在(zai)(zai)較(jiao)寬的(de)(de)范圍內(nei)。同時鎳固溶(rong)于鈍化(hua)膜(mo)中(zhong)，而且被(bei)氧化(hua)的(de)(de)較(jiao)少，從而增(zeng)加鈍化(hua)膜(mo)和金屬(shu)表層的(de)(de)熱力學穩定(ding)性(xing)。

4. 介(jie)質中氯離(li)子(zi)和氟離(li)子(zi)的影響

  圖6-13為氯離(li)子含(han)量對(dui)合(he)(he)(he)金(jin)致鈍(dun)(dun)(dun)電(dian)位(wei)、維(wei)鈍(dun)(dun)(dun)電(dian)位(wei)的(de)影響(xiang)(xiang)，圖6-14為氯離(li)子對(dui)合(he)(he)(he)金(jin)過鈍(dun)(dun)(dun)化電(dian)位(wei)的(de)影響(xiang)(xiang)。由圖6-13可見，在(zai)不(bu)同(tong)氯離(li)子含(han)量的(de)介質中(zhong)，2號(hao)合(he)(he)(he)金(jin)的(de)致鈍(dun)(dun)(dun)電(dian)位(wei)和維(wei)鈍(dun)(dun)(dun)電(dian)位(wei)基本(ben)上(shang)低(di)于3號(hao)合(he)(he)(he)金(jin)。隨(sui)著(zhu)鉻量的(de)增加，合(he)(he)(he)金(jin)更(geng)容(rong)易鈍(dun)(dun)(dun)化，說明在(zai)耐氯離(li)子腐蝕中(zhong)，有足(zu)夠(gou)鉻含(han)量的(de)重(zhong)要性。

  由圖(tu)6-14可(ke)見，在不(bu)同氯離子含(han)量的介質中，3號合(he)金(jin)的過鈍化(hua)電位更正些表明合(he)金(jin)的鈍化(hua)穩定性(xing)更強些。

  反應介(jie)質中(zhong)含有氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)和氟(fu)(fu)(fu)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)，使已(yi)經鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)合金(jin)重新活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)，除氫外，氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)能力(li)大于(yu)氟(fu)(fu)(fu)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)，而氟(fu)(fu)(fu)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)又明顯增(zeng)加(jia)了氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)對活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)(hua)區陽極溶解(jie)的(de)(de)(de)去極化(hua)(hua)(hua)(hua)作(zuo)用(yong)(yong)。因此(ci)，圖6-13、圖6-14所示的(de)(de)(de)應是氯(lv)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)和氟(fu)(fu)(fu)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)共同(tong)作(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)結(jie)(jie)果。研(yan)究(jiu)表明，增(zeng)加(jia)合金(jin)中(zhong)的(de)(de)(de)鉻含量(liang)有利于(yu)合金(jin)在較低(di)的(de)(de)(de)電位就進入鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)狀(zhuang)態，更(geng)快地使合金(jin)表層形成(cheng)較完(wan)整(zheng)的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)(hua)膜，并在較低(di)的(de)(de)(de)電位維持鈍(dun)態。從圖6-12、圖6-14的(de)(de)(de)結(jie)(jie)果可以看出(chu)，增(zeng)加(jia)合金(jin)的(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)含量(liang)，可使3號合金(jin)的(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)范圍更(geng)寬，過(guo)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)電位更(geng)正。這(zhe)表明鎳(nie)(nie)在合金(jin)中(zhong)可以起到穩定(ding)合金(jin)表層鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)狀(zhuang)態的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)，并有助于(yu)延長發生(sheng)孔蝕核的(de)(de)(de)誘導時(shi)間(jian)。

5. 合金鈍化膜的表層結構分(fen)析(xi)

  圖(tu)6-15為合金鈍(dun)化膜中各元素的深度分布曲線（AES),圖(tu)6-16為合金鈍(dun)化膜表(biao)層的俄(e)歇電(dian)子(zi)能譜圖(tu)（AES)。

 對(dui)鈍(dun)化(hua)(hua)膜中(zhong)各(ge)元(yuan)素氧化(hua)(hua)物的組態進(jin)行了XPS分析(xi)，并將濺射前后(hou)鈍(dun)化(hua)(hua)膜表(biao)層和基體中(zhong)氧、鐵、鉻、鎳、鉬各(ge)元(yuan)素的氧化(hua)(hua)峰(feng)及金(jin)屬(shu)峰(feng)結合能與標(biao)準手冊上的結合能進(jin)行對(dui)比。所測試到的各(ge)元(yuan)素的結能均(jun)采(cai)用 OIs 峰(feng)進(jin)行標(biao)定，見(jian)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。