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(cai)料的制備

將原材料：微碳鉻鐵(tie)(tie)、鉬鐵(tie)(tie)、錳鐵(tie)(tie)、鈦鐵(tie)(tie)、結(jie)晶硅(gui)、電解(jie)鎳、電解(jie)銅、工(gong)業純鐵(tie)(tie)按一定比例在中頻感(gan)應爐(lu)內(nei)熔(rong)煉澆(jiao)(jiao)鑄成試樣(yang)，出爐(lu)溫度(du)1530℃，澆(jiao)(jiao)注溫度(du)約1450℃。三種試樣(yang)的化(hua)學成分見表6-17。

2. 高鉻(ge)鎳不銹鋼實驗方法

 對(dui)1號、2號、3號材料(liao)(liao)進行陽極極化測試，測定材料(liao)(liao)在(zai)腐(fu)蝕介質(zhi)中(zhong)的致鈍(dun)電位(wei)、維鈍(dun)電位(wei)、維鈍(dun)電流、點(dian)蝕電位(wei)和鈍(dun)化電位(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(zai)氯離子分別為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述介質中的致鈍(dun)電(dian)位、維鈍(dun)電(dian)位和點蝕電(dian)位。

 采用(yong)俄歇電子(zi)能(neng)譜（AES)技術測定(ding)鈍(dun)化(hua)膜中(zhong)各元素(su)的(de)(de)深度分(fen)布。運(yun)用(yong)X射線(xian)光電子(zi)能(neng)譜（XPS)對膜中(zhong)各元素(su)的(de)(de)氧化(hua)物組態(tai)進行分(fen)析。

3. 高鉻鎳不銹(xiu)鋼中鉻、鎳含(han)量對合金鈍化(hua)的影響

 a. 鉻(ge)含量的(de)影響(xiang)

   圖6-10表示合(he)金(jin)致(zhi)鈍(dun)電(dian)位、維鈍(dun)電(dian)位與含(han)鉻(ge)量的(de)(de)關系(xi)。由圖6-10可見，當鉻(ge)含(han)量增加(jia)時，陽極極化曲(qu)線(xian)的(de)(de)致(zhi)鈍(dun)電(dian)位和維鈍(dun)電(dian)位負移，使系(xi)統得到(dao)的(de)(de)腐蝕電(dian)位高于該金(jin)屬(shu)的(de)(de)致(zhi)鈍(dun)電(dian)位，促進了合(he)金(jin)更快地(di)進入鈍(dun)態。或者說(shuo)鉻(ge)量的(de)(de)增加(jia)，能(neng)使合(he)金(jin)在更低的(de)(de)電(dian)位就能(neng)鈍(dun)化。

 b. 鎳含量的影響

   圖6-11為合金致(zhi)鈍(dun)電(dian)流(liu)密度(du)(du)、維鈍(dun)電(dian)流(liu)密度(du)(du)與鎳含(han)量的關系。由(you)圖可(ke)見，合金在介質(zhi)中的致(zhi)鈍(dun)電(dian)流(liu)密度(du)(du)與維鈍(dun)電(dian)流(liu)密度(du)(du)隨鎳量的增(zeng)加而(er)變小。

   圖(tu)6-12為合金(jin)鈍(dun)化范圍與鎳含量(liang)(liang)的(de)關系(xi)。由圖(tu)6-12可(ke)見，合金(jin)在介質(zhi)中的(de)鈍(dun)化準圍隨鎳量(liang)(liang)的(de)增加逐漸變(bian)寬。

  電化(hua)學反(fan)(fan)應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)陰(yin)極過程(cheng)受阻滯的(de)(de)(de)(de)(de)步驟通常認(ren)為是(shi)氫原子在電極上的(de)(de)(de)(de)(de)還原過程(cheng)，氫在鎳表(biao)面反(fan)(fan)應(ying)交換電流密度較少，因(yin)而隨著極化(hua)電位的(de)(de)(de)(de)(de)增加，合金的(de)(de)(de)(de)(de)維(wei)鈍(dun)電流仍能(neng)維(wei)持在較低的(de)(de)(de)(de)(de)水平，使鈍(dun)化(hua)狀態保持在較寬的(de)(de)(de)(de)(de)范圍內。同時鎳固溶于鈍(dun)化(hua)膜中(zhong)，而且被氧(yang)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)較少，從而增加鈍(dun)化(hua)膜和金屬(shu)表(biao)層的(de)(de)(de)(de)(de)熱力學穩定性。

4. 介質中氯離子和氟離子的影響

  圖6-13為氯(lv)離(li)子含(han)量(liang)對(dui)合(he)金(jin)(jin)致(zhi)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)、維鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)的(de)影響，圖6-14為氯(lv)離(li)子對(dui)合(he)金(jin)(jin)過鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)電(dian)位(wei)的(de)影響。由(you)圖6-13可見(jian)，在不同氯(lv)離(li)子含(han)量(liang)的(de)介質中(zhong)，2號合(he)金(jin)(jin)的(de)致(zhi)鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)和維鈍(dun)(dun)電(dian)位(wei)基(ji)本上低于3號合(he)金(jin)(jin)。隨(sui)著鉻量(liang)的(de)增加，合(he)金(jin)(jin)更容(rong)易(yi)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)，說(shuo)明在耐(nai)氯(lv)離(li)子腐蝕中(zhong)，有足夠鉻含(han)量(liang)的(de)重要性。

  由圖6-14可見(jian)，在(zai)不同氯離子(zi)含量的介質中，3號合金的過鈍化(hua)電位(wei)更正些表明合金的鈍化(hua)穩定性更強些。

  反應介質中(zhong)含(han)有(you)氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)和氟(fu)(fu)(fu)離(li)(li)子(zi)，使已經鈍(dun)(dun)化(hua)的(de)(de)(de)(de)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)重新(xin)活(huo)化(hua)，除氫外，氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)活(huo)化(hua)能力大于氟(fu)(fu)(fu)離(li)(li)子(zi)，而氟(fu)(fu)(fu)離(li)(li)子(zi)又(you)明顯增(zeng)加了氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)對活(huo)化(hua)區陽(yang)極溶解的(de)(de)(de)(de)去極化(hua)作(zuo)用。因(yin)此，圖(tu)6-13、圖(tu)6-14所示的(de)(de)(de)(de)應是氯(lv)(lv)離(li)(li)子(zi)和氟(fu)(fu)(fu)離(li)(li)子(zi)共同作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)結果(guo)。研究表明，增(zeng)加合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)鉻含(han)量有(you)利于合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)在較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)電(dian)位(wei)(wei)就進入(ru)鈍(dun)(dun)化(hua)狀(zhuang)態(tai)，更快地使合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)表層形(xing)成較(jiao)完整的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)膜，并在較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)電(dian)位(wei)(wei)維(wei)持鈍(dun)(dun)態(tai)。從圖(tu)6-12、圖(tu)6-14的(de)(de)(de)(de)結果(guo)可(ke)以看出(chu)，增(zeng)加合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)鎳含(han)量，可(ke)使3號合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)鈍(dun)(dun)化(hua)范圍(wei)更寬，過鈍(dun)(dun)化(hua)電(dian)位(wei)(wei)更正。這表明鎳在合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)中(zhong)可(ke)以起到穩定合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)表層鈍(dun)(dun)化(hua)狀(zhuang)態(tai)的(de)(de)(de)(de)作(zuo)用，并有(you)助于延長發生孔蝕核的(de)(de)(de)(de)誘導時(shi)間。

5. 合金鈍(dun)化膜的表層(ceng)結構分析

  圖(tu)(tu)6-15為合金(jin)鈍化膜中(zhong)各元素的深(shen)度分布曲(qu)線（AES),圖(tu)(tu)6-16為合金(jin)鈍化膜表層的俄歇(xie)電子能譜圖(tu)(tu)（AES)。

 對鈍化膜(mo)中(zhong)各元(yuan)(yuan)素(su)氧化物的組態進行(xing)了XPS分析，并將濺射前后鈍化膜(mo)表層(ceng)和基體中(zhong)氧、鐵、鉻、鎳、鉬各元(yuan)(yuan)素(su)的氧化峰及金屬峰結合能與標準(zhun)手冊(ce)上的結合能進行(xing)對比(bi)。所(suo)測試到的各元(yuan)(yuan)素(su)的結能均(jun)采用 OIs 峰進行(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。