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. 高鉻鎳不銹鋼材料的制(zhi)備
將(jiang)原(yuan)材料：微碳鉻鐵、鉬鐵、錳鐵、鈦(tai)鐵、結晶硅(gui)、電解(jie)鎳(nie)、電解(jie)銅、工業純鐵按一定比例在(zai)中頻感應爐內熔(rong)煉澆鑄成(cheng)試樣(yang)，出爐溫度1530℃，澆注溫度約1450℃。三種(zhong)試樣(yang)的化學(xue)成(cheng)分見表6-17。
2. 高(gao)鉻鎳不銹(xiu)鋼(gang)實(shi)驗方法(fa)
對1號、2號、3號材(cai)料進行陽極(ji)極(ji)化測試，測定(ding)材(cai)料在腐蝕(shi)介質中(zhong)的致鈍電(dian)位、維鈍電(dian)位、維鈍電(dian)流、點蝕(shi)電(dian)位和鈍化電(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、3號材料在氯離子分(fen)別為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述介質中的致鈍(dun)電位、維鈍(dun)電位和點蝕電位。
采用俄歇電(dian)子能譜（AES)技術測定鈍化膜(mo)中各(ge)元素的(de)深度(du)分布。運用X射線光電(dian)子能譜（XPS)對膜(mo)中各(ge)元素的(de)氧化物組態(tai)進行分析。
3. 高鉻(ge)鎳不銹鋼中鉻(ge)、鎳含量對(dui)合金鈍化的影響
a. 鉻含(han)量的影響(xiang)
圖6-10表示(shi)合金致鈍(dun)(dun)電位(wei)、維鈍(dun)(dun)電位(wei)與含鉻(ge)量(liang)的(de)關系。由(you)圖6-10可見，當鉻(ge)含量(liang)增(zeng)(zeng)加時，陽(yang)極(ji)極(ji)化(hua)曲線的(de)致鈍(dun)(dun)電位(wei)和維鈍(dun)(dun)電位(wei)負移，使(shi)系統得到的(de)腐蝕電位(wei)高(gao)于該金屬(shu)的(de)致鈍(dun)(dun)電位(wei)，促進了(le)合金更快地進入(ru)鈍(dun)(dun)態。或(huo)者說鉻(ge)量(liang)的(de)增(zeng)(zeng)加，能使(shi)合金在更低的(de)電位(wei)就能鈍(dun)(dun)化(hua)。
b. 鎳(nie)含(han)量的影(ying)響
圖(tu)6-11為合金致鈍(dun)電(dian)流(liu)密度、維鈍(dun)電(dian)流(liu)密度與鎳含量的關系。由圖(tu)可見，合金在介質(zhi)中的致鈍(dun)電(dian)流(liu)密度與維鈍(dun)電(dian)流(liu)密度隨(sui)鎳量的增加而變小。
圖(tu)6-12為合(he)金鈍(dun)化范圍與(yu)鎳(nie)含量的關(guan)系(xi)。由圖(tu)6-12可見，合(he)金在介質中的鈍(dun)化準圍隨鎳(nie)量的增(zeng)加逐漸變寬。
電(dian)化(hua)(hua)(hua)學反應的(de)(de)陰極(ji)過程(cheng)受阻滯的(de)(de)步驟(zou)通常認為是氫原(yuan)子在(zai)電(dian)極(ji)上(shang)的(de)(de)還原(yuan)過程(cheng)，氫在(zai)鎳表(biao)面反應交換電(dian)流密(mi)度較(jiao)(jiao)(jiao)少，因而(er)隨(sui)著極(ji)化(hua)(hua)(hua)電(dian)位(wei)的(de)(de)增(zeng)加，合金的(de)(de)維鈍電(dian)流仍能維持在(zai)較(jiao)(jiao)(jiao)低的(de)(de)水平(ping)，使鈍化(hua)(hua)(hua)狀態保持在(zai)較(jiao)(jiao)(jiao)寬的(de)(de)范(fan)圍內。同時鎳固(gu)溶于鈍化(hua)(hua)(hua)膜中，而(er)且被(bei)氧化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)較(jiao)(jiao)(jiao)少，從而(er)增(zeng)加鈍化(hua)(hua)(hua)膜和(he)金屬表(biao)層(ceng)的(de)(de)熱力學穩定性。
4. 介質中氯離子(zi)和氟離子(zi)的影響(xiang)
圖(tu)6-13為氯離(li)子(zi)(zi)含量對合金致鈍(dun)(dun)電位、維鈍(dun)(dun)電位的(de)影響，圖(tu)6-14為氯離(li)子(zi)(zi)對合金過鈍(dun)(dun)化電位的(de)影響。由圖(tu)6-13可見，在不(bu)同氯離(li)子(zi)(zi)含量的(de)介(jie)質中，2號合金的(de)致鈍(dun)(dun)電位和(he)維鈍(dun)(dun)電位基本上(shang)低于3號合金。隨著鉻(ge)量的(de)增加，合金更容易鈍(dun)(dun)化，說明在耐氯離(li)子(zi)(zi)腐蝕(shi)中，有足夠鉻(ge)含量的(de)重要性。
由圖(tu)6-14可見，在(zai)不同氯(lv)離子含量(liang)的介質中，3號合金的過鈍(dun)化電位更正些表明合金的鈍(dun)化穩定(ding)性更強些。
反(fan)應(ying)介質(zhi)中含有氯離(li)子(zi)和(he)氟(fu)離(li)子(zi)，使(shi)已經(jing)鈍化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)(jin)(jin)重(zhong)新(xin)活化(hua)(hua)(hua)，除氫外，氯離(li)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活化(hua)(hua)(hua)能(neng)力(li)大(da)于(yu)氟(fu)離(li)子(zi)，而氟(fu)離(li)子(zi)又明(ming)顯增加了氯離(li)子(zi)對(dui)活化(hua)(hua)(hua)區陽極溶解的(de)(de)(de)(de)(de)(de)去極化(hua)(hua)(hua)作(zuo)(zuo)用(yong)。因(yin)此，圖(tu)6-13、圖(tu)6-14所示的(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)是氯離(li)子(zi)和(he)氟(fu)離(li)子(zi)共同作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果。研(yan)究表(biao)(biao)明(ming)，增加合(he)金(jin)(jin)(jin)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鉻含量有利于(yu)合(he)金(jin)(jin)(jin)在較低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)位(wei)就(jiu)進入鈍化(hua)(hua)(hua)狀態(tai)，更(geng)(geng)快地使(shi)合(he)金(jin)(jin)(jin)表(biao)(biao)層形成較完整的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)(hua)膜，并(bing)在較低的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)位(wei)維持(chi)鈍態(tai)。從圖(tu)6-12、圖(tu)6-14的(de)(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)果可以(yi)看出(chu)，增加合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鎳(nie)含量，可使(shi)3號合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鈍化(hua)(hua)(hua)范圍更(geng)(geng)寬，過(guo)鈍化(hua)(hua)(hua)電(dian)位(wei)更(geng)(geng)正。這表(biao)(biao)明(ming)鎳(nie)在合(he)金(jin)(jin)(jin)中可以(yi)起到(dao)穩定合(he)金(jin)(jin)(jin)表(biao)(biao)層鈍化(hua)(hua)(hua)狀態(tai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)，并(bing)有助于(yu)延長發(fa)生孔蝕核的(de)(de)(de)(de)(de)(de)誘導時間。
5. 合金鈍化膜的表層結構分析
圖(tu)6-15為(wei)合(he)金鈍(dun)化膜(mo)中各元素(su)的深度分布曲線(xian)（AES),圖(tu)6-16為(wei)合(he)金鈍(dun)化膜(mo)表(biao)層的俄歇電子(zi)能譜圖(tu)（AES)。
對鈍化膜中(zhong)各(ge)(ge)元(yuan)素(su)(su)氧(yang)化物的(de)組態進行(xing)了XPS分(fen)析(xi)，并將濺射前后鈍化膜表(biao)層和基(ji)體(ti)中(zhong)氧(yang)、鐵、鉻、鎳、鉬各(ge)(ge)元(yuan)素(su)(su)的(de)氧(yang)化峰(feng)及(ji)金屬峰(feng)結(jie)合(he)能(neng)(neng)與標準(zhun)手(shou)冊(ce)上的(de)結(jie)合(he)能(neng)(neng)進行(xing)對比(bi)。所測試到的(de)各(ge)(ge)元(yuan)素(su)(su)的(de)結(jie)能(neng)(neng)均采用 OIs 峰(feng)進行(xing)標定，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。
