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(bu)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(gao)鉻鎳(nie)不銹鋼材料的(de)制(zhi)備(bei)

將原(yuan)材料：微碳鉻鐵、鉬鐵、錳鐵、鈦鐵、結晶硅、電解鎳、電解銅、工(gong)業(ye)純鐵按(an)一定比(bi)例在中(zhong)頻感應爐(lu)內熔煉澆鑄(zhu)成試(shi)樣(yang)(yang)，出爐(lu)溫度(du)1530℃，澆注溫度(du)約1450℃。三種試(shi)樣(yang)(yang)的(de)化學成分見表(biao)6-17。

2. 高鉻鎳(nie)不銹鋼實驗方法

 對(dui)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(fu)蝕(shi)介質中(zhong)的致鈍(dun)(dun)電(dian)位、維(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)位、維(wei)鈍(dun)(dun)電(dian)流、點(dian)蝕(shi)電(dian)位和鈍(dun)(dun)化電(dian)位范圍(wei)。

 實驗介質(zhi)： 

 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(ce)定2號、3號材料在氯離子分別(bie)為(wei)200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述(shu)介質中的致鈍(dun)電(dian)位、維鈍(dun)電(dian)位和(he)點蝕電(dian)位。

 采(cai)用俄歇電子能譜(pu)（AES)技術測定鈍化(hua)膜(mo)中各(ge)元(yuan)素的(de)深(shen)度分(fen)布。運用X射線光電子能譜(pu)（XPS)對膜(mo)中各(ge)元(yuan)素的(de)氧化(hua)物組態進行分(fen)析。

3. 高(gao)鉻鎳不銹(xiu)鋼中鉻、鎳含量對合(he)金鈍化(hua)的影響(xiang)

 a. 鉻含量的(de)影響(xiang)

   圖6-10表示合(he)金(jin)(jin)致(zhi)鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位、維鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位與(yu)含鉻量的(de)關系(xi)。由(you)圖6-10可見，當鉻含量增加時，陽極(ji)極(ji)化曲線(xian)的(de)致(zhi)鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位和維鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位負(fu)移，使系(xi)統得到的(de)腐蝕電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位高(gao)于該(gai)金(jin)(jin)屬的(de)致(zhi)鈍(dun)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位，促進了(le)合(he)金(jin)(jin)更(geng)快地進入鈍(dun)態。或(huo)者說(shuo)鉻量的(de)增加，能使合(he)金(jin)(jin)在更(geng)低的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位就(jiu)能鈍(dun)化。

 b. 鎳含(han)量的影響

   圖6-11為合金致鈍(dun)(dun)電(dian)流密度、維鈍(dun)(dun)電(dian)流密度與鎳含量(liang)的(de)關系。由圖可見(jian)，合金在介質中的(de)致鈍(dun)(dun)電(dian)流密度與維鈍(dun)(dun)電(dian)流密度隨(sui)鎳量(liang)的(de)增加而(er)變小。

   圖(tu)(tu)6-12為合金鈍化范圍與鎳含(han)量(liang)的(de)(de)關系。由圖(tu)(tu)6-12可(ke)見，合金在介質中的(de)(de)鈍化準(zhun)圍隨鎳量(liang)的(de)(de)增加逐漸變寬。

  電(dian)化(hua)(hua)學(xue)反(fan)應(ying)的(de)(de)陰極過(guo)程(cheng)受阻(zu)滯的(de)(de)步(bu)驟(zou)通(tong)常認為是氫原(yuan)子在(zai)電(dian)極上的(de)(de)還原(yuan)過(guo)程(cheng)，氫在(zai)鎳表(biao)(biao)面反(fan)應(ying)交換電(dian)流(liu)密度較(jiao)(jiao)少，因(yin)而(er)隨著極化(hua)(hua)電(dian)位的(de)(de)增加(jia)，合金的(de)(de)維(wei)鈍電(dian)流(liu)仍能(neng)維(wei)持在(zai)較(jiao)(jiao)低的(de)(de)水平，使(shi)鈍化(hua)(hua)狀態保持在(zai)較(jiao)(jiao)寬的(de)(de)范(fan)圍內(nei)。同時鎳固(gu)溶于鈍化(hua)(hua)膜(mo)中，而(er)且被(bei)氧化(hua)(hua)的(de)(de)較(jiao)(jiao)少，從(cong)而(er)增加(jia)鈍化(hua)(hua)膜(mo)和金屬表(biao)(biao)層的(de)(de)熱力學(xue)穩定性。

4. 介質中氯離(li)子和氟離(li)子的(de)影(ying)響

  圖6-13為氯(lv)(lv)(lv)離(li)子(zi)含(han)量(liang)(liang)對合金(jin)致鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)、維鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)影響，圖6-14為氯(lv)(lv)(lv)離(li)子(zi)對合金(jin)過鈍(dun)化電(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)影響。由圖6-13可(ke)見，在不同(tong)氯(lv)(lv)(lv)離(li)子(zi)含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)介質中，2號合金(jin)的(de)(de)致鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)和維鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)基本上低于3號合金(jin)。隨著(zhu)鉻量(liang)(liang)的(de)(de)增加(jia)，合金(jin)更容(rong)易鈍(dun)化，說明在耐氯(lv)(lv)(lv)離(li)子(zi)腐蝕中，有足夠(gou)鉻含(han)量(liang)(liang)的(de)(de)重要性。

  由圖6-14可見，在不同氯離子含量(liang)的(de)(de)介質中，3號(hao)合金(jin)的(de)(de)過鈍化電位更正些(xie)表明合金(jin)的(de)(de)鈍化穩定性(xing)更強些(xie)。

  反應介(jie)質中(zhong)(zhong)含有氯(lv)離(li)子(zi)(zi)(zi)和(he)(he)氟離(li)子(zi)(zi)(zi)，使已經鈍(dun)(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)的(de)合金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)重新活化(hua)(hua)，除氫外，氯(lv)離(li)子(zi)(zi)(zi)的(de)活化(hua)(hua)能力(li)大(da)于氟離(li)子(zi)(zi)(zi)，而氟離(li)子(zi)(zi)(zi)又明(ming)顯增(zeng)加(jia)了(le)氯(lv)離(li)子(zi)(zi)(zi)對活化(hua)(hua)區陽(yang)極溶解的(de)去(qu)極化(hua)(hua)作用(yong)。因(yin)此，圖6-13、圖6-14所(suo)示的(de)應是(shi)氯(lv)離(li)子(zi)(zi)(zi)和(he)(he)氟離(li)子(zi)(zi)(zi)共同作用(yong)的(de)結(jie)果。研究(jiu)表(biao)明(ming)，增(zeng)加(jia)合金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)中(zhong)(zhong)的(de)鉻含量有利于合金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)在(zai)較低的(de)電位(wei)就進入鈍(dun)(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)態(tai)(tai)，更(geng)(geng)快地使合金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)表(biao)層形(xing)成較完(wan)整的(de)氧(yang)化(hua)(hua)膜，并(bing)在(zai)較低的(de)電位(wei)維(wei)持鈍(dun)(dun)(dun)(dun)態(tai)(tai)。從圖6-12、圖6-14的(de)結(jie)果可以(yi)看出，增(zeng)加(jia)合金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)鎳含量，可使3號合金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)鈍(dun)(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)范圍更(geng)(geng)寬，過鈍(dun)(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)電位(wei)更(geng)(geng)正。這(zhe)表(biao)明(ming)鎳在(zai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)中(zhong)(zhong)可以(yi)起到穩定(ding)合金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)表(biao)層鈍(dun)(dun)(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)作用(yong)，并(bing)有助于延長發生孔蝕核的(de)誘導時間(jian)。

5. 合金鈍化膜(mo)的表層結(jie)構分析

  圖6-15為合金鈍化膜中各(ge)元素(su)的深度分布曲線（AES),圖6-16為合金鈍化膜表層的俄(e)歇電子(zi)能譜圖（AES)。

 對(dui)(dui)鈍化膜中各元(yuan)素(su)氧化物(wu)的組態進(jin)行(xing)(xing)了XPS分析，并將濺(jian)射前后(hou)鈍化膜表層和基(ji)體中氧、鐵、鉻、鎳(nie)、鉬各元(yuan)素(su)的氧化峰及金屬峰結合能與標(biao)準手冊(ce)上的結合能進(jin)行(xing)(xing)對(dui)(dui)比。所(suo)測試(shi)到的各元(yuan)素(su)的結能均采(cai)用 OIs 峰進(jin)行(xing)(xing)標(biao)定(ding)，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。