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備

將原材料：微碳鉻鐵、鉬(mu)鐵、錳(meng)鐵、鈦鐵、結(jie)晶(jing)硅(gui)、電解鎳、電解銅(tong)、工業純鐵按一定比例(li)在(zai)中頻感應爐(lu)內熔煉澆鑄成試樣(yang)，出(chu)爐(lu)溫度1530℃，澆注溫度約1450℃。三種試樣(yang)的化(hua)學成分(fen)見表(biao)6-17。

2. 高鉻鎳(nie)不銹(xiu)鋼實驗方法(fa)

 對(dui)1號、2號、3號材料(liao)進行陽極極化(hua)(hua)測(ce)試，測(ce)定材料(liao)在腐蝕介(jie)質(zhi)中的(de)致(zhi)鈍(dun)電(dian)位(wei)、維鈍(dun)電(dian)位(wei)、維鈍(dun)電(dian)流、點蝕電(dian)位(wei)和鈍(dun)化(hua)(hua)電(dian)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、3號材料在氯離(li)子分別為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述介(jie)質中的致鈍(dun)(dun)電位、維鈍(dun)(dun)電位和點蝕電位。

 采用俄歇電(dian)子能譜（AES)技術測(ce)定鈍化(hua)膜(mo)中各元(yuan)素(su)(su)的深度分布。運用X射線光電(dian)子能譜（XPS)對膜(mo)中各元(yuan)素(su)(su)的氧化(hua)物(wu)組態進行分析(xi)。

3. 高鉻鎳(nie)不銹(xiu)鋼(gang)中鉻、鎳(nie)含量對合(he)金鈍(dun)化的影(ying)響

 a. 鉻含(han)量(liang)的影響

   圖(tu)6-10表示合金致鈍電(dian)位(wei)(wei)、維(wei)鈍電(dian)位(wei)(wei)與含鉻(ge)量的(de)(de)(de)(de)關系。由圖(tu)6-10可見(jian)，當鉻(ge)含量增加時，陽(yang)極極化(hua)曲線的(de)(de)(de)(de)致鈍電(dian)位(wei)(wei)和維(wei)鈍電(dian)位(wei)(wei)負移，使(shi)系統(tong)得到(dao)的(de)(de)(de)(de)腐蝕電(dian)位(wei)(wei)高于該金屬的(de)(de)(de)(de)致鈍電(dian)位(wei)(wei)，促進(jin)了(le)合金更快(kuai)地進(jin)入鈍態(tai)。或(huo)者說鉻(ge)量的(de)(de)(de)(de)增加，能(neng)使(shi)合金在更低(di)的(de)(de)(de)(de)電(dian)位(wei)(wei)就(jiu)能(neng)鈍化(hua)。

 b. 鎳含量的影響(xiang)

   圖6-11為(wei)合(he)金致鈍電(dian)(dian)流密度(du)(du)、維鈍電(dian)(dian)流密度(du)(du)與(yu)鎳含量(liang)(liang)的(de)關(guan)系。由(you)圖可見，合(he)金在介質中的(de)致鈍電(dian)(dian)流密度(du)(du)與(yu)維鈍電(dian)(dian)流密度(du)(du)隨(sui)鎳量(liang)(liang)的(de)增加而變小。

   圖6-12為合金(jin)鈍(dun)化范圍與鎳含量(liang)(liang)的關系(xi)。由(you)圖6-12可見(jian)，合金(jin)在介質(zhi)中(zhong)的鈍(dun)化準(zhun)圍隨(sui)鎳量(liang)(liang)的增加(jia)逐漸(jian)變寬。

  電化(hua)學反(fan)應的陰極(ji)(ji)過程受阻滯的步(bu)驟通常認(ren)為是氫原子在電極(ji)(ji)上的還原過程，氫在鎳表面反(fan)應交換電流(liu)密度(du)較少(shao)(shao)，因(yin)而隨著(zhu)極(ji)(ji)化(hua)電位(wei)的增加，合金(jin)的維鈍(dun)電流(liu)仍能維持在較低(di)的水平，使鈍(dun)化(hua)狀(zhuang)態保持在較寬的范圍內。同時鎳固溶于(yu)鈍(dun)化(hua)膜中，而且被氧化(hua)的較少(shao)(shao)，從而增加鈍(dun)化(hua)膜和金(jin)屬表層的熱力學穩定性(xing)。

4. 介質中氯離子(zi)和氟離子(zi)的影響

  圖6-13為氯離(li)子含(han)(han)量(liang)對(dui)合(he)(he)金致(zhi)鈍(dun)(dun)電(dian)(dian)位(wei)(wei)、維鈍(dun)(dun)電(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)影響，圖6-14為氯離(li)子對(dui)合(he)(he)金過鈍(dun)(dun)化(hua)電(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)影響。由(you)圖6-13可見(jian)，在不同氯離(li)子含(han)(han)量(liang)的(de)(de)介(jie)質中，2號(hao)合(he)(he)金的(de)(de)致(zhi)鈍(dun)(dun)電(dian)(dian)位(wei)(wei)和(he)維鈍(dun)(dun)電(dian)(dian)位(wei)(wei)基本上(shang)低于3號(hao)合(he)(he)金。隨著(zhu)鉻量(liang)的(de)(de)增(zeng)加，合(he)(he)金更容易鈍(dun)(dun)化(hua)，說明在耐氯離(li)子腐蝕中，有足夠鉻含(han)(han)量(liang)的(de)(de)重要(yao)性。

  由圖(tu)6-14可見，在不同氯離子含量的介質中，3號合(he)金的過鈍化電位更(geng)(geng)正些表(biao)明合(he)金的鈍化穩定性更(geng)(geng)強些。

  反應介質中含有氯(lv)離子(zi)和氟(fu)離子(zi)，使已經鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)的(de)合(he)金(jin)重新活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)，除(chu)氫外，氯(lv)離子(zi)的(de)活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)能力(li)大于(yu)氟(fu)離子(zi)，而氟(fu)離子(zi)又明顯增(zeng)加(jia)了氯(lv)離子(zi)對活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)區陽極溶解的(de)去極化(hua)(hua)作用。因此，圖(tu)6-13、圖(tu)6-14所示的(de)應是氯(lv)離子(zi)和氟(fu)離子(zi)共同作用的(de)結果。研究表明，增(zeng)加(jia)合(he)金(jin)中的(de)鉻含量(liang)有利(li)于(yu)合(he)金(jin)在較低(di)的(de)電位就進入鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)態(tai)，更快地(di)使合(he)金(jin)表層(ceng)形(xing)成(cheng)較完整的(de)氧化(hua)(hua)膜，并(bing)在較低(di)的(de)電位維持鈍(dun)(dun)態(tai)。從圖(tu)6-12、圖(tu)6-14的(de)結果可(ke)以(yi)看(kan)出，增(zeng)加(jia)合(he)金(jin)的(de)鎳含量(liang)，可(ke)使3號合(he)金(jin)的(de)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)范圍更寬，過(guo)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)電位更正(zheng)。這表明鎳在合(he)金(jin)中可(ke)以(yi)起到穩定合(he)金(jin)表層(ceng)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)狀(zhuang)態(tai)的(de)作用，并(bing)有助于(yu)延長發生孔蝕(shi)核的(de)誘(you)導(dao)時(shi)間。

5. 合金鈍化膜的表層(ceng)結構分析

  圖6-15為合金鈍化膜中(zhong)各元(yuan)素(su)的深度(du)分布曲線(xian)（AES),圖6-16為合金鈍化膜表(biao)層的俄歇電子(zi)能譜圖（AES)。

 對鈍化膜(mo)中(zhong)各(ge)(ge)元(yuan)素氧化物(wu)的(de)(de)(de)組態進(jin)行了(le)XPS分析，并將(jiang)濺射(she)前(qian)后鈍化膜(mo)表層和基體中(zhong)氧、鐵(tie)、鉻、鎳(nie)、鉬各(ge)(ge)元(yuan)素的(de)(de)(de)氧化峰(feng)(feng)及金屬(shu)峰(feng)(feng)結合能(neng)與(yu)標準手冊上的(de)(de)(de)結合能(neng)進(jin)行對比。所測試到的(de)(de)(de)各(ge)(ge)元(yuan)素的(de)(de)(de)結能(neng)均采(cai)用 OIs 峰(feng)(feng)進(jin)行標定，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。