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(ge)鎳不(bu)銹鋼(gang)材料的制備

將原材料：微碳鉻鐵、鉬鐵、錳鐵、鈦鐵、結晶(jing)硅、電(dian)解鎳、電(dian)解銅、工業純鐵按一定比(bi)例在中頻(pin)感應爐內(nei)熔(rong)煉澆鑄成試樣，出爐溫度1530℃，澆注溫度約1450℃。三種試樣的化(hua)學成分(fen)見(jian)表6-17。

2. 高鉻鎳不銹鋼(gang)實驗方法

 對1號(hao)、2號(hao)、3號(hao)材(cai)料進行陽極極化測(ce)試，測(ce)定(ding)材(cai)料在腐(fu)蝕(shi)介質(zhi)中的致鈍(dun)電位、維鈍(dun)電位、維鈍(dun)電流、點蝕(shi)電位和鈍(dun)化電位范圍(wei)。

 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號材料在氯離子分別為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述介質中的致鈍電(dian)位、維鈍電(dian)位和點蝕電(dian)位。

 采用(yong)俄(e)歇電(dian)子(zi)能譜（AES)技術測定鈍化(hua)膜(mo)中各元素的深度分布(bu)。運(yun)用(yong)X射線光電(dian)子(zi)能譜（XPS)對(dui)膜(mo)中各元素的氧化(hua)物組態進行分析。

3. 高(gao)鉻鎳(nie)(nie)不銹鋼中鉻、鎳(nie)(nie)含量對合金鈍化(hua)的影(ying)響

 a. 鉻含量的(de)影響(xiang)

   圖6-10表(biao)示(shi)合金(jin)致鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)、維(wei)鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)與(yu)含鉻(ge)量(liang)的關系。由圖6-10可見，當鉻(ge)含量(liang)增(zeng)加(jia)時，陽極極化曲線的致鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)和維(wei)鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)負移，使(shi)系統得到的腐蝕電(dian)位(wei)(wei)高(gao)于該金(jin)屬的致鈍(dun)電(dian)位(wei)(wei)，促進(jin)(jin)了合金(jin)更(geng)快(kuai)地進(jin)(jin)入鈍(dun)態。或者說鉻(ge)量(liang)的增(zeng)加(jia)，能(neng)使(shi)合金(jin)在更(geng)低的電(dian)位(wei)(wei)就能(neng)鈍(dun)化。

 b. 鎳(nie)含(han)量的影(ying)響

   圖(tu)6-11為合金致鈍(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度、維鈍(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度與(yu)鎳(nie)含量的(de)關(guan)系。由圖(tu)可見，合金在介質中(zhong)的(de)致鈍(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度與(yu)維鈍(dun)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度隨(sui)鎳(nie)量的(de)增加(jia)而變小。

   圖6-12為(wei)合金鈍(dun)化范圍(wei)與鎳含量的關系(xi)。由(you)圖6-12可見，合金在介(jie)質(zhi)中的鈍(dun)化準圍(wei)隨鎳量的增加逐漸變寬。

  電(dian)化(hua)學反應(ying)的(de)陰極(ji)過(guo)程(cheng)受阻滯的(de)步驟通常認為是氫原子(zi)在(zai)電(dian)極(ji)上的(de)還原過(guo)程(cheng)，氫在(zai)鎳(nie)表(biao)(biao)面反應(ying)交換(huan)電(dian)流密度較少，因(yin)而(er)隨著極(ji)化(hua)電(dian)位(wei)的(de)增加，合金的(de)維鈍電(dian)流仍能維持在(zai)較低的(de)水平，使鈍化(hua)狀態保持在(zai)較寬的(de)范圍內。同時鎳(nie)固溶于(yu)鈍化(hua)膜中(zhong)，而(er)且被(bei)氧化(hua)的(de)較少，從而(er)增加鈍化(hua)膜和金屬表(biao)(biao)層的(de)熱力學穩定性。

4. 介質中氯離子(zi)和氟(fu)離子(zi)的影響

  圖6-13為氯離(li)子(zi)(zi)含(han)量對(dui)合金(jin)(jin)致(zhi)鈍電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)、維鈍電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)影響(xiang)，圖6-14為氯離(li)子(zi)(zi)對(dui)合金(jin)(jin)過鈍化(hua)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)(de)影響(xiang)。由圖6-13可見，在不同氯離(li)子(zi)(zi)含(han)量的(de)(de)介質(zhi)中，2號合金(jin)(jin)的(de)(de)致(zhi)鈍電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)和維鈍電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)基本上低(di)于(yu)3號合金(jin)(jin)。隨(sui)著鉻(ge)量的(de)(de)增加，合金(jin)(jin)更容易鈍化(hua)，說(shuo)明(ming)在耐氯離(li)子(zi)(zi)腐蝕(shi)中，有足夠鉻(ge)含(han)量的(de)(de)重要性(xing)。

  由圖(tu)6-14可(ke)見，在不(bu)同(tong)氯離子(zi)含(han)量的(de)介質中，3號(hao)合金(jin)的(de)過鈍(dun)化(hua)(hua)電位更(geng)正些(xie)表明合金(jin)的(de)鈍(dun)化(hua)(hua)穩定(ding)性更(geng)強些(xie)。

  反(fan)應介(jie)質中含(han)有氯(lv)離(li)子(zi)和氟(fu)離(li)子(zi)，使(shi)已經鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)的(de)合金重新活化(hua)(hua)(hua)，除(chu)氫外，氯(lv)離(li)子(zi)的(de)活化(hua)(hua)(hua)能力(li)大于(yu)氟(fu)離(li)子(zi)，而氟(fu)離(li)子(zi)又(you)明顯增(zeng)加了氯(lv)離(li)子(zi)對活化(hua)(hua)(hua)區陽極(ji)溶解的(de)去極(ji)化(hua)(hua)(hua)作(zuo)用(yong)。因此，圖6-13、圖6-14所示的(de)應是(shi)氯(lv)離(li)子(zi)和氟(fu)離(li)子(zi)共同作(zuo)用(yong)的(de)結果。研究表明，增(zeng)加合金中的(de)鉻含(han)量有利于(yu)合金在(zai)較低(di)的(de)電(dian)(dian)位就進入(ru)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)狀(zhuang)態，更快地使(shi)合金表層形成較完整的(de)氧化(hua)(hua)(hua)膜，并在(zai)較低(di)的(de)電(dian)(dian)位維持鈍(dun)態。從(cong)圖6-12、圖6-14的(de)結果可(ke)以看出，增(zeng)加合金的(de)鎳(nie)含(han)量，可(ke)使(shi)3號合金的(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)范圍更寬，過鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)電(dian)(dian)位更正(zheng)。這表明鎳(nie)在(zai)合金中可(ke)以起到穩定合金表層鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)狀(zhuang)態的(de)作(zuo)用(yong)，并有助于(yu)延長發(fa)生孔(kong)蝕核的(de)誘(you)導時(shi)間。

5. 合金鈍化膜(mo)的表層結構分析

  圖(tu)6-15為(wei)(wei)合(he)金鈍(dun)化(hua)膜中各元素的(de)深度分布曲(qu)線（AES),圖(tu)6-16為(wei)(wei)合(he)金鈍(dun)化(hua)膜表層的(de)俄歇電子能(neng)譜(pu)圖(tu)（AES)。

 對(dui)鈍(dun)化(hua)膜中(zhong)各(ge)(ge)元素(su)氧(yang)化(hua)物的(de)(de)組態(tai)進行(xing)了XPS分析(xi)，并將(jiang)濺射前后鈍(dun)化(hua)膜表層和(he)基體中(zhong)氧(yang)、鐵(tie)、鉻、鎳、鉬(mu)各(ge)(ge)元素(su)的(de)(de)氧(yang)化(hua)峰及(ji)金屬峰結合(he)能(neng)與標準(zhun)手(shou)冊(ce)上的(de)(de)結合(he)能(neng)進行(xing)對(dui)比。所(suo)測試到的(de)(de)各(ge)(ge)元素(su)的(de)(de)結能(neng)均(jun)采用 OIs 峰進行(xing)標定(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。