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(duì)材料的綜合耐蝕性能至關(guān)重要。高鉻鎳不銹鋼常被用在濕法磷酸的生產(chǎn)設(shè)備上，在濕法磷酸生產(chǎn)工藝中，介質(zhì)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(fù)雜和苛刻。該材料在這類(lèi)介質(zhì)中具有良好的耐蝕性能主要源于鉻和鎳的適當(dāng)配合。林凡等人就高鉻鎳不銹鋼中鉻、鎳含量對(duì)腐蝕電化學(xué)特性的影響進(jìn)行研究。結(jié)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(tài)越穩(wěn)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、鉬鐵、錳鐵、鈦鐵、結(jié)晶硅、電解鎳、電解銅、工業(yè)純鐵按一定比例在中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉澆鑄成試樣，出爐溫度1530℃，澆注溫度約1450℃。三種試樣的化學(xué)成分見(jiàn)表6-17。
2. 高鉻鎳不銹鋼實(shí)驗(yàn)方法
對(duì)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)材料進(jìn)行陽(yáng)極極化測(cè)試，測(cè)定材料在腐蝕介質(zhì)中的致鈍電位、維鈍電位、維鈍電流、點(diǎn)蝕電位和鈍化電位范圍。
實(shí)驗(yàn)介質(zhì)：
磷酸（H3PO4) 54% 、氟離子（F-) 1% 、硫酸（H2SO4) 4% 、介質(zhì)溫度 76℃ 、氯離子（Cl-) 600mg/L
測(cè)定2號(hào)、3號(hào)材料在氯離子分別為200mg/L、600mg/L、1000mg/L、2000mg/L的上述介質(zhì)中的致鈍電位、維鈍電位和點(diǎn)蝕電位。
采用俄歇電子能譜（AES)技術(shù)測(cè)定鈍化膜中各元素的深度分布。運(yùn)用X射線光電子能譜（XPS)對(duì)膜中各元素的氧化物組態(tài)進(jìn)行分析。
3. 高鉻鎳不銹鋼中鉻、鎳含量對(duì)合金鈍化的影響
a. 鉻含量的影響
圖6-10表示合金致鈍電位、維鈍電位與含鉻量的關(guān)系。由圖6-10可見(jiàn)，當(dāng)鉻含量增加時(shí)，陽(yáng)極極化曲線的致鈍電位和維鈍電位負(fù)移，使系統(tǒng)得到的腐蝕電位高于該金屬的致鈍電位，促進(jìn)了合金更快地進(jìn)入鈍態(tài)?；蛘哒f(shuō)鉻量的增加，能使合金在更低的電位就能鈍化。
b. 鎳含量的影響
圖6-11為合金致鈍電流密度、維鈍電流密度與鎳含量的關(guān)系。由圖可見(jiàn)，合金在介質(zhì)中的致鈍電流密度與維鈍電流密度隨鎳量的增加而變小。
圖6-12為合金鈍化范圍與鎳含量的關(guān)系。由圖6-12可見(jiàn)，合金在介質(zhì)中的鈍化準(zhǔn)圍隨鎳量的增加逐漸變寬。
電化學(xué)反應(yīng)的陰極過(guò)程受阻滯的步驟通常認(rèn)為是氫原子在電極上的還原過(guò)程，氫在鎳表面反應(yīng)交換電流密度較少，因而隨著極化電位的增加，合金的維鈍電流仍能維持在較低的水平，使鈍化狀態(tài)保持在較寬的范圍內(nèi)。同時(shí)鎳固溶于鈍化膜中，而且被氧化的較少，從而增加鈍化膜和金屬表層的熱力學(xué)穩(wěn)定性。
4. 介質(zhì)中氯離子和氟離子的影響
圖6-13為氯離子含量對(duì)合金致鈍電位、維鈍電位的影響，圖6-14為氯離子對(duì)合金過(guò)鈍化電位的影響。由圖6-13可見(jiàn)，在不同氯離子含量的介質(zhì)中，2號(hào)合金的致鈍電位和維鈍電位基本上低于3號(hào)合金。隨著鉻量的增加，合金更容易鈍化，說(shuō)明在耐氯離子腐蝕中，有足夠鉻含量的重要性。
由圖6-14可見(jiàn)，在不同氯離子含量的介質(zhì)中，3號(hào)合金的過(guò)鈍化電位更正些表明合金的鈍化穩(wěn)定性更強(qiáng)些。
反應(yīng)介質(zhì)中含有氯離子和氟離子，使已經(jīng)鈍化的合金重新活化，除氫外，氯離子的活化能力大于氟離子，而氟離子又明顯增加了氯離子對(duì)活化區(qū)陽(yáng)極溶解的去極化作用。因此，圖6-13、圖6-14所示的應(yīng)是氯離子和氟離子共同作用的結(jié)果。研究表明，增加合金中的鉻含量有利于合金在較低的電位就進(jìn)入鈍化狀態(tài)，更快地使合金表層形成較完整的氧化膜，并在較低的電位維持鈍態(tài)。從圖6-12、圖6-14的結(jié)果可以看出，增加合金的鎳含量，可使3號(hào)合金的鈍化范圍更寬，過(guò)鈍化電位更正。這表明鎳在合金中可以起到穩(wěn)定合金表層鈍化狀態(tài)的作用，并有助于延長(zhǎng)發(fā)生孔蝕核的誘導(dǎo)時(shí)間。
5. 合金鈍化膜的表層結(jié)構(gòu)分析
圖6-15為合金鈍化膜中各元素的深度分布曲線（AES),圖6-16為合金鈍化膜表層的俄歇電子能譜圖（AES)。
對(duì)鈍化膜中各元素氧化物的組態(tài)進(jìn)行了XPS分析，并將濺射前后鈍化膜表層和基體中氧、鐵、鉻、鎳、鉬各元素的氧化峰及金屬峰結(jié)合能與標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)上的結(jié)合能進(jìn)行對(duì)比。所測(cè)試到的各元素的結(jié)能均采用 OIs 峰進(jìn)行標(biāo)定，見(jiàn)表 6-18。
從AES和XPS的分析結(jié)果可知，鈍化膜表層氧富集較多，其次是鉻和鐵。同時(shí)，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(jié)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(diǎn)少，鈍化膜有高效的化學(xué)穩(wěn)定性，不易受到破壞，而這些都與恰當(dāng)?shù)你t、鎳匹配分不開(kāi)。
