在 Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN不銹鋼中加入微量的合金元素Nb、Zr,在硫酸溶液中有很好的自鈍化性。硫酸是一種強腐蝕性介質(zhì)，隨著濃度和溫度的不同，其腐蝕性有著強烈的變化，即使較為知名的不銹鋼也不能適應(yīng)這種變化的需要。合金元素的加入，合金元素產(chǎn)生的復(fù)合效應(yīng)，促進(jìn)表面膜的成長，改變了表面膜的性能，提高了耐蝕性?？谉ㄎ牡热擞脵E圓術(shù)和電化學(xué)相結(jié)合的方法對上述不銹鋼在硫酸中的鈍化膜成長情況進(jìn)行研究。

  實驗表明，在不同電位下，鈍化速率和溶解速率相應(yīng)變化，同時，因硫酸濃度不同，變化值有著明顯的差異。在10%~30%的硫酸溶液中，皆能生成致密完整的鈍化膜，并具有雙層氧化膜結(jié)構(gòu)，不銹鋼鈍化膜的厚度為3~5nm。

1. 橢圓術(shù)研究實驗

 a. 橢圓偏振儀

  自動橢圓偏振儀系氨-氖激光管，波長為6328?(1A=10-10m),入射角選用70°(可調(diào)節(jié)）。用微機(jī)控制P、A兩臺步進(jìn)馬達(dá)帶動起偏器和檢偏器，找出最佳的消光狀態(tài)。其步驟是固定A,轉(zhuǎn)動P,找到光強最小點，找到后，固定P,再轉(zhuǎn)動A，如此反復(fù)進(jìn)行，直到A、P均處于使光強最小的位置。圖6-18為橢圓偏振儀自動化裝置示意圖。

 b. 電解池

  電解池用有機(jī)玻璃制成，在入射光和反射光的通道部分，鑲嵌著 3cm 石英玻璃圓片。電解池蓋上開有4個孔。工作電極（試樣）、輔助電極（鉑）和參比電極（飽和甘汞電極）均由孔引出，輔助電極為環(huán)形鉑絲，置于電解池底部，一孔通入純氬，以驅(qū)除溶液里的氧。

c. 試樣

  15mm的不銹鋼棒成1~1.5mm厚的薄片，焊接一根螺旋式的銅絲，用聚氯乙烯加熱熔化進(jìn)行鑲嵌，從側(cè)面引出銅絲，再裝上塑料套管，套管和聚氯乙烯聯(lián)結(jié)處用膠黏劑涂封，干后將試樣表面拋光，至光潔度為 Ra 0.4μm ，用去離子水及酒精沖洗待用。

  不銹鋼中含合金成分如下：  鉻：20%、鎳：25% 、鉬：3% 、鈮：0.05%~0.07% 鋯：0.34%  氮：0.16%

 d. 溶液

 用分析純硫酸和去離子水配成10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）、30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）濃度的硫酸溶液，依次將溶液移入電解池內(nèi)，通入純氬氣，趕走溶液里的氧氣，操作在室溫下進(jìn)行。

 e. 用陰極還原法除去試樣表面的氧化膜

  在自腐蝕電位負(fù)移400mV,通過橢圓儀進(jìn)行消光觀察。在一定的間隔時間內(nèi)，測定橢圓儀參數(shù)Δ和ψ值，Δ和ψ作為時間的函數(shù)，直到Δ和φ值基本上不再變化，這時可認(rèn)為氧化膜已去除，求出基體金屬的光學(xué)常數(shù)。因為，一種金屬的光學(xué)常數(shù)只有一個，當(dāng)氧化物被還原時，鈍化層相應(yīng)的更薄，而Δ和ψ值也隨著變化。所以，一旦Δ和ψ是常數(shù)值時，即認(rèn)為氧化膜已去除。

  該鋼的陰極還原時間約30min。Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN 不銹鋼在10%硫酸溶液中經(jīng)陰極還原，測得無膜的光學(xué)常數(shù)是n1=2.163-3.006i。10%硫酸溶液的折射系數(shù)為no=1.346。

  在不同硫酸濃度溶液中鈍化膜的厚度，如圖6-19所示，隨著硫酸溶液濃度的增加（10%~30%),鈍化膜的厚度相應(yīng)變薄。

2. 在恒定電位下橢圓儀參數(shù)Δ和y時間函數(shù)曲線的規(guī)律

  圖6-20為試樣在10%硫酸中，橢圓儀參數(shù)Δ和ψ作為時間的函數(shù)曲線圖。從橢圓參數(shù)可以看出，在10%濃度的硫酸溶液中，無膜鋼的表面上先生成一層鈍化膜，隨即該鈍化膜按對數(shù)規(guī)律成長，這說明鈍化膜的性質(zhì)已改變，膜的組分也已改變，這是由于微量合金元素的富集所致的。因為在剛開始富集時，表面膜內(nèi)富集的合金元素成分較少，隨著時間的增長，富集量越來越多，一旦富集到一定的量時，導(dǎo)致橢圓參數(shù)發(fā)生突變。

   圖6-21、圖6-22、圖6-23所示為試樣在10%硫酸溶液中，恒定電位分別在-20mV、＋350mV、＋900mV時，參數(shù)Δ和φ作為時間的函數(shù)曲線。在10%度的硫酸溶液中，恒電位儀分別控制在-20mV、＋350mV、＋900mV時，橢圓參數(shù)隨著時間變化的規(guī)律表明，鈍化膜成長的動力是循著對數(shù)規(guī)律的，并由曲線的斜率可知鈍化速率r1和溶解速率r2的差異。由圖6-21可知，將電位控制在 -20mV時，鈍化膜成長的動力循著對數(shù)規(guī)律緩慢的增厚。這意味著在該電位下，鈍化速率r1略大于溶解速率r2。而將電位恒定在＋350mV時，鈍化膜成長的曲線越陡，見圖6-22。這說明鈍化速率r1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溶解速率r2。由圖6-24可知，＋350mV正處于穩(wěn)定鈍化區(qū)。

  從圖 6-20 、圖 6-21 、圖 6-22、圖 6-23 的曲線上判斷，由于微量合金元素的富集，不銹鋼具有雙層氧化膜結(jié)構(gòu)。

  由橢圓術(shù)和電化學(xué)相結(jié)合的方法研究表明，該鋼在硫酸溶液中，在不同的電位下皆有自鈍化性，而且能夠生成致密完整的鈍化層，具有優(yōu)異的保護(hù)性。

  用失重法的實驗結(jié)果如下，兩者的結(jié)果甚為吻合。10%硫酸溶液中的腐蝕速率為0.30g/(㎡·h)。該不銹鋼在硫酸工程上實際應(yīng)用中有優(yōu)良的抗蝕性。