高鉻鎳不銹鋼表面鈍化膜的組態(tài)和x衍射分析

高鉻鎳不銹鋼表面鈍化膜的組態(tài)和x衍射分析

磷酸法采用磷酸法，在此過程中，工作介質(zhì)組成為p2o5、p2so4、cl-、f-和固體石膏顆粒。cl-含量通常為10-410-6，介質(zhì)溫度為7080，具有強(qiáng)烈的耐腐蝕性。高鉻銀鉻是制造設(shè)備中最重要的材料。在這種惡劣的操作條件下（例如砂漿、漿泵、軸流泵等），材料受到侵蝕和磨損的組合。材料表面活性劑的抗侵蝕性，完全取決于材料表面活性劑的完整性、致密性和自固化性。在本研究中，我們分析了xps和aes以及致動(dòng)劑的狀態(tài)以及致動(dòng)劑的分布，并通過xrd對(duì)氧化膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)合靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電離作用性能的比較，研究了高鉻銀鉻氧化膜。1方法和結(jié)果1.1化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)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)純鐵在中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔煉澆鑄成試樣,出爐溫度約1530℃,澆注溫度1450℃.試樣的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):<0.06C、20～24Cr、25～28Ni、1.0～2.5Si、1.0～2.0Mn、4.0～6.0Mo、2.0～3.5Cu、適量Ti、<0.03S、<0.03P、余Fe.1.2材料電化學(xué)性能測(cè)試(1)靜態(tài)電化學(xué)性能測(cè)試.介質(zhì):H3PO454%,H2SO44%,Cl-6×10-4,F-1%,Fe3+0.6%,溫度76℃.測(cè)試結(jié)果,致鈍電位0.27V,維鈍電位0.38V,維鈍電流密度10～100μA/cm2,鈍化電位寬度為0.68V,結(jié)果見圖1.(2)動(dòng)態(tài)電化學(xué)性能測(cè)試.近年來,為了使研究狀態(tài)更接近生產(chǎn)工藝實(shí)際,均采用了電化學(xué)磨損-腐蝕試驗(yàn)單元.本試驗(yàn)在自制的磨損-腐蝕裝置上,在旋轉(zhuǎn)并受介質(zhì)噴射條件下,測(cè)試材料的電化學(xué)性能.試樣轉(zhuǎn)速為1000r/min,Al2O3顆粒直徑為0.25mm,含量為30%,結(jié)果見圖2.隨腐蝕介質(zhì)噴射量的減少,合金受到的磨蝕作用明顯變小,在相同電位時(shí),隨噴射流量增大,材料表面活化增快,表面鈍化膜的形成和自愈更加困難.動(dòng)態(tài)曲線中的維鈍電流密度均大于70μA/cm2.1.3腐蝕和磨蝕速率在不同的介質(zhì)條件下測(cè)試合金的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)均勻腐蝕失重量,結(jié)果如表1所示.從靜態(tài)腐蝕試驗(yàn)中可以看出,材料的腐蝕失重隨介質(zhì)中Cl-、F-的增加而增加.在同樣H3PO4含量與同樣溫度時(shí),含Cl-、F-介質(zhì)的腐蝕性比不含Cl-、F-的介質(zhì)要高9倍.這說明在濕法磷酸工藝介質(zhì)中鈍化膜的抗Cl-、F-腐蝕性能是很重要的.從動(dòng)態(tài)腐蝕的試驗(yàn)結(jié)果中可看出,合金在水、粗顆粒介質(zhì)中的腐蝕速率與在酸、細(xì)顆粒介質(zhì)中腐蝕速率達(dá)同一級(jí)別.這說明對(duì)于具有一定鈍化能力的材料,在腐蝕介質(zhì)中鈍化膜被磨蝕后的自愈能力是很重要的方面.在介質(zhì)腐蝕條件大致相同的情況下,比較靜態(tài)腐蝕與動(dòng)態(tài)磨蝕速率(見表1No.1與No.5),動(dòng)態(tài)的磨蝕速率要比靜態(tài)的腐蝕速率高出約71倍.這說明動(dòng)態(tài)的磨蝕速率更能說明高鉻鎳不銹鋼的鈍化膜在介質(zhì)中耐磨蝕的真實(shí)能力.1.4是否有效的表面元素采用俄歇電子能譜分析技術(shù)對(duì)不銹鋼的鈍化膜進(jìn)行了各元素的深度分布分析和鈍化膜表層的成分分析,結(jié)果見圖3和4.從圖中可以看到,鈍化膜表層中主要存在著Fe、Cr、Ni、Mo、Cu、O等元素,其中氧峰較大,O和Cr在表層富集,Mo、Ni、Cu含量次之.1.5c7聚合反應(yīng)規(guī)定運(yùn)用X射線光電子能譜儀(XPS),以Mg靶Kα射線(1253.6eV)為激發(fā)源,其半峰寬為0.75eV,探測(cè)功率15～60VA,真空度1.33μPa.試驗(yàn)條件:1#試樣在含30%Al2O3的介質(zhì)中(H3PO450%,Cl-8.0×10-4,F-1%,SO2-44%),溫度70℃,磨蝕2h,攪拌槳轉(zhuǎn)速500r/min;2#試樣在不含磨料Al2O3的上述介質(zhì)中浸泡16h.在兩種條件下形成的鈍化膜中各元素及組態(tài)的XPS峰位列于表2.鈍化膜中各組態(tài)元素的比例列于表3.從XPS的分析結(jié)果可以看出,2#試樣的鈍化膜是在靜態(tài)腐蝕介質(zhì)中形成的,其鈍化膜是以Cr2O3和MoO3為主,還有FeO和Fe2O3.Ni基本上仍以金屬態(tài)存在于鈍化膜的次外層.1#試樣的鈍化膜是在動(dòng)態(tài)磨蝕條件下形成的,其鈍化膜中同時(shí)存在Cr2O3和Cr,元素Cr和Mo的富集程度進(jìn)一步提高,從鈍化膜中與基體中的合金元素的比較可看出,元素在膜中富集的程度依次為Cr>Mo>Ni.1.6x射線衍射分析xrd用X衍射小角度掠射方法分析了鈍化膜的結(jié)構(gòu).XRD分析采用Co靶,管壓為30kV,管流為20μA,測(cè)試結(jié)果見圖5.從圖中可知,鈍化膜基本上為非晶態(tài)結(jié)構(gòu).2高鉻鎳不銹鋼的腐蝕過程主要表現(xiàn)為高鉻鎳不銹鋼在濕法磷酸中的耐蝕性來源于合金中的鉻、鎳、鉬這些基本元素的合理匹配.鉻、鎳含量高是該合金最基本的特征,鉻是較易鈍化的金屬,隨著合金中鉻含量的增加,合金的腐蝕電位和鈍化臨界電位逐漸向負(fù)電位方向移動(dòng),合金中有足夠的鉻含量,鈍化膜中的鉻含量也相應(yīng)提高,這使合金在介質(zhì)中具備了鈍化性能的基本條件.膜中鎳含量較少.由于膜下鎳的富集,可以避免氧化膜的還原,從而提高膜的穩(wěn)定性.純鉬在腐蝕介質(zhì)中形成的暗青色氧化物層,由于脆和多孔,不能阻止鉬電極的溶解,所以從其腐蝕電位開始只產(chǎn)生活性溶解并不鈍化.在高鉻鎳不銹鋼中的鉬,由于與鉻的交互氧化作用形成了復(fù)雜的鉻鉬氧化物.而這種氧化物的形成,可能是由于鉬在腐蝕介質(zhì)中的優(yōu)先溶解,促成了鉻的富集,強(qiáng)化了鉻鉬交互作用的進(jìn)行.這可從表1靜態(tài)腐蝕所產(chǎn)生的,尤其是從動(dòng)態(tài)磨蝕條件下所產(chǎn)生的膜中鉻和鉬的富集程度可以看出:隨著腐蝕程度的加劇,膜中鉻和鉬的富集程度增大.介質(zhì)中的Cl-對(duì)不銹鋼的表面活性作用只是出現(xiàn)在一定的電位范圍內(nèi).由于鉬以氧化物的形式被固定在膜中,鉻、鉬的交互作用使鈍化膜更加完整致密,鎳在膜下的富集,使鈍化膜更加穩(wěn)定,這些都有利于合金保持較寬的鈍化范圍,從而有助于延長(zhǎng)發(fā)生因Cl-而引起的點(diǎn)蝕核的誘導(dǎo)時(shí)間.從圖1的靜態(tài)陽極極化曲線也可看出,合金在76℃的介質(zhì)中并無點(diǎn)蝕擊穿點(diǎn),回掃后曲線形成的“滯后環(huán)”較窄小,這表明高鉻鎳不銹鋼的鈍化膜有較強(qiáng)的鈍化保護(hù)能力.在磨蝕條件下,鈍化膜在磨損后的自愈能力對(duì)于合金的耐腐蝕性能來說更顯重要.鈍化膜的XRD結(jié)構(gòu)分析表明,高鉻鎳不銹鋼在該腐蝕介質(zhì)中形成的鈍化膜屬非晶態(tài).這種非晶態(tài)膜的形成與元素在膜中的富集程度有關(guān),與介質(zhì)的氧化特性有關(guān),也與合金腐蝕溶解的產(chǎn)物有關(guān).鉻的作用是促進(jìn)尖晶石型氧化物的生成,而銅的作用則是促使此尖晶石型氧化物的非晶態(tài)化,共同促成尖晶石型非晶態(tài)腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜的形成.從XPS的分析中也可以看出,在膜中鐵被氧化成復(fù)雜氧化物,并在鉻的氧化物的復(fù)合作用下,促進(jìn)了非晶態(tài)膜的形成,從而增強(qiáng)了鈍化膜一旦被磨損時(shí)的自愈能力.這也就是高鉻鎳不銹鋼在濕法磷酸工藝條件下耐磨蝕性能強(qiáng)的重要原因.3濕法磷酸銅粉材料(1)高鉻鎳不銹鋼在濕法磷酸工藝介質(zhì)中形成的鈍化膜由Cr2O3、MoO3