在 Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN不鏽鋼中加入微量的合金元素Nb、Zr,在硫酸溶液中有很(hen)好的自(zi)鈍化性。硫酸是一種(zhong)強腐蝕性介質，隨著濃度和溫度的不同，其(qi)腐蝕性有著強烈的變化，即使較為知名的不鏽鋼也不能適(shi)應這種(zhong)變化的需(xu)要(yao)。合金元素的加入，合金元素產生的複合效應，促進表麵膜的成長，改(gai)變了(liao)表麵膜的性能，提高了(liao)耐蝕性。孔煥文(wen)等人用橢圓術(shu)和電化學相結合的方法對(dui)上述不鏽鋼在硫酸中的鈍化膜成長情況(kuang)進行研(yan)究。
實驗表明，在不同電位(wei)下，鈍化速率和溶解速率相應變化，同時，因硫酸濃度不同，變化值有著明顯(xian)的差異。在10%~30%的硫酸溶液中，皆能生成致密完(wan)整(zheng)的鈍化膜，並具有雙層氧化膜結構，不鏽鋼鈍化膜的厚度為3~5nm。
1. 橢圓術(shu)研(yan)究實驗
a. 橢圓偏振儀
自(zi)動橢圓偏振儀係氨-氖激光管，波長為6328Å(1A=10-10m),入射角選用70°(可調節）。用微機控製P、A兩台步進馬達帶(dai)動起偏器和檢偏器，找出最佳(jia)的消光狀態(tai)。其(qi)步驟是固定A,轉動P,找到光強最小點，找到後，固定P,再轉動A，如此(ci)反(fan)複進行，直到A、P均處(chu)於使光強最小的位(wei)置(zhi)。圖6-18為橢圓偏振儀自(zi)動化裝(zhuang)置(zhi)示意圖。
b. 電解池
電解池用有機玻璃製成，在入射光和反(fan)射光的通道部分，鑲嵌著 3cm 石英(ying)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，輔助電極為環形鉑絲(si)，置(zhi)於電解池底(di)部，一孔通入純氬，以驅(qu)除溶液裏的氧。
c. 試樣
15mm的不鏽鋼棒成1~1.5mm厚的薄片，焊接(jie)一根螺旋式的銅絲(si)，用聚氯(lv)乙(yi)烯加熱(re)熔化進行鑲嵌，從側麵引出銅絲(si)，再裝(zhuang)上塑料(liao)套管，套管和聚氯(lv)乙(yi)烯聯結處(chu)用膠黏(nian)劑(ji)塗(tu)封，幹(gan)後將試樣表麵拋(pao)光，至光潔度為 Ra 0.4μm ，用去(qu)離(li)子水及酒(jiu)精衝洗待用。
不鏽鋼中含(han)合金成分如下： 鉻：20%、鎳：25% 、鉬：3% 、铌：0.05%~0.07% 鋯：0.34% 氮：0.16%
d. 溶液
用分析(xi)純硫酸和去(qu)離(li)子水配(pei)成10%(質量分數）、20%(質量分數）、30%(質量分數）濃度的硫酸溶液，依次將溶液移(yi)入電解池內，通入純氬氣，趕走(zou)溶液裏的氧氣，操(cao)作在室溫下進行。
e. 用陰極還原法除去(qu)試樣表麵的氧化膜
在自(zi)腐蝕電位(wei)負(fu)移(yi)400mV,通過橢圓儀進行消光觀(guan)察。在一定的間隔時間內，測定橢圓儀參數Δ和ψ值，Δ和ψ作為時間的函(han)數，直到Δ和φ值基本(ben)上不再變化，這時可認為氧化膜已去(qu)除，求出基體金屬(shu)的光學常數。因為，一種(zhong)金屬(shu)的光學常數隻有一個，當(dang)氧化物被(bei)還原時，鈍化層相應的更薄，而Δ和ψ值也隨著變化。所以，一旦Δ和ψ是常數值時，即認為氧化膜已去(qu)除。
該鋼的陰極還原時間約30min。Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN 不鏽鋼在10%硫酸溶液中經陰極還原，測得無(wu)膜的光學常數是n1=2.163-3.006i。10%硫酸溶液的折射係數為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(zeng)加（10%~30%),鈍化膜的厚度相應變薄。
2. 在恒定電位(wei)下橢圓儀參數Δ和y時間函(han)數曲線的規律
圖6-20為試樣在10%硫酸中，橢圓儀參數Δ和ψ作為時間的函(han)數曲線圖。從橢圓參數可以看(kan)出，在10%濃度的硫酸溶液中，無(wu)膜鋼的表麵上先(xian)生成一層鈍化膜，隨即該鈍化膜按對(dui)數規律成長，這說明鈍化膜的性質已改(gai)變，膜的組分也已改(gai)變，這是由於微量合金元素的富集(ji)所致的。因為在剛(gang)開始富集(ji)時，表麵膜內富集(ji)的合金元素成分較少，隨著時間的增(zeng)長，富集(ji)量越來越多，一旦富集(ji)到一定的量時，導致橢圓參數發生突變。
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(wei)分別(bie)在-20mV、＋350mV、＋900mV時，參數Δ和φ作為時間的函(han)數曲線。在10%度的硫酸溶液中，恒電位(wei)儀分別(bie)控製在-20mV、＋350mV、＋900mV時，橢圓參數隨著時間變化的規律表明，鈍化膜成長的動力是循著對(dui)數規律的，並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(wei)控製在 -20mV時，鈍化膜成長的動力循著對(dui)數規律緩慢的增(zeng)厚。這意味(wei)著在該電位(wei)下，鈍化速率r1略大於溶解速率r2。而將電位(wei)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遠遠大於溶解速率r2。由圖6-24可知，＋350mV正處(chu)於穩定鈍化區(qu)。
從圖 6-20 、圖 6-21 、圖 6-22、圖 6-23 的曲線上判(pan)斷，由於微量合金元素的富集(ji)，不鏽鋼具有雙層氧化膜結構。
由橢圓術(shu)和電化學相結合的方法研(yan)究表明，該鋼在硫酸溶液中，在不同的電位(wei)下皆有自(zi)鈍化性，而且能夠生成致密完(wan)整(zheng)的鈍化層，具有優異的保護性。
用失重法的實驗結果如下，兩者(zhe)的結果甚為吻(wen)合。10%硫酸溶液中的腐蝕速率為0.30g/(㎡·h)。該不鏽鋼在硫酸工程上實際應用中有優良的抗(kang)蝕性。
