在 Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN不锈钢中加入微量的合金元素Nb、Zr,在硫酸溶液中有(yǒu)很(hěn)好的自钝化性。硫酸是一种强腐蚀性介质，随着浓度和温度的不同，其腐蚀性有(yǒu)着强烈的变化，即使较為(wèi)知名的不锈钢也不能(néng)适应这种变化的需要。合金元素的加入，合金元素产生的复合效应，促进表面膜的成長(cháng)，改变了表面膜的性能(néng)，提高了耐蚀性。孔焕文(wén)等人用(yòng)椭圆术和電(diàn)化學(xué)相结合的方法对上述不锈钢在硫酸中的钝化膜成長(cháng)情况进行研究。
实验表明，在不同電(diàn)位下，钝化速率和溶解速率相应变化，同时，因硫酸浓度不同，变化值有(yǒu)着明显的差异。在10%~30%的硫酸溶液中，皆能(néng)生成致密完整的钝化膜，并具有(yǒu)双层氧化膜结构，不锈钢钝化膜的厚度為(wèi)3~5nm。
1. 椭圆术研究实验
a. 椭圆偏振仪
自动椭圆偏振仪系氨-氖激光管，波長(cháng)為(wèi)6328Å(1A=10-10m),入射角选用(yòng)70°(可(kě)调节）。用(yòng)微机控制P、A两台步进马达带动起偏器和检偏器，找出最佳的消光状态。其步骤是固定A,转动P,找到光强最小(xiǎo)点，找到后，固定P,再转动A，如此反复进行，直到A、P均处于使光强最小(xiǎo)的位置。图6-18為(wèi)椭圆偏振仪自动化装置示意图。
b. 電(diàn)解池
電(diàn)解池用(yòng)有(yǒu)机玻璃制成，在入射光和反射光的通道部分(fēn)，镶嵌着 3cm 石英玻璃圆片。電(diàn)解池盖上开有(yǒu)4个孔。工作電(diàn)极（试样）、辅助電(diàn)极（铂）和参比電(diàn)极（饱和甘汞電(diàn)极）均由孔引出，辅助電(diàn)极為(wèi)环形铂丝，置于電(diàn)解池底部，一孔通入纯氩，以驱除溶液里的氧。
c. 试样
15mm的不锈钢棒成1~1.5mm厚的薄片，焊接一根螺旋式的铜丝，用(yòng)聚氯乙烯加热熔化进行镶嵌，从侧面引出铜丝，再装上塑料套管，套管和聚氯乙烯联结处用(yòng)胶黏剂涂封，干后将试样表面抛光，至光洁度為(wèi) Ra 0.4μm ，用(yòng)去离子水及酒精冲洗待用(yòng)。
不锈钢中含合金成分(fēn)如下： 铬：20%、镍：25% 、钼：3% 、铌：0.05%~0.07% 锆：0.34% 氮：0.16%
d. 溶液
用(yòng)分(fēn)析纯硫酸和去离子水配成10%(质量分(fēn)数）、20%(质量分(fēn)数）、30%(质量分(fēn)数）浓度的硫酸溶液，依次将溶液移入電(diàn)解池内，通入纯氩气，赶走溶液里的氧气，操作在室温下进行。
e. 用(yòng)阴极还原法除去试样表面的氧化膜
在自腐蚀電(diàn)位负移400mV,通过椭圆仪进行消光观察。在一定的间隔时间内，测定椭圆仪参数Δ和ψ值，Δ和ψ作為(wèi)时间的函数，直到Δ和φ值基本上不再变化，这时可(kě)认為(wèi)氧化膜已去除，求出基體(tǐ)金属的光學(xué)常数。因為(wèi)，一种金属的光學(xué)常数只有(yǒu)一个，当氧化物(wù)被还原时，钝化层相应的更薄，而Δ和ψ值也随着变化。所以，一旦Δ和ψ是常数值时，即认為(wèi)氧化膜已去除。
该钢的阴极还原时间约30min。Cr20Ni25Mo3Cu3NbZrN 不锈钢在10%硫酸溶液中经阴极还原，测得无膜的光學(xué)常数是n1=2.163-3.006i。10%硫酸溶液的折射系数為(wèi)no=1.346。
在不同硫酸浓度溶液中钝化膜的厚度，如图6-19所示，随着硫酸溶液浓度的增加（10%~30%),钝化膜的厚度相应变薄。
2. 在恒定電(diàn)位下椭圆仪参数Δ和y时间函数曲線(xiàn)的规律
图6-20為(wèi)试样在10%硫酸中，椭圆仪参数Δ和ψ作為(wèi)时间的函数曲線(xiàn)图。从椭圆参数可(kě)以看出，在10%浓度的硫酸溶液中，无膜钢的表面上先生成一层钝化膜，随即该钝化膜按对数规律成長(cháng)，这说明钝化膜的性质已改变，膜的组分(fēn)也已改变，这是由于微量合金元素的富集所致的。因為(wèi)在刚开始富集时，表面膜内富集的合金元素成分(fēn)较少，随着时间的增長(cháng)，富集量越来越多(duō)，一旦富集到一定的量时，导致椭圆参数发生突变。
图6-21、图6-22、图6-23所示為(wèi)试样在10%硫酸溶液中，恒定電(diàn)位分(fēn)别在-20mV、＋350mV、＋900mV时，参数Δ和φ作為(wèi)时间的函数曲線(xiàn)。在10%度的硫酸溶液中，恒電(diàn)位仪分(fēn)别控制在-20mV、＋350mV、＋900mV时，椭圆参数随着时间变化的规律表明，钝化膜成長(cháng)的动力是循着对数规律的，并由曲線(xiàn)的斜率可(kě)知钝化速率r1和溶解速率r2的差异。由图6-21可(kě)知，将電(diàn)位控制在 -20mV时，钝化膜成長(cháng)的动力循着对数规律缓慢的增厚。这意味着在该電(diàn)位下，钝化速率r1略大于溶解速率r2。而将電(diàn)位恒定在＋350mV时，钝化膜成長(cháng)的曲線(xiàn)越陡，见图6-22。这说明钝化速率r1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溶解速率r2。由图6-24可(kě)知，＋350mV正处于稳定钝化區(qū)。
从图 6-20 、图 6-21 、图 6-22、图 6-23 的曲線(xiàn)上判断，由于微量合金元素的富集，不锈钢具有(yǒu)双层氧化膜结构。
由椭圆术和電(diàn)化學(xué)相结合的方法研究表明，该钢在硫酸溶液中，在不同的電(diàn)位下皆有(yǒu)自钝化性，而且能(néng)够生成致密完整的钝化层，具有(yǒu)优异的保护性。
用(yòng)失重法的实验结果如下，两者的结果甚為(wèi)吻合。10%硫酸溶液中的腐蚀速率為(wèi)0.30g/(㎡·h)。该不锈钢在硫酸工程上实际应用(yòng)中有(yǒu)优良的抗蚀性。
