在線亞洲日產一區二區:不銹鋼電化學著彩色堿性溶液成分和工藝(yi)條件見表9-3.
一、配方1 (見表(biao)9-3)的說明
本(ben)配方由上(shang)海手術(shu)器(qi)械(xie)廠傅(fu)綺(qi)君提出。
1. 色澤的呈現過程
在(zai)配方1的(de)介質(zhi)中(zhong)，用(yong)電化學方法，在(zai)不(bu)銹鋼表面形成一層致密而具有一定厚度的(de)薄膜，隨著加(jia)工工藝(yi)的(de)不(bu)同，光對(dui)薄膜的(de)干涉，在(zai)表面形成各種(zhong)單色彩色膜。
鉻系不(bu)銹鋼：淺灰色(se)－黑亮色(se)－藏青色(se)－金(jin)棕色(se)。
鉻-鎳系不(bu)銹鋼：青鋼色－藍(lan)色－紫色－金黃色－紅色－綠色－金棕色。
2. 彩色膜的(de)組成和厚度
①. 彩色膜的組(zu)成(cheng)。用AES進(jin)行表面分析，表層由(you)氧、鎳、鐵、碳(tan)等(deng)組(zu)成(cheng)。
②. 彩色膜(mo)的厚度(du)(du)。根據Ar的濺射速(su)率，計(ji)算出彩色膜(mo)的厚度(du)(du)為(wei)200.0~930.0nm.
3. 彩(cai)色膜的(de)外觀(guan)
經(jing)過著色(se)的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)，不但具有金(jin)屬的(de)(de)(de)強度和耐蝕的(de)(de)(de)光亮(liang)表面(mian)(mian)，而且披上了各(ge)種(zhong)各(ge)樣(yang)鮮艷(yan)的(de)(de)(de)彩色(se)外衣。彩色(se)不銹(xiu)鋼(gang)在裝飾方面(mian)(mian)有著與其他材料無與倫比的(de)(de)(de)優點。
二、配方(fang)2 (見(jian)表9-3)的說明(ming)
本配方由沈陽第(di)一(yi)工(gong)業(ye)學(xue)校安成強、韓玉梅、車(che)永泉等人提出。
1. 赫爾(er)槽(cao)在陽極氧化中(zhong)的應用
在(zai)250mL赫槽中，304不銹鋼片放在(zai)斜(xie)邊作陽極(ji)，直流穩壓電源的電流強度為1A,觀察試樣的著色膜為：
試片(pian)上陽極電(dian)流(liu)(liu)密度的(de)(de)分布由近陰極端至遠(yuan)陰極端依次減少。電(dian)流(liu)(liu)密度不同(tong)(tong)，膜(mo)的(de)(de)生成速率亦不同(tong)(tong)。近陰極端電(dian)流(liu)(liu)密度大，著色(se)膜(mo)厚，呈茶褐色(se)；遠(yuan)陰極端電(dian)流(liu)(liu)密度小，著色(se)膜(mo)薄(bo)，呈金黃色(se)，從而在氫氧化鈉堿性溶液中可著出(chu)不同(tong)(tong)的(de)(de)顏色(se)。
2. 著色工藝條件
通過小槽實驗，初步(bu)確(que)定不(bu)銹(xiu)鋼著(zhu)各種(zhong)顏色的工藝條件，見表9-4。
3. 影響電解著色(se)的(de)因素
①. 氫(qing)氧(yang)化(hua)(hua)鈉(na)(na)（NaOH).主要起(qi)導電和溶解(jie)氧(yang)化(hua)(hua)膜(mo)的(de)作(zuo)用。膜(mo)的(de)厚度(du)(du)主要取(qu)決于膜(mo)的(de)溶解(jie)和生長速率的(de)比。氫(qing)氧(yang)化(hua)(hua)鈉(na)(na)濃度(du)(du)高，氧(yang)化(hua)(hua)膜(mo)溶解(jie)快，膜(mo)的(de)孔隙率大，硬度(du)(du)與強度(du)(du)低(di)；氫(qing)氧(yang)化(hua)(hua)鈉(na)(na)濃度(du)(du)低(di)，氧(yang)化(hua)(hua)膜(mo)溶解(jie)慢，膜(mo)的(de)硬度(du)(du)高，反光性好。
②. 硝酸鈉（NaNO3)、磷酸鈉（Na3PO4)的加入，可增加導電性和成膜速率，比單純氫氧化鈉溶液出色快，著色時間短。
③. 溫(wen)度(du)。提高溫(wen)度(du)，反(fan)應(ying)速率(lv)加(jia)快，同時出色(se)(se)速率(lv)也快，色(se)(se)膜(mo)較厚。但溫(wen)度(du)過高，色(se)(se)膜(mo)變得粗(cu)糙(cao)，光澤欠(qian)佳。降低(di)溫(wen)度(du)，上色(se)(se)速率(lv)慢(man)，但光潔度(du)較好(hao)。溫(wen)度(du)低(di)于40℃時著(zhu)不上色(se)(se)。一般控制在50~70℃.
④. 電流密度。提高電流密度，可使氧(yang)化膜生長(chang)加快，色(se)膜增厚，若(ruo)電流過(guo)高，氧(yang)化膜則變得粗糙(cao)，一般控制(zhi)在0.5~6A/d㎡.
⑤. 時(shi)間。在(zai)同樣條件下，膜的(de)顏色(se)(se)(se)隨時(shi)間的(de)不同而異。顏色(se)(se)(se)隨著時(shi)間的(de)延長，其變化(hua)為(wei)金黃(huang)色(se)(se)(se)→紫紅(hong)→綠(lv)色(se)(se)(se)→茶褐(he)色(se)(se)(se)。
⑥. 攪拌。攪拌可以(yi)縮(suo)短著色(se)時間(jian)，加快(kuai)成膜速率(lv)。
4. 前(qian)處理(li)
包括：打磨→水洗→除油①→熱水洗→冷水洗→除銹②→冷水洗→電化學拋光③→水洗→弱浸蝕④。
注：①. 除油(you)。氫氧化鈉(na)30~50g/L,碳(tan)酸(suan)鈉(na)20~40g/L,磷酸(suan)三鈉(na)10~20g/L,溫度50℃,時間依除油(you)效果而定。
②. 除銹。硫酸10%,鹽酸10%(體積分(fen)數），溫度室溫，時間5~10min.
③. 電化學拋光。磷酸(suan)600mL/L,硫酸(suan)300mL/L,甘(gan)油30mL/L,蒸餾水70mL/L,電流密度20~30A/d㎡,溫度50~70℃,時間4~5min,陰極為鉛板。
④. 弱浸蝕。硫酸3%~5%,溫度室(shi)溫，時間0.5~1min.
拋光(guang)效果越(yue)好(hao)，著色(se)膜越(yue)均勻、細致、光(guang)亮(liang)。拋光(guang)效果不好(hao)，著色(se)質量差，甚(shen)至著不上色(se)。
5. 后處(chu)理
電化學著(zhu)色→熱水洗(xi)(xi)→冷(leng)水洗(xi)(xi)→封閉→水洗(xi)(xi)→烘干。
注：封閉處(chu)理：重(zhong)鉻酸鉀15g/L,氫氧化鈉38g/L,pH7~7.5,溫度60~80℃,時間2~3min。
6. 著色膜性能檢驗
①. 耐磨實(shi)驗(yan)
在試(shi)樣(yang)上(shang)放一繪圖橡皮，上(shang)面(mian)(mian)放500g砝(fa)碼，使橡皮沿試(shi)樣(yang)表(biao)面(mian)(mian)做水平運(yun)(yun)動(dong)，記錄膜消(xiao)失時的運(yun)(yun)動(dong)次數。結果(guo)見表(biao)9-5,從實(shi)驗結果(guo)看(kan)出，耐(nai)磨性隨(sui)膜厚(hou)度的增(zeng)加而提高。
②. 耐酸(suan)性
用(yong)滴管取0.5mol/L的(de)(de)(de)硫酸滴在著(zhu)色膜上，觀察表(biao)面變(bian)藍的(de)(de)(de)時間，結(jie)果見表(biao)9-5,由表(biao)可見，金黃色和(he)紫(zi)紅色膜的(de)(de)(de)抗蝕性欠(qian)佳，需要適宜的(de)(de)(de)硬化處理(li)，以提(ti)(ti)高(gao)耐(nai)(nai)蝕性和(he)耐(nai)(nai)磨性。耐(nai)(nai)酸性隨著(zhu)膜厚度的(de)(de)(de)增加而提(ti)(ti)高(gao)。
7. 槽液穩定性(xing)
當成(cheng)膜速率明顯減慢時，可濾去沉渣(zha)，添加氫氧化鈉(na)50g/L和適量的(de)水，即可重復使用。槽液較穩定，調(diao)整簡單，維護方便，成(cheng)本低(di)。
三、配方3 (見表9-3)的說(shuo)明
本配方由天津大學材料學院魏軍勝、唐子龍和宋詩哲于2007年10月(yue)提出。
為了改善不(bu)銹鋼著(zhu)色(se)(se)(se)過程(cheng)中(zhong)(zhong)高溫(wen)和(he)(he)重(zhong)金屬離子(zi)的環(huan)保(bao)和(he)(he)耗能問題，室溫(wen)下(xia)，在無Cr的NaOH溶液(ye)中(zhong)(zhong)，304不(bu)銹鋼交流調制電(dian)位法(fa)著(zhu)色(se)(se)(se)處理工(gong)(gong)藝(yi)，具有經濟環(huan)保(bao)的特點，獲得(de)穩(wen)定的金黃色(se)(se)(se)、黃紫(zi)色(se)(se)(se)、紫(zi)色(se)(se)(se)、藍紫(zi)色(se)(se)(se)和(he)(he)藍色(se)(se)(se)膜。著(zhu)色(se)(se)(se)膜具有良好的耐蝕(shi)性(xing)、耐磨(mo)性(xing)、機械加工(gong)(gong)性(xing)和(he)(he)抗污性(xing)。著(zhu)色(se)(se)(se)電(dian)壓幅(fu)值為7.0~8.0V,著(zhu)色(se)(se)(se)時間為4~7min,著(zhu)色(se)(se)(se)膜穩(wen)定性(xing)和(he)(he)耐蝕(shi)性(xing)能最好。本工(gong)(gong)藝(yi)簡(jian)單(dan)易行，節水節能，是不(bu)含污染離子(zi)的不(bu)銹鋼著(zhu)色(se)(se)(se)“綠(lv)色(se)(se)(se)”工(gong)(gong)藝(yi)。
1. 著色(se)結果
表9-6列出(chu)304不(bu)銹鋼交流(liu)調整電位注(zhu)的著色(se)結果
由表9-6可(ke)見，著色(se)(se)電(dian)壓和時間共(gong)(gong)同影響著色(se)(se)膜的(de)顏色(se)(se)，隨著著色(se)(se)電(dian)壓幅值(zhi)和時間的(de)變化，顏色(se)(se)依次為金(jin)黃色(se)(se)、黃紫(zi)色(se)(se)、紫(zi)色(se)(se)、藍(lan)紫(zi)色(se)(se)、藍(lan)色(se)(se)，共(gong)(gong)出現5種穩定的(de)特征顏色(se)(se)。
2. 電化學著色過程
①. 試樣準備
304不銹鋼試樣面積約2.4c㎡,經水砂紙逐級打磨、拋光，蒸餾水沖洗，無水乙醇脫水，再蒸餾水沖洗，冷風吹干后，置于干燥器中備用。著色完畢，涂封非工作表面，留出1c㎡的工作面積，進行腐蝕測試。
②. 電(dian)化(hua)學著(zhu)色(se)條件(jian)及方法(fa)
著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)液為(wei)0.5mol/L NaOH,采用調制電壓的交流信號著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)，輻(fu)值為(wei)4.0~10.0V,周期T為(wei)0.02s,具體著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)參數為(wei)：溫(wen)(wen)度為(wei)室溫(wen)(wen)，著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)時間為(wei)2~10min,著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)完畢高溫(wen)(wen)水進行(xing)封閉處理。
3. 著色膜耐蝕性(xing)能(neng)檢(jian)測
①. 腐蝕介質為0.5mol/L H2SO4。
②. 采用動電(dian)位(wei)陽極(ji)極(ji)化(hua)曲線和線性(xing)極(ji)化(hua)阻力技術研究(jiu)著色(se)膜。陽極(ji)極(ji)化(hua)曲線測(ce)試(shi)(shi)按(an)照美國材料試(shi)(shi)驗(yan)學(xue)會(hui)ASTM G59-97(2003),比較(jiao)測(ce)試(shi)(shi)體系的維鈍電(dian)流密(mi)度Ip、過(guo)鈍化(hua)電(dian)位(wei)E1等電(dian)化(hua)學(xue)參數(shu)，研究(jiu)著色(se)膜的鈍化(hua)穩(wen)定性(xing)。
4. 著色(se)工藝對著色(se)膜(mo)表面形貌的影(ying)響
①. 電壓(ya)8.0V下，著(zhu)色(se)膜表面(mian)形貌隨(sui)時(shi)(shi)間(jian)的變(bian)化(hua)。2min時(shi)(shi)表面(mian)形成(cheng)(cheng)連續但不(bu)均(jun)(jun)(jun)勻的膜層，繼續氧化(hua)，已形成(cheng)(cheng)膜層逐漸(jian)變(bian)均(jun)(jun)(jun)勻，同(tong)時(shi)(shi)又有新膜生成(cheng)(cheng)；新膜層也隨(sui)氧化(hua)時(shi)(shi)間(jian)的延(yan)長(chang)逐漸(jian)均(jun)(jun)(jun)勻連續；10min時(shi)(shi)形成(cheng)(cheng)比(bi)較厚且連續均(jun)(jun)(jun)勻的著(zhu)色(se)膜；進一步延(yan)長(chang)著(zhu)色(se)時(shi)(shi)間(jian)，由(you)于膜層局部(bu)溶(rong)解速(su)率(lv)(lv)大于其(qi)生成(cheng)(cheng)速(su)率(lv)(lv)，使得膜厚反而減(jian)小，且不(bu)均(jun)(jun)(jun)勻；7~10min為制備的著(zhu)色(se)膜在(zai)不(bu)同(tong)腐蝕(shi)介質中的耐蝕(shi)性有一定的選擇性。
②. 著(zhu)色(se)(se)處理過程中(zhong)的(de)電壓(ya)變化。開始(shi)電壓(ya)升(sheng)高(gao)，電流降低；延(yan)長著(zhu)色(se)(se)時(shi)間(jian)(jian)，電壓(ya)和電流都(dou)趨(qu)于穩定；一(yi)定時(shi)間(jian)(jian)后，電壓(ya)開始(shi)降低，電流升(sheng)高(gao)。這(zhe)是因為(wei)剛開始(shi)著(zhu)色(se)(se)時(shi)，形成的(de)著(zhu)色(se)(se)膜(mo)(mo)使得體(ti)系的(de)反(fan)應(ying)電阻(zu)增高(gao)；當著(zhu)色(se)(se)時(shi)間(jian)(jian)較長時(shi)，著(zhu)色(se)(se)膜(mo)(mo)比較完整(zheng)且(qie)不(bu)再增厚，因此(ci)，反(fan)應(ying)電阻(zu)也趨(qu)于穩定；延(yan)長著(zhu)色(se)(se)時(shi)間(jian)(jian)，在(zai)電場的(de)作(zuo)用(yong)下，晶(jing)界變粗大，表面(mian)膜(mo)(mo)溶解速率加快，致使表面(mian)膜(mo)(mo)厚度減(jian)小，可(ke)能(neng)局(ju)部區(qu)域著(zhu)色(se)(se)膜(mo)(mo)完全溶解，因而體(ti)系的(de)反(fan)應(ying)電阻(zu)反(fan)而降低，所以著(zhu)色(se)(se)處理一(yi)定時(shi)間(jian)(jian)后，出現電壓(ya)降低、電流升(sheng)高(gao)的(de)現象。
③. 當著色電壓(ya)低于(yu)8.0V時(shi)(shi)，若色時(shi)(shi)間為7min時(shi)(shi)，不銹鋼表面即(ji)可(ke)形(xing)成完(wan)整(zheng)(zheng)的著色膜；當電壓(ya)高于(yu)8.0V時(shi)(shi)，若色時(shi)(shi)間為4min時(shi)(shi)，就已經形(xing)成了完(wan)整(zheng)(zheng)的著色膜。
5. 著色膜機械和(he)抗污(wu)性能
不銹鋼電解著色膜性(xing)館檢測結果見表9-7.
由表9-7可見，著(zhu)色膜具(ju)有良好的耐(nai)磨性、抗彎曲性能(neng)和抗污性能(neng)，能(neng)滿足應用要求(qiu)。
6. 著色工藝(yi)對(dui)著色膜穩定性的影響
①. 著色電(dian)壓的(de)影響
著色膜在堿性介質中(zhong)制(zhi)備，為(wei)評價著色膜的鈍化穩定性，選用(yong)0.5mol/L H2SO4作為(wei)測試介質，著色時間為(wei)10min,OV表示未著色不銹鋼(gang)，測試體(ti)系的電(dian)化學參數腐(fu)蝕電(dian)位Ecor、維鈍電(dian)流密度Ip和過(guo)鈍化電(dian)位Et 等數值列于表9-8中(zhong)。
由表9-8可見，不銹鋼著(zhu)(zhu)色(se)(se)后(hou)Ecorr和Et明(ming)顯提高(gao)，而Ip又降低近兩(liang)個數量(liang)級，說明(ming)著(zhu)(zhu)色(se)(se)處理提高(gao)不銹鋼的(de)(de)穩定(ding)性(xing)。同時(shi)，著(zhu)(zhu)色(se)(se)電(dian)壓對著(zhu)(zhu)色(se)(se)膜的(de)(de)穩定(ding)性(xing)能(neng)有(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)影響(xiang)，電(dian)壓7.0V時(shi)Ip最小(xiao)，而當著(zhu)(zhu)色(se)(se)電(dian)壓降低或升高(gao)時(shi)，Ip都有(you)一(yi)定(ding)的(de)(de)升高(gao)，著(zhu)(zhu)色(se)(se)電(dian)壓為(wei)7.0V時(shi)，制備的(de)(de)著(zhu)(zhu)色(se)(se)膜穩定(ding)性(xing)和耐蝕性(xing)能(neng)最好。
②著色時間的影響
a. 著色電壓為4.0V,不同著色時間的影響如下(xia)：
著色電壓為4.0V、時間為2min時，著色膜在0.5mol/L H2SO4中的陰極極化曲線非常接近未著色處理的不銹鋼，說明該電壓下較短時間不足以在不銹鋼表面形成完整的著色膜。
著色(se)電壓為(wei)4.0V、時間為(wei)4min時，著色(se)膜Ecorr、Et 明顯(xian)升高，而Ip降低(di)近2個數量級，著色(se)膜穩定性大幅度提高。
著色電壓為(wei)4.0V、時間為(wei)7min時，著色膜穩定(ding)性進一(yi)步提高。
著色電壓(ya)為4.0V、時(shi)間超過10min時(shi)，穩定性(xing)反而(er)有降低的趨(qu)勢。
b. 著色電壓為8.0V時(shi)，不同著色時(shi)間的影響(xiang)如下:
時間為2min時，著色(se)可形成完整(zheng)的著色(se)膜。
時間(jian)為(wei)4min時，著色膜穩(wen)定性進(jin)一步提高。
繼續(xu)延長(chang)著色(se)時間(jian)，膜層穩定性(xing)降低。
因此、由上可見、著色電壓為7.0~8.0V,著色時間為4~7min,著色膜具有好的耐磨性和抗污性能，膜顯藍紫色，在0.5mol/L H2SO4中具有良好的鈍化穩定性和耐蝕性。
