不銹鋼電化學(xue)著彩色酸(suan)性溶液成分和工(gong)藝條件見(jian)表(biao)9-9。配(pei)方9 (見(jian)表(biao)9-9)的(de)說明 。本配(pei)方由中南大學(xue)冶金科學(xue)與(yu)工(gong)程學(xue)院鄧姝皓、龔竹青、柳勇(yong)提出。
1. 不銹(xiu)鋼著色生成(cheng)亞光銀(yin)灰色外(wai)觀
采用化學浸漬法或電解著色法均可將304不銹鋼著色生成亞光銀灰色外觀。
①. 化學著色液組成。
硫酸(suan) 100mL/L 、添加劑(ji)B 90~110mL/L 、添加劑(ji)A 40~60mL/L
②. 電解著色液主要組(zu)成(cheng)。
硫酸 100mL/L 、電流密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻酐 50~60g/L
2. 電流(liu)密度對著色膜(mo)的(de)影響
①. 直流(liu)(liu)(liu)和(he)脈沖電(dian)流(liu)(liu)(liu)在(zai)不銹(xiu)(xiu)鋼成(cheng)膜(mo)(mo)時，電(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)度對成(cheng)膜(mo)(mo)厚度和(he)色澤(ze)均有影響。圖9-18為電(dian)解電(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)度與不銹(xiu)(xiu)鋼失(shi)(shi)重(zhong)的(de)(de)關(guan)系。由圖9-18可見，隨著(zhu)電(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)度的(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)，不銹(xiu)(xiu)鋼失(shi)(shi)重(zhong)也(ye)在(zai)增(zeng)(zeng)加(jia)。電(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)度和(he)不銹(xiu)(xiu)鋼失(shi)(shi)重(zhong)呈一直線關(guan)系。觀察著(zhu)色膜(mo)(mo)的(de)(de)顏(yan)色可以發現，電(dian)解電(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)度增(zeng)(zeng)加(jia)，膜(mo)(mo)層的(de)(de)顏(yan)色更加(jia)均勻一致，膜(mo)(mo)層也(ye)更加(jia)致密(mi)(mi)。可見電(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)度對于著(zhu)色膜(mo)(mo)起到了(le)關(guan)鍵的(de)(de)作(zuo)用。
②. 脈沖著(zhu)色與直流著(zhu)色的(de)效(xiao)果。結合SEM(掃描電鏡）對著(zhu)色膜分析，結果發現，脈沖著(zhu)色膜比直流著(zhu)色膜更加細致均(jun)勻，晶粒也較細小。因此，相同的(de)電解(jie)電流密度(du)下，脈沖著(zhu)色的(de)效(xiao)果更好。
③. 氧(yang)(yang)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)中(zhong)(zhong)鎳(nie)、鉻、鈦(tai)等氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)含(han)量(liang)(liang)的(de)分布。通(tong)過實(shi)驗(yan)，發(fa)現(xian)不銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)的(de)添加(jia)元(yuan)素在不銹鋼(gang)中(zhong)(zhong)呈一濃度(du)(du)梯度(du)(du)，深層的(de)添加(jia)元(yuan)素要(yao)高于表面(mian)。陽極(ji)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)時，可(ke)以使表層逐漸(jian)溶(rong)解，電流密(mi)(mi)度(du)(du)越(yue)大，表層溶(rong)蝕越(yue)多，形成(cheng)的(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)膜(mo)(mo)中(zhong)(zhong)鎳(nie)、鉻、鈦(tai)等氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)的(de)含(han)量(liang)(liang)越(yue)高，膜(mo)(mo)越(yue)致(zhi)密(mi)(mi)。因此，增大電流密(mi)(mi)度(du)(du)可(ke)提高膜(mo)(mo)層性(xing)能，但(dan)是(shi)，不銹鋼(gang)基體損耗加(jia)大。表面(mian)減(jian)薄程度(du)(du)增加(jia)，能耗增大。實(shi)驗(yan)表明，電流密(mi)(mi)度(du)(du)在0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻酐濃度(du)對(dui)成膜(mo)的影響
①. 鉻(ge)酐(gan)濃(nong)度與基體失重的關系
圖9-19為(wei)電(dian)解著(zhu)(zhu)色時鉻(ge)酐(gan)(gan)(gan)濃度對(dui)成(cheng)膜的影(ying)響。由圖9-19可(ke)見(jian)，無(wu)論(lun)是(shi)脈(mo)沖著(zhu)(zhu)色或者(zhe)是(shi)直流著(zhu)(zhu)色，鉻(ge)酐(gan)(gan)(gan)濃度越(yue)高，基體(ti)失重(zhong)越(yue)少。對(dui)于(yu)脈(mo)沖著(zhu)(zhu)色，當鉻(ge)酐(gan)(gan)(gan)濃度達到70g/L后，鉻(ge)酐(gan)(gan)(gan)濃度繼續(xu)增加(jia)，對(dui)基體(ti)失重(zhong)的變化已經影(ying)響不大了。直流著(zhu)(zhu)色隨著(zhu)(zhu)鉻(ge)酐(gan)(gan)(gan)濃度的增加(jia)，基體(ti)失重(zhong)呈(cheng)線性減少。
②. 脈沖著色(se)膜(mo)的性能優于(yu)直流著色(se)膜(mo)
由圖9-19可見，相(xiang)同(tong)電流(liu)(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)和相(xiang)同(tong)的(de)鉻酐濃度(du)下，脈(mo)沖著(zhu)(zhu)色(se)對(dui)于(yu)基體的(de)減薄要比(bi)直流(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)大。這(zhe)是由于(yu)脈(mo)沖著(zhu)(zhu)色(se)的(de)峰(feng)電流(liu)(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)遠高于(yu)直流(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)平均電流(liu)(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)，而且色(se)膜中鎳、鉻、鈦的(de)氧(yang)化物也比(bi)直流(liu)(liu)(liu)(liu)著(zhu)(zhu)色(se)膜略高。同(tong)時，脈(mo)沖著(zhu)(zhu)色(se)電流(liu)(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)大，使得基體成膜的(de)晶粒(li)細小(xiao)、致密(mi)，脈(mo)沖著(zhu)(zhu)色(se)膜的(de)性能優于(yu)直流(liu)(liu)(liu)(liu)著(zhu)(zhu)色(se)膜。
③. 鉻(ge)酐(gan)適宜加(jia)入量。
考慮到(dao)基體的損耗，六(liu)價(jia)鉻(ge)離子的處理，鉻(ge)酐加入量以50~60g/L為宜。
4. 著色膜(mo)結構、形貌和成(cheng)分(fen)
①. 著色膜結構
X射線衍射結果表明，著色前、后不銹鋼在表面結構上發了很大的變化，形成了鎳、鉻、鈦等的致密氧化膜（Ni2O3、Cr2O3、TiO)圖9-20著色前后不銹鋼的X射線衍射圖所示。
②. 不(bu)銹鋼浴色前、后的表面形貌
采用SM掃描電(dian)鏡以及表面(mian)能譜分(fen)(fen)析不銹鋼著(zhu)色(se)前、后的表面(mian)形貌和(he)成分(fen)(fen)，發現若色(se)后的不銹鋼表面(mian)晶(jing)粒尺寸變小(xiao)。
③. 不銹鋼(gang)著色前后(hou)的表(biao)面(mian)成分。
表9-28為電鏡(jing)掃描(miao)分析的表面成(cheng)分。
由表(biao)(biao)9-28可(ke)見，著色前表(biao)(biao)面成分(fen)中(zhong)幾乎不(bu)含(han)(han)有(you)鈦(tai)，鐵含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)占(zhan)絕對優勢，鎳(nie)、鉻含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)很(hen)少。但(dan)著色后表(biao)(biao)面成分(fen)中(zhong)鐵含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)明顯降(jiang)低，而鎳(nie)、鉻、鈦(tai)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)增加。著色后的(de)不(bu)銹鋼表(biao)(biao)面為(wei)致(zhi)密的(de)鎳(nie)、鉻、鈦(tai)氧化物膜。
5. 不銹鋼著色(se)膜性能測(ce)試
①. 耐蝕性
表(biao)9-29為不銹鋼浸泡(pao)在3.5%(質量分數）氯化鈉(na)溶液(ye)中的浸泡(pao)實驗結果。
由表9-29可(ke)見，著色(se)(se)后的(de)(de)不銹(xiu)鋼較(jiao)未(wei)著色(se)(se)的(de)(de)不銹(xiu)鋼的(de)(de)耐(nai)蝕性強。
②. 電化(hua)學腐蝕(shi)測試。
表(biao)9-30、表(biao)9-31分(fen)別為不(bu)銹鋼在10%(質(zhi)量分(fen)數(shu)）氫氧化(hua)鈉和1mol/L硫酸（相當(dang)于98g/L)中的電(dian)化(hua)學測(ce)結果。
從(cong)表(biao)(biao)9-30、表(biao)(biao)9-31的比較可以看(kan)出(chu)，著色(se)后的不銹鋼(gang)(gang)在酸(suan)、堿(jian)中的耐蝕性與未著色(se)的不銹鋼(gang)(gang)相當，甚至(zhi)更強。
③. 耐(nai)擦拭測試
將著(zhu)色(se)不銹(xiu)鋼(gang)用濾紙(zhi)往復擦拭，觀察(cha)色(se)膜褪去(qu)與擦拭次(ci)數(shu)的關系。結果列于表(biao)9-32.由(you)表(biao)9-32可知，電(dian)(dian)解著(zhu)色(se)的不銹(xiu)鋼(gang)耐磨(mo)性明顯優于化學著(zhu)色(se)的不銹(xiu)鋼(gang)。這是由(you)于電(dian)(dian)解著(zhu)色(se)的不銹(xiu)鋼(gang)成膜更(geng)為致密、附著(zhu)力更(geng)強。
④. 耐高溫(wen)測(ce)試
將著色和(he)未著色不銹(xiu)鋼在(zai)烘箱中400℃下恒(heng)溫2小時，觀(guan)察不銹(xiu)鋼表(biao)面顏色，再在(zai)10%(體積(ji)分數）鹽酸中浸(jin)泡幾秒，并經水沖洗后(hou)觀(guan)察顏色，結果見表(biao)9-33。
由(you)表9-33可見，著色(se)后的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐高(gao)溫性要強于未著色(se)的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。
6. 著色前處理
304不銹鋼→打磨（用0#、2#、4#、6#金相砂紙逐級打磨至鏡(jing)面(mian)光亮）→除油（丙酮和(he)酒精）→活化（10%鹽(yan)酸）→著色。
