不銹鋼電化學(xue)(xue)著彩色酸性溶液成分(fen)和工藝條件見(jian)表9-9。配方(fang)9 (見(jian)表9-9)的說明(ming) 。本配方(fang)由中南大(da)學(xue)(xue)冶金科學(xue)(xue)與(yu)工程學(xue)(xue)院鄧(deng)姝皓(hao)、龔竹青、柳勇提(ti)出(chu)。
1. 不(bu)銹鋼著色(se)生(sheng)成亞光銀灰(hui)色(se)外觀
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(hua)學著色液(ye)組(zu)成。
硫(liu)酸 100mL/L 、添(tian)加(jia)劑B 90~110mL/L 、添(tian)加(jia)劑A 40~60mL/L
②. 電解著(zhu)色液主要組(zu)成。
硫酸 100mL/L 、電流密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻酐 50~60g/L
2. 電流密度對(dui)著色膜的影(ying)響
①. 直流和(he)脈沖電(dian)(dian)(dian)流在(zai)不(bu)銹鋼(gang)成(cheng)膜(mo)(mo)時，電(dian)(dian)(dian)流密(mi)度(du)對成(cheng)膜(mo)(mo)厚(hou)度(du)和(he)色澤均有影響(xiang)。圖9-18為電(dian)(dian)(dian)解(jie)電(dian)(dian)(dian)流密(mi)度(du)與不(bu)銹鋼(gang)失重的關(guan)系。由圖9-18可(ke)見，隨(sui)著(zhu)電(dian)(dian)(dian)流密(mi)度(du)的增(zeng)加(jia)，不(bu)銹鋼(gang)失重也在(zai)增(zeng)加(jia)。電(dian)(dian)(dian)流密(mi)度(du)和(he)不(bu)銹鋼(gang)失重呈一直線關(guan)系。觀察著(zhu)色膜(mo)(mo)的顏色可(ke)以發現，電(dian)(dian)(dian)解(jie)電(dian)(dian)(dian)流密(mi)度(du)增(zeng)加(jia)，膜(mo)(mo)層(ceng)的顏色更加(jia)均勻(yun)一致，膜(mo)(mo)層(ceng)也更加(jia)致密(mi)。可(ke)見電(dian)(dian)(dian)流密(mi)度(du)對于著(zhu)色膜(mo)(mo)起到了關(guan)鍵的作用。
②. 脈(mo)沖(chong)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)與直流(liu)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)的效果(guo)。結合SEM(掃(sao)描電(dian)鏡）對著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)膜(mo)(mo)分析，結果(guo)發現，脈(mo)沖(chong)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)膜(mo)(mo)比直流(liu)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)膜(mo)(mo)更(geng)加細致均勻，晶粒也較細小。因此，相同的電(dian)解電(dian)流(liu)密度下，脈(mo)沖(chong)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)的效果(guo)更(geng)好(hao)。
③. 氧(yang)化膜中鎳(nie)、鉻、鈦等(deng)氧(yang)化物(wu)含量的(de)分布。通過(guo)實驗(yan)，發現不(bu)銹鋼中的(de)添加(jia)(jia)元(yuan)素(su)在不(bu)銹鋼中呈一濃度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)，深層的(de)添加(jia)(jia)元(yuan)素(su)要高(gao)于表(biao)(biao)面。陽(yang)極氧(yang)化時，可以使(shi)表(biao)(biao)層逐漸溶(rong)解，電流密(mi)度(du)(du)(du)越(yue)(yue)大(da)(da)，表(biao)(biao)層溶(rong)蝕越(yue)(yue)多，形成的(de)氧(yang)化膜中鎳(nie)、鉻、鈦等(deng)氧(yang)化物(wu)的(de)含量越(yue)(yue)高(gao)，膜越(yue)(yue)致密(mi)。因此(ci)，增大(da)(da)電流密(mi)度(du)(du)(du)可提高(gao)膜層性能，但是，不(bu)銹鋼基(ji)體損耗(hao)加(jia)(jia)大(da)(da)。表(biao)(biao)面減(jian)薄(bo)程度(du)(du)(du)增加(jia)(jia)，能耗(hao)增大(da)(da)。實驗(yan)表(biao)(biao)明(ming)，電流密(mi)度(du)(du)(du)在0.2~0.4A/d㎡為(wei)好(hao)。
3. 鉻酐(gan)濃(nong)度對(dui)成膜的影響(xiang)
①. 鉻酐(gan)濃度與(yu)基體失重的關系
圖9-19為電解著(zhu)色(se)(se)時鉻酐(gan)濃度(du)(du)(du)對成膜(mo)的影響(xiang)。由圖9-19可見(jian)，無論(lun)是(shi)脈沖著(zhu)色(se)(se)或者是(shi)直流(liu)著(zhu)色(se)(se)，鉻酐(gan)濃度(du)(du)(du)越高(gao)，基(ji)體(ti)失(shi)重(zhong)越少。對于脈沖著(zhu)色(se)(se)，當鉻酐(gan)濃度(du)(du)(du)達到70g/L后，鉻酐(gan)濃度(du)(du)(du)繼續增加，對基(ji)體(ti)失(shi)重(zhong)的變化已經影響(xiang)不大了(le)。直流(liu)著(zhu)色(se)(se)隨著(zhu)鉻酐(gan)濃度(du)(du)(du)的增加，基(ji)體(ti)失(shi)重(zhong)呈線性減少。
②. 脈沖著色膜(mo)的性能優于直流(liu)著色膜(mo)
由圖9-19可見(jian)，相同電(dian)流密度和相同的(de)鉻(ge)酐濃度下，脈(mo)沖著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)對(dui)于基體的(de)減薄要比直流的(de)大。這(zhe)是由于脈(mo)沖著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)的(de)峰(feng)電(dian)流密度遠高于直流的(de)平均(jun)電(dian)流密度，而且色(se)(se)(se)(se)膜(mo)中鎳、鉻(ge)、鈦的(de)氧(yang)化物也比直流著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜(mo)略高。同時，脈(mo)沖著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)電(dian)流密度大，使得(de)基體成膜(mo)的(de)晶粒細小(xiao)、致密，脈(mo)沖著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜(mo)的(de)性能優于直流著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜(mo)。
③. 鉻酐適宜加(jia)入量(liang)。
考慮到基體(ti)的損耗，六價鉻(ge)離(li)子的處理(li)，鉻(ge)酐加入量以50~60g/L為宜。
4. 著色(se)膜(mo)結構(gou)、形(xing)貌和成(cheng)分
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(xiu)鋼浴色前、后的表面形貌
采用SM掃描電(dian)鏡以及表面能譜分析不(bu)銹(xiu)鋼(gang)著色前(qian)、后(hou)的表面形貌和成分，發(fa)現若色后(hou)的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)表面晶粒尺寸變小。
③. 不銹(xiu)鋼著色前后的表面成分。
表(biao)9-28為(wei)電鏡掃(sao)描分(fen)析(xi)的(de)表(biao)面成分(fen)。
由表(biao)(biao)9-28可(ke)見，著(zhu)色(se)前表(biao)(biao)面成(cheng)(cheng)分中幾乎不(bu)含(han)有鈦(tai)，鐵含(han)量(liang)(liang)占(zhan)絕對優勢，鎳(nie)、鉻含(han)量(liang)(liang)很少。但著(zhu)色(se)后(hou)表(biao)(biao)面成(cheng)(cheng)分中鐵含(han)量(liang)(liang)明顯(xian)降低，而鎳(nie)、鉻、鈦(tai)含(han)量(liang)(liang)增(zeng)加。著(zhu)色(se)后(hou)的(de)不(bu)銹鋼表(biao)(biao)面為致密的(de)鎳(nie)、鉻、鈦(tai)氧化(hua)物膜。
5. 不銹鋼著色膜性能測試
①. 耐蝕性(xing)
表(biao)9-29為不銹鋼(gang)浸(jin)泡(pao)在3.5%(質量分數）氯(lv)化鈉溶液中的浸(jin)泡(pao)實驗結(jie)果。
由(you)表9-29可見，著色后的(de)不銹鋼(gang)(gang)較未著色的(de)不銹鋼(gang)(gang)的(de)耐蝕性(xing)強(qiang)。
②. 電化學腐(fu)蝕測試。
表9-30、表9-31分別為不(bu)銹鋼在(zai)10%(質量分數）氫氧化鈉和(he)1mol/L硫酸(suan)（相當于(yu)98g/L)中的(de)電化學測結果。
從表9-30、表9-31的比(bi)較(jiao)可以(yi)看出，著色(se)后的不(bu)銹鋼在(zai)酸、堿中的耐蝕(shi)性與未著色(se)的不(bu)銹鋼相當，甚至(zhi)更強(qiang)。
③. 耐擦(ca)拭(shi)測試
將著色不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)用濾紙往(wang)復擦拭，觀察色膜褪去與擦拭次數的關(guan)系(xi)。結(jie)果列于表(biao)9-32.由表(biao)9-32可知，電解著色的不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐磨(mo)性明顯優于化(hua)學著色的不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)。這是(shi)由于電解著色的不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)成膜更為(wei)致密、附著力更強。
④. 耐高(gao)溫測試
將著色(se)(se)和未著色(se)(se)不(bu)銹鋼(gang)在烘箱中400℃下恒溫(wen)2小(xiao)時，觀察不(bu)銹鋼(gang)表面顏色(se)(se)，再在10%(體積(ji)分數）鹽酸(suan)中浸(jin)泡幾秒，并經水沖洗后觀察顏色(se)(se)，結(jie)果見表9-33。
由表9-33可見(jian)，著色后的不銹鋼耐高溫性要強(qiang)于未著色的不銹鋼。
6. 著色前處理
304不銹鋼→打磨（用0#、2#、4#、6#金相砂紙逐(zhu)級打磨至(zhi)鏡面(mian)光亮(liang)）→除油(you)（丙酮和酒(jiu)精）→活化（10%鹽(yan)酸）→著色。
