不(bu)銹鋼電化學(xue)著彩色酸性溶液(ye)成分和工藝(yi)條件見(jian)表(biao)9-9。配方9 (見(jian)表(biao)9-9)的說明 。本配方由中(zhong)南大(da)學(xue)冶金(jin)科(ke)學(xue)與工程學(xue)院鄧姝皓、龔(gong)竹(zhu)青、柳勇提出。
1. 不銹(xiu)鋼著色生(sheng)成亞(ya)光銀(yin)灰(hui)色外觀
采用化學浸漬法或電解著色法均可將304不銹鋼(gang)著色生成亞光銀灰色外觀。
①. 化學著色液(ye)組成。
硫(liu)酸 100mL/L 、添加劑(ji)B 90~110mL/L 、添加劑(ji)A 40~60mL/L
②. 電(dian)解著色液主要組成。
硫(liu)酸 100mL/L 、電流密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻(ge)酐 50~60g/L
2. 電流密(mi)度對著色(se)膜的影響
①. 直流(liu)(liu)和脈(mo)沖電(dian)(dian)流(liu)(liu)在不(bu)銹(xiu)鋼成膜(mo)(mo)時，電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)對成膜(mo)(mo)厚度(du)(du)(du)和色(se)澤均有影響。圖9-18為電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)與不(bu)銹(xiu)鋼失(shi)重的(de)關(guan)系(xi)。由圖9-18可(ke)(ke)見，隨著(zhu)電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)的(de)增加(jia)(jia)，不(bu)銹(xiu)鋼失(shi)重也在增加(jia)(jia)。電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)和不(bu)銹(xiu)鋼失(shi)重呈一直線關(guan)系(xi)。觀察著(zhu)色(se)膜(mo)(mo)的(de)顏色(se)可(ke)(ke)以發現，電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)增加(jia)(jia)，膜(mo)(mo)層的(de)顏色(se)更加(jia)(jia)均勻一致(zhi)，膜(mo)(mo)層也更加(jia)(jia)致(zhi)密(mi)(mi)(mi)。可(ke)(ke)見電(dian)(dian)流(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)度(du)(du)(du)對于著(zhu)色(se)膜(mo)(mo)起到(dao)了關(guan)鍵的(de)作用。
②. 脈(mo)沖著(zhu)色(se)與(yu)直流(liu)著(zhu)色(se)的效(xiao)果。結(jie)合SEM(掃描(miao)電(dian)(dian)鏡）對著(zhu)色(se)膜(mo)分析，結(jie)果發現，脈(mo)沖著(zhu)色(se)膜(mo)比直流(liu)著(zhu)色(se)膜(mo)更(geng)加細致均勻，晶粒也較(jiao)細小。因此，相同(tong)的電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流(liu)密度下(xia)，脈(mo)沖著(zhu)色(se)的效(xiao)果更(geng)好。
③. 氧(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)中(zhong)(zhong)鎳、鉻、鈦(tai)等(deng)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)含(han)量的(de)分布。通過實驗，發現不銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)的(de)添加元素(su)在(zai)不銹(xiu)鋼中(zhong)(zhong)呈一濃度(du)(du)梯度(du)(du)，深(shen)層的(de)添加元素(su)要高(gao)于(yu)表(biao)(biao)面(mian)。陽極氧(yang)化(hua)(hua)(hua)時，可以使表(biao)(biao)層逐漸溶解，電流密(mi)度(du)(du)越(yue)大(da)，表(biao)(biao)層溶蝕越(yue)多(duo)，形成的(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)中(zhong)(zhong)鎳、鉻、鈦(tai)等(deng)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)物(wu)的(de)含(han)量越(yue)高(gao)，膜(mo)越(yue)致密(mi)。因此(ci)，增(zeng)大(da)電流密(mi)度(du)(du)可提高(gao)膜(mo)層性能，但是，不銹(xiu)鋼基(ji)體損耗(hao)(hao)加大(da)。表(biao)(biao)面(mian)減薄程度(du)(du)增(zeng)加，能耗(hao)(hao)增(zeng)大(da)。實驗表(biao)(biao)明，電流密(mi)度(du)(du)在(zai)0.2~0.4A/d㎡為好(hao)。
3. 鉻酐濃度對成膜的影(ying)響
①. 鉻酐濃度與基(ji)體失重的關(guan)系
圖9-19為(wei)電解著(zhu)(zhu)色(se)時鉻酐(gan)濃度對(dui)成膜的(de)(de)影響(xiang)。由(you)圖9-19可見，無論是脈沖(chong)著(zhu)(zhu)色(se)或者是直流著(zhu)(zhu)色(se)，鉻酐(gan)濃度越(yue)高(gao)，基(ji)體(ti)失(shi)重越(yue)少。對(dui)于(yu)脈沖(chong)著(zhu)(zhu)色(se)，當鉻酐(gan)濃度達到70g/L后，鉻酐(gan)濃度繼續(xu)增加，對(dui)基(ji)體(ti)失(shi)重的(de)(de)變化已(yi)經影響(xiang)不大了。直流著(zhu)(zhu)色(se)隨著(zhu)(zhu)鉻酐(gan)濃度的(de)(de)增加，基(ji)體(ti)失(shi)重呈線性減少。
②. 脈沖著色(se)膜的性能優于直(zhi)流(liu)著色(se)膜
由(you)圖(tu)9-19可見，相同(tong)電(dian)流(liu)密度和(he)相同(tong)的(de)(de)鉻(ge)酐濃度下，脈(mo)(mo)沖著(zhu)色(se)(se)對(dui)于基體(ti)的(de)(de)減薄要比直(zhi)流(liu)的(de)(de)大(da)。這(zhe)是由(you)于脈(mo)(mo)沖著(zhu)色(se)(se)的(de)(de)峰電(dian)流(liu)密度遠高(gao)于直(zhi)流(liu)的(de)(de)平均電(dian)流(liu)密度，而且色(se)(se)膜(mo)中鎳、鉻(ge)、鈦的(de)(de)氧化物也比直(zhi)流(liu)著(zhu)色(se)(se)膜(mo)略高(gao)。同(tong)時，脈(mo)(mo)沖著(zhu)色(se)(se)電(dian)流(liu)密度大(da)，使得基體(ti)成(cheng)膜(mo)的(de)(de)晶粒(li)細(xi)小(xiao)、致密，脈(mo)(mo)沖著(zhu)色(se)(se)膜(mo)的(de)(de)性能優(you)于直(zhi)流(liu)著(zhu)色(se)(se)膜(mo)。
③. 鉻酐適(shi)宜加入(ru)量。
考(kao)慮到基體(ti)的(de)損耗，六(liu)價鉻(ge)(ge)離子的(de)處(chu)理，鉻(ge)(ge)酐加入(ru)量以50~60g/L為宜。
4. 著色膜(mo)結構、形(xing)貌和成分
①. 著色膜(mo)結構(gou)
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. 不銹鋼浴色前(qian)、后的表面形(xing)貌
采(cai)用SM掃(sao)描電鏡以及表面(mian)能譜分(fen)(fen)析不(bu)銹鋼(gang)(gang)著色前、后(hou)的(de)表面(mian)形(xing)貌(mao)和成分(fen)(fen)，發現若色后(hou)的(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)表面(mian)晶粒尺寸(cun)變小。
③. 不銹鋼著色前后(hou)的表面成分。
表9-28為電(dian)鏡(jing)掃描分析的表面成分。
由(you)表(biao)9-28可(ke)見(jian)，著色前表(biao)面成分(fen)(fen)中幾乎不含(han)(han)有(you)鈦，鐵(tie)含(han)(han)量(liang)占絕對優(you)勢(shi)，鎳、鉻含(han)(han)量(liang)很少。但著色后(hou)表(biao)面成分(fen)(fen)中鐵(tie)含(han)(han)量(liang)明顯降低，而鎳、鉻、鈦含(han)(han)量(liang)增加。著色后(hou)的(de)不銹鋼表(biao)面為(wei)致密的(de)鎳、鉻、鈦氧化物膜(mo)。
5. 不(bu)銹(xiu)鋼著色膜性能測試(shi)
①. 耐蝕性
表9-29為不銹鋼浸泡在3.5%(質量(liang)分數）氯化鈉溶液中的浸泡實(shi)驗結果。
由(you)表9-29可見，著色后(hou)的(de)不銹鋼較未著色的(de)不銹鋼的(de)耐蝕性強。
②. 電化(hua)學腐蝕(shi)測試。
表(biao)9-30、表(biao)9-31分別為不(bu)銹鋼(gang)在10%(質量分數(shu)）氫氧化鈉和(he)1mol/L硫酸（相當(dang)于98g/L)中的電(dian)化學測結果。
從表9-30、表9-31的(de)比較可以看(kan)出，著色后(hou)的(de)不銹鋼(gang)在酸、堿(jian)中的(de)耐(nai)蝕性與(yu)未著色的(de)不銹鋼(gang)相當(dang)，甚至更強。
③. 耐擦(ca)拭測試
將(jiang)著色(se)不(bu)銹(xiu)鋼用濾紙往復擦拭，觀察色(se)膜(mo)(mo)褪去(qu)與擦拭次(ci)數(shu)的(de)關系。結果列于表9-32.由表9-32可知，電解著色(se)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼耐(nai)磨(mo)性明(ming)顯優(you)于化學(xue)著色(se)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼。這是由于電解著色(se)的(de)不(bu)銹(xiu)鋼成膜(mo)(mo)更(geng)為(wei)致(zhi)密(mi)、附著力更(geng)強。
④. 耐高溫測試
將著(zhu)色和(he)未著(zhu)色不銹鋼(gang)在(zai)烘箱中400℃下恒(heng)溫2小時(shi)，觀(guan)察(cha)不銹鋼(gang)表面顏(yan)色，再在(zai)10%(體(ti)積分數）鹽酸中浸(jin)泡幾秒，并經水沖(chong)洗后觀(guan)察(cha)顏(yan)色，結果見(jian)表9-33。
由表9-33可見，著(zhu)色后的(de)不(bu)銹鋼耐高溫性要(yao)強于未著(zhu)色的(de)不(bu)銹鋼。
6. 著色前處(chu)理
304不(bu)銹(xiu)鋼→打(da)磨（用(yong)0#、2#、4#、6#金相砂紙逐級打(da)磨至鏡(jing)面光亮）→除油（丙酮和酒(jiu)精）→活化（10%鹽(yan)酸）→著色。
