不銹鋼(gang)電化學(xue)著彩(cai)色酸性溶(rong)液成分和工(gong)藝條件見表9-9。配方9 (見表9-9)的說明 。本配方由中南大學(xue)冶(ye)金科學(xue)與工(gong)程學(xue)院鄧姝(shu)皓、龔竹青、柳勇提出(chu)。
1. 不銹鋼(gang)著色(se)生成(cheng)亞光(guang)銀(yin)灰色(se)外觀
采用化學浸漬法或電解著色法均可將304不(bu)銹(xiu)鋼著色生成亞光銀灰色外觀。
①. 化學著(zhu)色液組成。
硫酸(suan) 100mL/L 、添(tian)(tian)加劑(ji)(ji)B 90~110mL/L 、添(tian)(tian)加劑(ji)(ji)A 40~60mL/L
②. 電解著色液主要組成。
硫酸 100mL/L 、電流密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻(ge)酐 50~60g/L
2. 電流密度對(dui)著色膜的影響(xiang)
①. 直流和脈沖(chong)電(dian)流在不銹鋼(gang)成膜(mo)時，電(dian)流密(mi)(mi)度(du)對(dui)成膜(mo)厚(hou)度(du)和色(se)澤均有影響(xiang)。圖9-18為電(dian)解電(dian)流密(mi)(mi)度(du)與不銹鋼(gang)失(shi)重的(de)(de)關系。由圖9-18可見，隨(sui)著(zhu)(zhu)電(dian)流密(mi)(mi)度(du)的(de)(de)增(zeng)加(jia)(jia)，不銹鋼(gang)失(shi)重也在增(zeng)加(jia)(jia)。電(dian)流密(mi)(mi)度(du)和不銹鋼(gang)失(shi)重呈一直線關系。觀察著(zhu)(zhu)色(se)膜(mo)的(de)(de)顏(yan)色(se)可以發現(xian)，電(dian)解電(dian)流密(mi)(mi)度(du)增(zeng)加(jia)(jia)，膜(mo)層的(de)(de)顏(yan)色(se)更(geng)加(jia)(jia)均勻一致，膜(mo)層也更(geng)加(jia)(jia)致密(mi)(mi)。可見電(dian)流密(mi)(mi)度(du)對(dui)于著(zhu)(zhu)色(se)膜(mo)起到了關鍵(jian)的(de)(de)作用。
②. 脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)與直(zhi)流(liu)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)的效果(guo)。結合SEM(掃描電(dian)鏡）對著(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜分析，結果(guo)發現，脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜比直(zhi)流(liu)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜更加(jia)細致均勻，晶粒也較細小。因此，相同的電(dian)解(jie)電(dian)流(liu)密度下，脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)的效果(guo)更好。
③. 氧(yang)化膜(mo)中(zhong)鎳、鉻、鈦等氧(yang)化物含量的(de)(de)分(fen)布。通過(guo)實驗，發現(xian)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)添加(jia)(jia)元(yuan)素(su)(su)在不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)呈一濃度(du)(du)梯度(du)(du)，深層(ceng)的(de)(de)添加(jia)(jia)元(yuan)素(su)(su)要高于表(biao)面(mian)。陽(yang)極氧(yang)化時，可以使表(biao)層(ceng)逐漸溶解，電(dian)流密(mi)(mi)度(du)(du)越(yue)大，表(biao)層(ceng)溶蝕越(yue)多(duo)，形成(cheng)的(de)(de)氧(yang)化膜(mo)中(zhong)鎳、鉻、鈦等氧(yang)化物的(de)(de)含量越(yue)高，膜(mo)越(yue)致密(mi)(mi)。因此，增(zeng)大電(dian)流密(mi)(mi)度(du)(du)可提高膜(mo)層(ceng)性(xing)能，但是，不(bu)銹鋼(gang)基體損(sun)耗(hao)加(jia)(jia)大。表(biao)面(mian)減薄程度(du)(du)增(zeng)加(jia)(jia)，能耗(hao)增(zeng)大。實驗表(biao)明，電(dian)流密(mi)(mi)度(du)(du)在0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻酐濃度對成膜的影響
①. 鉻酐濃(nong)度與基體(ti)失重的(de)關系
圖(tu)(tu)9-19為電解著色(se)時(shi)鉻(ge)酐濃(nong)度(du)對成(cheng)膜的(de)影響(xiang)。由圖(tu)(tu)9-19可見，無論是脈沖(chong)著色(se)或者是直(zhi)流著色(se)，鉻(ge)酐濃(nong)度(du)越高，基體失重(zhong)越少。對于脈沖(chong)著色(se)，當鉻(ge)酐濃(nong)度(du)達到70g/L后，鉻(ge)酐濃(nong)度(du)繼續增加，對基體失重(zhong)的(de)變化已經影響(xiang)不大了。直(zhi)流著色(se)隨著鉻(ge)酐濃(nong)度(du)的(de)增加，基體失重(zhong)呈線性(xing)減少。
②. 脈沖著色(se)膜的(de)性能優于直流著色(se)膜
由圖9-19可見(jian)，相(xiang)(xiang)同(tong)(tong)電(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)和相(xiang)(xiang)同(tong)(tong)的(de)(de)鉻酐濃度(du)下，脈(mo)沖著(zhu)色(se)對(dui)于(yu)(yu)基(ji)體(ti)的(de)(de)減薄要比直流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)大。這是由于(yu)(yu)脈(mo)沖著(zhu)色(se)的(de)(de)峰(feng)電(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)遠高(gao)于(yu)(yu)直流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)平均電(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)，而且色(se)膜(mo)中鎳、鉻、鈦的(de)(de)氧化物(wu)也比直流(liu)(liu)(liu)著(zhu)色(se)膜(mo)略高(gao)。同(tong)(tong)時，脈(mo)沖著(zhu)色(se)電(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)大，使得基(ji)體(ti)成膜(mo)的(de)(de)晶(jing)粒細(xi)小(xiao)、致密(mi)，脈(mo)沖著(zhu)色(se)膜(mo)的(de)(de)性(xing)能優(you)于(yu)(yu)直流(liu)(liu)(liu)著(zhu)色(se)膜(mo)。
③. 鉻酐適宜加入量(liang)。
考(kao)慮到基體的(de)損耗，六價(jia)鉻離子的(de)處理(li)，鉻酐加入量以50~60g/L為宜(yi)。
4. 著色(se)膜結構、形貌和成分(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. 不銹鋼浴(yu)色前、后的表(biao)面(mian)形貌
采(cai)用SM掃描電鏡(jing)以及表(biao)(biao)面能譜分析不(bu)銹鋼著色(se)前、后的表(biao)(biao)面形貌和成分，發現若色(se)后的不(bu)銹鋼表(biao)(biao)面晶粒尺寸變小。
③. 不銹鋼著色前后的表面成分。
表9-28為電(dian)鏡掃描(miao)分析的表面成分。
由表(biao)(biao)9-28可見，著色(se)前表(biao)(biao)面成分中幾乎不含(han)有鈦，鐵(tie)含(han)量(liang)占絕對優勢，鎳、鉻(ge)含(han)量(liang)很(hen)少。但著色(se)后表(biao)(biao)面成分中鐵(tie)含(han)量(liang)明顯降(jiang)低(di)，而鎳、鉻(ge)、鈦含(han)量(liang)增加。著色(se)后的不銹鋼表(biao)(biao)面為致(zhi)密的鎳、鉻(ge)、鈦氧化物膜。
5. 不銹鋼著色膜性能測試
①. 耐蝕性
表(biao)9-29為不(bu)銹鋼(gang)浸(jin)泡(pao)(pao)在3.5%(質量分數）氯化鈉溶液中的(de)浸(jin)泡(pao)(pao)實驗結(jie)果。
由表9-29可見，著色后(hou)的(de)不(bu)銹鋼較未著色的(de)不(bu)銹鋼的(de)耐(nai)蝕性強。
②. 電化學腐蝕測試。
表(biao)9-30、表(biao)9-31分別為(wei)不銹(xiu)鋼在10%(質量分數）氫氧(yang)化鈉(na)和1mol/L硫(liu)酸（相當于98g/L)中的(de)電化學測結(jie)果(guo)。
從表(biao)9-30、表(biao)9-31的(de)比較可以看(kan)出，著色后的(de)不(bu)銹鋼在酸(suan)、堿中的(de)耐蝕性與未著色的(de)不(bu)銹鋼相當，甚至更強。
③. 耐擦拭測試
將(jiang)著(zhu)色(se)不銹鋼(gang)用濾紙往復擦拭，觀察色(se)膜褪去與擦拭次(ci)數的(de)關系。結(jie)果(guo)列于表9-32.由表9-32可(ke)知，電解著(zhu)色(se)的(de)不銹鋼(gang)耐磨(mo)性(xing)明顯優于化學(xue)著(zhu)色(se)的(de)不銹鋼(gang)。這是由于電解著(zhu)色(se)的(de)不銹鋼(gang)成膜更(geng)為(wei)致密(mi)、附著(zhu)力更(geng)強。
④. 耐高(gao)溫測試
將著色(se)和未著色(se)不(bu)銹鋼在(zai)烘箱中400℃下恒(heng)溫(wen)2小時，觀(guan)察不(bu)銹鋼表面顏(yan)色(se)，再在(zai)10%(體積分(fen)數）鹽酸中浸泡幾(ji)秒，并(bing)經水(shui)沖洗后觀(guan)察顏(yan)色(se)，結果見表9-33。
由表9-33可見，著(zhu)色后的不(bu)銹(xiu)鋼耐高溫(wen)性要強于未著(zhu)色的不(bu)銹(xiu)鋼。
6. 著色(se)前處理
304不銹(xiu)鋼→打磨（用0#、2#、4#、6#金相(xiang)砂紙逐級打磨至鏡面光亮）→除油（丙酮和酒(jiu)精）→活化（10%鹽酸(suan)）→著色。
