不銹鋼電化學著(zhu)彩色酸性溶液成分(fen)和工藝條件(jian)見(jian)表(biao)9-9。配方9 (見(jian)表(biao)9-9)的說明(ming) 。本(ben)配方由中(zhong)南(nan)大學冶金科學與工程學院鄧姝(shu)皓、龔(gong)竹青、柳勇提出。
1. 不銹鋼著色生成亞光銀灰(hui)色外觀(guan)
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(xue)著(zhu)色液組成。
硫酸 100mL/L 、添(tian)加(jia)劑B 90~110mL/L 、添(tian)加(jia)劑A 40~60mL/L
②. 電解著色(se)液主要(yao)組成(cheng)。
硫(liu)酸 100mL/L 、電流(liu)密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻酐 50~60g/L
2. 電流(liu)密(mi)度對著色膜的影響
①. 直流(liu)和(he)脈沖電(dian)(dian)(dian)流(liu)在不銹鋼(gang)成膜(mo)時，電(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)對成膜(mo)厚度(du)和(he)色(se)澤(ze)均有影(ying)響(xiang)。圖9-18為電(dian)(dian)(dian)解電(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)與不銹鋼(gang)失(shi)(shi)重的(de)(de)關(guan)系(xi)。由圖9-18可(ke)(ke)見(jian)，隨著(zhu)(zhu)電(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)的(de)(de)增加(jia)(jia)，不銹鋼(gang)失(shi)(shi)重也在增加(jia)(jia)。電(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)和(he)不銹鋼(gang)失(shi)(shi)重呈一(yi)直線(xian)關(guan)系(xi)。觀(guan)察著(zhu)(zhu)色(se)膜(mo)的(de)(de)顏(yan)(yan)色(se)可(ke)(ke)以(yi)發現，電(dian)(dian)(dian)解電(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)增加(jia)(jia)，膜(mo)層(ceng)(ceng)的(de)(de)顏(yan)(yan)色(se)更(geng)加(jia)(jia)均勻一(yi)致，膜(mo)層(ceng)(ceng)也更(geng)加(jia)(jia)致密(mi)(mi)。可(ke)(ke)見(jian)電(dian)(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度(du)對于(yu)著(zhu)(zhu)色(se)膜(mo)起到(dao)了關(guan)鍵(jian)的(de)(de)作(zuo)用。
②. 脈沖(chong)著(zhu)(zhu)色(se)與直流著(zhu)(zhu)色(se)的(de)效果(guo)。結合(he)SEM(掃描電(dian)(dian)鏡）對著(zhu)(zhu)色(se)膜(mo)分(fen)析，結果(guo)發現，脈沖(chong)著(zhu)(zhu)色(se)膜(mo)比直流著(zhu)(zhu)色(se)膜(mo)更加細(xi)致均勻，晶粒也較細(xi)小。因(yin)此，相同(tong)的(de)電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流密(mi)度(du)下，脈沖(chong)著(zhu)(zhu)色(se)的(de)效果(guo)更好。
③. 氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)膜中鎳、鉻、鈦(tai)等氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)物(wu)含量的分(fen)布。通過實(shi)驗，發(fa)現不銹鋼(gang)中的添加元素在不銹鋼(gang)中呈一濃度梯度，深(shen)層(ceng)(ceng)的添加元素要高于表面(mian)。陽極氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)時，可(ke)以使(shi)表層(ceng)(ceng)逐漸溶解(jie)，電(dian)流(liu)密(mi)度越(yue)大(da)，表層(ceng)(ceng)溶蝕越(yue)多，形成的氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)膜中鎳、鉻、鈦(tai)等氧(yang)(yang)(yang)(yang)化(hua)物(wu)的含量越(yue)高，膜越(yue)致密(mi)。因此，增大(da)電(dian)流(liu)密(mi)度可(ke)提高膜層(ceng)(ceng)性能(neng)，但是，不銹鋼(gang)基體損耗(hao)加大(da)。表面(mian)減薄程度增加，能(neng)耗(hao)增大(da)。實(shi)驗表明(ming)，電(dian)流(liu)密(mi)度在0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻酐濃(nong)度對成膜的影響
①. 鉻(ge)酐濃度與基體失重的關系
圖9-19為電解(jie)著(zhu)(zhu)色(se)(se)時鉻(ge)酐濃度對成膜的影響(xiang)。由圖9-19可見，無論是脈沖著(zhu)(zhu)色(se)(se)或者是直流著(zhu)(zhu)色(se)(se)，鉻(ge)酐濃度越(yue)高，基(ji)體失重越(yue)少。對于脈沖著(zhu)(zhu)色(se)(se)，當(dang)鉻(ge)酐濃度達到70g/L后，鉻(ge)酐濃度繼(ji)續(xu)增加，對基(ji)體失重的變化已經(jing)影響(xiang)不大了。直流著(zhu)(zhu)色(se)(se)隨著(zhu)(zhu)鉻(ge)酐濃度的增加，基(ji)體失重呈線性減(jian)少。
②. 脈沖(chong)著色膜的性能(neng)優于直流著色膜
由(you)圖(tu)9-19可見，相同(tong)電流密(mi)度(du)(du)和相同(tong)的(de)鉻酐濃度(du)(du)下，脈(mo)(mo)沖(chong)著(zhu)色(se)(se)(se)對于基體的(de)減薄要(yao)比直流的(de)大。這是由(you)于脈(mo)(mo)沖(chong)著(zhu)色(se)(se)(se)的(de)峰電流密(mi)度(du)(du)遠高(gao)于直流的(de)平(ping)均電流密(mi)度(du)(du)，而且(qie)色(se)(se)(se)膜(mo)中鎳、鉻、鈦(tai)的(de)氧化物也比直流著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)略(lve)高(gao)。同(tong)時，脈(mo)(mo)沖(chong)著(zhu)色(se)(se)(se)電流密(mi)度(du)(du)大，使得(de)基體成膜(mo)的(de)晶粒(li)細小、致密(mi)，脈(mo)(mo)沖(chong)著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)的(de)性能優于直流著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)。
③. 鉻酐適宜(yi)加入量。
考(kao)慮到基體的損耗(hao)，六價鉻(ge)離子的處理，鉻(ge)酐加入量以50~60g/L為宜(yi)。
4. 著色膜(mo)結構、形貌和成分
①. 著色膜結(jie)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(xiu)鋼浴(yu)色前(qian)、后的表面形貌(mao)
采(cai)用SM掃描電鏡以及(ji)表面(mian)能譜分析不(bu)銹鋼著色前(qian)、后(hou)的表面(mian)形貌和成(cheng)分，發現若色后(hou)的不(bu)銹鋼表面(mian)晶粒尺寸變小。
③. 不(bu)銹(xiu)鋼著(zhu)色前后的表(biao)面成(cheng)分。
表9-28為電(dian)鏡掃(sao)描分析的(de)表面成分。
由表9-28可(ke)見，著(zhu)色(se)前表面成(cheng)分中幾乎(hu)不含(han)有鈦，鐵(tie)(tie)含(han)量占絕對優勢，鎳、鉻(ge)含(han)量很少。但著(zhu)色(se)后(hou)(hou)表面成(cheng)分中鐵(tie)(tie)含(han)量明顯(xian)降低，而鎳、鉻(ge)、鈦含(han)量增(zeng)加。著(zhu)色(se)后(hou)(hou)的不銹鋼表面為致(zhi)密的鎳、鉻(ge)、鈦氧化物膜。
5. 不銹(xiu)鋼著色膜性能(neng)測試
①. 耐蝕性
表9-29為不(bu)銹鋼浸(jin)泡在3.5%(質量分數(shu)）氯化鈉溶液中的浸(jin)泡實驗結果。
由表9-29可見，著色后的不(bu)銹鋼(gang)(gang)較未著色的不(bu)銹鋼(gang)(gang)的耐蝕性強。
②. 電化學腐蝕測試。
表9-30、表9-31分別為不銹鋼在(zai)10%(質量分數）氫氧化鈉和1mol/L硫酸（相當(dang)于98g/L)中的(de)電化學測結果。
從表9-30、表9-31的比較可以看出(chu)，著色后的不(bu)銹(xiu)鋼在酸、堿中(zhong)的耐蝕(shi)性與未著色的不(bu)銹(xiu)鋼相(xiang)當(dang)，甚至更(geng)強(qiang)。
③. 耐擦(ca)拭測試
將著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)不(bu)銹鋼用濾紙往(wang)復(fu)擦(ca)拭，觀察色(se)膜褪去與擦(ca)拭次數的關系(xi)。結果列于表9-32.由表9-32可知，電解著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)的不(bu)銹鋼耐(nai)磨性明顯(xian)優于化學著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)的不(bu)銹鋼。這是由于電解著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)的不(bu)銹鋼成膜更為致密(mi)、附著(zhu)(zhu)(zhu)力更強。
④. 耐(nai)高溫測試(shi)
將著(zhu)(zhu)色和未著(zhu)(zhu)色不(bu)(bu)銹(xiu)鋼在(zai)烘箱中400℃下恒溫2小時，觀(guan)察(cha)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼表面顏色，再在(zai)10%(體積分數(shu)）鹽酸(suan)中浸泡幾秒，并經水沖(chong)洗(xi)后觀(guan)察(cha)顏色，結果見表9-33。
由表9-33可見，著色后的不銹鋼(gang)耐高溫性要強于未著色的不銹鋼(gang)。
6. 著色前處理
304不(bu)銹鋼→打磨（用0#、2#、4#、6#金相砂(sha)紙逐級打磨至鏡面光亮）→除油(you)（丙(bing)酮(tong)和酒(jiu)精）→活化（10%鹽酸(suan)）→著(zhu)色(se)。
