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。


表 9.jpg



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。


圖 18.jpg


  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。


圖 19.jpg


 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。


圖 20.jpg


  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。


表 28.jpg


  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。


表 29.jpg


    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。


表 32.jpg


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。


表 33.jpg


  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)。