不銹鋼電化(hua)學著彩色酸性溶液成分和(he)工藝條件見表9-9。配方9 (見表9-9)的說(shuo)明 。本配方由中南大學冶金科學與工程學院(yuan)鄧姝皓、龔竹青、柳勇提出。
1. 不銹鋼(gang)著色生成亞光(guang)銀灰色外觀
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. 化學著(zhu)色液組成。
硫酸 100mL/L 、添(tian)加劑(ji)B 90~110mL/L 、添(tian)加劑(ji)A 40~60mL/L
②. 電(dian)解著色液主要組成。
硫酸 100mL/L 、電(dian)流密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻酐(gan) 50~60g/L
2. 電流密度(du)對著色膜的影響
①. 直流(liu)和(he)脈沖(chong)電(dian)(dian)流(liu)在不銹鋼成膜(mo)時，電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)對成膜(mo)厚度(du)(du)和(he)色澤均有影響。圖(tu)9-18為電(dian)(dian)解(jie)(jie)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)與不銹鋼失重(zhong)(zhong)的關(guan)系。由圖(tu)9-18可見，隨著(zhu)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)的增加，不銹鋼失重(zhong)(zhong)也在增加。電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)和(he)不銹鋼失重(zhong)(zhong)呈一(yi)直線關(guan)系。觀(guan)察(cha)著(zhu)色膜(mo)的顏色可以發現(xian)，電(dian)(dian)解(jie)(jie)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)增加，膜(mo)層的顏色更加均勻一(yi)致，膜(mo)層也更加致密(mi)。可見電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)對于著(zhu)色膜(mo)起到了關(guan)鍵的作用。
②. 脈(mo)(mo)沖著色(se)與直(zhi)(zhi)流著色(se)的(de)效果。結(jie)合SEM(掃(sao)描電鏡）對著色(se)膜分析，結(jie)果發現，脈(mo)(mo)沖著色(se)膜比(bi)直(zhi)(zhi)流著色(se)膜更(geng)加細致均勻，晶粒也較細小。因此，相同的(de)電解(jie)電流密度下(xia)，脈(mo)(mo)沖著色(se)的(de)效果更(geng)好。
③. 氧(yang)(yang)化(hua)膜中鎳、鉻、鈦等(deng)氧(yang)(yang)化(hua)物含量(liang)的分(fen)布。通過實(shi)驗，發現不銹鋼(gang)中的添(tian)(tian)加元素在不銹鋼(gang)中呈(cheng)一濃度(du)(du)梯度(du)(du)，深層的添(tian)(tian)加元素要高于表面(mian)。陽極氧(yang)(yang)化(hua)時，可以使表層逐漸溶(rong)解，電流密度(du)(du)越(yue)大(da)，表層溶(rong)蝕(shi)越(yue)多，形成的氧(yang)(yang)化(hua)膜中鎳、鉻、鈦等(deng)氧(yang)(yang)化(hua)物的含量(liang)越(yue)高，膜越(yue)致密。因(yin)此，增(zeng)大(da)電流密度(du)(du)可提高膜層性能(neng)，但(dan)是，不銹鋼(gang)基體(ti)損耗(hao)加大(da)。表面(mian)減薄程度(du)(du)增(zeng)加，能(neng)耗(hao)增(zeng)大(da)。實(shi)驗表明，電流密度(du)(du)在0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻酐濃度對成膜(mo)的(de)影響
①. 鉻酐(gan)濃度與基體失(shi)重(zhong)的關系(xi)
圖(tu)9-19為電(dian)解著色時鉻(ge)酐濃(nong)度(du)對成膜的影(ying)(ying)響(xiang)。由圖(tu)9-19可見，無論是(shi)脈沖(chong)著色或(huo)者是(shi)直流著色，鉻(ge)酐濃(nong)度(du)越高，基體(ti)失重越少(shao)。對于脈沖(chong)著色，當鉻(ge)酐濃(nong)度(du)達到70g/L后(hou)，鉻(ge)酐濃(nong)度(du)繼(ji)續(xu)增加(jia)，對基體(ti)失重的變(bian)化已經(jing)影(ying)(ying)響(xiang)不大(da)了。直流著色隨著鉻(ge)酐濃(nong)度(du)的增加(jia)，基體(ti)失重呈線性減少(shao)。
②. 脈沖著色膜的性能優于直流著色膜
由圖9-19可見，相同電流(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)和相同的(de)鉻酐(gan)濃度(du)下，脈沖著(zhu)色(se)(se)對于(yu)基體的(de)減薄(bo)要比直流(liu)(liu)(liu)的(de)大(da)。這是由于(yu)脈沖著(zhu)色(se)(se)的(de)峰電流(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)遠(yuan)高于(yu)直流(liu)(liu)(liu)的(de)平均電流(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)，而且色(se)(se)膜(mo)中鎳、鉻、鈦的(de)氧(yang)化物(wu)也(ye)比直流(liu)(liu)(liu)著(zhu)色(se)(se)膜(mo)略高。同時(shi)，脈沖著(zhu)色(se)(se)電流(liu)(liu)(liu)密(mi)度(du)大(da)，使(shi)得基體成(cheng)膜(mo)的(de)晶粒(li)細小、致密(mi)，脈沖著(zhu)色(se)(se)膜(mo)的(de)性能(neng)優(you)于(yu)直流(liu)(liu)(liu)著(zhu)色(se)(se)膜(mo)。
③. 鉻(ge)酐適宜加入量。
考慮(lv)到基體的損耗，六價鉻離子(zi)的處理，鉻酐(gan)加入量(liang)以50~60g/L為(wei)宜。
4. 著色(se)膜結構(gou)、形貌和成分
①. 著色膜(mo)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. 不銹鋼浴色(se)前(qian)、后的表面形(xing)貌
采用SM掃描電鏡(jing)以及表(biao)面(mian)能譜分析(xi)不銹鋼著(zhu)色(se)(se)前、后的表(biao)面(mian)形貌和成分，發現若色(se)(se)后的不銹鋼表(biao)面(mian)晶粒(li)尺寸變(bian)小(xiao)。
③. 不銹(xiu)鋼(gang)著色前后的表面(mian)成分。
表9-28為電(dian)鏡掃描分析的表面(mian)成分。
由表(biao)9-28可見，著色前表(biao)面成分(fen)中幾乎不(bu)含有鈦，鐵含量(liang)占絕(jue)對(dui)優(you)勢，鎳、鉻(ge)含量(liang)很少。但著色后表(biao)面成分(fen)中鐵含量(liang)明顯降(jiang)低(di)，而鎳、鉻(ge)、鈦含量(liang)增加(jia)。著色后的不(bu)銹鋼表(biao)面為(wei)致密的鎳、鉻(ge)、鈦氧化物膜。
5. 不銹鋼著色膜性(xing)能測試
①. 耐蝕性
表9-29為不(bu)銹鋼浸泡在3.5%(質量分(fen)數）氯(lv)化(hua)鈉(na)溶液中的浸泡實驗結果(guo)。
由表9-29可(ke)見(jian)，著色(se)(se)后的(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)較未著色(se)(se)的(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)耐蝕性強(qiang)。
②. 電化(hua)學腐(fu)蝕(shi)測試。
表(biao)9-30、表(biao)9-31分(fen)別為不銹鋼在10%(質量分(fen)數）氫(qing)氧化(hua)鈉和1mol/L硫(liu)酸（相當于98g/L)中的電化(hua)學(xue)測結果。
從表9-30、表9-31的比較可以看出，著色后(hou)的不(bu)(bu)銹鋼(gang)在酸、堿(jian)中的耐蝕性(xing)與未著色的不(bu)(bu)銹鋼(gang)相(xiang)當，甚至更強。
③. 耐擦拭(shi)測試
將著(zhu)色不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)用濾紙(zhi)往(wang)復擦拭，觀察色膜(mo)(mo)褪去與擦拭次數的(de)關系。結果列于表9-32.由(you)表9-32可知，電解(jie)著(zhu)色的(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)耐磨性明顯優(you)于化學著(zhu)色的(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)。這是由(you)于電解(jie)著(zhu)色的(de)不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)成膜(mo)(mo)更為致密、附(fu)著(zhu)力(li)更強。
④. 耐(nai)高(gao)溫測試(shi)
將著色(se)和未著色(se)不銹(xiu)鋼在(zai)烘箱中400℃下恒溫2小時，觀察不銹(xiu)鋼表面顏色(se)，再在(zai)10%(體積分數）鹽酸中浸泡幾秒，并經水沖洗(xi)后觀察顏色(se)，結果見表9-33。
由(you)表9-33可見，著(zhu)色后(hou)的不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)耐(nai)高溫性要強(qiang)于(yu)未著(zhu)色的不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)。
6. 著(zhu)色前處理(li)
304不銹鋼(gang)→打(da)磨（用0#、2#、4#、6#金相砂(sha)紙(zhi)逐級打(da)磨至鏡(jing)面光(guang)亮(liang)）→除油（丙(bing)酮和酒精）→活化（10%鹽酸）→著(zhu)色。
