不銹鋼電化(hua)學(xue)著彩(cai)色酸性溶液成(cheng)分和工藝(yi)條件見表9-9。配(pei)方9 (見表9-9)的(de)說(shuo)明(ming) 。本配(pei)方由(you)中南大學(xue)冶金科(ke)學(xue)與工程學(xue)院(yuan)鄧姝(shu)皓、龔竹青(qing)、柳勇提出。
1. 不(bu)銹鋼著(zhu)色生成亞(ya)光銀(yin)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. 化學著(zhu)色液組(zu)成。
硫酸(suan) 100mL/L 、添(tian)加劑B 90~110mL/L 、添(tian)加劑A 40~60mL/L
②. 電解著(zhu)色液主要組成。
硫(liu)酸 100mL/L 、電流(liu)密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻酐 50~60g/L
2. 電流密(mi)度對著色膜的(de)影響
①. 直(zhi)流(liu)(liu)和脈(mo)沖電(dian)(dian)流(liu)(liu)在(zai)不(bu)(bu)銹鋼(gang)成膜(mo)時，電(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)(du)對(dui)成膜(mo)厚(hou)度(du)(du)和色(se)澤均有影響。圖(tu)9-18為電(dian)(dian)解(jie)電(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)(du)與不(bu)(bu)銹鋼(gang)失重的(de)關系。由圖(tu)9-18可(ke)(ke)見，隨著電(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)(du)的(de)增(zeng)加(jia)，不(bu)(bu)銹鋼(gang)失重也(ye)(ye)在(zai)增(zeng)加(jia)。電(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)(du)和不(bu)(bu)銹鋼(gang)失重呈一直(zhi)線關系。觀(guan)察著色(se)膜(mo)的(de)顏色(se)可(ke)(ke)以(yi)發現，電(dian)(dian)解(jie)電(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)(du)增(zeng)加(jia)，膜(mo)層(ceng)的(de)顏色(se)更加(jia)均勻一致(zhi)，膜(mo)層(ceng)也(ye)(ye)更加(jia)致(zhi)密。可(ke)(ke)見電(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)(du)對(dui)于著色(se)膜(mo)起到了(le)關鍵的(de)作用。
②. 脈(mo)(mo)沖著(zhu)色(se)與直流(liu)著(zhu)色(se)的(de)效果(guo)。結合(he)SEM(掃描電鏡）對著(zhu)色(se)膜(mo)分(fen)析，結果(guo)發現(xian)，脈(mo)(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，晶粒也較細小。因(yin)此(ci)，相同的(de)電解電流(liu)密度下，脈(mo)(mo)沖著(zhu)色(se)的(de)效果(guo)更(geng)好。
③. 氧化(hua)膜(mo)中(zhong)鎳、鉻(ge)(ge)、鈦(tai)(tai)等氧化(hua)物含量的(de)分布。通(tong)過實驗，發現不銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)添(tian)加元素在(zai)不銹(xiu)鋼中(zhong)呈一濃度(du)梯度(du)，深(shen)層(ceng)的(de)添(tian)加元素要高(gao)于表(biao)面(mian)。陽極氧化(hua)時，可以使表(biao)層(ceng)逐(zhu)漸(jian)溶解，電流(liu)密度(du)越(yue)大(da)(da)，表(biao)層(ceng)溶蝕越(yue)多，形(xing)成(cheng)的(de)氧化(hua)膜(mo)中(zhong)鎳、鉻(ge)(ge)、鈦(tai)(tai)等氧化(hua)物的(de)含量越(yue)高(gao)，膜(mo)越(yue)致密。因此，增(zeng)(zeng)大(da)(da)電流(liu)密度(du)可提高(gao)膜(mo)層(ceng)性能(neng)，但是(shi)，不銹(xiu)鋼基體(ti)損耗(hao)加大(da)(da)。表(biao)面(mian)減薄程度(du)增(zeng)(zeng)加，能(neng)耗(hao)增(zeng)(zeng)大(da)(da)。實驗表(biao)明，電流(liu)密度(du)在(zai)0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻酐濃度對成膜的影響
①. 鉻酐濃度與基體失重的關系
圖(tu)(tu)9-19為電解著(zhu)(zhu)(zhu)色時鉻(ge)酐濃(nong)度(du)對(dui)(dui)成膜的影(ying)響。由(you)圖(tu)(tu)9-19可(ke)見，無論是脈(mo)沖著(zhu)(zhu)(zhu)色或者是直流著(zhu)(zhu)(zhu)色，鉻(ge)酐濃(nong)度(du)越高，基體(ti)(ti)失(shi)(shi)重越少(shao)。對(dui)(dui)于脈(mo)沖著(zhu)(zhu)(zhu)色，當鉻(ge)酐濃(nong)度(du)達到70g/L后，鉻(ge)酐濃(nong)度(du)繼續增加(jia)，對(dui)(dui)基體(ti)(ti)失(shi)(shi)重的變化已經影(ying)響不大了(le)。直流著(zhu)(zhu)(zhu)色隨著(zhu)(zhu)(zhu)鉻(ge)酐濃(nong)度(du)的增加(jia)，基體(ti)(ti)失(shi)(shi)重呈線性減少(shao)。
②. 脈沖著色(se)膜(mo)的性能優(you)于直流著色(se)膜(mo)
由(you)圖9-19可見，相同電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度和(he)相同的鉻酐濃度下，脈沖著(zhu)色(se)(se)對于基體的減薄要比直流(liu)的大。這是(shi)由(you)于脈沖著(zhu)色(se)(se)的峰電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度遠高于直流(liu)的平均(jun)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度，而且色(se)(se)膜中鎳、鉻、鈦(tai)的氧化物也比直流(liu)著(zhu)色(se)(se)膜略高。同時，脈沖著(zhu)色(se)(se)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)(mi)度大，使得基體成膜的晶粒細小(xiao)、致密(mi)(mi)，脈沖著(zhu)色(se)(se)膜的性(xing)能優于直流(liu)著(zhu)色(se)(se)膜。
③. 鉻酐適宜加入量。
考慮到基體的損耗，六價鉻離(li)子的處(chu)理，鉻酐加入量以(yi)50~60g/L為宜(yi)。
4. 著色(se)膜結構、形貌和成分
①. 著色(se)膜結構(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(xiu)鋼(gang)浴色(se)前、后的表面形貌
采用SM掃描電鏡(jing)以及(ji)表(biao)(biao)面(mian)能譜分(fen)析不(bu)銹鋼(gang)著色(se)(se)前、后的表(biao)(biao)面(mian)形貌和成分(fen)，發現若(ruo)色(se)(se)后的不(bu)銹鋼(gang)表(biao)(biao)面(mian)晶粒尺寸變小。
③. 不銹鋼著色前后的表面(mian)成分。
表9-28為電鏡(jing)掃描分析的(de)表面成分。
由表9-28可(ke)見(jian)，著色前表面成分(fen)中幾乎不含有鈦，鐵含量(liang)占絕對優勢，鎳(nie)(nie)、鉻(ge)含量(liang)很少(shao)。但(dan)著色后表面成分(fen)中鐵含量(liang)明顯降低，而鎳(nie)(nie)、鉻(ge)、鈦含量(liang)增加。著色后的不銹鋼表面為致密的鎳(nie)(nie)、鉻(ge)、鈦氧化物(wu)膜。
5. 不(bu)銹鋼(gang)著色膜性(xing)能測試
①. 耐(nai)蝕性
表9-29為不銹鋼浸(jin)泡在3.5%(質量(liang)分數）氯化鈉溶(rong)液(ye)中的浸(jin)泡實驗結果。
由表9-29可見，著色(se)后的不銹鋼較未著色(se)的不銹鋼的耐(nai)蝕(shi)性(xing)強。
②. 電化學腐蝕測試(shi)。
表(biao)9-30、表(biao)9-31分(fen)別為不(bu)銹鋼在10%(質量(liang)分(fen)數）氫氧化(hua)鈉和1mol/L硫酸（相當于98g/L)中的電化(hua)學(xue)測(ce)結(jie)果(guo)。
從表9-30、表9-31的比(bi)較(jiao)可以看出，著色(se)后(hou)的不銹(xiu)鋼在酸、堿(jian)中的耐蝕性與未著色(se)的不銹(xiu)鋼相當，甚至更強。
③. 耐(nai)擦(ca)拭測試
將著(zhu)色不(bu)(bu)(bu)銹鋼用濾紙往(wang)復擦(ca)拭，觀察色膜(mo)褪去與擦(ca)拭次數的(de)關(guan)系。結果(guo)列于表9-32.由(you)表9-32可知，電解著(zhu)色的(de)不(bu)(bu)(bu)銹鋼耐磨性(xing)明顯(xian)優于化學(xue)著(zhu)色的(de)不(bu)(bu)(bu)銹鋼。這是由(you)于電解著(zhu)色的(de)不(bu)(bu)(bu)銹鋼成膜(mo)更為致密、附著(zhu)力(li)更強。
④. 耐(nai)高(gao)溫測試
將著(zhu)(zhu)色和未著(zhu)(zhu)色不銹鋼在烘箱中(zhong)400℃下恒溫2小(xiao)時，觀察不銹鋼表面(mian)顏色，再在10%(體(ti)積(ji)分數）鹽酸中(zhong)浸(jin)泡(pao)幾(ji)秒(miao)，并經(jing)水(shui)沖(chong)洗(xi)后觀察顏色，結(jie)果(guo)見表9-33。
由(you)表9-33可見，著色后的不(bu)銹鋼耐高溫性要強于未著色的不(bu)銹鋼。
6. 著色前處理(li)
304不銹(xiu)鋼→打(da)磨（用0#、2#、4#、6#金相砂紙逐級(ji)打(da)磨至鏡面光亮）→除油（丙酮和(he)酒精）→活化（10%鹽酸）→著色。
