不(bu)銹鋼電化學著彩(cai)色(se)酸性(xing)溶液成分(fen)和(he)工(gong)(gong)藝條件見表9-9。配(pei)方9 (見表9-9)的(de)說明 。本配(pei)方由(you)中(zhong)南大學冶(ye)金科學與工(gong)(gong)程學院(yuan)鄧姝(shu)皓、龔竹(zhu)青、柳(liu)勇(yong)提出。
1. 不銹鋼著(zhu)色生成亞光銀灰色外(wai)觀
采用化學浸漬法或電解著色法均可將304不銹(xiu)鋼(gang)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 、添加劑B 90~110mL/L 、添加劑A 40~60mL/L
②. 電解著色液(ye)主要(yao)組(zu)成(cheng)。
硫酸(suan) 100mL/L 、電(dian)流密度(du) 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻酐 50~60g/L
2. 電(dian)流密度(du)對著(zhu)色(se)膜(mo)的(de)影響
①. 直流(liu)(liu)和脈沖電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)在不(bu)(bu)銹(xiu)鋼成膜(mo)時(shi)，電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)對成膜(mo)厚度(du)和色澤均(jun)有影響。圖9-18為(wei)電(dian)(dian)(dian)解電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)與不(bu)(bu)銹(xiu)鋼失(shi)(shi)重的(de)(de)關系。由(you)圖9-18可見，隨著電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)的(de)(de)增加(jia)(jia)，不(bu)(bu)銹(xiu)鋼失(shi)(shi)重也在增加(jia)(jia)。電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)和不(bu)(bu)銹(xiu)鋼失(shi)(shi)重呈(cheng)一(yi)直線關系。觀察著色膜(mo)的(de)(de)顏(yan)色可以(yi)發現，電(dian)(dian)(dian)解電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)增加(jia)(jia)，膜(mo)層的(de)(de)顏(yan)色更(geng)加(jia)(jia)均(jun)勻一(yi)致，膜(mo)層也更(geng)加(jia)(jia)致密。可見電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)密度(du)對于著色膜(mo)起(qi)到了(le)關鍵的(de)(de)作用。
②. 脈(mo)沖著(zhu)色與直流著(zhu)色的效果。結(jie)合SEM(掃描(miao)電(dian)(dian)鏡）對著(zhu)色膜分析，結(jie)果發現，脈(mo)沖著(zhu)色膜比直流著(zhu)色膜更加(jia)細(xi)致均勻，晶粒也較細(xi)小。因此，相同的電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流密度下，脈(mo)沖著(zhu)色的效果更好(hao)。
③. 氧化(hua)膜(mo)(mo)中鎳、鉻(ge)、鈦(tai)等(deng)氧化(hua)物含(han)量的分布。通過實驗，發現不銹鋼中的添加(jia)(jia)元(yuan)素在(zai)不銹鋼中呈一濃度(du)(du)(du)梯度(du)(du)(du)，深層(ceng)的添加(jia)(jia)元(yuan)素要(yao)高于表(biao)(biao)面(mian)。陽極氧化(hua)時，可以使表(biao)(biao)層(ceng)逐漸(jian)溶解(jie)，電流(liu)密(mi)度(du)(du)(du)越(yue)大(da)(da)，表(biao)(biao)層(ceng)溶蝕越(yue)多(duo)，形成的氧化(hua)膜(mo)(mo)中鎳、鉻(ge)、鈦(tai)等(deng)氧化(hua)物的含(han)量越(yue)高，膜(mo)(mo)越(yue)致密(mi)。因此(ci)，增大(da)(da)電流(liu)密(mi)度(du)(du)(du)可提高膜(mo)(mo)層(ceng)性能，但是，不銹鋼基體損耗加(jia)(jia)大(da)(da)。表(biao)(biao)面(mian)減薄程度(du)(du)(du)增加(jia)(jia)，能耗增大(da)(da)。實驗表(biao)(biao)明，電流(liu)密(mi)度(du)(du)(du)在(zai)0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻酐(gan)濃度(du)對成膜的影響(xiang)
①. 鉻酐濃度與基體失(shi)重的(de)關系
圖(tu)9-19為電解著(zhu)色時(shi)鉻(ge)酐濃度對成膜的影響(xiang)。由(you)圖(tu)9-19可見，無論是(shi)(shi)脈沖(chong)著(zhu)色或者是(shi)(shi)直(zhi)流著(zhu)色，鉻(ge)酐濃度越(yue)高，基(ji)(ji)體(ti)失重越(yue)少。對于脈沖(chong)著(zhu)色，當鉻(ge)酐濃度達到70g/L后(hou)，鉻(ge)酐濃度繼續增(zeng)加，對基(ji)(ji)體(ti)失重的變化(hua)已經影響(xiang)不大了(le)。直(zhi)流著(zhu)色隨著(zhu)鉻(ge)酐濃度的增(zeng)加，基(ji)(ji)體(ti)失重呈線性減少。
②. 脈沖著色(se)膜的(de)性(xing)能優(you)于(yu)直流著色(se)膜
由圖9-19可見，相(xiang)(xiang)同(tong)電流密(mi)度(du)和相(xiang)(xiang)同(tong)的(de)(de)鉻酐濃度(du)下，脈沖(chong)(chong)著(zhu)色(se)對于基體的(de)(de)減薄要比直(zhi)流的(de)(de)大(da)。這(zhe)是由于脈沖(chong)(chong)著(zhu)色(se)的(de)(de)峰電流密(mi)度(du)遠高(gao)于直(zhi)流的(de)(de)平(ping)均電流密(mi)度(du)，而且(qie)色(se)膜(mo)中鎳、鉻、鈦的(de)(de)氧化(hua)物也(ye)比直(zhi)流著(zhu)色(se)膜(mo)略高(gao)。同(tong)時(shi)，脈沖(chong)(chong)著(zhu)色(se)電流密(mi)度(du)大(da)，使得基體成膜(mo)的(de)(de)晶粒細小、致密(mi)，脈沖(chong)(chong)著(zhu)色(se)膜(mo)的(de)(de)性能(neng)優(you)于直(zhi)流著(zhu)色(se)膜(mo)。
③. 鉻酐適宜加入(ru)量。
考慮到基體的損耗，六價鉻(ge)離子的處理，鉻(ge)酐加(jia)入量以50~60g/L為宜。
4. 著色膜結構、形貌(mao)和成(cheng)分
①. 著色(se)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(de)表面(mian)形貌
采用SM掃(sao)描電鏡以及(ji)表面能譜分析不銹鋼著(zhu)色(se)前、后(hou)的(de)(de)表面形貌和(he)成分，發現若色(se)后(hou)的(de)(de)不銹鋼表面晶(jing)粒尺(chi)寸變(bian)小。
③. 不銹鋼著(zhu)色前后的表面成分。
表(biao)9-28為電(dian)鏡掃描分析的表(biao)面成分。
由表9-28可見，著色前表面成(cheng)分中(zhong)幾乎不(bu)含有鈦(tai)，鐵含量(liang)占絕對優勢，鎳(nie)、鉻(ge)含量(liang)很(hen)少。但(dan)著色后(hou)表面成(cheng)分中(zhong)鐵含量(liang)明顯降低，而鎳(nie)、鉻(ge)、鈦(tai)含量(liang)增加。著色后(hou)的不(bu)銹鋼表面為致密的鎳(nie)、鉻(ge)、鈦(tai)氧化物膜(mo)。
5. 不銹(xiu)鋼著色膜(mo)性能測試
①. 耐(nai)蝕性(xing)
表9-29為(wei)不(bu)銹鋼浸(jin)泡在3.5%(質量(liang)分(fen)數）氯化鈉溶液中的浸(jin)泡實驗結果。
由表9-29可(ke)見，著(zhu)色(se)后的不銹鋼(gang)較未著(zhu)色(se)的不銹鋼(gang)的耐蝕性強。
②. 電化學腐(fu)蝕測試(shi)。
表9-30、表9-31分別(bie)為不銹鋼在10%(質量(liang)分數）氫氧化(hua)鈉(na)和1mol/L硫(liu)酸（相當于(yu)98g/L)中的電化(hua)學(xue)測結果。
從表(biao)(biao)9-30、表(biao)(biao)9-31的(de)(de)比(bi)較可(ke)以(yi)看出，著色后的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼在酸、堿中的(de)(de)耐蝕性與未著色的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼相當，甚(shen)至(zhi)更強。
③. 耐擦(ca)拭測試
將著色(se)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)用濾紙往復擦拭(shi)，觀察色(se)膜褪去與擦拭(shi)次數的關系。結果列(lie)于表9-32.由表9-32可知，電解著色(se)的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐磨性明顯優(you)于化學著色(se)的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。這是由于電解著色(se)的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)成膜更(geng)為致密、附著力更(geng)強。
④. 耐高溫測(ce)試(shi)
將著色和未(wei)著色不(bu)銹鋼(gang)在(zai)烘箱中400℃下恒(heng)溫(wen)2小(xiao)時，觀察不(bu)銹鋼(gang)表面顏色，再在(zai)10%(體(ti)積分(fen)數）鹽酸中浸泡(pao)幾秒(miao)，并經水沖(chong)洗后(hou)觀察顏色，結果見表9-33。
由(you)表9-33可見，著(zhu)色后的不銹(xiu)鋼耐高溫性要強于(yu)未著(zhu)色的不銹(xiu)鋼。
6. 著色前處理
304不銹鋼→打磨(mo)（用0#、2#、4#、6#金相砂紙逐級(ji)打磨(mo)至鏡面光亮(liang)）→除油（丙(bing)酮和(he)酒精）→活化（10%鹽酸）→著(zhu)色。
