不銹鋼(gang)電化學著彩(cai)色(se)酸性(xing)溶液成分和工藝條件見表(biao)9-9。配方9 (見表(biao)9-9)的說(shuo)明 。本配方由中南大學冶(ye)金科學與工程學院鄧姝皓、龔竹青(qing)、柳勇提出。
1. 不銹鋼著(zhu)色(se)生成(cheng)亞光(guang)銀灰色(se)外觀
采用化學浸漬法或電解著色法均可將304不(bu)銹鋼著色生成亞光銀灰色外觀。
①. 化學(xue)著色液組成。
硫(liu)酸 100mL/L 、添加(jia)劑B 90~110mL/L 、添加(jia)劑A 40~60mL/L
②. 電解著色液主要組成。
硫(liu)酸 100mL/L 、電流密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻酐 50~60g/L
2. 電流密度對著色(se)膜的影響
①. 直流(liu)(liu)和脈沖(chong)電流(liu)(liu)在不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)成膜(mo)(mo)時，電流(liu)(liu)密(mi)(mi)度對成膜(mo)(mo)厚度和色(se)澤(ze)均有影(ying)響。圖(tu)9-18為電解電流(liu)(liu)密(mi)(mi)度與(yu)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)失(shi)重(zhong)的(de)關系。由(you)圖(tu)9-18可見，隨著(zhu)電流(liu)(liu)密(mi)(mi)度的(de)增加(jia)，不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)失(shi)重(zhong)也在增加(jia)。電流(liu)(liu)密(mi)(mi)度和不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)失(shi)重(zhong)呈一直線(xian)關系。觀察著(zhu)色(se)膜(mo)(mo)的(de)顏(yan)色(se)可以發現，電解電流(liu)(liu)密(mi)(mi)度增加(jia)，膜(mo)(mo)層(ceng)的(de)顏(yan)色(se)更加(jia)均勻一致，膜(mo)(mo)層(ceng)也更加(jia)致密(mi)(mi)。可見電流(liu)(liu)密(mi)(mi)度對于著(zhu)色(se)膜(mo)(mo)起到了關鍵的(de)作用(yong)。
②. 脈沖(chong)著(zhu)色(se)與直流著(zhu)色(se)的(de)(de)效果(guo)。結(jie)合SEM(掃描電(dian)(dian)(dian)鏡）對(dui)著(zhu)色(se)膜(mo)(mo)分析，結(jie)果(guo)發(fa)現，脈沖(chong)著(zhu)色(se)膜(mo)(mo)比直流著(zhu)色(se)膜(mo)(mo)更(geng)加(jia)細致均勻，晶粒也較(jiao)細小(xiao)。因(yin)此，相同(tong)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)解電(dian)(dian)(dian)流密度(du)下，脈沖(chong)著(zhu)色(se)的(de)(de)效果(guo)更(geng)好。
③. 氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)中(zhong)鎳(nie)、鉻、鈦等氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物含量的(de)(de)分布。通過實(shi)驗，發現不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)添加(jia)元素在不銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)呈一(yi)濃度梯(ti)度，深(shen)層(ceng)的(de)(de)添加(jia)元素要高(gao)于表面。陽極氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)時，可以使(shi)表層(ceng)逐漸(jian)溶解，電(dian)流密度越(yue)大(da)，表層(ceng)溶蝕越(yue)多，形成的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo)中(zhong)鎳(nie)、鉻、鈦等氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)物的(de)(de)含量越(yue)高(gao)，膜(mo)越(yue)致密。因此，增(zeng)大(da)電(dian)流密度可提高(gao)膜(mo)層(ceng)性能(neng)，但(dan)是，不銹(xiu)鋼(gang)基體損耗加(jia)大(da)。表面減薄程(cheng)度增(zeng)加(jia)，能(neng)耗增(zeng)大(da)。實(shi)驗表明(ming)，電(dian)流密度在0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻(ge)酐濃(nong)度對成膜的影(ying)響
①. 鉻酐(gan)濃度與基體失重(zhong)的關系
圖(tu)(tu)9-19為(wei)電解著(zhu)(zhu)色(se)時鉻(ge)(ge)酐(gan)濃度(du)對成膜(mo)的影(ying)響。由圖(tu)(tu)9-19可見，無(wu)論是脈(mo)沖(chong)著(zhu)(zhu)色(se)或者是直流著(zhu)(zhu)色(se)，鉻(ge)(ge)酐(gan)濃度(du)越高，基體(ti)失(shi)重越少。對于脈(mo)沖(chong)著(zhu)(zhu)色(se)，當鉻(ge)(ge)酐(gan)濃度(du)達(da)到(dao)70g/L后，鉻(ge)(ge)酐(gan)濃度(du)繼續(xu)增加，對基體(ti)失(shi)重的變(bian)化已經影(ying)響不大(da)了。直流著(zhu)(zhu)色(se)隨著(zhu)(zhu)鉻(ge)(ge)酐(gan)濃度(du)的增加，基體(ti)失(shi)重呈線性減少。
②. 脈沖著(zhu)(zhu)色(se)膜的性能優于(yu)直流著(zhu)(zhu)色(se)膜
由(you)圖9-19可見，相同(tong)電(dian)(dian)流(liu)密度(du)和相同(tong)的(de)鉻酐濃度(du)下(xia)，脈沖著(zhu)色(se)對(dui)于(yu)基體的(de)減薄(bo)要比(bi)直流(liu)的(de)大。這是(shi)由(you)于(yu)脈沖著(zhu)色(se)的(de)峰電(dian)(dian)流(liu)密度(du)遠(yuan)高(gao)于(yu)直流(liu)的(de)平均電(dian)(dian)流(liu)密度(du)，而且色(se)膜中鎳、鉻、鈦的(de)氧化(hua)物也比(bi)直流(liu)著(zhu)色(se)膜略高(gao)。同(tong)時，脈沖著(zhu)色(se)電(dian)(dian)流(liu)密度(du)大，使(shi)得(de)基體成膜的(de)晶粒細小、致密，脈沖著(zhu)色(se)膜的(de)性能優(you)于(yu)直流(liu)著(zhu)色(se)膜。
③. 鉻酐適(shi)宜加(jia)入量。
考慮到基(ji)體的損耗，六價鉻離子(zi)的處(chu)理，鉻酐加入量以50~60g/L為宜(yi)。
4. 著色(se)膜結構、形貌和成分
①. 著色膜結構
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. 不銹鋼浴色(se)前、后的表(biao)面形貌
采用SM掃描電鏡以及表(biao)面能譜(pu)分析不銹鋼(gang)著色前、后(hou)的(de)表(biao)面形貌和成分，發現若色后(hou)的(de)不銹鋼(gang)表(biao)面晶粒尺寸變小(xiao)。
③. 不銹鋼著色(se)前后的表(biao)面成分。
表9-28為電鏡掃描分析的表面成(cheng)分。
由表(biao)(biao)9-28可見，著色前表(biao)(biao)面成分中(zhong)(zhong)幾乎不(bu)含(han)(han)有鈦，鐵(tie)含(han)(han)量占絕對(dui)優勢，鎳(nie)(nie)、鉻含(han)(han)量很少。但著色后表(biao)(biao)面成分中(zhong)(zhong)鐵(tie)含(han)(han)量明顯降低，而鎳(nie)(nie)、鉻、鈦含(han)(han)量增加。著色后的不(bu)銹鋼(gang)表(biao)(biao)面為致密的鎳(nie)(nie)、鉻、鈦氧化物膜(mo)。
5. 不銹鋼著(zhu)色膜性能測試
①. 耐蝕性
表9-29為不銹(xiu)鋼(gang)浸泡在(zai)3.5%(質量分數）氯化鈉溶液中的(de)浸泡實驗結果。
由表9-29可見(jian)，著色后的(de)(de)(de)不銹鋼較未(wei)著色的(de)(de)(de)不銹鋼的(de)(de)(de)耐蝕性強。
②. 電化(hua)學腐蝕(shi)測(ce)試(shi)。
表9-30、表9-31分別(bie)為(wei)不銹(xiu)鋼在10%(質量分數(shu)）氫氧化鈉和1mol/L硫酸（相當于98g/L)中的電化學測結果。
從表9-30、表9-31的(de)比較可以看出，著色后的(de)不(bu)銹鋼(gang)在(zai)酸、堿中的(de)耐蝕(shi)性(xing)與未著色的(de)不(bu)銹鋼(gang)相(xiang)當，甚至更強(qiang)。
③. 耐擦(ca)拭(shi)測試
將(jiang)著(zhu)色(se)(se)(se)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)用(yong)濾紙往(wang)復擦(ca)拭，觀察色(se)(se)(se)膜(mo)褪去與擦(ca)拭次數的關系。結果(guo)列于(yu)表(biao)9-32.由表(biao)9-32可知，電解著(zhu)色(se)(se)(se)的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)耐磨性明顯優(you)于(yu)化學著(zhu)色(se)(se)(se)的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。這是(shi)由于(yu)電解著(zhu)色(se)(se)(se)的不(bu)銹(xiu)鋼(gang)成膜(mo)更(geng)為致(zhi)密、附著(zhu)力更(geng)強(qiang)。
④. 耐高(gao)溫測試
將著色(se)和未著色(se)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)在(zai)烘(hong)箱(xiang)中400℃下恒溫2小時(shi)，觀察不(bu)銹(xiu)鋼(gang)表(biao)(biao)面顏色(se)，再(zai)在(zai)10%(體積分數）鹽酸中浸泡幾秒，并經水沖洗后觀察顏色(se)，結果見表(biao)(biao)9-33。
由表9-33可(ke)見，著色后的不銹鋼耐高溫(wen)性要強于未著色的不銹鋼。
6. 著色前處理
304不銹鋼→打磨（用0#、2#、4#、6#金相(xiang)砂紙(zhi)逐級打磨至鏡面光(guang)亮）→除油（丙酮和酒精(jing)）→活化(hua)（10%鹽酸）→著色(se)。
