不銹鋼電(dian)化學著彩(cai)色酸性(xing)溶液成分(fen)和工藝條件見(jian)表(biao)(biao)9-9。配方9 (見(jian)表(biao)(biao)9-9)的說明 。本(ben)配方由中(zhong)南大學冶金科(ke)學與工程學院(yuan)鄧(deng)姝(shu)皓、龔(gong)竹青(qing)、柳勇提出。
1. 不銹鋼著色生成亞光(guang)銀(yin)灰色外觀
采用化學浸漬法或電解著色法均可將304不(bu)銹(xiu)鋼(gang)著色生成亞光銀灰色外觀。
①. 化學著色液組成(cheng)。
硫(liu)酸 100mL/L 、添加劑B 90~110mL/L 、添加劑A 40~60mL/L
②. 電(dian)解著色液主要組(zu)成。
硫酸 100mL/L 、電(dian)流密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻酐(gan) 50~60g/L
2. 電流(liu)密度對著色膜的影(ying)響
①. 直(zhi)流(liu)和(he)脈沖電(dian)(dian)流(liu)在不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)成膜(mo)(mo)時，電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)對(dui)成膜(mo)(mo)厚度(du)(du)和(he)色澤均(jun)有影(ying)響(xiang)。圖(tu)9-18為電(dian)(dian)解(jie)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)與不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)失(shi)(shi)重(zhong)的(de)關系(xi)。由圖(tu)9-18可見(jian)，隨著電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)的(de)增(zeng)加(jia)，不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)失(shi)(shi)重(zhong)也在增(zeng)加(jia)。電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)和(he)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)失(shi)(shi)重(zhong)呈一直(zhi)線關系(xi)。觀察著色膜(mo)(mo)的(de)顏色可以發現，電(dian)(dian)解(jie)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)增(zeng)加(jia)，膜(mo)(mo)層的(de)顏色更加(jia)均(jun)勻一致，膜(mo)(mo)層也更加(jia)致密(mi)。可見(jian)電(dian)(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)對(dui)于(yu)著色膜(mo)(mo)起到了關鍵的(de)作用(yong)。
②. 脈(mo)(mo)沖著色與直流著色的效(xiao)果。結合SEM(掃描電鏡）對著色膜分析(xi)，結果發現，脈(mo)(mo)沖著色膜比直流著色膜更(geng)加細(xi)致均勻，晶粒也(ye)較細(xi)小(xiao)。因此，相(xiang)同的電解電流密度下，脈(mo)(mo)沖著色的效(xiao)果更(geng)好。
③. 氧(yang)(yang)(yang)化(hua)膜中(zhong)鎳(nie)、鉻(ge)、鈦等氧(yang)(yang)(yang)化(hua)物含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)分布。通過(guo)實(shi)驗，發現不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)添(tian)加(jia)(jia)(jia)元(yuan)素在不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)呈一(yi)濃(nong)度(du)(du)梯度(du)(du)，深層(ceng)的(de)(de)(de)(de)添(tian)加(jia)(jia)(jia)元(yuan)素要高于表(biao)(biao)面。陽極(ji)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)時，可以使表(biao)(biao)層(ceng)逐漸(jian)溶解(jie)，電(dian)流(liu)密度(du)(du)越大，表(biao)(biao)層(ceng)溶蝕越多，形成的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)膜中(zhong)鎳(nie)、鉻(ge)、鈦等氧(yang)(yang)(yang)化(hua)物的(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)越高，膜越致(zhi)密。因此(ci)，增大電(dian)流(liu)密度(du)(du)可提高膜層(ceng)性能，但(dan)是，不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)基體損耗加(jia)(jia)(jia)大。表(biao)(biao)面減(jian)薄(bo)程度(du)(du)增加(jia)(jia)(jia)，能耗增大。實(shi)驗表(biao)(biao)明，電(dian)流(liu)密度(du)(du)在0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻酐濃度(du)對成膜的影(ying)響
①. 鉻酐(gan)濃度(du)與基(ji)體(ti)失重的關系
圖9-19為電解著(zhu)(zhu)色(se)時鉻酐(gan)濃(nong)度(du)(du)對成(cheng)膜的影響。由圖9-19可見，無論是脈沖(chong)著(zhu)(zhu)色(se)或者是直流著(zhu)(zhu)色(se)，鉻酐(gan)濃(nong)度(du)(du)越(yue)(yue)高，基體失重越(yue)(yue)少。對于脈沖(chong)著(zhu)(zhu)色(se)，當鉻酐(gan)濃(nong)度(du)(du)達(da)到70g/L后，鉻酐(gan)濃(nong)度(du)(du)繼(ji)續(xu)增加，對基體失重的變(bian)化已(yi)經(jing)影響不大了。直流著(zhu)(zhu)色(se)隨(sui)著(zhu)(zhu)鉻酐(gan)濃(nong)度(du)(du)的增加，基體失重呈(cheng)線性減少。
②. 脈沖著色膜的性(xing)能優于直流著色膜
由(you)圖9-19可見，相同(tong)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)和相同(tong)的(de)(de)鉻酐濃度(du)(du)下，脈(mo)(mo)沖(chong)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)對于(yu)基(ji)體(ti)(ti)的(de)(de)減薄(bo)要(yao)比直(zhi)流(liu)的(de)(de)大。這是由(you)于(yu)脈(mo)(mo)沖(chong)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)的(de)(de)峰(feng)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)遠高于(yu)直(zhi)流(liu)的(de)(de)平(ping)均電(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)，而且色(se)(se)膜中鎳、鉻、鈦的(de)(de)氧化物也比直(zhi)流(liu)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)膜略(lve)高。同(tong)時，脈(mo)(mo)沖(chong)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)大，使得基(ji)體(ti)(ti)成(cheng)膜的(de)(de)晶粒細小、致密(mi)，脈(mo)(mo)沖(chong)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)膜的(de)(de)性能優于(yu)直(zhi)流(liu)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)膜。
③. 鉻(ge)酐適宜加(jia)入量(liang)。
考慮到基體的損耗，六價鉻離(li)子的處理，鉻酐加(jia)入(ru)量以50~60g/L為宜。
4. 著(zhu)色(se)膜結構、形(xing)貌和成分(fen)
①. 著(zhu)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、后的表(biao)面形貌
采用(yong)SM掃(sao)描(miao)電鏡以及表(biao)面(mian)能譜分(fen)析不銹鋼著色(se)前、后(hou)(hou)的(de)表(biao)面(mian)形貌和成(cheng)分(fen)，發現若色(se)后(hou)(hou)的(de)不銹鋼表(biao)面(mian)晶粒尺寸變小(xiao)。
③. 不銹鋼(gang)著色(se)前后的表面成(cheng)分。
表9-28為電(dian)鏡掃描(miao)分析的表面成分。
由表9-28可見，著色前表面成分中(zhong)幾乎(hu)不(bu)含(han)有鈦(tai)(tai)，鐵(tie)含(han)量占絕(jue)對優勢，鎳、鉻(ge)含(han)量很少。但著色后表面成分中(zhong)鐵(tie)含(han)量明顯降低，而鎳、鉻(ge)、鈦(tai)(tai)含(han)量增加。著色后的不(bu)銹(xiu)鋼表面為致密的鎳、鉻(ge)、鈦(tai)(tai)氧化物膜。
5. 不銹鋼著色膜性能測試
①. 耐蝕性
表9-29為(wei)不銹鋼浸泡(pao)在3.5%(質量分數）氯化(hua)鈉溶液中的浸泡(pao)實驗結果(guo)。
由表9-29可見，著色后的不銹鋼(gang)較(jiao)未著色的不銹鋼(gang)的耐蝕(shi)性強(qiang)。
②. 電化學(xue)腐蝕測試。
表9-30、表9-31分(fen)別為不銹鋼在10%(質(zhi)量(liang)分(fen)數）氫氧化鈉和1mol/L硫酸（相當于98g/L)中的電化學(xue)測結果。
從表9-30、表9-31的比較可以看出，著色后的不銹鋼在(zai)酸、堿(jian)中的耐蝕性(xing)與未著色的不銹鋼相當，甚至更強。
③. 耐擦拭測試
將(jiang)著(zhu)(zhu)色(se)(se)不銹(xiu)鋼(gang)用濾紙往復(fu)擦(ca)拭，觀察色(se)(se)膜褪去與擦(ca)拭次數的(de)關系。結(jie)果列于(yu)表(biao)9-32.由(you)表(biao)9-32可知，電解著(zhu)(zhu)色(se)(se)的(de)不銹(xiu)鋼(gang)耐磨性明(ming)顯(xian)優于(yu)化學著(zhu)(zhu)色(se)(se)的(de)不銹(xiu)鋼(gang)。這是由(you)于(yu)電解著(zhu)(zhu)色(se)(se)的(de)不銹(xiu)鋼(gang)成膜更(geng)為(wei)致密、附著(zhu)(zhu)力更(geng)強。
④. 耐高溫測(ce)試
將著(zhu)色(se)和(he)未(wei)著(zhu)色(se)不銹鋼在烘箱中(zhong)400℃下恒溫2小時，觀(guan)(guan)察(cha)不銹鋼表(biao)(biao)面顏(yan)色(se)，再在10%(體積(ji)分數）鹽酸中(zhong)浸泡幾秒，并經水沖洗(xi)后觀(guan)(guan)察(cha)顏(yan)色(se)，結果(guo)見表(biao)(biao)9-33。
由表9-33可見，著色后的不(bu)銹鋼(gang)耐高(gao)溫性要強于(yu)未著色的不(bu)銹鋼(gang)。
6. 著(zhu)色前(qian)處理
304不銹鋼→打磨（用0#、2#、4#、6#金相砂紙(zhi)逐級打磨至鏡(jing)面光亮）→除油（丙(bing)酮和酒精）→活化（10%鹽酸）→著色。
