不銹鋼(gang)電化學(xue)(xue)著彩色酸性溶液成分和工藝條(tiao)件見表9-9。配方9 (見表9-9)的說明 。本配方由中南大(da)學(xue)(xue)冶金科學(xue)(xue)與工程學(xue)(xue)院鄧姝皓(hao)、龔竹青、柳勇提出。
1. 不銹鋼(gang)著(zhu)色(se)生(sheng)成(cheng)亞光銀灰色(se)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. 化學著色液組成。
硫酸(suan) 100mL/L 、添加劑(ji)(ji)B 90~110mL/L 、添加劑(ji)(ji)A 40~60mL/L
②. 電(dian)解著色液主要組成。
硫酸 100mL/L 、電流密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻酐 50~60g/L
2. 電流密度對著色膜的影響
①. 直流(liu)(liu)(liu)和(he)脈沖電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)在不(bu)銹(xiu)鋼(gang)成膜時，電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)對成膜厚度(du)和(he)色(se)澤均有影響(xiang)。圖9-18為電(dian)(dian)(dian)解電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)與不(bu)銹(xiu)鋼(gang)失(shi)重(zhong)的關系。由圖9-18可(ke)見，隨(sui)著電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)的增加(jia)，不(bu)銹(xiu)鋼(gang)失(shi)重(zhong)也在增加(jia)。電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)和(he)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)失(shi)重(zhong)呈一(yi)直線關系。觀察著色(se)膜的顏(yan)色(se)可(ke)以發(fa)現(xian)，電(dian)(dian)(dian)解電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)增加(jia)，膜層的顏(yan)色(se)更加(jia)均勻一(yi)致，膜層也更加(jia)致密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)。可(ke)見電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)密(mi)(mi)(mi)(mi)(mi)度(du)對于著色(se)膜起到了關鍵(jian)的作用。
②. 脈(mo)沖(chong)著(zhu)色與直流著(zhu)色的效(xiao)果(guo)。結合SEM(掃描電(dian)鏡）對(dui)著(zhu)色膜分(fen)析，結果(guo)發現，脈(mo)沖(chong)著(zhu)色膜比直流著(zhu)色膜更(geng)加細致均勻，晶(jing)粒也較細小。因此(ci)，相同的電(dian)解電(dian)流密度(du)下，脈(mo)沖(chong)著(zhu)色的效(xiao)果(guo)更(geng)好。
③. 氧化(hua)膜(mo)中鎳、鉻、鈦等氧化(hua)物(wu)含量的(de)(de)分布。通(tong)過(guo)實驗，發現不銹(xiu)(xiu)鋼中的(de)(de)添加元素在不銹(xiu)(xiu)鋼中呈一濃度(du)梯度(du)，深層(ceng)的(de)(de)添加元素要高(gao)于表(biao)面(mian)。陽極氧化(hua)時(shi)，可以使(shi)表(biao)層(ceng)逐(zhu)漸溶(rong)解，電(dian)(dian)流密度(du)越大，表(biao)層(ceng)溶(rong)蝕(shi)越多(duo)，形成的(de)(de)氧化(hua)膜(mo)中鎳、鉻、鈦等氧化(hua)物(wu)的(de)(de)含量越高(gao)，膜(mo)越致密。因此，增大電(dian)(dian)流密度(du)可提高(gao)膜(mo)層(ceng)性能，但(dan)是，不銹(xiu)(xiu)鋼基體(ti)損耗加大。表(biao)面(mian)減薄程度(du)增加，能耗增大。實驗表(biao)明，電(dian)(dian)流密度(du)在0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻(ge)酐濃度對成(cheng)膜的(de)影響
①. 鉻酐濃度與基體失(shi)重的關系
圖(tu)9-19為(wei)電解著色(se)時鉻(ge)(ge)酐(gan)(gan)濃(nong)度(du)對成(cheng)膜的影(ying)(ying)響。由圖(tu)9-19可見(jian)，無論是(shi)(shi)脈(mo)沖著色(se)或者是(shi)(shi)直流著色(se)，鉻(ge)(ge)酐(gan)(gan)濃(nong)度(du)越(yue)高，基(ji)體(ti)失重(zhong)越(yue)少。對于脈(mo)沖著色(se)，當鉻(ge)(ge)酐(gan)(gan)濃(nong)度(du)達(da)到(dao)70g/L后(hou)，鉻(ge)(ge)酐(gan)(gan)濃(nong)度(du)繼續增加，對基(ji)體(ti)失重(zhong)的變化已經影(ying)(ying)響不(bu)大了。直流著色(se)隨著鉻(ge)(ge)酐(gan)(gan)濃(nong)度(du)的增加，基(ji)體(ti)失重(zhong)呈線(xian)性減少。
②. 脈沖(chong)著色膜(mo)的性能(neng)優于(yu)直流著色膜(mo)
由圖9-19可見(jian)，相同(tong)電流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)和(he)相同(tong)的(de)(de)鉻(ge)酐(gan)濃(nong)度(du)(du)下(xia)，脈(mo)(mo)沖著色(se)(se)(se)(se)對于(yu)基體(ti)(ti)的(de)(de)減薄要比直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)的(de)(de)大。這是由于(yu)脈(mo)(mo)沖著色(se)(se)(se)(se)的(de)(de)峰電流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)遠高于(yu)直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)的(de)(de)平(ping)均電流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)，而且色(se)(se)(se)(se)膜中鎳(nie)、鉻(ge)、鈦的(de)(de)氧化物也比直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)著色(se)(se)(se)(se)膜略高。同(tong)時，脈(mo)(mo)沖著色(se)(se)(se)(se)電流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)大，使(shi)得基體(ti)(ti)成(cheng)膜的(de)(de)晶粒細小、致密(mi)，脈(mo)(mo)沖著色(se)(se)(se)(se)膜的(de)(de)性能優于(yu)直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)著色(se)(se)(se)(se)膜。
③. 鉻酐適宜加入量。
考慮到基體的損耗(hao)，六價鉻離子(zi)的處理，鉻酐加入量(liang)以50~60g/L為(wei)宜。
4. 著色膜(mo)結構(gou)、形貌和成(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(bu)銹鋼浴色前(qian)、后的(de)表面形貌
采用SM掃描電鏡以及表面能(neng)譜分析不銹鋼著色前(qian)、后(hou)的(de)表面形(xing)貌和成分，發現若色后(hou)的(de)不銹鋼表面晶粒(li)尺寸(cun)變小(xiao)。
③. 不(bu)銹(xiu)鋼著色前后的(de)表面(mian)成分。
表(biao)9-28為(wei)電(dian)鏡(jing)掃描分析的(de)表(biao)面成分。
由表9-28可見，著(zhu)色前表面(mian)成分中(zhong)幾乎不含(han)有鈦，鐵(tie)(tie)含(han)量(liang)(liang)占絕對優勢，鎳(nie)(nie)、鉻(ge)含(han)量(liang)(liang)很少。但著(zhu)色后表面(mian)成分中(zhong)鐵(tie)(tie)含(han)量(liang)(liang)明顯(xian)降低(di)，而鎳(nie)(nie)、鉻(ge)、鈦含(han)量(liang)(liang)增(zeng)加。著(zhu)色后的不銹鋼表面(mian)為致密的鎳(nie)(nie)、鉻(ge)、鈦氧化物膜。
5. 不銹鋼著色膜性能測試(shi)
①. 耐(nai)蝕性
表9-29為不銹鋼浸泡在3.5%(質(zhi)量分數）氯化鈉(na)溶(rong)液中的浸泡實驗結(jie)果。
由表(biao)9-29可見，著色后的(de)不銹(xiu)鋼(gang)較(jiao)未著色的(de)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)耐(nai)蝕性(xing)強。
②. 電化(hua)學腐蝕測試。
表9-30、表9-31分(fen)別為不(bu)銹鋼在10%(質(zhi)量分(fen)數）氫(qing)氧化(hua)鈉和1mol/L硫酸（相當于(yu)98g/L)中的電化(hua)學(xue)測結(jie)果。
從表(biao)9-30、表(biao)9-31的(de)比較(jiao)可以看出，著色后的(de)不銹鋼在酸、堿(jian)中的(de)耐(nai)蝕性與未著色的(de)不銹鋼相當，甚至更強。
③. 耐(nai)擦拭測試
將著(zhu)色(se)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼用濾紙往(wang)復擦拭，觀察色(se)膜褪去與擦拭次數(shu)的(de)關系。結果(guo)列于(yu)表9-32.由(you)表9-32可知，電解著(zhu)色(se)的(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼耐磨性明顯優(you)于(yu)化學著(zhu)色(se)的(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼。這是由(you)于(yu)電解著(zhu)色(se)的(de)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼成(cheng)膜更為致密、附(fu)著(zhu)力更強。
④. 耐高(gao)溫測(ce)試
將著(zhu)色(se)和未著(zhu)色(se)不銹鋼在烘箱中(zhong)400℃下恒溫(wen)2小(xiao)時，觀察不銹鋼表(biao)面顏色(se)，再(zai)在10%(體(ti)積分數）鹽酸中(zhong)浸泡幾秒，并經(jing)水(shui)沖洗后(hou)觀察顏色(se)，結果見表(biao)9-33。
由表9-33可見(jian)，著色后的不銹鋼耐(nai)高溫性要(yao)強于未著色的不銹鋼。
6. 著色前處理(li)
304不(bu)銹鋼→打磨(mo)（用0#、2#、4#、6#金(jin)相砂紙逐級打磨(mo)至鏡面(mian)光亮）→除(chu)油（丙酮(tong)和酒精(jing)）→活(huo)化（10%鹽酸）→著(zhu)色。
