不(bu)銹(xiu)鋼電化學(xue)(xue)著(zhu)彩色酸性(xing)溶液成(cheng)分和工藝條件見表9-9。配方9 (見表9-9)的說(shuo)明 。本配方由中南大學(xue)(xue)冶金科學(xue)(xue)與工程學(xue)(xue)院鄧(deng)姝皓、龔竹(zhu)青、柳(liu)勇提出。
1. 不銹鋼著色(se)生成亞光銀灰色(se)外(wai)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(hua)學著色液(ye)組(zu)成。
硫酸 100mL/L 、添加(jia)劑(ji)B 90~110mL/L 、添加(jia)劑(ji)A 40~60mL/L
②. 電(dian)解著色液主要組成。
硫(liu)酸 100mL/L 、電流(liu)密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻(ge)酐 50~60g/L
2. 電流密度(du)對著色膜(mo)的影響
①. 直(zhi)流(liu)和脈沖電(dian)流(liu)在不(bu)銹(xiu)鋼(gang)成膜時，電(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)對成膜厚度(du)(du)和色澤(ze)均有(you)影響。圖9-18為(wei)電(dian)解電(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)與不(bu)銹(xiu)鋼(gang)失(shi)重的(de)關(guan)系。由圖9-18可(ke)見(jian)，隨著電(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)的(de)增加(jia)，不(bu)銹(xiu)鋼(gang)失(shi)重也(ye)在增加(jia)。電(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)和不(bu)銹(xiu)鋼(gang)失(shi)重呈一直(zhi)線關(guan)系。觀察著色膜的(de)顏色可(ke)以發(fa)現，電(dian)解電(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)增加(jia)，膜層(ceng)的(de)顏色更(geng)加(jia)均勻(yun)一致，膜層(ceng)也(ye)更(geng)加(jia)致密(mi)。可(ke)見(jian)電(dian)流(liu)密(mi)度(du)(du)對于著色膜起到了關(guan)鍵的(de)作用。
②. 脈沖(chong)著(zhu)色與直流著(zhu)色的效果。結(jie)合SEM(掃(sao)描電(dian)(dian)鏡）對著(zhu)色膜(mo)(mo)分析，結(jie)果發現，脈沖(chong)著(zhu)色膜(mo)(mo)比直流著(zhu)色膜(mo)(mo)更加細致均勻，晶粒也較細小(xiao)。因此，相同的電(dian)(dian)解電(dian)(dian)流密度下，脈沖(chong)著(zhu)色的效果更好。
③. 氧化膜(mo)中(zhong)鎳、鉻、鈦(tai)等氧化物含(han)量(liang)(liang)的分(fen)布。通過實驗，發現(xian)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的添加元素在(zai)(zai)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)呈一濃度梯度，深層的添加元素要高于表(biao)面。陽極氧化時，可以(yi)使表(biao)層逐漸溶解，電(dian)(dian)流密度越(yue)大，表(biao)層溶蝕(shi)越(yue)多，形(xing)成的氧化膜(mo)中(zhong)鎳、鉻、鈦(tai)等氧化物的含(han)量(liang)(liang)越(yue)高，膜(mo)越(yue)致(zhi)密。因此(ci)，增大電(dian)(dian)流密度可提高膜(mo)層性能，但是，不(bu)銹鋼(gang)基(ji)體損耗(hao)加大。表(biao)面減薄程度增加，能耗(hao)增大。實驗表(biao)明，電(dian)(dian)流密度在(zai)(zai)0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻酐濃(nong)度對成膜的影響
①. 鉻酐濃度與(yu)基體失重(zhong)的關系
圖(tu)9-19為電解著(zhu)色(se)時鉻(ge)酐(gan)(gan)濃(nong)度(du)(du)對(dui)成膜的(de)影響(xiang)。由(you)圖(tu)9-19可見，無論是(shi)(shi)脈沖(chong)著(zhu)色(se)或(huo)者是(shi)(shi)直(zhi)流(liu)著(zhu)色(se)，鉻(ge)酐(gan)(gan)濃(nong)度(du)(du)越高，基體(ti)(ti)(ti)失(shi)重(zhong)越少。對(dui)于脈沖(chong)著(zhu)色(se)，當鉻(ge)酐(gan)(gan)濃(nong)度(du)(du)達到70g/L后，鉻(ge)酐(gan)(gan)濃(nong)度(du)(du)繼(ji)續(xu)增加，對(dui)基體(ti)(ti)(ti)失(shi)重(zhong)的(de)變化已經影響(xiang)不大(da)了(le)。直(zhi)流(liu)著(zhu)色(se)隨著(zhu)鉻(ge)酐(gan)(gan)濃(nong)度(du)(du)的(de)增加，基體(ti)(ti)(ti)失(shi)重(zhong)呈線性減少。
②. 脈沖著色膜的性(xing)能(neng)優于直流著色膜
由(you)圖9-19可見，相(xiang)同電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度和相(xiang)同的(de)(de)鉻酐濃度下，脈(mo)沖著(zhu)色(se)(se)(se)對于基體的(de)(de)減(jian)薄要比直流(liu)(liu)的(de)(de)大。這是(shi)由(you)于脈(mo)沖著(zhu)色(se)(se)(se)的(de)(de)峰電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度遠高于直流(liu)(liu)的(de)(de)平均電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度，而且色(se)(se)(se)膜(mo)(mo)中鎳(nie)、鉻、鈦的(de)(de)氧化物也比直流(liu)(liu)著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)(mo)略高。同時，脈(mo)沖著(zhu)色(se)(se)(se)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度大，使得基體成膜(mo)(mo)的(de)(de)晶粒細小(xiao)、致(zhi)密(mi)，脈(mo)沖著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)(mo)的(de)(de)性能優于直流(liu)(liu)著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)(mo)。
③. 鉻酐適宜加(jia)入量(liang)。
考(kao)慮到基體的損耗，六價鉻離(li)子的處理，鉻酐加入量以50~60g/L為(wei)宜。
4. 著色膜結構、形貌和(he)成分
①. 著色膜結構(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. 不銹鋼浴(yu)色前、后(hou)的表(biao)面(mian)形貌
采(cai)用SM掃描電鏡以(yi)及(ji)表面(mian)(mian)能譜分析(xi)不(bu)銹鋼(gang)著色前、后的表面(mian)(mian)形貌和成分，發現若色后的不(bu)銹鋼(gang)表面(mian)(mian)晶粒尺(chi)寸變小。
③. 不(bu)銹鋼著色前后的(de)表(biao)面成(cheng)分。
表(biao)(biao)9-28為電鏡掃描分析的(de)表(biao)(biao)面成分。
由表(biao)(biao)9-28可(ke)見，著(zhu)色(se)(se)前(qian)表(biao)(biao)面成(cheng)分中幾乎不含(han)有鈦(tai)，鐵含(han)量(liang)占絕對優勢，鎳、鉻含(han)量(liang)很少。但(dan)著(zhu)色(se)(se)后(hou)表(biao)(biao)面成(cheng)分中鐵含(han)量(liang)明顯降低(di)，而鎳、鉻、鈦(tai)含(han)量(liang)增加。著(zhu)色(se)(se)后(hou)的(de)不銹鋼表(biao)(biao)面為致(zhi)密的(de)鎳、鉻、鈦(tai)氧化(hua)物膜。
5. 不(bu)銹鋼著色(se)膜性(xing)能測試
①. 耐蝕性
表9-29為(wei)不銹鋼浸泡(pao)在3.5%(質量分(fen)數(shu)）氯化鈉溶液(ye)中的(de)浸泡(pao)實驗結果。
由(you)表9-29可見，著(zhu)(zhu)色(se)后的不銹(xiu)鋼較(jiao)未著(zhu)(zhu)色(se)的不銹(xiu)鋼的耐蝕性強(qiang)。
②. 電化學腐蝕測試。
表9-30、表9-31分別為不銹鋼在10%(質量分數）氫氧化(hua)鈉和1mol/L硫酸（相當于98g/L)中的電化(hua)學(xue)測結(jie)果(guo)。
從表(biao)9-30、表(biao)9-31的(de)(de)(de)比較(jiao)可以看(kan)出(chu)，著色(se)后的(de)(de)(de)不銹鋼在酸、堿中的(de)(de)(de)耐蝕(shi)性(xing)與未著色(se)的(de)(de)(de)不銹鋼相當(dang)，甚至更強。
③. 耐(nai)擦(ca)拭測試
將著(zhu)(zhu)色(se)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)用濾紙往復擦(ca)拭(shi)，觀察(cha)色(se)膜(mo)褪去與(yu)擦(ca)拭(shi)次數(shu)的(de)關(guan)系。結果列于(yu)表(biao)(biao)9-32.由表(biao)(biao)9-32可知，電解(jie)著(zhu)(zhu)色(se)的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)耐磨性(xing)明顯優(you)于(yu)化(hua)學著(zhu)(zhu)色(se)的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)。這(zhe)是(shi)由于(yu)電解(jie)著(zhu)(zhu)色(se)的(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)成膜(mo)更(geng)為致(zhi)密(mi)、附著(zhu)(zhu)力(li)更(geng)強。
④. 耐(nai)高溫測試
將著(zhu)色(se)和未著(zhu)色(se)不銹(xiu)鋼(gang)在烘(hong)箱(xiang)中400℃下(xia)恒溫2小時(shi)，觀察不銹(xiu)鋼(gang)表面(mian)顏色(se)，再在10%(體(ti)積(ji)分(fen)數）鹽酸中浸泡(pao)幾秒(miao)，并經水沖(chong)洗(xi)后觀察顏色(se)，結果見表9-33。
由(you)表9-33可見(jian)，著(zhu)色后(hou)的不銹(xiu)鋼耐(nai)高溫性要強于未著(zhu)色的不銹(xiu)鋼。
6. 著色前處理(li)
304不銹鋼→打磨（用0#、2#、4#、6#金相砂紙逐級打磨至鏡(jing)面光亮）→除(chu)油（丙(bing)酮(tong)和酒精）→活化（10%鹽酸）→著色。
