不(bu)銹鋼(gang)電化學(xue)著彩色酸性(xing)溶液成分和(he)工(gong)藝條件見表(biao)(biao)9-9。配方(fang)9 (見表(biao)(biao)9-9)的說明 。本配方(fang)由中(zhong)南大學(xue)冶金科(ke)學(xue)與工(gong)程學(xue)院鄧姝皓、龔(gong)竹(zhu)青、柳勇提出(chu)。
1. 不銹鋼(gang)著色(se)生成亞光銀(yin)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(ye)組成。
硫酸 100mL/L 、添(tian)加劑B 90~110mL/L 、添(tian)加劑A 40~60mL/L
②. 電解著色液主要組成。
硫酸(suan) 100mL/L 、電流密度 0.4~0.6A/d㎡ 、鉻酐 50~60g/L
2. 電流(liu)密度對著(zhu)色膜的影響
①. 直(zhi)流和(he)(he)(he)脈沖電(dian)流在(zai)不銹(xiu)鋼成膜(mo)(mo)(mo)時，電(dian)流密(mi)度(du)對成膜(mo)(mo)(mo)厚(hou)度(du)和(he)(he)(he)色澤(ze)均(jun)有影響(xiang)。圖9-18為(wei)電(dian)解(jie)電(dian)流密(mi)度(du)與不銹(xiu)鋼失(shi)重的關(guan)系(xi)(xi)。由圖9-18可見，隨著(zhu)電(dian)流密(mi)度(du)的增(zeng)加(jia)，不銹(xiu)鋼失(shi)重也在(zai)增(zeng)加(jia)。電(dian)流密(mi)度(du)和(he)(he)(he)不銹(xiu)鋼失(shi)重呈一直(zhi)線關(guan)系(xi)(xi)。觀察著(zhu)色膜(mo)(mo)(mo)的顏色可以發現，電(dian)解(jie)電(dian)流密(mi)度(du)增(zeng)加(jia)，膜(mo)(mo)(mo)層(ceng)的顏色更加(jia)均(jun)勻一致(zhi)，膜(mo)(mo)(mo)層(ceng)也更加(jia)致(zhi)密(mi)。可見電(dian)流密(mi)度(du)對于著(zhu)色膜(mo)(mo)(mo)起到了關(guan)鍵的作用。
②. 脈(mo)沖(chong)(chong)著(zhu)色(se)(se)(se)與直流著(zhu)色(se)(se)(se)的效(xiao)果。結合SEM(掃(sao)描電(dian)鏡）對著(zhu)色(se)(se)(se)膜分析，結果發現，脈(mo)沖(chong)(chong)著(zhu)色(se)(se)(se)膜比直流著(zhu)色(se)(se)(se)膜更加細致均(jun)勻，晶(jing)粒也較細小。因此，相同的電(dian)解電(dian)流密度下，脈(mo)沖(chong)(chong)著(zhu)色(se)(se)(se)的效(xiao)果更好(hao)。
③. 氧(yang)(yang)化(hua)(hua)膜(mo)中(zhong)鎳、鉻、鈦等(deng)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)含量的(de)(de)分布(bu)。通過實驗，發現不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)添加(jia)元素在(zai)(zai)不(bu)銹鋼(gang)中(zhong)呈一濃度梯(ti)度，深層(ceng)的(de)(de)添加(jia)元素要(yao)高于表(biao)面。陽極氧(yang)(yang)化(hua)(hua)時(shi)，可以使表(biao)層(ceng)逐漸溶解(jie)，電流密(mi)度越(yue)大，表(biao)層(ceng)溶蝕越(yue)多，形成的(de)(de)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)膜(mo)中(zhong)鎳、鉻、鈦等(deng)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物(wu)的(de)(de)含量越(yue)高，膜(mo)越(yue)致密(mi)。因此，增大電流密(mi)度可提高膜(mo)層(ceng)性能(neng)，但是(shi)，不(bu)銹鋼(gang)基體損耗加(jia)大。表(biao)面減薄程度增加(jia)，能(neng)耗增大。實驗表(biao)明，電流密(mi)度在(zai)(zai)0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻酐濃度對成膜(mo)的(de)影響
①. 鉻(ge)酐(gan)濃度與基體失重的關系
圖9-19為(wei)電解著(zhu)色(se)時鉻酐(gan)濃(nong)度(du)對(dui)(dui)成膜(mo)的(de)影響。由圖9-19可見，無論是脈(mo)沖著(zhu)色(se)或者是直(zhi)流(liu)著(zhu)色(se)，鉻酐(gan)濃(nong)度(du)越高(gao)，基體(ti)(ti)失(shi)重越少。對(dui)(dui)于(yu)脈(mo)沖著(zhu)色(se)，當(dang)鉻酐(gan)濃(nong)度(du)達到70g/L后，鉻酐(gan)濃(nong)度(du)繼續增(zeng)加，對(dui)(dui)基體(ti)(ti)失(shi)重的(de)變(bian)化(hua)已經影響不(bu)大了(le)。直(zhi)流(liu)著(zhu)色(se)隨著(zhu)鉻酐(gan)濃(nong)度(du)的(de)增(zeng)加，基體(ti)(ti)失(shi)重呈線性減(jian)少。
②. 脈沖(chong)著色膜(mo)的性能優于直流(liu)著色膜(mo)
由(you)圖9-19可見，相(xiang)(xiang)同電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)和相(xiang)(xiang)同的(de)鉻(ge)(ge)酐濃(nong)度(du)(du)下，脈沖著色(se)(se)(se)對于基體的(de)減薄要比直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)的(de)大。這(zhe)是由(you)于脈沖著色(se)(se)(se)的(de)峰(feng)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)遠高(gao)于直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)的(de)平均電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)，而且(qie)色(se)(se)(se)膜(mo)中鎳、鉻(ge)(ge)、鈦(tai)的(de)氧(yang)化(hua)物也比直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)著色(se)(se)(se)膜(mo)略高(gao)。同時，脈沖著色(se)(se)(se)電(dian)流(liu)(liu)密(mi)度(du)(du)大，使(shi)得基體成膜(mo)的(de)晶粒細小、致(zhi)密(mi)，脈沖著色(se)(se)(se)膜(mo)的(de)性能優(you)于直(zhi)(zhi)流(liu)(liu)著色(se)(se)(se)膜(mo)。
③. 鉻酐適宜(yi)加入量。
考(kao)慮到基(ji)體(ti)的損耗，六價鉻離子的處理，鉻酐(gan)加入量(liang)以50~60g/L為宜。
4. 著色(se)膜(mo)結(jie)構、形(xing)貌和成分
①. 著(zhu)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(yu)色前、后的表面形貌
采用(yong)SM掃描電鏡以及表(biao)面(mian)(mian)能(neng)譜分析(xi)不(bu)銹(xiu)鋼著色(se)前、后(hou)的表(biao)面(mian)(mian)形貌和(he)成分，發現若色(se)后(hou)的不(bu)銹(xiu)鋼表(biao)面(mian)(mian)晶粒尺(chi)寸(cun)變(bian)小(xiao)。
③. 不銹(xiu)鋼著色前(qian)后的表面成分。
表(biao)(biao)9-28為電鏡掃描分析的表(biao)(biao)面成分。
由表(biao)(biao)9-28可見(jian)，著色(se)前表(biao)(biao)面成(cheng)分中幾(ji)乎(hu)不(bu)含有鈦(tai)(tai)，鐵含量(liang)占絕(jue)對優勢(shi)，鎳(nie)(nie)、鉻含量(liang)很少。但(dan)著色(se)后表(biao)(biao)面成(cheng)分中鐵含量(liang)明顯降(jiang)低，而鎳(nie)(nie)、鉻、鈦(tai)(tai)含量(liang)增加。著色(se)后的(de)不(bu)銹鋼表(biao)(biao)面為致密的(de)鎳(nie)(nie)、鉻、鈦(tai)(tai)氧化物(wu)膜。
5. 不銹鋼(gang)著色膜性能(neng)測試
①. 耐蝕(shi)性(xing)
表9-29為(wei)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)浸泡在(zai)3.5%(質(zhi)量(liang)分(fen)數）氯化鈉溶液中的浸泡實驗(yan)結果(guo)。
由表9-29可見，著(zhu)色后(hou)的(de)不銹鋼較未著(zhu)色的(de)不銹鋼的(de)耐蝕性強。
②. 電化學腐蝕測試。
表(biao)9-30、表(biao)9-31分別為(wei)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)學測結(jie)果(guo)。
從表9-30、表9-31的比較可以看出，著(zhu)色后的不銹(xiu)鋼在(zai)酸、堿中(zhong)的耐蝕性(xing)與(yu)未著(zhu)色的不銹(xiu)鋼相當，甚至更強。
③. 耐擦拭測(ce)試
將著(zhu)色不(bu)銹鋼(gang)用(yong)濾紙往復(fu)擦(ca)拭，觀察色膜(mo)褪去與(yu)擦(ca)拭次數(shu)的關系。結果(guo)列于表9-32.由表9-32可(ke)知(zhi)，電(dian)解著(zhu)色的不(bu)銹鋼(gang)耐磨性明顯(xian)優于化學著(zhu)色的不(bu)銹鋼(gang)。這是由于電(dian)解著(zhu)色的不(bu)銹鋼(gang)成膜(mo)更(geng)為致密(mi)、附(fu)著(zhu)力更(geng)強。
④. 耐高溫測(ce)試
將著色(se)和未著色(se)不銹(xiu)鋼在烘箱(xiang)中400℃下恒溫2小時，觀察不銹(xiu)鋼表面顏色(se)，再在10%(體積(ji)分數）鹽酸中浸泡幾秒，并經水沖(chong)洗后觀察顏色(se)，結果見表9-33。
由表9-33可見，著(zhu)色(se)后的不銹(xiu)鋼(gang)耐高溫性要強于未(wei)著(zhu)色(se)的不銹(xiu)鋼(gang)。
6. 著色前處理
304不銹鋼→打(da)磨(mo)（用0#、2#、4#、6#金相砂紙逐級打(da)磨(mo)至鏡(jing)面(mian)光亮）→除(chu)油(you)（丙酮和酒精）→活化（10%鹽酸）→著色。
