不(bu)銹鋼電(dian)化(hua)學(xue)著彩色酸(suan)性溶液成分和(he)工藝條件見表9-9。配(pei)方9 (見表9-9)的說(shuo)明 。本配(pei)方由中南大學(xue)冶金科學(xue)與工程學(xue)院鄧姝(shu)皓、龔竹青、柳勇提出。

1. 不銹鋼著色(se)生成亞光銀灰色(se)外觀

  采用化學浸漬法或電解著色法均可將304不(bu)銹鋼著色生成亞光銀灰色外觀。

  ①. 化學著色液組成。

    硫酸   100mL/L  、添加劑(ji)B   90~110mL/L  、添加劑(ji)A  40~60mL/L

  ②. 電(dian)解著色(se)液主要組成。

     硫酸  100mL/L 、電流密度  0.4~0.6A/d㎡ 、鉻(ge)酐  50~60g/L

2. 電流密度(du)對著色膜的影響(xiang)

  ①. 直流(liu)(liu)(liu)和脈沖電(dian)流(liu)(liu)(liu)在不銹(xiu)鋼成膜(mo)(mo)(mo)時，電(dian)流(liu)(liu)(liu)密度(du)(du)對成膜(mo)(mo)(mo)厚度(du)(du)和色(se)澤均有(you)影響。圖9-18為電(dian)解電(dian)流(liu)(liu)(liu)密度(du)(du)與(yu)不銹(xiu)鋼失重的(de)關(guan)系。由(you)圖9-18可見，隨著電(dian)流(liu)(liu)(liu)密度(du)(du)的(de)增(zeng)加(jia)，不銹(xiu)鋼失重也(ye)在增(zeng)加(jia)。電(dian)流(liu)(liu)(liu)密度(du)(du)和不銹(xiu)鋼失重呈一(yi)直線關(guan)系。觀察(cha)著色(se)膜(mo)(mo)(mo)的(de)顏色(se)可以發現(xian)，電(dian)解電(dian)流(liu)(liu)(liu)密度(du)(du)增(zeng)加(jia)，膜(mo)(mo)(mo)層(ceng)的(de)顏色(se)更(geng)加(jia)均勻(yun)一(yi)致，膜(mo)(mo)(mo)層(ceng)也(ye)更(geng)加(jia)致密。可見電(dian)流(liu)(liu)(liu)密度(du)(du)對于著色(se)膜(mo)(mo)(mo)起到了關(guan)鍵的(de)作用。

  ②.  脈(mo)沖(chong)著色(se)與直流(liu)著色(se)的效(xiao)果。結(jie)合SEM(掃描電(dian)鏡）對(dui)著色(se)膜(mo)(mo)分(fen)析，結(jie)果發現，脈(mo)沖(chong)著色(se)膜(mo)(mo)比直流(liu)著色(se)膜(mo)(mo)更加細致均勻，晶粒(li)也較細小。因此(ci)，相(xiang)同的電(dian)解(jie)電(dian)流(liu)密度(du)下，脈(mo)沖(chong)著色(se)的效(xiao)果更好。

  ③.  氧化(hua)膜(mo)(mo)中鎳(nie)、鉻、鈦等氧化(hua)物(wu)含量的(de)分(fen)布。通(tong)過(guo)實驗，發(fa)現不銹鋼(gang)中的(de)添(tian)加(jia)元素在不銹鋼(gang)中呈一濃度(du)(du)梯度(du)(du)，深層(ceng)的(de)添(tian)加(jia)元素要高(gao)于表(biao)面。陽極氧化(hua)時，可以使(shi)表(biao)層(ceng)逐漸溶解(jie)，電流(liu)密(mi)度(du)(du)越大，表(biao)層(ceng)溶蝕越多，形成的(de)氧化(hua)膜(mo)(mo)中鎳(nie)、鉻、鈦等氧化(hua)物(wu)的(de)含量越高(gao)，膜(mo)(mo)越致密(mi)。因此，增(zeng)大電流(liu)密(mi)度(du)(du)可提(ti)高(gao)膜(mo)(mo)層(ceng)性(xing)能，但是，不銹鋼(gang)基體(ti)損(sun)耗加(jia)大。表(biao)面減(jian)薄程度(du)(du)增(zeng)加(jia)，能耗增(zeng)大。實驗表(biao)明，電流(liu)密(mi)度(du)(du)在0.2~0.4A/d㎡為好。

3. 鉻酐濃度(du)對(dui)成膜的影響(xiang)

 ①. 鉻酐濃度(du)與基體失重的關(guan)系

  圖9-19為電解(jie)著(zhu)(zhu)色(se)(se)時鉻酐(gan)濃(nong)(nong)度(du)對(dui)成膜的影響。由圖9-19可見，無論(lun)是脈沖(chong)著(zhu)(zhu)色(se)(se)或者是直流著(zhu)(zhu)色(se)(se)，鉻酐(gan)濃(nong)(nong)度(du)越高，基體失(shi)重(zhong)越少。對(dui)于脈沖(chong)著(zhu)(zhu)色(se)(se)，當鉻酐(gan)濃(nong)(nong)度(du)達到70g/L后，鉻酐(gan)濃(nong)(nong)度(du)繼續增(zeng)加，對(dui)基體失(shi)重(zhong)的變(bian)化已經影響不(bu)大了(le)。直流著(zhu)(zhu)色(se)(se)隨著(zhu)(zhu)鉻酐(gan)濃(nong)(nong)度(du)的增(zeng)加，基體失(shi)重(zhong)呈線性減少。

 ②. 脈沖著色膜的性能優于直流著色膜

  由圖9-19可見，相同電(dian)流(liu)(liu)(liu)密度和相同的(de)(de)鉻酐濃度下(xia)，脈沖(chong)著(zhu)色(se)(se)對(dui)于(yu)基(ji)(ji)體的(de)(de)減薄要(yao)比(bi)直流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)大。這(zhe)是由于(yu)脈沖(chong)著(zhu)色(se)(se)的(de)(de)峰電(dian)流(liu)(liu)(liu)密度遠(yuan)高于(yu)直流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)平均電(dian)流(liu)(liu)(liu)密度，而且色(se)(se)膜(mo)中(zhong)鎳、鉻、鈦的(de)(de)氧化物也比(bi)直流(liu)(liu)(liu)著(zhu)色(se)(se)膜(mo)略高。同時，脈沖(chong)著(zhu)色(se)(se)電(dian)流(liu)(liu)(liu)密度大，使得基(ji)(ji)體成膜(mo)的(de)(de)晶粒細小(xiao)、致密，脈沖(chong)著(zhu)色(se)(se)膜(mo)的(de)(de)性能(neng)優(you)于(yu)直流(liu)(liu)(liu)著(zhu)色(se)(se)膜(mo)。

 ③. 鉻酐(gan)適(shi)宜加入量。

  考(kao)慮到基體的損(sun)耗，六(liu)價(jia)鉻離子的處理，鉻酐加(jia)入量(liang)以50~60g/L為宜(yi)。

4. 著色膜結構、形貌和(he)成分

 ①. 著(zhu)色膜(mo)結(jie)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(bu)銹(xiu)鋼浴(yu)色前、后的表面形貌(mao)

    采用SM掃描電鏡以及表(biao)(biao)面能譜(pu)分(fen)析不銹(xiu)鋼著色前、后的表(biao)(biao)面形貌和成分(fen)，發現(xian)若色后的不銹(xiu)鋼表(biao)(biao)面晶粒尺寸變小。

  ③. 不銹鋼著色前后的表面(mian)成分。

  表(biao)9-28為電鏡掃描(miao)分(fen)析的(de)表(biao)面成分(fen)。

  由表9-28可見，著色(se)(se)前表面(mian)成分(fen)中(zhong)幾乎不含(han)有鈦(tai)(tai)(tai)，鐵含(han)量占(zhan)絕對優勢，鎳(nie)、鉻(ge)含(han)量很少。但著色(se)(se)后(hou)表面(mian)成分(fen)中(zhong)鐵含(han)量明顯降低，而鎳(nie)、鉻(ge)、鈦(tai)(tai)(tai)含(han)量增加。著色(se)(se)后(hou)的(de)不銹鋼表面(mian)為致密的(de)鎳(nie)、鉻(ge)、鈦(tai)(tai)(tai)氧化物膜。

 5. 不銹鋼著(zhu)色(se)膜性能測試

 ①. 耐蝕性

    表9-29為不(bu)銹鋼浸(jin)泡在3.5%(質量(liang)分數）氯化鈉溶液中的浸(jin)泡實驗結果。

    由表9-29可見，著(zhu)色后的不銹(xiu)鋼較未著(zhu)色的不銹(xiu)鋼的耐蝕性強。

 ②. 電化(hua)學腐蝕測(ce)試(shi)。

  表(biao)9-30、表(biao)9-31分別為不銹鋼在10%(質量分數(shu)）氫氧化鈉和1mol/L硫酸（相當(dang)于98g/L)中的(de)電化學測(ce)結果。

 從(cong)表9-30、表9-31的比較可以看出，著色后(hou)的不銹鋼(gang)在酸、堿中的耐(nai)蝕性與(yu)未著色的不銹鋼(gang)相當(dang)，甚至更(geng)強。

 ③. 耐擦拭測試

  將著色不(bu)銹鋼(gang)用濾紙往復擦拭，觀察色膜褪去與擦拭次數的(de)關系。結(jie)果列于(yu)表9-32.由表9-32可知(zhi)，電解著色的(de)不(bu)銹鋼(gang)耐磨性明(ming)顯優于(yu)化(hua)學著色的(de)不(bu)銹鋼(gang)。這(zhe)是(shi)由于(yu)電解著色的(de)不(bu)銹鋼(gang)成膜更(geng)為致(zhi)密、附著力(li)更(geng)強。

④. 耐高(gao)溫(wen)測試(shi)

  將(jiang)著色(se)和未著色(se)不(bu)銹鋼在烘箱中400℃下恒溫2小時，觀察(cha)不(bu)銹鋼表面顏(yan)色(se)，再在10%(體積分數）鹽酸中浸泡幾秒，并經水沖洗(xi)后觀察(cha)顏(yan)色(se)，結果見(jian)表9-33。

  由表9-33可見，著(zhu)(zhu)色(se)后的(de)不銹鋼耐高溫性要強于未著(zhu)(zhu)色(se)的(de)不銹鋼。

6. 著色前(qian)處理

  304不銹鋼→打磨(mo)（用0#、2#、4#、6#金相砂紙逐級打磨(mo)至鏡(jing)面光亮）→除油（丙酮和酒(jiu)精）→活化（10%鹽酸）→著色(se)。