不銹鋼電化學(xué)著彩色酸性溶液成分和工藝條件見表9-9。配方9 (見表9-9)的說明 。本配方由中南大學(xué)冶金科學(xué)與工程學(xué)院鄧姝皓、龔竹青、柳勇提出。
1. 不銹鋼著色生成亞光銀灰色外觀
采用化學(xué)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(xué)著色液組成。
硫酸 100mL/L 、添加劑B 90~110mL/L 、添加劑A 40~60mL/L
②. 電解著色液主要組成。
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. 直流和脈沖電流在不銹鋼成膜時，電流密度對成膜厚度和色澤均有影響。圖9-18為電解電流密度與不銹鋼失重的關(guān)系。由圖9-18可見，隨著電流密度的增加，不銹鋼失重也在增加。電流密度和不銹鋼失重呈一直線關(guān)系。觀察著色膜的顏色可以發(fā)現(xiàn)，電解電流密度增加，膜層的顏色更加均勻一致，膜層也更加致密。可見電流密度對于著色膜起到了關(guān)鍵的作用。
②. 脈沖著色與直流著色的效果。結(jié)合SEM(掃描電鏡）對著色膜分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脈沖著色膜比直流著色膜更加細(xì)致均勻，晶粒也較細(xì)小。因此，相同的電解電流密度下，脈沖著色的效果更好。
③. 氧化膜中鎳、鉻、鈦等氧化物含量的分布。通過實驗，發(fā)現(xiàn)不銹鋼中的添加元素在不銹鋼中呈一濃度梯度，深層的添加元素要高于表面。陽極氧化時，可以使表層逐漸溶解，電流密度越大，表層溶蝕越多，形成的氧化膜中鎳、鉻、鈦等氧化物的含量越高，膜越致密。因此，增大電流密度可提高膜層性能，但是，不銹鋼基體損耗加大。表面減薄程度增加，能耗增大。實驗表明，電流密度在0.2~0.4A/d㎡為好。
3. 鉻酐濃度對成膜的影響
①. 鉻酐濃度與基體失重的關(guān)系
圖9-19為電解著色時鉻酐濃度對成膜的影響。由圖9-19可見，無論是脈沖著色或者是直流著色，鉻酐濃度越高，基體失重越少。對于脈沖著色，當(dāng)鉻酐濃度達(dá)到70g/L后，鉻酐濃度繼續(xù)增加，對基體失重的變化已經(jīng)影響不大了。直流著色隨著鉻酐濃度的增加，基體失重呈線性減少。
②. 脈沖著色膜的性能優(yōu)于直流著色膜
由圖9-19可見，相同電流密度和相同的鉻酐濃度下，脈沖著色對于基體的減薄要比直流的大。這是由于脈沖著色的峰電流密度遠(yuǎn)高于直流的平均電流密度，而且色膜中鎳、鉻、鈦的氧化物也比直流著色膜略高。同時，脈沖著色電流密度大，使得基體成膜的晶粒細(xì)小、致密，脈沖著色膜的性能優(yōu)于直流著色膜。
③. 鉻酐適宜加入量。
考慮到基體的損耗，六價鉻離子的處理，鉻酐加入量以50~60g/L為宜。
4. 著色膜結(jié)構(gòu)、形貌和成分
①. 著色膜結(jié)構(gòu)
X射線衍射結(jié)果表明，著色前、后不銹鋼在表面結(jié)構(gòu)上發(fā)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. 不銹鋼浴色前、后的表面形貌
采用SM掃描電鏡以及表面能譜分析不銹鋼著色前、后的表面形貌和成分，發(fā)現(xiàn)若色后的不銹鋼表面晶粒尺寸變小。
③. 不銹鋼著色前后的表面成分。
表9-28為電鏡掃描分析的表面成分。
由表9-28可見，著色前表面成分中幾乎不含有鈦，鐵含量占絕對優(yōu)勢，鎳、鉻含量很少。但著色后表面成分中鐵含量明顯降低，而鎳、鉻、鈦含量增加。著色后的不銹鋼表面為致密的鎳、鉻、鈦氧化物膜。
5. 不銹鋼著色膜性能測試
①. 耐蝕性
表9-29為不銹鋼浸泡在3.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）氯化鈉溶液中的浸泡實驗結(jié)果。
由表9-29可見，著色后的不銹鋼較未著色的不銹鋼的耐蝕性強(qiáng)。
②. 電化學(xué)腐蝕測試。
表9-30、表9-31分別為不銹鋼在10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）氫氧化鈉和1mol/L硫酸（相當(dāng)于98g/L)中的電化學(xué)測結(jié)果。
從表9-30、表9-31的比較可以看出，著色后的不銹鋼在酸、堿中的耐蝕性與未著色的不銹鋼相當(dāng)，甚至更強(qiáng)。
③. 耐擦拭測試
將著色不銹鋼用濾紙往復(fù)擦拭，觀察色膜褪去與擦拭次數(shù)的關(guān)系。結(jié)果列于表9-32.由表9-32可知，電解著色的不銹鋼耐磨性明顯優(yōu)于化學(xué)著色的不銹鋼。這是由于電解著色的不銹鋼成膜更為致密、附著力更強(qiáng)。
④. 耐高溫測試
將著色和未著色不銹鋼在烘箱中400℃下恒溫2小時，觀察不銹鋼表面顏色，再在10%(體積分?jǐn)?shù)）鹽酸中浸泡幾秒，并經(jīng)水沖洗后觀察顏色，結(jié)果見表9-33。
由表9-33可見，著色后的不銹鋼耐高溫性要強(qiáng)于未著色的不銹鋼。
6. 著色前處理
304不銹鋼→打磨（用0#、2#、4#、6#金相砂紙逐級打磨至鏡面光亮）→除油（丙酮和酒精）→活化（10%鹽酸）→著色。
