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10  (見表9-9)的說明 。本配方由華中理工大學(xué)化學(xué)系 賈法龍、郭稚弧、李卓民提出。


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1. 低頻方波電流對不銹鋼進(jìn)行著色


  著色液組成為：鉻酐 250g/L, 硫酸 490g/L, 實(shí)驗(yàn)中采用方波電流，實(shí)驗(yàn)裝置見圖9-21,電流波形見圖9-22.實(shí)驗(yàn)設(shè)備中信號發(fā)生器型號為DCD-1,恒電位儀型號為HDV-7C,參比電極為飽和氯化鉀甘汞電極（SCE),用3068型XY函數(shù)記錄儀記錄不銹鋼片相對于甘汞電極的電位隨時(shí)間的變化情況。選取具有代表性的4個(gè)因素，即著色液溫度、正電流密度i+、負(fù)電流密度i-和周期T值。只要調(diào)節(jié)好適當(dāng)?shù)恼娏髅芏?、?fù)電流密度、時(shí)間、周期、溫度參數(shù)，就可以得到所要的顏色。


圖 21.jpg  圖 22.jpg



2. 著色實(shí)驗(yàn)對參數(shù)的優(yōu)選


  ①. i+的值均大于i-的值：通過正交試驗(yàn)，能夠著上色的試片的規(guī)律為i+的值均大于i-的值。


  ②. 凡是未發(fā)生著色的，其電位-時(shí)間圖中陰極響應(yīng)電位，并不隨時(shí)間的延長而正移；有著色出現(xiàn)的，其陰極響應(yīng)電位隨時(shí)間的延長而正移。若參數(shù)不同，正移的幅度也不同。


  ③. 周期不同，都能著色，說明周期的取值對著色的影響較小。


  ④. 溫度值。


  固定i+與i-一個(gè)組合（組合原則是i+≥i-),再改變周期與溫度的值，觀察著色的效果。結(jié)果見表9-34。其中每組實(shí)驗(yàn)的著色時(shí)間均為10min,著色完后進(jìn)行固膜和封閉，然后做耐磨性測試。


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  通過實(shí)驗(yàn)可以基本上確定工藝參數(shù)為；i+=2.0mA/c㎡, i- =-1.0mA/cm,溫度為60℃,周期T=2.5s。



3. 顏色隨時(shí)間的變化


所著顏色隨時(shí)間變化情況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表9-35。


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  表9-35 中的顏色都是經(jīng)過電解固膜和到閉后所全現(xiàn)的顏色，顏色的重現(xiàn)性和均勻性較好，耐磨次數(shù)用負(fù)荷500g的瓶塞橡皮在著色膜表面來回摩擦均在1000次以上。由表9-35可知，隨著通電時(shí)間的延長，膜的顏色也發(fā)生變化，一定的電解時(shí)間對應(yīng)著一定的顏色，因此，可以通過控制電解時(shí)間來獲得所需的顏色。隨著時(shí)間的延長，膜的顏色變化趨勢大致為；茶色一藍(lán)色一黃色一紅色。



4. 著色試片的耐蝕性能


  著色試片與未著色試片在0.2mol/L的鹽酸（相當(dāng)于16.7mL/L)中的自然腐蝕電位比較見圖9-23.由圖9-23表明，彩色不銹鋼片在此鹽酸中長期浸泡然保持鈍態(tài)電位，而且穩(wěn)定。耐蝕性顯然要比未著色的要好。


圖 23.jpg


5. 著色前處理


 304不銹鋼→機(jī)械拋光→清洗→除油①→清洗→電化學(xué)拋光②→清洗→著色。


注：①. 除油。氫氧化鈉20~40g/L,碳酸鈉30~40g/L,OP乳化劑2~3mL/L,溫度70~80℃,時(shí)間6~10min.


    ②. 電化學(xué)拋光。磷酸（85%)560mL/L,硫酸（98%)400mL/L,鉻酐50g/L,其余為水，電流密度20~50A/d㎡,電壓10~20V,溫度55~65℃,時(shí)間4~5min。




6. 著色后處理


 著色→清洗→固膜處理→清洗→封閉→清洗→烘干。


  注：固膜處理：  鉻酐250g/L,磷酸2.5g/L,陰極電流密度0.4A/d㎡,溫度25℃,時(shí)間10min.


         封閉：  試片放人1%硅酸鈉的封閉液中煮沸5min進(jìn)行封閉處理。



7. 方波電解著色法的優(yōu)點(diǎn)


 ①. 著色重現(xiàn)性較好，容易控制。


 ②. 只要調(diào)節(jié)好適當(dāng)?shù)墓ぷ鲄?shù)，就可以獲得所需要的顏色。利用此法已經(jīng)在不銹鋼表面制出了多種顏色。


 ③. 顏色均勻，與被施加的電流密度分布均勻性有關(guān)。在設(shè)計(jì)電解著色槽時(shí)，要使電流在工件上的分布均勻。石墨電極與工件的面積比影響電流分布均勻性。



8. 著色膜的XPS研究 


   河北工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 王文靜、李國彬和河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院王軍皓、李偉英、王希生等人介紹了不銹鋼電化學(xué)著色工藝，采用正交試驗(yàn)法對不銹鋼電化學(xué)著色的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了優(yōu)化，得出最佳實(shí)驗(yàn)方案，與配方10非常接近，但工藝條件不同，也不用方波電源。組成與工藝條件為：CrO3 228g/L, H2SO4 483g/L, 溫度80℃,電流密度0.50A/d㎡,然后對制得的黃色著色膜元素和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，用X射線光電子能譜儀，常稱為XPS,(生產(chǎn)廠家為美國PHI公司，型號為PH15300 system; 微機(jī)為UNIX。X射線槍：功率250W;電壓13000V;能量為A1靶1486.6eV).圖9-24為膜的XPS全圖。


圖 24.jpg


 由圖9-24可知，其膜中含有的元素有Cr、Fe、O、S、C.Cr可能以六價(jià)和三價(jià)的氧化物或與COOH結(jié)合的形式存在。