【正文】 和活化配方進行正交試驗和單因素試驗，以著色膜的光澤度、耐蝕性進行性能表征，最終確定出電解拋光和活化工藝配方；通過對 304不銹鋼基材拋光面、亞光面電解著色膜進行塔菲爾曲線測試，為實際應用基材表面狀況的選擇提供參考依據。 304 stainless steel substrate by polishing, matte surface of electrolytic colored film Tafel curve tests, provide reference to select the application to the substrate surface conditions. The results showed that: fluosilicic system for the optimal activation system。不銹鋼最早僅僅用于餐具，而現在廣泛應用于宇航、海洋、能源、建筑、家用器具等領域 [1]，已成為一種不可或缺的優(yōu)良金屬材料。不銹鋼 著色技術賦予了不銹鋼艷麗的色彩、絢麗的外表 ， 與 人們的 日益提高的 審美取向 相一致，因此著色技術 受到越來越廣泛的重視?？傊讳P鋼著彩色在保持了不銹鋼材料原有的各種優(yōu)良傳統(tǒng)的基礎上，又以其鮮艷的外觀給人們的生活增添了情趣。經使用改進后的 Inco 法著色能夠得到色澤均勻，耐蝕性、耐磨性良好的著色膜。因此，尋找研究替代這類著色工藝的新型環(huán)保的不銹鋼著色工藝顯得極為迫切。但顏色的種類比 Inco 法豐富。該技術的發(fā)展要追溯到 1911 年 1 月 19 日莫斯科大學什彼達爾斯基 [6]獲得的“使金屬和金屬電鍍層表面具有拋光光澤的方法”專利。結果表明，所選擇 的參數拋光效果良好。 波蘭的 Tadeusz Hryniewicz 等人 [10]研究了在不同電解拋光條件下，拋光層氧氣富集的程度。研究表明 ,錫基攪拌粒子能夠更快速的進行拋光且拋光后的表面刮痕較桂基攪拌粒子要少很多 ,并且他們發(fā)現這種粒子的剝離具有一定的線性關系。 韓國釜山大學的 Sukhoon Jeong等人 [15]研究通過在在陰極上加入不同的涂層來進行電解拋光實驗。結果表明，從短期氧化到長期氧化，氧化膜表面形貌變化不明顯。 19391941 年美國相繼提出了不銹鋼在硫酸和鉻酸鹽 (或重鉻酸鹽 ) 溶液中可以獲得黑色、深藍色、黃棕和巧克力色等； 1965 年克萊格和格林發(fā)現在 H2SO4 CrO3 溶液中添加少量鉬酸銨可以提高不銹鋼著色膜光亮性； 1968 年杰姆斯等獲得在不銹鋼上形成多種色彩的專利；同年伊萬 斯 T 1972 年英國國際鎳公司提出了 INCO 法：首先，表面預處理，在 70~90℃的H2SO4CrO3 溶液中浸泡不同時間而獲得不同顏色，即化學著色。一些論文中還提出用磷酸代替硫酸作為催化劑，在含 250g/L CrO3和 ，以鉛板為陽極，以不銹鋼為陰極在 ～ 密度下，電解 10min 即可充分硬化著色膜 。 80 年代以來許 多研究者對不銹鋼著色進行了深入的研究，對 Inco 法作了進一步的完善。 2020 年 Karina de Oliveira Vasconcelos, Nerilso Bocchi, Romeu C. RochaFilhoand Sonia R. Biaggio [21]在 不同的溫度下，運用三角波電流掃描的方法，在硫酸濃度為5mol/L，在 50℃，最小電流密度 ，最大電流密度為 ，時間為 的條件下獲得的 304 不銹鋼氧化膜。著色前，首先要去掉這一層氧化膜，使表面處于活化狀態(tài)，獲得新鮮的表面，提高著色層的附著力和色彩的均勻性。 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 5 2020 年歐陽貴等 [23]發(fā)現如果不進行活化或活化不 理想，將導致表面狀況和生成膜的速度不一致，著色不均勻，產生條紋和多種顏色等。結果表明， H2SO4陽極電解活化的效果最好。 本課題研究意 義及目的 不銹鋼在生活當中的應用是越來越廣泛，伴隨著人們對不銹鋼的認知也越來越多，不銹鋼的著色研究也倍受關注。根據陽極金屬的性質、電解液組成、濃度及工藝條件的不同，在陽極表面上可能發(fā)生下列一種或幾種反應 [28]： （ 1）金屬氧化成金屬離子溶入到電解液中。 電解拋光后的陽極表面狀態(tài)主要取決于上述 4 種反應的強弱程度。因此，凸起部位鈍化膜的溶解破壞程度比凹處的要大，其結果是凸起部位被腐蝕。由于陽極表面的“絕緣”程度不同，因而陽極表面上的電流分布不均勻，凸起部位的電流較凹陷部位的電流大。 在電解活化時，首先對不銹鋼表面鈍化膜進行陽極活化，陽極的電極過程為： 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 7 M → M n+ + ne （ M 代表 Cr、 Ni、 Fe） 2Cl — 2e→ 2Cl → Cl2 在陽極活化過程中，初生態(tài)氯原子有很強的氧化性，它不斷氧化形成新的表面金屬鐵等離子。 實驗材料、儀器設備及藥品 實驗材 料 本試驗采用 304 不銹鋼為研究對象， 具有良好的機械特性和強度，具體化學 成分見表 21。 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 8 實驗儀器設備 本課題所用的實驗儀器均是實驗室所提供， 如 表 22 所示。 材 料表面狀態(tài)對著色膜性能的影響研究 目前， 304 不銹鋼材料表面有拋光面、亞光面兩種表面狀態(tài)，因此研究不同的表面狀態(tài)對無鉻電解著色膜性能的影響。 其中主要工序的工藝參數及配方設計如下： 物理除油：用脫脂棉沾酒精清洗試樣表面； 電化學除油：電化學除油是在直流電的作用下，在堿性除油液中將不銹鋼表面作為陰極或陽極進行電解，從而達到除油的效果。電化學拋光的機理主要是陽極電極過程和表面磷酸膜共同作用的結果。 氫氧化鈉 g/L 碳酸鈉 g/L 磷酸鈉 g/L 硅酸鈉 g/L 電流密度 A/dm2 溫度 /℃ 時間 t/min 60 30 30 5 10 80 5 磷酸 ml/L 硫酸 ml/L 甘油 ml/L 糖精 g/L 烏洛托品 g/L 溫度 /℃ 時間 t/min 電流密度 A/dm2 700 160230 3070 19 8 4565 10 30 氟硅酸 ml/L 硫酸 ml/L 磷酸 ml/L 硫酸銨 g/L 溫度 /℃ 時間 t/min 電流密度 A/dm2 19 3565 19 80120 室溫 5 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 12 表 27 無鉻電解著色工藝配方及參數 無鉻電解著色膜的性能檢測 1）著色膜的外觀： 外觀評定通常是所有性能檢查中的第一步也是最基本的一步。由于在測量試樣光澤度的過程中，結果波動較大，試驗采用人工定性的方式進行試樣結果分析，光澤度在 500800 之間取間隔 50 為一個評分點，初始評分為 2。為了考察金屬和溶液體系的電化學性能，測定極化曲線是不可缺少的重要環(huán)節(jié)，本試驗采用塔菲爾法，對比塔菲爾極化曲線中的自腐蝕電位，腐蝕電位測量也稱開路電位測量。 極化曲線測定裝配圖見圖 22 所示。各個因素的水平如表 31 所示。為方便記錄和計算，對上述所選定的性能指標進行分等級評分：光澤度 50%，膜耐蝕性50%。 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 15 根據正交試驗分析表得出四因素指標（糖精濃度，硫酸濃度，溫度，甘油濃度）和膜層綜合性能關系曲線分別如圖 31 (a) (b) (c) (d)所示。 （ c）溫度為 45℃時，膜層綜合性能最好，隨著溫度升高，膜層綜合性能下降，當溫度低于 45℃時，膜層綜合性能也下降，因此溫度的范圍為 3565℃，最佳為 45℃。不銹鋼電解拋光 時間太短，表面整平效果不好，電解著色膜生長不平整，導致光澤性差；電解拋光時間長，不銹鋼表面可能出現過腐蝕，出現針孔或麻點，降低電解著色膜耐蝕性。因此 最佳拋光電流密度 為 30A/dm2。試樣經稀硫酸體系、稀硫酸加硫酸銨體系、檸檬酸體系和氟硅酸體系活化后，電解著色膜自腐蝕電位分別為 、 、 、 ，因此明顯可以得出，不銹鋼試樣經氟硅酸活化后，耐蝕性最佳。 表 35 活化正交實驗表 正交試驗的結果 實驗測試方式同拋光正交實驗，對 膜的光澤度及耐蝕性進行測試，正交試驗結果如下表 36 所示。 （ b）隨著磷酸溶度增加，膜層綜合性能呈下降趨勢，在磷酸溶度 1ml/L 時，膜層綜合性能最好 ，因此磷酸最佳 的濃度范圍為 19ml/L，最佳點為 1ml/L。 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 綜合評分時間 /分鐘 圖 36 活化時間對著色膜性能的影響 從圖 36 中可得：活化時間為 5min 時，著色膜性能最好。 綜合評分電流密 度 /A/dm2 圖 37 活化電流密度對著色膜性能的影響 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 22 從圖 37 中可得：陽極電流密度小，陽極氧化速率小，對試樣表面陽極溶解作用小，對試樣表面活化力度小，表面仍殘余雜質，阻礙著色膜的生長，著色膜 耐蝕性降低；陽極電流密度大，試樣在陽極發(fā)生的氧化速率大，表面過度生成一層氧化膜，試樣無法露出新鮮的活化表面，該層氧化膜影響了電解著色膜的生長，因此著色膜耐蝕性降低。 304 不銹鋼經除油、電解拋光、活化得到的電解著色膜亞光面在后處理研究中性能更優(yōu)于機械拋光面，但得到的電解著色膜亞光面的光澤度略低于機械拋光面，經綜合評定，得到的電解著色膜亞光面性能優(yōu)于機械拋光面。 （ 4） 304 不銹鋼無鉻電解著色較含鉻著色而言重現性較好，著色種類更豐富，對環(huán)境的污染較小，符合現今可持續(xù)發(fā)展的要求。 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 24 參 考 文 獻 [1] 張述林 ,王曉波 ,陳世波 .不銹鋼著色的研究進展 [J].電鍍與精飾 ,2020,29(1):3638. 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