【正文】 （ 4） 304 不銹鋼無(wú)鉻電解著色較含鉻著色而言重現(xiàn)性較好，著色種類更豐富，對(duì)環(huán)境的污染較小，符合現(xiàn)今可持續(xù)發(fā)展的要求。 綜合評(píng)分電流密 度 /A/dm2 圖 37 活化電流密度對(duì)著色膜性能的影響 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 22 從圖 37 中可得：陽(yáng)極電流密度小，陽(yáng)極氧化速率小，對(duì)試樣表面陽(yáng)極溶解作用小，對(duì)試樣表面活化力度小，表面仍殘余雜質(zhì)，阻礙著色膜的生長(zhǎng)，著色膜 耐蝕性降低；陽(yáng)極電流密度大，試樣在陽(yáng)極發(fā)生的氧化速率大，表面過(guò)度生成一層氧化膜，試樣無(wú)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(zhǎng)，因此著色膜耐蝕性降低。 （ b）隨著磷酸溶度增加，膜層綜合性能呈下降趨勢(shì)，在磷酸溶度 1ml/L 時(shí)，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(diǎn)為 1ml/L。試樣經(jīng)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(jīng)氟硅酸活化后，耐蝕性最佳。不銹鋼電解拋光 時(shí)間太短，表面整平效果不好，電解著色膜生長(zhǎng)不平整，導(dǎo)致光澤性差；電解拋光時(shí)間長(zhǎng)，不銹鋼表面可能出現(xiàn)過(guò)腐蝕，出現(xiàn)針孔或麻點(diǎn)，降低電解著色膜耐蝕性。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 15 根據(jù)正交試驗(yàn)分析表得出四因素指標(biāo)（糖精濃度，硫酸濃度，溫度，甘油濃度）和膜層綜合性能關(guān)系曲線分別如圖 31 (a) (b) (c) (d)所示。各個(gè)因素的水平如表 31 所示。為了考察金屬和溶液體系的電化學(xué)性能，測(cè)定極化曲線是不可缺少的重要環(huán)節(jié)，本試驗(yàn)采用塔菲爾法，對(duì)比塔菲爾極化曲線中的自腐蝕電位，腐蝕電位測(cè)量也稱開(kāi)路電位測(cè)量。 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(shí)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(shí)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(shí)間 t/min 電流密度 A/dm2 19 3565 19 80120 室溫 5 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 12 表 27 無(wú)鉻電解著色工藝配方及參數(shù) 無(wú)鉻電解著色膜的性能檢測(cè) 1）著色膜的外觀： 外觀評(píng)定通常是所有性能檢查中的第一步也是最基本的一步。 其中主要工序的工藝參數(shù)及配方設(shè)計(jì)如下： 物理除油：用脫脂棉沾酒精清洗試樣表面； 電化學(xué)除油：電化學(xué)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(yáng)極進(jìn)行電解，從而達(dá)到除油的效果。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 8 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 本課題所用的實(shí)驗(yàn)儀器均是實(shí)驗(yàn)室所提供， 如 表 22 所示。 在電解活化時(shí)，首先對(duì)不銹鋼表面鈍化膜進(jìn)行陽(yáng)極活化，陽(yáng)極的電極過(guò)程為： 南昌航空大學(xué)科技學(xué)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(yáng)極活化過(guò)程中，初生態(tài)氯原子有很強(qiáng)的氧化性，它不斷氧化形成新的表面金屬鐵等離子。因此，凸起部位鈍化膜的溶解破壞程度比凹處的要大，其結(jié)果是凸起部位被腐蝕。根據(jù)陽(yáng)極金屬的性質(zhì)、電解液組成、濃度及工藝條件的不同，在陽(yáng)極表面上可能發(fā)生下列一種或幾種反應(yīng) [28]： （ 1）金屬氧化成金屬離子溶入到電解液中。結(jié)果表明， H2SO4陽(yáng)極電解活化的效果最好。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。 80 年代以來(lái)許 多研究者對(duì)不銹鋼著色進(jìn)行了深入的研究，對(duì) Inco 法作了進(jìn)一步的完善。 1972 年英國(guó)國(guó)際鎳公司提出了 INCO 法：首先，表面預(yù)處理，在 70~90℃的H2SO4CrO3 溶液中浸泡不同時(shí)間而獲得不同顏色，即化學(xué)著色。結(jié)果表明，從短期氧化到長(zhǎng)期氧化，氧化膜表面形貌變化不明顯。研究表明 ,錫基攪拌粒子能夠更快速的進(jìn)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(xiàn)這種粒子的剝離具有一定的線性關(guān)系。結(jié)果表明，所選擇 的參數(shù)拋光效果良好。但顏色的種類比 Inco 法豐富。經(jīng)使用改進(jìn)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。不銹鋼 著色技術(shù)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(shù) 受到越來(lái)越廣泛的重視。 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。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。通過(guò)對(duì) 304 不銹鋼基材拋光面、亞光面電解著色膜性能的比較， 為實(shí)際應(yīng)用基材表面狀況的選擇提供參考依據(jù)。 原文翻譯 1 篇。 學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本 人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的研究成果。 試驗(yàn)結(jié)果表明：氟硅酸體系為最優(yōu)活化體系；電解拋光最佳工藝配方：磷酸700ml/L，硫酸 230ml/L，糖精 5g/L，溫度 45℃，甘油 30ml/L，電流密度 30A/dm2 ， 時(shí)間 10min；活化最佳工藝配方：磷酸 1ml/L，氟硅酸 5ml/L，硫酸 50ml/L，硫酸銨100g/L，電流密度 ，時(shí)間 5min； 304不銹鋼基材亞光面經(jīng)除油、電解拋光、活化得到的電解著色膜性能較基材拋光面更優(yōu)。 隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)不銹鋼的要求越來(lái)越高 [2,3]，單一色彩的不銹鋼已經(jīng)無(wú)法滿足人們的需求， 正是在這個(gè)大背景下，不銹鋼著色技術(shù)的開(kāi)發(fā)和發(fā)展?jié)M足 適應(yīng) 了這一要求。 早期人們研究的不銹鋼著色液是以鉻酐和硫酸或磷酸為基礎(chǔ)配方的體系（統(tǒng)稱Inoc 法） ,該方法采用化學(xué)著色法，通過(guò)控制時(shí)間來(lái)控制不銹鋼著色膜顏色。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 2 選用一種無(wú)毒、低溫的著色方法，研究一種真正 “綠色 ”的不銹鋼彩色化的方法，從根本上解決環(huán)境污染問(wèn)題， 才符合當(dāng)前環(huán)保生產(chǎn)、健康生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展主題 [5]。此后，法國(guó)人 P. A. Jacquet [7]在銅和鎳方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究并推廣應(yīng)用到工業(yè)化中。作者通過(guò)次級(jí)離子質(zhì)譜分析法對(duì)電解拋光表面進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)增大電流和攪拌的速度可以有效的降低氧 氣富集程度。傳統(tǒng)的陰極材料為銅，作者在其表面分別加入鎢、鋁等涂層來(lái)進(jìn)行拋光，發(fā)現(xiàn)加入涂層以后，拋光后的表現(xiàn)可以降低 2%的不一致性。 E 1973 年伊萬(wàn)斯 T該膜厚在通電時(shí)間為 20~60min 內(nèi)增加到100~270nm，主要的顏色為金黃色，紅色，藍(lán)色。 2020 年吳昊 [24]研究了電拋光后再進(jìn)行陽(yáng)極處理的前處理方法，可加快著色速度。在日益發(fā)展的今天，人們對(duì)環(huán)保的理念也變得積極起來(lái)，早期人們研究的不銹鋼著色液是以鉻酐和硫酸或磷酸為基礎(chǔ)配方的體系，對(duì)環(huán)境的污染很大，研究無(wú)鉻綠色著色體系成了未來(lái)的重大發(fā)展方向。然而，由于電解拋光過(guò)程的復(fù)雜性，至今提出的各種電解拋光機(jī)制均存在一定的局限性。所以 ，凸起部位的溶解相對(duì)較快，結(jié)果便導(dǎo)致粗糙表面被宏觀 拋光。 表 21 304 不銹鋼的化學(xué)成分 主要成分 重量百分比 原子百分比 C Cr Ni Fe Si 試驗(yàn)材料的具體規(guī)格如下： （ 1） LWH = 25mm30mm S=25mm30mm2=1500mm2= （ 2）試樣準(zhǔn)備：試驗(yàn)材料為市售經(jīng)過(guò)機(jī)械拋光的 細(xì)長(zhǎng)板材，一面為機(jī)械拋光面，一面為亞光面。 利用電化學(xué)分析儀對(duì)不銹鋼基材不同表面狀態(tài)測(cè)試塔菲爾曲線，研究材料表面狀態(tài)對(duì)膜層耐蝕性的影響，為以后的生產(chǎn)應(yīng)用提供依據(jù)。在電化學(xué)拋光過(guò)程中，不銹鋼表面的氧化層慢慢被除去，粗糙表面逐漸被整平 ， 拋光工藝配方及參數(shù)見(jiàn)表 25。 3）耐蝕性點(diǎn)滴測(cè)試：對(duì)經(jīng)無(wú)鉻電解著色處理（堅(jiān)膜前）的試片（ 4 塊）進(jìn)行測(cè)試。 圖 22 極化曲線裝置圖 鉬酸鈉 g/L 檸檬酸 g/L 硫酸錳 g/L 硫酸鋅 g/L 硫酸銨 g/L 溫度 /℃ 時(shí)間 t/min 電流密度 A/dm2 60 35 3 20 15 58177。正交試驗(yàn)結(jié)果如下表 33 所示。 （ d）甘油的濃度為 30ml/L 時(shí)，膜層綜合性能最好，隨著甘油溶度升高，膜層綜合性能下降，當(dāng)甘油溶度低于 30ml/L 時(shí)，膜層綜合性能也下降，因 此甘油溶度 范為1070ml/L，最佳為 30ml/L。 通過(guò)正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)研究了當(dāng)電解拋光工藝參數(shù)為： 磷酸 700ml/L，硫酸230ml/L，糖精 5g/L，溫度 45℃，甘油 30ml/L，電流密度 30A/dm2時(shí)，獲得的著色膜的耐蝕性、光澤度最佳，因此最佳電解拋光工藝范圍為：磷酸 700ml/L，硫酸160230ml/L，糖精 19g/L，溫度 4565℃，甘油 3070ml/L。 試驗(yàn)編號(hào) 硫酸 ml∕ L 磷酸 ml∕ L 硫酸銨 g/L 氟硅酸 ml∕ L 1 35 1 80 1 2 35 5 100 5 3 35 9 120 9 4 50 1 100 9 5 50 5 120 1 6 50 9 80 5 7 65 1 120 5 8 65 5 80 9 9 65 9 100 1 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 19 表 36 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)編號(hào) 硫酸 ml∕ L 磷酸 ml∕ L 硫酸銨 g∕ L 氟硅酸 ml∕ L 耐蝕性評(píng)分 光澤度評(píng)分 綜合評(píng)分 1 35 1 80 1 2 5 2 35 5 100 5 4 5 3 35 9 120 9 2 3 4 50 1 100 9 4 6 5 5 50 5 120 1 4 3 6 50 9 80 5 4 4 4 7 65 1 120 5 2 6 4 8 65 5 80 9 2 6 4 9 65 9 100 1 2 3 K1 K2 12 12 K3 10 9 10 k1 k2 4 k3 3 極差 R 2 3 因素主次 磷酸 ＞ 氟硅酸 ＞ 硫酸 ＞ 硫酸銨 表 36 可得：膜層性能影響最大的因素為磷酸，其次為氟硅酸，硫酸和硫酸銨的影響因素較小?；罨瘯r(shí)間太短，活化液對(duì)試樣表面活化作用小，試樣表面不處于新鮮的活化狀態(tài)，不利于電解著色膜的生長(zhǎng)；活化時(shí)間太長(zhǎng)，試樣為陽(yáng)極，處于氧化狀態(tài)，過(guò)度氧化形成鈍化膜，即使在酸性溶液中，仍對(duì)鈍化膜溶解低 ，不利于氧化膜生長(zhǎng)。 4 結(jié)論與展望 本文通過(guò)對(duì)不銹鋼著色前處理研究重點(diǎn)探討了拋光和活化兩個(gè)工藝對(duì)不銹鋼著色膜的性能影響，所得出的結(jié)論如下： （ 1）經(jīng)過(guò)正交和單因素試驗(yàn)得出電解拋光最佳工藝范圍為：磷酸 700ml/L， 硫酸 160230ml/L，糖精 19g/L，溫度 4565℃，甘油 3070ml/L，最佳工藝配方為：磷酸 700ml/L，硫酸 230ml/L，糖精 5g/L，溫度 45℃，甘油 30ml/L，電流密度 30A/dm2，時(shí)間 10min。 （ 3）本試驗(yàn)并未對(duì)堅(jiān)膜后的膜層性能進(jìn)行全面研究，必須通過(guò)進(jìn)一步試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 表 37 材料表面 不同前處理工序 試樣序號(hào) 前處理工序 試樣一 除油 +電解活化 +電解著色 試樣二 除油 +機(jī)械拋光 +電解活化 +電解著色 試樣三 除油 +電解拋光 +電解活化 +電解著色 實(shí)驗(yàn)四 除油 +機(jī)械拋光 +電解拋光 +電解活化 +電解著色 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 38 所示 圖 38 試樣表面狀態(tài)對(duì)著色膜性能的影響 0. 45 0. 40 0. 35 0. 30 0. 25 0. 20 0. 15 0. 10 0. 05 0.