【正文】 時間對著色膜性能的影響 ................................................................ 21 活化電流密度對著色膜性能的影響 ........................................................ 21 材料表面狀態(tài)對無鉻電解著色膜性能的影響 ................................................... 22 4 結(jié)論與展望 ...................................................................................................................... 23 參考文獻 ............................................................................................................................. 24 致謝 ..................................................................................................................................... 26 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 1 1 引言 選題依據(jù) 20 世紀初期 ，一種性能卓越的材料 — 不銹鋼問世， 至今不銹鋼 出現(xiàn)時間不足百年， 由于其具有 優(yōu) 異 的耐蝕性、耐磨性、強韌性和 加工 性能迅速在金屬材料領(lǐng)域占據(jù)一席之地 。 作者簽名： 日期： 導師簽名： 日期： 304不銹鋼無鉻電解著色前處理的工藝研究 學生姓名： 章增旺 學號： 118501151 指導教師： 周 雅 摘要 ： 本文以 304 不銹鋼為研究對象，對其無鉻電解著色前的拋光和活化兩道前處理工序進行工藝研究。論文結(jié)束一并提交查閱的資料和實驗原始記錄。 畢業(yè)設計（論文） 題目： 304 不銹鋼無鉻電解著色前處理的工藝研究 學 部 機械與材料學部 專業(yè)名稱 金屬材料工程 班級學號 118501151 學生姓名 章增旺 指導教師 周 雅 二 O 一 五 年 五 月 畢業(yè)設計（論文）任務書 I、畢業(yè)設計 (論文 )題目： 304 不銹鋼無鉻電解著色前處理的工藝研究 II、畢 業(yè)設計 (論文 )使用的原始資料 (數(shù)據(jù) )及設計技術(shù)要求： 一、原始資料： 1． 304 不銹鋼 2. 鉬酸鹽無鉻電解著色液 二、技術(shù)要求： 1．檢索近十年來與課題相關(guān)的中外文獻不少于 20篇，其中近五年文獻不少于 10 篇，外文不少于 2篇。論文的撰寫必須符合學校規(guī)定要求。本人授權(quán)南昌航空大學科技學院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 activation optimum formula: phosphate 1ml / L, fluosilicic 5ml / L, sulfuric acid 50ml / L, ammonium sulfate 100g / L, the current density / dm2, the time 5min。 不銹鋼的應用和發(fā)展已有 80 多年的歷史，但它的著彩色工藝是最近 20 年才引起廣泛關(guān)注。 然而含高濃度六價鉻的著色體系對環(huán)境有嚴重的污染，對人的身體健康有極大的危害，是一種不符合環(huán)保的著色工藝。使得環(huán)保電解膜能夠完全取代傳統(tǒng)的鉻酸陽極著色膜，減少對環(huán)境、人體的傷害，以符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。對于電解拋光以后的表面，科研人員通過 SEM 和 EDS 對表面進行了測量。通過對溫度的測量，結(jié)合計算機的計算得出相應結(jié)論。 不銹鋼活化國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 早在 1927 年，哈耶德（ Hatfield）和格林（ Green）就曾經(jīng)獲得在硫酸和鉻酸水溶液中 進行不銹鋼的彩色處理的專利，他們認為，不銹鋼的著色外觀與其表面狀態(tài)有關(guān)，經(jīng)過除油，電解拋光處理后著色可得到光滑美觀的外表。為此， INCO 公司又探究了電位差控制法，重現(xiàn)性令人滿意。印度的 Nomurak, Takahashik, Takedam 等人研究出了“ CSL”工藝，該工藝包括表面預處理和著色膜的形成及硬化兩步，并發(fā)現(xiàn)其著色過程與鉻著色膜中的水分有關(guān)，顏色的均勻性與表面的前處理工藝有關(guān)。 1995 年劉萍等 [22]研究了只進行除油、除油后活化 10 min 和除油后進行電化學拋光的不銹鋼片，即使電位差相等，著色樣品表面顏色也不一樣。 2H2O、 3g/LNiCl2 xM +yH2O =MxOy +2yH++ 2ye （ 3）氣態(tài)氧的析出。該理論雖在微觀拋光上獲得了較完善的解釋，但又不能較好地說明電解拋光的全過程。不銹鋼表面極易生成肉眼看不見的薄氧化膜 (10nm)，這層致密的氧化膜影響不銹鋼基體與其著色膜之間的結(jié)合力，將導致表面狀況和生成膜的速度不一致，著色不均勻，產(chǎn)生條紋和多種顏色等。 表 23 主要實驗材料與試劑 藥品名稱 純度 藥品生產(chǎn)單位 檸檬酸 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 硫酸 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 硫酸銨 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 硫酸鋅 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 磷酸 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 乙醇 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 氫氧化鈉 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 鉬酸鈉 分析純 AR 國藥集團化學試劑有限公司 碳酸鈉 分析純 AR 上海實驗試劑有限公司 磷酸鈉 分析純 AR 上海試四赫維化工有限公司 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 9 硅酸鈉 分析純 AR 上海試四赫維化工有限公司 氟硅酸 分析純 AR 西隴化工股份有限 公司 糖精 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 硫酸鎳 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 丙三醇 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 烏洛托品 分析純 AR 上海實驗試劑有限公司 硫酸錳 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 氯化鐵 分析純 AR 西隴化工股份有限公司 研究內(nèi)容 本項目針對 304 不銹鋼無鉻電解著色工藝中的電解拋光、活化等工藝進行研究，同時還對材料的表面狀態(tài)對著色膜性能的影響進行研究，獲取一種適應 304 不銹鋼無鉻電解著色的前處理工藝，具體內(nèi)容如下： 電解拋光工藝對著色膜性能的 影響研究 利用正交試驗和單因素試驗研究電解拋光工藝中的硫酸濃度、糖精濃度、槽液溫度、甘油濃度、電流密度、拋光時間等參數(shù)對 304 不銹鋼無鉻電解著色膜性能的影響，分析影響膜層各性能的主要因素，確定最佳電解拋光工藝。 直流電阻箱 電流表 不銹鋼陰極 不銹鋼試樣 著色液 恒溫水浴鍋 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 11 表 24 除油工藝參數(shù)及配方 電解拋光： 以不銹鋼作為陽極，鉛板作為陰極，通入一定電流使兩電極在電化學拋光液中進行電解。通過肉眼或光學顯微鏡觀看不銹鋼著色膜表面 , 應無明顯的缺陷包括針孔、斑點、麻點和其它的缺陷 。表征試樣發(fā)生腐蝕傾向的大小。 實驗中采用 L9（ 34） 正交試驗表，設計試驗如表 32 所示。 （ b）隨 著硫酸溶度增加，膜層綜合性能先下降后上升，硫酸溶度達到 230ml/L時，膜層綜合性能最好，隨著硫酸溶度繼續(xù)增加，膜層綜合性能下降。 拋光電流密度對著色膜性能的影響 拋光電流密度對著色膜的性能影響也是一個非常大的影響因素，在研究拋光電流密度對著色膜的影響時，固定 糖精濃度 5g/L、硫酸濃度 230ml/L、溫度 45℃、甘油濃度 30ml/L 及拋光時間 10min，對拋光電流密度進行單因素研究，性能評定同拋光正交試驗，性能結(jié)果如圖 33 所示 20 25 30 35 401234567 綜合評分電流密 度 /A/dm2 圖 33 電解拋 光電流密度對著色 膜性能的影響 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 17 從圖 33 可得，電解拋光陽極電流密度為 30A/dm2時，膜層的性能最佳。 表 34 不銹鋼活化因素水平表 實驗號 影響因素 硫酸 ml/L 磷酸 ml/L 硫酸銨 g/L 氟硅酸 ml/L 1 35 1 80 1 2 50 5 100 5 3 65 9 120 9 注：活化時間固定為 5min，電流密度固定為 。 （ d）隨著氟硅酸溶度增加，膜層綜合性能先上升后下降，在氟硅酸溶度為 5ml/L時，膜層綜合性能最好，因此氟硅酸的最佳溶度范圍為 19ml/L，最佳點為 5ml/L。 材料表面狀態(tài)對無鉻電解著色膜性能的影響 本 試驗 用的是市面上所售的 304 不銹鋼，試片一面為拋光面，一面為亞光面，為了研究基材表面狀態(tài)對著色膜性能的影響，試驗進行了四種不同方式的研究并測試極化曲線圖做為分析，為了試驗的準確性，試樣只進行除油、活化和著色處理，試樣制備如表 37 所示。 （ 2）本試驗并沒有對無鉻電解著色膜進行耐磨性的測試，所以在最終的性能測試結(jié)果上有些許出入，在之后進行這方面研究時可以加入耐磨性測試。 （ 2）在活化體系篩選中，氟硅酸活化體系最優(yōu)，其最佳工藝范圍為：磷酸 19ml/L，氟硅酸 19ml/L，硫酸 3565ml/L，硫酸銨 80120g/L；最佳工藝配方為：磷酸 1ml/L，氟硅酸 5ml/L，硫酸 50ml/L，硫酸銨 100g/L，電流密度 ，時間為 5min。 因此活化時間 最佳 為 5min。 根據(jù)正交試驗分析表得出四因素指標（硫酸，磷酸，硫酸銨及氟硅酸）和膜層綜合性能關(guān)系曲線分別如圖 35（ a）（ b）（ c）（ d）所示。 活化體系的初步確定 在確定不銹鋼活化體系時，固定電解拋光工藝和電解著色工藝對常規(guī)的幾種體系檸檬酸體系、氟硅酸體系、稀硫酸體系及稀硫酸加硫酸銨活化體系進行篩選，通過測試極化曲線圖比較可以看出氟硅酸為最佳的活化體系。 10 20 30 40 50 60 70 綜合評分甘油濃度 /m l/L160 180 200 220 240 260 綜合評分硫酸濃度 /m l/L0 2 4 6 8 10 綜合評分糖精 濃度 /g/ L35 40 45 50 55 60 65 綜合評分溫度 / ℃南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 16 拋光時間對著色膜性能的影響 研究拋光時間對著色膜的影響時，固定 糖精濃度 5g/L、硫酸濃度 230ml/L、溫度45℃、甘油濃度 30ml/L 及電流密度 30A/dm2，對拋光時間進行單因素研究，性能評定同拋光正交試驗，性能結(jié)果如圖 32 所示。評分 =膜層光澤度 +耐蝕性。 5 4 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 13 3 實驗結(jié)果與討論 電解 拋光工藝對無鉻電解著色膜性能的影響 正交試驗方案設計 試驗中使用的是電化學拋光的方法，該法使不銹鋼試樣表面被整平，達到高度光滑和光澤的外觀。 取試樣亞光面為分析面，在試樣表面滴 5 個點， 3 分鐘之后去離子水洗觀察 試樣表面腐蝕狀況，腐蝕一個點減 2 分，滿分為 10 分。 表 25 拋光工藝配方及參數(shù) 活化處理：按活化工藝配方配置好溶液后，采用不銹鋼板為陰極，不銹鋼試片作為陽極進行活化處理， 活化工藝配方及參數(shù)見表 26。 南昌航空大學科技學院 2020屆畢業(yè)論文 10 實驗裝置圖及工藝流程 實驗裝置圖 實驗裝置圖見圖 21。用防水絕緣膠帶封裝試樣，使不銹鋼只露出前端 30mm， 其余部分用膠帶做密封處理，從而得到標準的試樣尺寸。該理論的局限性在于不能回答電解拋光過程中 是否發(fā)生陽極金屬的鈍化氧化問題，也不能解釋電解拋光過程中所特有的陽極極化問題。 鈍化膜理論 [29]認為，在電解拋光過程中，陽