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304不銹鋼無鉻電解著色前處理的工藝研究畢業(yè)論文設(shè)計(參考版)

2024-09-05 17:45本頁面
  

【正文】 ( 3)本試驗并未對堅膜后的膜層性能進行全面研究,必須通過進一步試驗來驗證實驗結(jié)果。 由于試驗時間和試驗條件有限,試驗中存在許多不足和問題,具體如下: ( 1) 304 不銹鋼無鉻電解著色還處于研究階段,對比含鉻著色在性能測試方面還有很大的差距,無鉻電解著色前處 理工藝研究只能改善著色膜的性能,但目前的研究狀況下還不能超越含鉻體系。 ( 3) 304 不銹鋼經(jīng)除油、電解拋光、活化得到的電解著色膜亞光面的耐蝕性優(yōu)于機械拋光面,且更適合用于后處理研究,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(jīng)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 結(jié)論與展望 本文通過對不銹鋼著色前處理研究重點探討了拋光和活化兩個工藝對不銹鋼著色膜的性能影響,所得出的結(jié)論如下: ( 1)經(jīng)過正交和單因素試驗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,時間 10min。 表 37 材料表面 不同前處理工序 試樣序號 前處理工序 試樣一 除油 +電解活化 +電解著色 試樣二 除油 +機械拋光 +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 實驗四 除油 +機械拋光 +電解拋光 +電解活化 +電解著色 實驗結(jié)果如圖 38 所示 圖 38 試樣表面狀態(tài)對著色膜性能的影響 0. 45 0. 40 0. 35 0. 30 0. 25 0. 20 0. 15 0. 10 0. 05 0. 00 0. 05 0. 10 0. 15 0. 20876543 lgjE / V—— 試 樣一—— 試 樣二—— 試 樣三—— 試 樣四南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 23 從圖 38 中可得:不銹鋼試樣不同表面狀態(tài)電解著色后著色膜耐蝕性能不同,試樣一、二、三、四的自腐蝕電位為 、 、 、 ,通過試樣一自腐蝕點位明顯低于其他 3 個試樣,說明亞光面經(jīng)活化著色后著色膜耐蝕性最差,對比試樣二、三、四可得,不銹鋼試樣為亞面經(jīng)過電解拋光后著色膜耐蝕性最好。最佳活化電流密度為 。 活化電流密度對著色膜性能的影響 研究活化電流密度對著色膜的影響時,固定硫酸濃度 50ml/L、磷酸濃度 1ml/L、硫酸銨 100g/L、氟硅酸濃度 5ml/L、 電流密度 ,對活化電流密度進行單因素研究,性能結(jié)果如圖 37 所示?;罨瘯r間太短,活化液對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;活化時間太長,試樣為陽極,處于氧化狀態(tài),過度氧化形成鈍化膜,即使在酸性溶液中,仍對鈍化膜溶解低 ,不利于氧化膜生長。 0 2 4 6 8 10 綜合評分氟硅酸 ml/L0 2 4 6 8 10 綜合評分磷酸 /m l/L35 40 45 50 55 60 65 綜合評分硫酸濃度 /m l/L80 90 100 110 120 綜合評分硫酸銨 /g/ L南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 21 活化時間對著色膜性能的影響 研究活化時間對著色膜的影響時,固定硫酸濃度 50ml/L、磷酸 濃度 1ml/L、硫酸銨 100g/L、氟硅酸濃度 5ml/L 及電流密度 ,對活化時間進行單因素研究,性能結(jié)果如圖 36 所示。 ( c)隨著硫酸銨溶度增加,膜層綜合性能先上升后下降,在硫酸銨溶度為 100g/L時,膜層綜合性能最好,因此硫酸銨的最佳 濃度范圍為 80120g/L,最佳點為 100g/L。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 20 ( a) ( b) (c) (d) 圖 35 硫酸濃度、磷酸濃度、硫酸銨及氟硅酸濃度和膜層綜合性能關(guān)系曲線 從圖 35 可得: ( a)隨著硫酸溶度增加,膜層綜合性能先上升后下降,在硫酸溶度為 50ml/L 時,膜層綜合性能最好,因此, 硫酸的最佳濃度范圍為 3565ml/L,最佳點為 50ml/L。 試驗編號 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 正交實驗結(jié)果 試驗編號 硫酸 ml∕ L 磷酸 ml∕ L 硫酸銨 g∕ L 氟硅酸 ml∕ L 耐蝕性評分 光澤度評分 綜合評分 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。 實驗中采用 L9(34)正交試驗表,設(shè)計試驗如表 35 所示。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 18 活化工藝對無鉻電解著色膜性能的影響 正交試驗方案設(shè)計 實驗中使用的是電化學(xué)活化的方法,討論硫酸,磷酸,硫酸銨,氟硅酸四個因素影響對著色膜性能的影響 ,各個因素的水平如表 34 所示。 0 . 15 0 . 10 0 . 05 0. 00 0. 05 0. 10 0. 15 0. 20 0. 25 0. 30 0. 35 0. 40 0. 45864 E / Vlgj 檸檬酸活化 氟硅酸活化 稀硫酸活化 稀硫酸加 硫酸銨活化 圖 34 四種不同活化體系極化圖比較 從圖 34 中可以得出:不銹鋼試樣經(jīng)四種不同活化體系活化后,電解著色膜的耐蝕性不同。 通過正交試驗和單因素試驗研究了當電解拋光工藝參數(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,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。陽極電流密度小,電解拋光能力弱,相同的時間拋光整平效果差電解著色膜生長不平整,導(dǎo)致光澤性差;陽極電流密度過大,拋光力度過大,相同的時間整平效果好,但是基體更容易出現(xiàn)過腐蝕現(xiàn)象,因此電解著色膜的耐蝕性會降低,表面會產(chǎn)生麻點,影響著色膜外觀。因此最佳電解拋光時間為 10min。 2 4 6 8 10 12 14 16 182. 53. 03. 54. 04. 55. 05. 56. 06. 57. 0 綜合評分時間 /m i n 圖 32 電解拋光時間對著色膜的性能影響 從圖 32 可得,電解拋光時間為 10min 時,膜層的性能最佳。 ( d)甘油的濃度為 30ml/L 時,膜層綜合性能最好,隨著甘油溶度升高,膜層綜合性能下降,當甘油溶度低于 30ml/L 時,膜層綜合性能也下降,因 此甘油溶度 范為1070ml/L,最佳為 30ml/L。因此 硫酸的濃度范圍為 160260ml/L,最佳為 230ml/L。 ( a) (b) (c) (d) 圖 31 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 從圖 31 可得: ( a)隨著糖精濃度增加,膜層綜合性能增加,糖精溶度達到 5g/L 時,膜層綜合性能最好,糖精溶度繼續(xù)增加,膜層綜合性能下降,因此 糖精的濃度范圍為 19g/L,最佳為 5g/L。 表 33 拋光正交實驗結(jié)果 試驗編號 硫酸 ml∕ L 糖精 g∕ L 溫度 ℃ 甘油 ml∕ L 耐蝕性 評分 光澤度評分 綜合 評分 1 160 1 45 30 6 5 2 160 5 55 50 2 5 3 160 9 65 70 2 4 3 4 200 1 55 70 0 2 1 5 200 5 65 30 6 6 6 6 200 9 45 50 0 4 2 7 230 1 65 50 0 5 8 230 5 45 70 8 4 6 9 230 9 55 30 4 5 K1 12 9 16 K2 9 9 8 K3 13 10 k1 4 3 k2 3 3 k3 極差 R 4 8 因素主次 甘油 > 糖精 > 溫度 > 硫酸 表 33 可得:膜層性能影響最大的因素為甘油,其次為糖精,溫度和硫酸的影響較小。正交試驗結(jié)果如下表 33 所示。 表 32 拋光正交實驗表 試驗編號 硫酸 ml∕ L 糖精 g∕ L 溫度 ℃ 甘油 ml∕ L 1 160 1 45 30 2 160 5 55 50 3 160 9 65 70 4 200 1 55 70 5 200 5 65 30 6 200 9 45 50 7 230 1 65 50 8 230 5 45 70 9 230 9 55 30 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 14 正交試驗的結(jié)果 通過 對正交試驗中的 9 組不銹鋼試樣進行了膜的光澤度檢測,耐蝕性測試。 表 31 不銹鋼電解拋光因素水平表 實驗號 影響因素 硫酸 ml/L 糖精 g/L 溫度℃ 甘油 ml/L 1 160 1 45 30 2 200 5 55 50 3 230 9 65 70 注:拋光時間固定為 10min,電流密度固定為 30A/dm2 。將影響拋光的因素分為:硫酸含量,糖精含量,拋光溫度,甘油含量。 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 /℃ 時間 t/min 電流密度 A/dm2 60 35 3 20 15 58177。對于活化控制體系 , 腐蝕電位越正 , 體系的耐蝕性越好。腐蝕電位是膜層耐腐蝕性能的最基本參數(shù)。 (點滴試驗配方: 10%氯化鐵溶液,室溫) 4)耐蝕性電化學(xué)測試: 塔菲爾曲線是指符合塔菲爾關(guān)系的極化曲線,是極化曲線中強極化區(qū)的一段。 3)耐蝕性點滴測試:對經(jīng)無鉻電解著色處理(堅膜前)的試片( 4 塊)進行測試。 2)光澤度測試:對經(jīng)無鉻電解著色處理(堅膜前)的試片( 4 塊)進行測試。對于不銹鋼膜層外觀的一般要求是: 著色膜表面顏色均勻且無明顯色差 , 無明顯雜色、擦傷和劃痕。 表 26 活化工藝配方及參數(shù) 無鉻電解著色: 無鉻電解著色工藝配方及參數(shù)見表 27。在電化學(xué)拋光過程中,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)見表 25。不銹鋼在拋光過程中會有選擇性地溶解,使不銹鋼表面光亮度增加。本文采
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