【正文】 用的是陰極除油，電化學(xué)除油除了有化學(xué)除油的乳化作用和皂化作用外，還在電流作用下，使水分解，在不銹鋼表面析出氧氣和氫氣，除油工藝配方及參數(shù)見(jiàn)表 24。 圖 21 電解著色裝置圖 工藝流程 不銹鋼無(wú)鉻電解著色前處理工藝流程為：裝掛 → 物理除油 → 去離子水洗 → 電化學(xué)除油 → 去離子水洗 → 電解拋光 → 去離子水洗 → 活化處理 → 去離子水洗 → 電解著色 → 去離子水洗 → 卸掛 → 冷風(fēng)吹干 → 干燥 → 性能檢測(cè)。 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(xiàn)，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)。 活化工藝對(duì)著色膜性能的影響研究 通過(guò)對(duì)不同活化體系進(jìn)行塔菲爾曲線(xiàn)測(cè)試確定初始活化體系，利用正交試驗(yàn)和單因素試驗(yàn)研究該體系磷酸濃度、氟硅酸濃度、硫酸濃度、硫酸銨濃度、電流密度、活化時(shí)間等參數(shù)對(duì) 304 不銹鋼無(wú)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，確定最佳活化工藝。 表 22 主要實(shí)驗(yàn)儀器 儀器名稱(chēng) 規(guī)格 生產(chǎn)廠(chǎng)家 直流穩(wěn)壓電源 WLS 上海電光器件廠(chǎng) 數(shù)字萬(wàn)用表 DT9203 濱江儀表廠(chǎng) 電熱恒溫水浴鍋 HH—4 國(guó)華電器有限公司 直流數(shù)字電壓表 PZ28c 上海電表廠(chǎng) 鉑電極 E—201—C 上海儀電有限公司 旋轉(zhuǎn)式電阻箱 ZX21 上海市楊浦電表廠(chǎng) 電化學(xué)分析儀 CHI606C 上海希艾曲儀器經(jīng)營(yíng)部 架盤(pán)藥物天平 BP—Ⅱ 上海醫(yī)療器械八廠(chǎng) 秒表 —— 實(shí)驗(yàn)室提供 電熱吹風(fēng)機(jī) 奧爾斯 850 實(shí)驗(yàn)室提供 光澤度儀 MN268 天津其立有限公司 實(shí)驗(yàn)藥品 實(shí)驗(yàn)室所用的主要材料和藥品 如 表 23 所示。在裁剪試樣過(guò)程如果裁剪處不平整應(yīng)將試樣尖端的倒角 用砂紙打磨圓滑，防止 倒角會(huì)在著色的過(guò)程中產(chǎn)生尖端放電現(xiàn)象，從而導(dǎo)致著色膜的顏色不均勻。 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。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。氯離子與不 銹鋼鈍化膜表面形成的鐵、鉻、鎳離子的配位體的穩(wěn)定常數(shù)又較高，因此易生成配陰離子而不斷溶解，于是溶解過(guò)程易于進(jìn)行，起到了陽(yáng)極活化作用。 活化原理：在電解活化液中含有鹽酸和氯化鎳，在活化液中氯離子濃度很高。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(guān) 拋光。 由 JacguetP A 提出的粘膜理論認(rèn)為：當(dāng)電流通過(guò)電解液時(shí)，在陽(yáng)極表面生成一層由陽(yáng)極溶解產(chǎn)物組成的粘性液膜，它有較高的黏度和較大的電阻，而其厚度在粗糙表面的各個(gè)部分是不相等的，在凹陷部位的厚度大于凸起部位的厚度。如此反復(fù)，直至獲得穩(wěn)定致密的鈍化膜層，這使電 化學(xué)拋光效果可達(dá)極值。由于陽(yáng)極表面上凸起和凹陷部位的鈍化程度不同，其中凸起部位的化學(xué)活性較大，且開(kāi)始形成的鈍化膜往往不完整呈多孔性，而凹陷部位處于更為穩(wěn)定的鈍化狀態(tài)。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。 2H2O=O2+4H++4e （ 4）電解液中各組分在陽(yáng)極表面的氧化 。 (M 為鐵鉻鎳等金屬離子 ) M = M2++ 2e （ 2）陽(yáng)極表面生成鈍化膜。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 6 2 實(shí)驗(yàn)部分 實(shí)驗(yàn)原理 電解拋光的原理：電解拋光是金屬陽(yáng)極溶解的獨(dú)特電解過(guò)程，它受眾多可變因素的影響。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。 6H2O。 2020 年張書(shū) [27] 采用正交試驗(yàn)優(yōu)化了該不銹鋼的電刷鍍前處理工藝，研究了三種活化方法分別是 （ 98%）、 (NH4)2SO4； 21ml/LHCl（ 37%）； 、 2020 年程作慧、薛永強(qiáng) [26]等人研究了 6 種不同活化方法即 HCl 室溫活化 、 H2SO4室溫活化、 H2SO4陽(yáng)極活化、 H2SO4陰極活化、 H2SO4高溫活化、 H2SO4CrO3陽(yáng)極活化。 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。 1999 年谷春瑞等 [2]研究了前處理及后處理對(duì)不銹鋼化學(xué)著色的影響，發(fā)現(xiàn)凡是能夠使不銹鋼基體表面活化的因素均可加速著色過(guò)程。人們?cè)缫寻l(fā)現(xiàn)活化對(duì)不銹鋼著色有重要的影響。 不銹鋼表面極易生成肉眼看不見(jiàn)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(dǎo)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。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 Rosangela Conrrado， Nerilso Bocchi， Romeu C. RochaFilho， Sonia R. Biaggio[20]等人研究了 304 不銹鋼選擇性脈沖電位下 ， 能夠得到多種顏色的著色膜 ； 在含鉻電解著色液中不同著色電位下著色膜的耐蝕性 ， 最終結(jié)果電位差為 下的藍(lán)色著色膜耐蝕性最差。 1989 年印度的 venkatachalam R 等人在鉻酸和硫酸的溶液中制得了藍(lán)色的不銹鋼，發(fā)現(xiàn)其具有α =，ε =（通常用的黑漆其α =，ε =）的光學(xué)性質(zhì)，用于太陽(yáng)能吸收器取得了良好的效果。 等用飽和甘汞電極作參比電極，測(cè)量了著色過(guò)程中的電位變化，控制著色不銹鋼表面和參比電極之間的電位變化量的測(cè)量系統(tǒng)成為 INCO 法的關(guān)鍵，被列入絕密級(jí)技術(shù)范疇。 1973 年伊萬(wàn)斯 T 電解硬化處理方法為：電解液組成為 240～ 260g/L 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 4 CrO3與 ～ ，溫度控制在 25～ 40℃，電流密度為 ～ ，電解時(shí)間為 2～ 30min[19]。該工藝最初采用時(shí)間控制法，一旦溶液組成或溫度發(fā)生變化時(shí)，重現(xiàn)性較差。上述方法獲得的色彩膜是疏松多孔的，且耐磨性和耐污性較差，還達(dá)不到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。 E然而，由于所獲得的著色膜不耐磨，抗污能力差，在沒(méi)有解決膜的固化問(wèn)題的當(dāng)時(shí)，該技術(shù)沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用 [17]。電解拋光處理不利于 690TT 合金表面保護(hù)性氧化膜快速生長(zhǎng)，內(nèi)層氧化膜的平均生長(zhǎng)速率并未顯著降低。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所金屬腐蝕與防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的張志明等 [16]研究了 690TT 合金在含 B 和 Li，充 H2的高溫高壓水溶液中經(jīng)不同時(shí)間浸泡后表面生長(zhǎng)的氧化膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)。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。 江南大學(xué)的 JianZhong Jiang 等人 [14]通過(guò)建模研究了非晶層的粘性流動(dòng)與電解拋光參數(shù)的關(guān)系，通過(guò)對(duì)應(yīng)關(guān)系的研究，作者深層次分析了電解拋光粒子剝離的機(jī)制。 韓國(guó)中央大學(xué)的 Seunghee Oh 等人 [13]發(fā)現(xiàn)電解拋光中粒子的剝離是由于粒子攪南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020屆畢業(yè)論文 3 拌的機(jī)械作用與電化學(xué)作用共同作用的結(jié)果，兩個(gè)影響因素相互影響、相互增強(qiáng)，作者通過(guò)建立熱力學(xué) 機(jī)械 化學(xué) 模型來(lái)研究這種相互影響的程度。與此同時(shí)，研究者還對(duì)電解液的 pH 值，溫度等參數(shù)進(jìn)行了觀(guān)測(cè)。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?？蒲腥藛T還用 5%的氯化鈉溶液對(duì) Ti13Nb~13Zr 進(jìn)行了腐燭，發(fā)現(xiàn)氯化鈉溶液可以很明顯的提高腐燭速度。 西里西亞工業(yè)大學(xué)的 Wojciech Simka等人 [9]研究了在加入氟化銨和硫酸的電解液中電解 Ti13Nb~13Zr。通過(guò) EDS 觀(guān)測(cè)電解拋光前后的元素變化，通過(guò)稱(chēng)重法來(lái)測(cè)量電解拋光的腐燭速度，通過(guò)測(cè)量極化曲線(xiàn)，找到電解拋光與電化學(xué)之間的關(guān)系。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。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 不銹鋼電解拋光國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 電解拋光是近幾十年發(fā)展起來(lái)的表面處理技術(shù)，目的是為了改善金屬表面的微觀(guān)幾何形 狀，降低金屬表面的顯微粗糙程度。因此，本課題將主要通過(guò)改善前處理工藝提高經(jīng)無(wú)鉻體系著色液著色得到的著色膜的耐蝕性、耐磨性。但存在以下幾個(gè)問(wèn)題：著色膜重現(xiàn)性不好，耐蝕性、耐磨性差。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]。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，這類(lèi)著色工業(yè)將會(huì)全面淘汰。該著色膜經(jīng)過(guò)陰極電解硬化處理，在確保著色膜顏色的前提下，進(jìn)一步提高了著色膜的耐蝕性和耐磨性。 為 消除這一缺陷 ，因科公司采用控制 著色過(guò)程中的 電位差 來(lái)控制膜層顏色，著色膜顏色主要為黑色，黃 色，藍(lán)色三種色系。 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(chēng)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。如今彩色不銹鋼的生產(chǎn)和應(yīng)用已進(jìn)入快速發(fā)展階段，電化學(xué)著彩色，高溫著彩色等多元化的發(fā)展預(yù)示著該工藝正朝著高端化和多樣化的方向發(fā)展，彩色 不銹鋼的裝飾性和藝術(shù)性不斷提高，預(yù)示著不銹鋼著彩色正向著更完善方面前進(jìn)。 并且著色技術(shù)還 延長(zhǎng)不銹鋼使用壽命，所帶來(lái)的成本效益明顯 [5]。 而且 增強(qiáng)了不銹鋼 優(yōu)良的 耐磨、耐熱、耐 蝕的特性，并保留 良好的機(jī)械加工性能， 因此不銹鋼著色 是一種 提高不銹鋼 裝飾性 的 表面處理技術(shù) [4]。 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(mǎn)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。 304 stainless steel substrates matt surface degreasing, electrolytic pared with the base material polished surface polishing, electrolytic colored film activation obtain better performance. Keywords ： Stainless steel chromiumfree electrolytic coloring polishing activation corrosion resistance Signature of Supervisor： 目 錄 1 引言 .................................................................................................................................... 1 選題依據(jù) ................................................................................................................. 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..................................................................................................... 2 不銹鋼電解拋光國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................................................. 2 不銹鋼活化國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...................................................................... 3 本課題研究意義及目的 ......................................................................................... 5 2 實(shí)驗(yàn)部分 ............................................................................................................................ 6 實(shí)驗(yàn)原理 ................................................................................................................. 6 實(shí)驗(yàn)