不锈钢化学着色配方 23 (表8-9),本配方由南京理工大学材料科学与工程系 曹荣、樊新民和南京医科大学口腔医学院 陈文静、赵春阳、胡芳于2005年10月提出。
他们为了获得重现性良好、色彩鲜艳的不锈钢表面色彩和了解不锈钢表面着色膜成分,采用电位控制不锈钢表面着色方法;并利用俄歇能谱分析表面膜层成分。通过利用电位变化曲线能够控制不锈钢表面氧化膜的厚度,使着色工艺易于控制。
1. 着色工艺步骤
除油→清洗→浸酸活化→清洗→控电位浸渍着色→清洗吹干→固膜处理(H3PO4 2.5g/L, CrO3 250g/L, DK 0.2~1A/d㎡,试样阴极电解5~10min,阳极Pb板)→封闭处理→清洗→吹干。
着色液见表 8-9 配方23, 着色实验装置示意图见图8-23。
2. 着色工艺参数的影响
①. 着色时间
在温度、着色液浓度确定的条件下,着色时间加长,膜层加厚,颜色按蓝、金黄、红、绿变化。时间过长,氧化膜变得粗糙,甚至粉化。当试样着色电位与着色起始电位差超过30mV时,表面氧化膜迅速溶解,着色膜质量与时间的关系见表 8-28。
着色时间长于15min后,色泽变得不均匀,难以区分具体色调。
②. 着色液温度
所用配方在低于55℃时将不能着色,较好的温度范围是80~95℃,高于此范围,溶液水分蒸发较快,氧化变强,着色周期缩短,颜色控制困难。较低温度使着色过程加长,利于色彩控制,着色效果好。图8-24为不同温度下颜色-时间关系曲线。
③. 电位的影响
氧化膜是多孔膜,随着膜的增厚,阳极反应(M→M2++2e,M为Fe、Cr、Ni等)在氧化膜的孔底部进行,阴极反应在膜的表面进行。阳极反应产物通过孔向外扩散。在阴极区,溶液中的六价铬离子的电子还原为Cr3+(Cr2O2-7+14N++6e → 2Cr3++7H2O),当M2+、Cr3+达到一定浓度时。两极反应产生的金属离子发生水解作用,形成表面氧化膜(MpCrqOr): pM2++gCr3++rH2O →MpCrqOr+2rH+.在孔口和孔底之间建立了扩散电势Δμ,随着膜的加厚,Δμ增大,试样与参比Pt电极之间的电位差被削弱,趋于减小,实验测定的电位-时间曲线见图8-25.图中曲线所示217mV处为着色起始电位,着色终止电位Eo=191mV,不同电位对应不同的膜层厚度,即对应不同的色彩,和用数字电压表测这一区间的不同电压值可得到不同色调的着色效果。
④. 其他工艺参数
除油、浸酸活化的样品比未活化的样品着色过程加快,提前0.5~1min到达着色起始电位。
固膜使氧化膜的耐蚀性、耐磨性显著提高,未固膜处理的表面颜色在同等负荷砂纸(600#)的擦拭下更易于被擦掉。
固膜过程中,新的膜层在氧化膜孔隙或表面形成、增厚,增厚了的膜层使表面色彩变化,因此,固膜控制着色彩的变化。
3. 着色膜层的成分
用俄歇电子能谱分析,原子数分数:2.34% S、53.92% O、31.05% Cr、12.69% Fe。
质量分数:2.3% S、26.45% O、49.52% Cr、21.73% Fe.