不锈钢化学着彩色液的老化原因分析

  浙江至德钢业有限公司利用着色电位-时间曲线，着色液中主要杂质离子（Cr³⁺,Fe³⁺,Ni²⁺)浓度对不锈钢着色的影响，是使着色起色电位分别升高35.0mV、6.5mV、7.0mV;着色时间延长各约20min,10min,12min;着色膜光亮度降低各约10.0%,1.5%,20.0%.研究表明，着色液中杂质离子浓度增大对不锈钢着色效果有显著影响，是导致着色液老化的主要原因。

1. Cr³⁺、Fe³⁺和Ni²⁺对着色起色电位的影响

图8-29为着色液中Cr³⁺、Fe³⁺和Ni²⁺浓度变化对不锈钢着色起色电位的影响曲线。

①. Cr³⁺的影响

 当着色液中Cr³⁺<20g/L时，随着Cr³⁺浓度的增大，着色起色电位迅速上升，此阶段着色起色电位升高约30mV;当Cr³⁺>20g/L时，着色电位上升程度比较缓慢，主要稳定在170mV.以前曾报道，着色起色电位上升到170mV的现象，主要是由于Cr³⁺浓度增大所致。

②. Fe³⁺的影响

 当着色液中Fe³⁺由0增加到近30g/L时，起色电位φo仅升高了约6mV,可见着色液中Fe³⁺的浓度变化对着色起色电位的影响不大。当Fe³⁺超过30g/L时，由于有部分三价铁盐析出，使得电位数据不稳，不易控制，不再适合着色。

③. Ni浓度

   当Ni²⁺<3g/L时，随着Ni²⁺浓度的增大，着色起色电位上升缓慢，而当Ni²⁺>3g/L时，随着着色液中Ni²⁺浓度的进一步增大，着色起色电位上升较快。

   由上述着色电位－时间曲线可知，着色起色电位升高会使着色膜色彩种类减少，或每种色彩对应的电位差范围变窄，这必定要求着色过程中严格控制电位，不利于实际着色操作。

2. Cr³⁺、Fe³⁺、Ni²⁺对着色能力的影响

 图8-30为着色电位差固定，Cr³⁺、Fe³⁺和Ni²⁺浓度变化对着色时间的影响

 从图8-30可见，随着着色液中Cr³⁺、Fe³⁺和Ni²⁺的浓度增加，到达设定着色电位差所需的时间均延长。Cr³⁺对着色时间的延长程度最大，Cr³⁺由0增加到近40g/L时，对应同一着色电位差16mV,着色时间延长近18min,在Cr³⁺超过45g/L后，对应相同电位，着色时间延长1倍多，此时着色色液已不再适合着色。

 由图8-30(b)可知，Fe³⁺由0增加到25g/L时，时间延长10min.

由图8-30(c)可知，Ni²⁺由0增加到6g/L时，对着色时间延长近8min,可见影响程度比较少。

着色液中Cr³⁺、Fe³⁺、Ni²⁺都会延长着色时间，减慢着色速率，减弱着色能力。

3. Cr³⁺、Fe³⁺、Ni²⁺对着色膜色泽与色调的影响

a. Cr³⁺对着色膜的影响

  在固定着色电位差为16mV下，检测不同Cr³⁺浓度的着色液对着色膜的影响。实验用自制的镜面反射装置，配合分光光度计，检测不同Cr³⁺浓度着色液中制得的彩色不锈钢工件的透光率值和对应的波长值，间接反映着色膜的色泽与色调，检测结果见表8-41。

 由表8-41可知，随着着色液中Cr³⁺浓度的增加，着色膜的最大透光率逐渐降低，呈起初降低慢，随后降低快的趋势。当Cr³⁺由0增加到29.715g/L时，最大透光率值仅降低约5%;Cr³⁺由 29.715g/L增加到41.601g/L时，最大透光率降低约4%.这与实际目测到在大浓度Cr³⁺着色液中不锈钢着色膜的亮度低相吻合。同时，从着色膜最大透光率对应的波长值可发现，色调由黄色慢慢过渡到橙色，可知Cr³⁺浓度的增加会使色调向后偏移。

b. Fe³⁺对着色膜色彩的影响。

在固定着色电位差为16mV,表8-42为Fe³⁺对着色膜的影响。

 由表8-42可见，随着Fe³⁺浓度的增加，着色膜的最大透光率变化很小，当Fe³⁺由0增加到24.25g/L时，着色膜最大透光率仅降低1.1%。Fe3+浓度的增大，使着色膜色调沿色彩变化规律略微向后偏移，变化趋势较小。

c. Ni²⁺对着色膜色调的影响

  固定着色电位差为18mV,表8-43为Ni²⁺对着色膜的影响。

 从表8-43可见，随着Ni²⁺浓度由0增大到5.775g/L时，着色膜最大透光率降低近20%,与直接目测表面亮度逐渐变暗是一致的，当Ni²⁺=8g/L时，透光率极低，着色液已不再适合着色，是着色液中允许Ni²⁺存在的最大值，且波长减小，色调向前偏移。

4. 着色液中Cr³⁺、Fe³⁺或Ni²⁺的极限浓度

着色液中Cr³⁺、Fe³⁺和Ni²⁺的浓度的增大的影响：

①. Cr³⁺=30g/L时是决定着色老化的起色电位快速上升的主要因素；

②. Cr³⁺和Ni²⁺对着色能力减弱的影响大；

③. Cr³⁺、Fe³⁺、Ni²⁺浓度的变化均会影响着色膜的色泽和色调；

 ④. Cr³⁺>45g/L、Fe³⁺>30g/L,或Ni²⁺>8g/L时，着色液均已不再适合色