不锈钢电化学着色法特点及成膜机理

一、不锈钢电化学着色法使用的电信号

  在化学着色法中没有施加外在的电流。所需的电流、电位，皆发生在不锈钢的自身，利用辅助电极，如饱和甘汞电极（SCE)或铂电极（Pt)和精密电压数字计可以测出不锈钢存在的电位。

  在电化学着色法中，在不锈钢上施加可控制的电流信号，强制不锈钢发生氧化，从而生成着色膜。施加的电信号以电流法表示或电压法表示。

1. 电流法

 又可分为：

①. 恒定直流电流法，电流大小不变；

 ②. 脉冲电流法，施加的电流信号是以脉冲的形式不断发生变化的。

 2. 电位法

 又可分为：

  ①. 脉冲电位法；

  ②.恒定电位法。

二、不锈钢电化学着色法的特点

 电化学着色法的优点：

  ①. 颜色可控性很好，时间范围宽并缩短；

  ②. 颜色的重现性好；

  ③. 受不锈钢表面状况的影响较小；

  ④. 处理温度较低，有些工艺可在室温下进行，改善了工作环境，溶液成分波动较小；

  ⑤. 溶液成分含量较低，因而污染程度较轻；

  ⑥. 用脉冲电流法着色，溶液工作寿命比化学法的长。

  电化学着色法的缺点主要有两点：一是电力线分布不均匀，这是由不锈钢工件形状太复杂所引起的，电化学着色法最适合简单的，如平板、带状物的着色；二是颜色不均匀，这是由电流分布不均匀所致，最好是使用恒电位法来克服这一缺点。

三、不锈钢电化学着色成膜机理

1. 阳极电流（电位）反应

  电化学着色液的主要成分基本上是铬酐（CrO3)和硫酸（H2SO4),不锈钢浸人着色液并施加阳极电流（电位）后，在电化学着色的过程中阳极发生的反应为：

M = Mⁿ⁺ +ne（9-1)

 式中M表示不锈钢成分，如铬、镍、铁等，由于阳极电流的作用，金属成分以离子态进入着色液与金属的界面层中。

2. 阴极电流反应

 不锈钢上施加阴极电流（电位）时发生的反应可能是：

 HCrO^-₄+7H⁺+3e = Cr³⁺+4H₂O  （9-2)  或  Cr₂O^2-₇ +14H⁺+6e = 2Cr³⁺+7H₂O

 同时伴有水解反应：

H₂O+H⁺+2e = H₂+OH- （9-3)

3. 着色膜的形成

 当电化学反应一段时间后，在金属－溶液界面上，阳极和阴极电流生成的金属离子在表面发生水解反应如下：

  pMⁿ⁺+qCr³⁺+rH₂O = M_pCr_qO_r+2rH⁺ （9-4)

  式中，p、q、r为正整数，且有np+3q=2r的关系。

  在溶液－金属界面上，Mⁿ⁺、Cr³⁺的浓度达到临界值，超过富铬的尖晶石氧化物的溶解度，水解反应形成着色膜M_pCr_qO_r.

  Mⁿ⁺、Cr³⁺的扩散乃是着色膜形成的关键步骤。阳极反应生成的Mⁿ⁺通过膜中的孔隙扩散到膜的表面，与阴极反应生成的Cr³⁺络合，使着色膜不断地生长增厚。