不锈钢电化学着彩色酸性溶液成分和工艺条件见表9-9。配方11 (见表9-9)的说明 。本配方由四川理工学院材料化学工程系 张述林、陈世波、王晓波于2006年9月提出。作者介绍了奥氏不锈钢在硼酸、柠檬酸三铵、硫酸亚铁铵和添加剂的电解液中进行彩色化的环保型配方,通过正交试验得到着色条件,进行电化学氧化,形成绿色彩色膜。
1. 不锈钢着色实验装置
见图9-25.微机为LK98微机电化学分析系统。5为饱和氯化钾甘示电极作为参比电极,6为 213铂电极作为辅助电极。
2. 实验步骤
①. 前处理
打磨(400#水砂纸粗砂抛光,再用800#水砂纸细砂抛光,使表面光洁平整)→除油(碱溶液常规除去油污)→水洗→酸洗(用硫酸和盐酸去除不锈钢表面的氧化物)→水洗→电解抛光→水洗→活化(在活化液中1min)→水洗。
②. 按图9-25所示连接
不锈钢试样为工作电极,饱和氯化钾甘汞电极作为参比电极,铂电极作为辅助电极,将三电极置于含有硼酸、硫酸亚铁铵、柠檬酸三铵、添加剂ZH-L1 电解液中,用LK98微机电化学分析系统,将奥氏不锈钢试样在溶液中采用单电位阶跃计时法进行着色。工艺条件如下:控制电位-700mV,阶跃电位1mV,等待时间1s,采样间隔时间1.000s,采用点数240点,自动调节极化电流,使试样的电位(相对于参比电极)随给定电位发生线性变化,得到钝化曲线,如图9-26所示。
3. 正交试验的结果
影响不锈钢彩色化的主要因素有:阳极极化电位φ,温度T,硼酸溶液体积VB,柠檬酸三铵溶液体积Vc,硫酸亚铁铵溶液体积VF 固定为150mL,添加剂ZH-L1体积Vz固定为1.0mL,着色电位一般为-700~-300mV,通过正交试验,确定不锈钢着绿色工艺配方及工艺条件如下:
0.15mol/L硼酸溶液 100mL 、蒸馏水 100mL 、0.15mol/L硫酸亚铁铵 150mL 、温度 60~70℃
0.1mol/L柠檬酸三铵 10mL 、电位(SCE) -600~-700mV 、添加剂ZH-L1 1.0mL 、时间 2~5min
4. 各种因素的影响
①. 预处理对着色的影响
预处理的好坏是决定膜厚和表面质量的关键因素,预处理不当,会引起色彩不均匀,颜色不同、色彩暗淡或不平整,甚至不着色,故预处理中电解抛光是关键工序,影响着色膜的厚度,从而影响着色膜的色彩。
②. 添加剂的影响
随着添加剂ZH-L1浓度的升高,试样的腐蚀速率和氧化速率增加较快,氧化膜厚度增加,耐蚀性和耐磨性提高,用量超过2.0mL,出现轻微过蚀,引起表面光泽和粗糙度变差,故ZH-L1用量应严格控制。
③. 着色温度的影响
温度上升,着色膜的色调加深,膜层加厚,同时膜的耐蚀性、耐磨性提高,光泽和粗糙度变差。对于绿色膜最佳温度为60℃.表9-36为温度对着色效果的影响。
④. 着色时间的影响
在着色时间2min、3min、4min、6min、9min、30min内,随着时间的延长,着色膜的耐蚀性及耐磨性增加。6min后,时间再延长,其耐蚀性及耐磨性保持不变,色调为棕褐色;30min引起过蚀,表面光泽度变差。绿色膜的最佳着色时间为3min.
⑤. 耐蚀性
通过阴极处理,使其耐蚀性增强,从环保角度,采用不含铬的配方,对环境污染较INCO法有改善。本工艺实验结果基本令人满意,有其广阔的应用前景。本实验只在总体积361mL内实验。扩大到较大规模,其配方为:
硼酸 2.6g/L 、温度60℃ 、硫酸亚铁铵 25g/L 、时间 3min 、柠檬酸三铵 0.7g/L 、电位 -600~-700mV 、添加剂 ZH-LI 3mL/L