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12 (见表9-9)的说明 。本配方由四川理工学院材料与化学工程系张述林、王晓波、陈世波及化学系李敏娇于2007年6月提出。作者通过正交试验研制了一种奥氏体不锈钢低温、无铬环保型电化学着色新工艺,获得了其最佳配方及工艺参数。所得到的不锈钢着色膜光亮美观,呈金黄色,具有优越的耐蚀性。采用电化学方法研究了不锈钢表面着色膜在3.5%NaCl溶液中的动电位极化曲线。结果表明,不锈钢着色显著提高了膜的电化学稳定性,经封闭处理后,其耐点蚀能力大为提高,腐蚀电流密度较小。


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1. 工艺流程


  实验材料奥氏体不锈钢→打磨(400#、800#、1200#金相砂纸依次打磨抛光)→ 除油(NaOH 40g/L、Na2CO3 60g/L, OP-10乳化剂 5mL/L, 在60~70℃除油 5~10min)→水洗→抛光活化(20%H2SO4、10%HCl,40~60℃,2~3min)→水洗→着色处理(见配方12)→水洗→封闭(1% Na2SiO3封闭液中煮沸5min)→水洗→冷风干燥。



2. 着色


 采用三电极体系:不锈钢试样为工作电极、饱和氯化钾甘汞电极为参比电极,铅片为辅助电极,将三电极置于着色液(见配方12)中,用HDV-7C晶体管恒电位仪控制电位在-600~-700mV,将前处理后奥氏体不锈钢试样在50~60℃,pH为8.0的着色液中处理3~5min 。



3. 极化曲线测试


 用LK98电化学分析系统对所得的彩色膜进行动电位极化曲线测试。用HD-1ASMR2F信号发生器、TYPE-3036X函数记录仪,图9-27是试样着色前后及封闭后的极化曲线。电化学测试溶液为3.5%NaCl,动电位扫描速率为0.3mV/s.


图 27.jpg


  从图9-27可见,未着色的不锈钢的阳极表现出活性溶解,而经过着色和封闭处理后的不锈钢腐蚀电位负移,阳极表现出钝化特征,说明腐蚀的阳极过程在着色和封闭处理后得到明显的阻滞。着金黄色的腐蚀电位比未经着色的不锈钢的腐蚀电位负移了0.3V,着色膜的形成提高了阳极极化行为,使阳极极化到高电位处时才处于活性溶解状态,说明不锈钢着色后,显著提高了膜层的电化学稳定性。未经封闭的彩色不锈钢由于疏松多孔,溶液通过渗透直接与基体接触,点蚀严重,腐蚀电流密度较大。经过封闭处理的不锈钢由于表面氧化膜的存在,机械阻碍阻挡了活性Cl-的浸蚀,耐点蚀能力提高;阻碍氧和电子自由传输,抑制不锈钢腐蚀反应,腐蚀电流密度较小。



4. 预处理对着色的影响


 预处理主要包括抛光、除油和活化,彻底清除试样表面的污垢层和氧化层。预处理的好坏决定膜厚和表面质量,处理不当,会使色彩不均匀、暗淡、不平整,甚至不着色,其中抛光是关键的一环。


5. 通过正交试验确定工艺配方


 硼酸  8.0g/L  、电位-600~-700mV  、柠檬酸三铵  10.0g/L  、温度  60~70℃ 、硫酸亚铁铵  25.0g/L  、时间  3~5min  、添加剂ZH-1  4.0mL/L  、pH  8.0