不锈钢无铬电解着色膜坚膜工艺及性能的研究

作     者：张荣洲 

作者单位：南昌航空大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周雅

授予年度：2015年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：不锈钢 无铬电解着色 电解抛光 电解活化 硅溶胶 

摘      要：不锈钢无铬电解着色作为一种新的不锈钢着色技术,由于其装饰性高,环保低毒备受人们青睐。但无铬电解着色膜的耐蚀性、耐磨性低,难以满足实际使用要求。为了提高无铬电解着色膜的性能,本文就电解抛光、电解活化、固膜封闭处理等坚膜工艺进行了系统研究,获得了与钼酸盐无铬电解着色体系配套的前后处理的坚膜工艺。进行的研究和取得的实验结果如下:1.传统电解抛光体系中由于铬酐对环境和人体的污染及伤害导致其使用范围受到限制。本文通过多因素探索实验,运用电化学测试及扫描电镜形态分析等手段,通过测量着色膜光泽度、耐蚀性、微观形貌等性能指标,研究了磷酸-硫酸体系电解抛光效果,胺类添加剂(UP)的作用。结果表明:电解抛光能提高着色膜的光泽度、耐蚀性、耐磨性;UP能有效防止不锈钢在电解抛光过程中发生过腐蚀。2.运用电化学手段分析探讨不锈钢在电解活化液中的活化机理,并测量不锈钢在电解活化液中的阳极极化曲线,获得电解活化的电流范围。结果表明:电解活化过程中生成活化膜,活化膜的生长分为形核、生长、成膜三个生长阶段。不锈钢在小电流密度(0.067A/dm2)下电解活化效果最好。3.在前述实验的基础上,通过对无铬电解着色膜的表面光泽度、耐蚀时间等参数的测量,对电解抛光、电解活化的体系分别进行了四因素三水平的正交实验和单因素实验,研究了电解抛光、电解活化对着色膜的改善作用,并获得了各自最佳的工艺配方。4.实验研究了不锈钢基体表面状态对电解着色膜的性能的影响,通过电化学手段测量着色膜的耐蚀性,结果表明:不锈钢亚面和机械抛光面都经过电解抛光和电解活化后电解着色膜的光泽度、耐蚀性相近,研究获得的前处理工艺对基材表面的适应性强。5.采用电化学方法和耐摩擦磨损试验机检测了5种固膜方法:沸水固膜、硅酸钠固膜、重铬酸钾固膜、镍封闭剂固膜、及硅溶胶固膜对电解着色膜的固膜效果。硅溶胶固膜后表面形成一层透明的有机薄膜覆盖在着色膜,固膜效果最好,不影响着色膜原本色彩,且硅溶胶工艺较成熟,制备简单,环保低毒。其他四种方法固膜效果较硅溶胶差。6.应用SEM和XPS对无铬电解着色膜和含铬电解着色膜的形貌和物相进行了分析。两者表面均存在裂纹,含铬电解着色膜裂纹较深,膜层厚度为150μm,着色膜含有O、Cr、Fe及少量的Ni,Cr以六价和三价形式存在,Fe以二价和三价形式存在,其中六价Cr具有自修复性,能提高膜的耐蚀性。无铬电解着色膜厚度2μm,着色膜主要含有O、Mo及少量的Fe,其中Mo以六价形式存在,但膜层的裂纹较浅较少且更致密,因此通过前处理、后处理固膜工艺可以使两者着色膜的耐蚀性、耐磨性差异减小。