1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的表面电解着色处理.doc

1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的表面电解着色处理一、 实验目的（1）了解不锈钢电解抛光、电解着色特点及其应用范围；（2）根据所查的资料，能够配置普通常用的电解抛光液与电解着色液；掌握电解电解抛光、电解着色的原理。二、实验原理1Cr18Ni9Ti是一种奥氏体不锈钢，具有耐腐蚀、耐用等优点，而被广泛应用。它在高温或室温下均呈现单相无磁性奥氏体，所以常用的机械抛光对其无能为力, 但可以利用电化学抛光的电解作用， 对不锈钢试样进行选择性溶解, 来整平制件表面组织， 从而降低其表面粗糙度， 提高表面光亮度，从而提高制件的精饰性能。并且电化学抛光能在表面形成钝化膜, 对其耐腐蚀性有明显提高。21 电解抛光原理电解抛光是指试样作为阳极接直流电源的正极，用铅不锈钢等耐电解液腐蚀的导电材料作为阴极接直流电源的负极。两者相距一定距离浸入电解液(一般以硫酸磷酸为基本成分)中，在一定温度电压和电流密度(一般低于1安/厘米2 )下，通电一定时间(一般为几十秒到几分)，试样表面上的微小凸起部分便首先溶解，而逐渐变成平滑光亮的表面的一种表面处理工艺。电解抛光原理主要为黏膜理论：指工件上脱离的金属离子与抛光液中的磷酸形成一层磷酸盐膜吸附在工件表面，这种黏膜在凸起处较薄，凹处较厚，因凸起处电流密度高而溶解快，随黏膜流动，凹凸不断变化，从而粗糙表面逐渐被整平。电解抛光有很多优点，比如：抛光后的工件内外色泽一致，光泽持久，机械抛光无法抛到的凹处也可整平；生产效率高，成本低廉；增加工件表面抗腐蚀性。电解抛光工艺流程为：除油除锈水洗电解抛光水洗中和水洗钝化。电化学抛光所需条件及设备：（1）电源：电源可选用双相220V，三相380V。 （2）整流器：电解抛光对电源波形要求不是太严格，可选用可控硅整流器好高频整流器，整流器空载电压：020v，负载电压（工作电压）：810V,工作电压低于6v，抛光速度慢，光亮度不足。整流器电流：根据客户工件大小而定。（3）阴阳极材料：阴阳极棒应用铜棒或铜管，铜管长是电解槽长加20厘米，阴极板应用铅板，铅板固定在阴极棒上，铅板长为槽高加10厘米，铅板宽根据槽长而定，一般为10厘米，20厘米规格。（4）电解槽及配套设施（阳极棒）：可选用聚氯乙烯硬板材焊接而成。在槽上装三根电极棒，中间为可移动的阳极棒，接电源阳极（或正极），两侧为阴极棒，连接电源阴极（负极）。电解抛光是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通以直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而达到工件表面光亮度增大的效果。22 电解着色原理 着色原理：当不锈钢试样浸入电解着色液后，发生下列反应。在阳极区：MMn+ne(M代表Fe、Cr、Ni等)在阴极区：Cr2O2 +14H+4-6e2Cr3+7H20浸渍一段时间后，在金属溶液界面上金属离子水解生成氧化膜：xCr3+yMn+zH20CrxMy04(z-4 H20+8H+3x+ny=8此时阳极反应在氧化膜的孔底部进行，阴极反应在膜表面进行，阳极反应产物通过孔向外扩散，在孔口和孔底之间建立了扩散电位。随着膜的加厚，扩散电位增大。最后在表面形成一层薄的有颜色的膜。不锈钢试样经过表面着色处理后得到的着色膜不同于铝合金表面的着色膜，它并非形成有色的表面覆盖膜，而是生成的无色透明膜对光干涉色的结果。表面显示的色泽与表面膜的化学成分、组织结构、膜的厚度及表面光洁度等因素有关。电解着色工艺流程：不锈钢试样机械抛光水洗化学除油水洗电解抛光水洗酸洗活化阳极氧化着色水洗电解硬化处理封闭水洗干燥成品。影响着色的因素：温度与着色效果的关系：着色溶液温度升高，着色膜加厚，氧化膜的色调加深。同时着色膜的耐磨性和耐蚀性均有提高，但表面光洁度变差，光泽也稍差。对于金黄色，应控制在50左右为最佳的操作温度。电流密度与着色效果的关系：一般来说，随着电流密度的升高，着色膜加厚，氧化膜的色调加深，同时着色膜的耐磨性和耐蚀性也有所提高，但电流密度不能过大，因为电流密度大会导致着色膜的溶解而且速度随着电流密度的增大而增大，导致膜层反而变薄，膜的光泽及光洁度变差。对于金黄色膜，最佳的电流密度在04o5Adm2范围之内。着色时间对着色质量的影响：在选择了最佳温度及最佳电流密度操作的情况下，最初是随着着色时间的增加，膜层厚度增加，其耐蚀性和耐磨性也增加，但是时间过长，也会引起过腐蚀，使膜变薄，而且光洁度和光泽都变差。因此，着色时间应控制在3min左右，所得的金黄色膜最好。三、 实验仪器与材料材料：1114mm的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢圆柱体试样仪器：整流器、电流表、滑动变阻器、恒温水浴锅四、 实验过程41 除油：除油主要是清除机械抛光后残留在不锈钢表面的油渍，主要看油渍的情况，实验为化学除油，配置如下表1的溶液配方及工艺条件：表1氢氧化钠(NaOH)3050gL硅酸钠(Na2Si03)1550gL碳酸钠(Na2C03)2035gL溶液温度4050磷酸钠(Na3P0412H20)5570gL除油时间油污除净为止42 电解抛光:抛光是为了清除不锈钢表面较厚的氧化层，不然会出现发黑膜的结合力差、均匀性差等问题，严重影响发黑效果。一般没有特殊要求的试样都采用化学抛光，可获得光亮平整的表面。配置电解抛光溶液，其配方及工艺条件如下表2所示：表2磷酸200mL/L甘油4mL/L硫酸280mL/L工作电流：工作温度：30A/dm250CO325g/L抛光时间4min43酸洗活化： 在招色前必须经过酸洗活化处理，酸洗活化溶液配方及工艺条件如下3所示：表3盐酸100mL处理时间35min溶液温度205044 电解着色：配置好电解着色液配方并设置好工艺参数，将处理好的工件件放入配好的着色液中，尽量避免工件与工件、工件与容器壁之间的接触，使工件充分浸在着色液中，并要经常搅拌着色液，向着色液中加蒸馏水以保持溶液浓度，最关键的是要不时取出试件，用水冲洗干净后观察其颜色变化，若没有掌握好出槽时间，即错过了最佳时间，就不能得到纯黑色的膜，影响其外观。其溶液配方及工艺条件如下表4所示：表4硼酸1020gL工作电流0.15-0.30A/dm2硫酸锰1020gLPH值3-4重铬酸钾20-40 g/L工作温度30硫酸铵20-50 g/L处理时间10-20min五、 实验结果与讨论对电解抛光和电解着后1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢进行观察可得，电化学抛光后1Cr18Ni9Ti表层钝化膜形成一层钝化膜，着色后形成一层黑色发膜，其耐腐蚀性明显提高， 表面光亮度比机械抛光明显提高，可达镜面程度。