摘 要

本文概述了黑色不锈钢的应用前景，着色工艺配方及处理过后不锈钢的色膜性能。阐述了三氧化铬浓度，浓硫酸浓度，温度及电流密度对不锈钢颜色及色膜性能的影响。

本文通过三水平四因素正交试验，对着色液中CrO₃的浓度，浓硫酸的浓度，电流密度及着色温度等各项参数进行优化，确认最佳电化学着黑色工艺。对经过电化学着黑色的不锈钢试片进行后处理，通过开路电位-时间法，验证其耐腐蚀的提升。(开路电位-时间法不能对耐磨性作出评价)

研究结果表明(下面不分行,作为一段) 1.不锈钢试片在着色液中颜色的变化在开始着色后，颜色出现周期性变化，经过2400s后出现黑色。2.本试验中电化学着黑色不锈钢的最佳工艺为CrO₃30g/L，H₂SO₄400~500mL/L，温度80/℃，电流密度0.50A/m²。.经不锈钢着色和对不锈钢试样的后处理后，其耐腐蚀性显著提高。

关键词，不锈钢，电化学，着色，耐腐蚀性

This article outlines the prospects for black stainless steel applications, color film properties of colored stainless steel. The influence of chromium trioxide concentration, sulfuric acid concentration, temperature and current density on the stainless steel coloring and color film properties was related.

     Through four factors and three levels orthogonal experiment, the concentration of CrO₃ and sulfuric acid, current density , temperature and other parameters were optimized. After that the best electrochemical blacking process on stainless steel was determined. Open circuit potential-time method was used on post processed blackened stainless steel panels to verify the corrosion resistance improvement.

The results show that color of test piece stainless steel changes periodically in the initial period. The coloring film became black after 2400s.

In this research, the best stainless steel electrochemical blackening process is CrO₃ 30g / L, H₂SO₄400 ~ 500mL / L, temperature 80℃, current density of 0.50A / m².

By postprocessing on blackened stainless steel film,, corrosion resistance of samples improved significantly.

Key Words：Stainless steel, electrochemical, coloring, corrosion resistance

目录

第一章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2起源及研究现状 2

1.3 不锈钢表面着色膜成膜原理 4

1.4不锈钢着色方法 4

1.5不锈钢前处理 5

1.6不锈钢用途及展望 6

第二章 不锈钢着黑色的试验材料、制备及方法 6

2.1试验器材及原料 6

2.1.1试验药品 6

2.1.2试验仪器 6

2.1.3试验材料 7

2.2试验装置 7

2.3工艺流程 7

2.4.1碱性除油 8

2.4.2电解抛光液配方及工艺 8

2.5 不锈钢着黑色 8

2.6后处理 9

2.6.1硬脂酸硬化 9

2.6.2热水封闭 9

2.7着色膜性能测试方法 9

2.7.1耐腐性测定 9

2.7.2耐磨性测定 10

2.7.3膜的附着力测定 10

第三章 不锈钢着黑色的工艺探究 11

3.1.1 CrO₃浓度的影响 11

3.1.2 H₂SO₄浓度的影响 11

3.1.3 电流密度的影响 12

3.1.4 温度的影响 12

3.2不锈钢电化学着色正交试验 12

3.2.1正交试验因素水平表 12

3.2.2正交试验结果与分析 13

3.2.3试验中颜色的变化趋势 16

3.3后处理对色膜耐腐蚀性的影响 16

3.3.1硬化工艺 16

3.3.2热水封闭 17

3.3.3经后处理过后的试样分析 17

3.4耐磨性测定 19

3.5膜的附着力测定 19

3.6 本章小结 19

第四章 结论 20

参考文献 21

附录 23

致 谢 28

第一章 绪论

1.1目的及意义

不锈钢具有强度高，可使用性好，耐腐蚀，耐磨等特点，已在航空航天，船舶，军工，化工等行业得到广泛的应用^【1-2】。同时经过硬化不锈钢的压力容器具有极高的装载承载能力和安全性^【3】。不锈钢的同镍基合金特性相似^【4】。不锈钢从金相组织结构可分为：奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢。然而，单一颜色的不锈钢已经不能满足当今人类的需求，人类迫切需要各类颜色的不锈钢。在提高使用不锈钢着色处理，同时也增加了它的美的价值^【5】。其成膜物质主要是Cr^{3 【6】}。

不锈钢是一个宏伟的工程材料，其领域不断增长的需求，彩色不锈钢悄然出世。不锈钢着色技术在21世纪开始后，得到了更广泛的应用。丰富多彩的颜色不仅增添了不锈钢的装饰性和艺术性，也提高了不锈钢的耐磨性和耐腐蚀性能。目前，不锈钢表面着色的方法有许多，彩色不锈钢的生产工艺也较为成熟。其中，在铬配和硫酸溶液中进行的化学着色是应用最为多的方法。这种方法曾是英国因科公司专利。再往后，日本人在此着色方面不断发展，在商业和技术两处均处于领跑位置。但是到现在为止只能说，他们的产品在设计和时尚的色彩更加适应时代，它的技术是最好的。彩色不锈钢应用范围日益增广，彩色不锈钢板为一个更具体的目的是通过调节色度增加光吸收容量，用作太阳能吸收板。尽管当温度超过200℃时，彩色膜将会被氧化或脱水，可能会造成问题。然而，通过吸收涂有保护层的太阳能电池板，这个问题就可以妥善解决。彩色不锈钢给人们的生活增添了许多色彩，受到更广泛的重视，同时延长不锈钢的使用寿命，而且可以循环使用，成本优势是显而易见的，它的重要性在工程材料经久不衰。彩色不锈钢具有非常诱人的前景，不锈钢被广泛应用于消费市场已成为一种趋势。初始材料成本略高的特点已经被人们逐渐接受，因为它比涂层低碳钢的性能保持更长刷完时间，并经过长期使用后也良好的回收价值，循环寿命长，成本低，效益明显。通过着色或其派生方法着色后，彩色表面的的不锈钢寿命几乎与基体不锈钢寿命一样长，这样，既发挥了不锈钢的耐磨耐腐蚀性等优势，又使得其色彩艳丽，为人们的生活增添了不少色彩。经着色后的不锈钢已经成为人类美观世界的重要组成部分。

不锈钢表面着色主要包括：化学着色法、电化学着色^【7】、离子沉积氧化物着色、高温氧化着色和气相裂解等。化学着色法可分为铬酸盐黑色氧化法、铬酸氧化法和硫化法等。化学着色法不受工件形状的限制，且着色较为均匀。但化学着色法均具有操作温度要求较高，着色最佳点不易控制，危险性大，槽液易分解等缺点，操作受到限制。其中电化学着色研究最为多，即INCO法。此方法已广泛应用于实际生产中。电化学着色法相较化学着色法具有良好的可控制性和重现性，但容易出现电力线分布不均匀，使得色膜颜色的均匀性受到较大的影响^【8】。离子沉积氧化物着色、高温氧化着色和气相裂解均有技术复杂，成本较高，工艺条件苛刻的难题，故在工业生产中应用较少^【9】。