304不锈钢无铬电解着色前处理的工艺研究毕业论文设计.docx
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304不锈钢无铬电解着色前处理的工艺研究毕业论文设计
毕业设计（论文）
题目：
304不锈钢无铬电解着色前处理的工艺研究
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
毕业设计（论文）任务书
I、毕业设计（论文）题目：
304不锈钢无铬电解着色前处理的工艺研究
II、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：
一、原始资料：
1．304不锈钢2.钼酸盐无铬电解着色液
二、技术要求：
1．检索近十年来与课题相关的中外文献不少于20篇，其中近五年文献不少于10篇，外文不少于2篇。
按本科毕业设计（论文）指导手册的写作要求完成开题报告（A4纸不少于15页），完成原文翻译1篇。
原文翻译1篇。
2.熟练掌握304不锈钢无铬电解着色工序，利用腐蚀点蚀试验或电化学测试等分析手段筛选前处理抛光、
活化方法。
3.重点研究机械抛光、“绿色”电解抛光和活化等前处理工序对无铬电解着色膜的光泽度、耐蚀性等
性能的影响，获取最佳的前处理工艺。
通过对304不锈钢基材抛光面、亚光面电解着色膜性能的比较，
为实际应用基材表面状况的选择提供参考依据。
4.数据整理及论文撰写
能运用所学知识和技能发现与解决实际问题，做到实验数据真实可信，能对结果进行分析，得出有
价值的结论。
论文的撰写必须符合学校规定要求。
论文结束一并提交查阅的资料和实验原始记录。
III、毕业设计（论文）工作内容及完成时间：
1.第2周前完成开题报告、翻译一篇与课题相关的外文资料
2.第3周－第11周实验研究及数据记录、整理
3.第12周论文定稿
4.第13周指导老师交论文给教学秘书；论文答辩
Ⅳ、主要参考资料：
[1]刘伟.不锈钢化学着色及封闭处理的研究[D].东北大学大学硕士学位论文.2009.
[2]方景礼,刘琴,韩克平等.不锈钢上蓝色钼酸盐转化膜的研究[J].材料保护,1995,28（5）:
3～5.
[3]张述林,王晓波,陈世波.不锈钢着色的研究进展[J].电镀与精饰,2007,29
（1）:
36～38.
[4]刘忠宝.彩色不锈钢制备及性能研究[D].西安电子科技大学硕士学位论文.2009.
[5]LinChaoYi,ChangChaiHao,TsaiWenTa.Morphologiealandmierostrueturalaspectsofmetal
MethodforObtainingColoronStainlessSteelbyInterference[J].journaloftheelectrochemicalsociety,2005,152（11）:
491～494.
dusingon3041stainlesssteelwithdifferentsurfacetreatments[J],OxidationofMetals,2004,62（3）:
153~174.
[6]陈天玉.不锈钢表面处理技术[M].北京:
化学工业出版社,2004.258～259.
机械与材料学部金属材料工程专业类1185011班
学生（签名）：
章增旺
填写日期：
2015年01月08日
指导教师（签名）：
周雅
助理指导教师（并指出所负责的部分）：
腐蚀与防护系系主任（签名）：
附注:
任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。
学士学位论文原创性声明
本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。
对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
作者签名：
日期：
导师签名：
日期：
304不锈钢无铬电解着色前处理的工艺研究
学生姓名：
章增旺学号：
118501151
指导教师：
周雅
摘要：
本文以304不锈钢为研究对象，对其无铬电解着色前的抛光和活化两道前处理工序进行工艺研究。
通过塔菲尔曲线测试确定活化体系；通过对电解抛光配方和活化配方进行正交试验和单因素试验，以着色膜的光泽度、耐蚀性进行性能表征，最终确定出电解抛光和活化工艺配方；通过对304不锈钢基材抛光面、亚光面电解着色膜进行塔菲尔曲线测试，为实际应用基材表面状况的选择提供参考依据。
试验结果表明：
氟硅酸体系为最优活化体系；电解抛光最佳工艺配方：
磷酸700ml/L，硫酸230ml/L，糖精5g/L，温度45℃，甘油30ml/L，电流密度30A/dm2，时间10min；活化最佳工艺配方：
磷酸1ml/L，氟硅酸5ml/L，硫酸50ml/L，硫酸铵100g/L，电流密度0.067A/dm2，时间5min；304不锈钢基材亚光面经除油、电解抛光、活化得到的电解着色膜性能较基材抛光面更优。
关键字：
不锈钢无铬电解着色抛光活化耐蚀性
指导老师签名：
Researchonpretreatmentof304stainlesssteelchrome-freeelectrolyticcoloring
Studentname:
ZhangZengwangStudentID：
118501151
Supervisor:
ZhouYa
Abstract：
Taking304astheresearchobject,itschrome-processresearchbeforepolishingandelectrolyticcoloringactivationtwopre-treatmentprocess.Tafelcurveisdeterminedbytheactivationsystemtest;byelectrolyticpolishingrecipesandrecipeactivationorthogonalexperimentandsinglefactorexperimentstoglosscoloredfilm,thecorrosionresistancecharacterization,andultimatelydeterminetheelectrolyticpolishingandactivationprocessrecipe;304stainlesssteelsubstratebypolishing,mattesurfaceofelectrolyticcoloredfilmTafelcurvetests,providereferencetoselecttheapplicationtothesubstratesurfaceconditions.
Theresultsshowedthat:
fluosilicicsystemfortheoptimalactivationsystem;electrolyticpolishingoptimalformula:
phosphate700ml/L,sulfate230ml/L,saccharin5g/L,temperature45℃,glycerol30ml/L,acurrentdensityof30A/dm2,time10min;activationoptimumformula:
phosphate1ml/L,fluosilicic5ml/L,sulfuricacid50ml/L,ammoniumsulfate100g/L,thecurrentdensity0.067A/dm2,thetime5min;304stainlesssteelsubstratesmattsurfacedegreasing,electrolyticcomparedwiththebasematerialpolishedsurfacepolishing,electrolyticcoloredfilmactivationobtainbetterperformance.
Keywords：
Stainlesssteelchromium-freeelectrolyticcoloringpolishingactivationcorrosionresistance
SignatureofSupervisor：
1引言
1.1选题依据
20世纪初期，一种性能卓越的材料—不锈钢问世，至今不锈钢出现时间不足百年，由于其具有优异的耐蚀性、耐磨性、强韧性和加工性能迅速在金属材料领域占据一席之地。
不锈钢最早仅仅用于餐具，而现在广泛应用于宇航、海洋、能源、建筑、家用器具等领域[1]，已成为一种不可或缺的优良金属材料。
随着现代经济的迅速发展和生活水平的提高，人们对不锈钢的要求越来越高[2,3]，单一色彩的不锈钢已经无法满足人们的需求，正是在这个大背景下，不锈钢着色技术的开发和发展满足适应了这一要求。
近几十年不锈钢着色技术迅速发展，通过着色可在不锈钢表面形成各种不同的色彩和图案，提高了不锈钢表面的观赏性。
而且增强了不锈钢优良的耐磨、耐热、耐蚀的特性，并保留良好的机械加工性能，因此不锈钢着色是一种提高不锈钢装饰性的表面处理技术[4]。
不锈钢着色技术赋予了不锈钢艳丽的色彩、绚丽的外表，与人们的日益提高的审美取向相一致，因此着色技术受到越来越广泛的重视。
并且着色技术还延长不锈钢使用寿命，所带来的成本效益明显[5]。
不锈钢的应用和发展已有80多年的历史，但它的着彩色工艺是最近20年才引起广泛关注。
如今彩色不锈钢的生产和应用已进入快速发展阶段，电化学着彩色，高温着彩色等多元化的发展预示着该工艺正朝着高端化和多样化的方向发展，彩色不锈钢的装饰性和艺术性不断提高，预示着不锈钢着彩色正向着更完善方面前进。
总之，不锈钢着彩色在保持了不锈钢材料原有的各种优良传统的基础上，又以其鲜艳的外观给人们的生活增添了情趣。
早期人们研究的不锈钢着色液是以铬酐和硫酸或磷酸为基础配方的体系（统称Inoc法）,该方法采用化学着色法，通过控制时间来控制不锈钢着色膜颜色。
当着色液的浓度和温度出现微小变化，着色形成的膜层厚度也会随之变化，因此无法获得重现性好的着色膜。
为消除这一缺陷，因科公司采用控制着色过程中的电位差来控制膜层颜色，着色膜颜色主要为黑色，黄色，蓝色三种色系。
经使用改进后的Inco法着色能够得到色泽均匀，耐蚀性、耐磨性良好的着色膜。
该着色膜经过阴极电解硬化处理，在确保着色膜颜色的前提下，进一步提高了着色膜的耐蚀性和耐磨性。
然而含高浓度六价铬的着色体系对环境有严重的污染，对人的身体健康有极大的危害，是一种不符合环保的着色工艺。
随着环保意识的增强，这类着色工业将会全面淘汰。
因此，寻找研究替代这类着色工艺的新型环保的不锈钢着色工艺显得极为迫切。
选用一种无毒、低温的着色方法，研究一种真正“绿色”的不锈钢彩色化的方法，从根本上解决环境污染问题，才符合当前环保生产、健康生产的可持续发展主题[5]。
目前人们对无铬体系的不锈钢着色技术的研究越来越多。
但存在以下几个问题：
着色膜重现性不好，耐蚀性、耐磨性差。
但颜色的种类比Inco法丰富。
因此，本课题将主要通过改善前处理工艺提高经无铬体系着色液着色得到的着色膜的耐蚀性、耐磨性。
使得环保电解膜能够完全取代传统的铬酸阳极着色膜，减少对环境、人体的伤害，以符合可持续发展战略。
1.2国内外研究现状
1.2.1不锈钢电解抛光国内外研究现状
电解抛光是近几十年发展起来的表面处理技术，目的是为了改善金属表面的微观几何形状，降低金属表面的显微粗糙程度。
该技术的发展要追溯到1911年1月19日莫斯科大学什彼达尔斯基[6]获得的“使金属和金属电镀层表面具有抛光光泽的方法”专利。
此后，法国人P.A.Jacquet[7]在铜和镍方面进行了系统研究并推广应用到工业化中。
台湾元智大学的Shuo-JenLee[8]研究了电解抛光的工艺参数，并从表面质量，腐烛速度等方面进行了分析。
通过EDS观测电解抛光前后的元素变化，通过称重法来测量电解抛光的腐烛速度，通过测量极化曲线，找到电解抛光与电化学之间的关系。
结果表明，所选择的参数抛光效果良好。
西里西亚工业大学的WojciechSimka等人[9]研究了在加入氟化铵和硫酸的电解液中电解Ti-13Nb~13Zr。
对于电解抛光以后的表面，科研人员通过SEM和EDS对表面进行了测量。
科研人员还用5%的氯化钠溶液对Ti-13Nb~13Zr进行了腐烛，发现氯化钠溶液可以很明显的提高腐烛速度。
波兰的TadeuszHryniewicz等人[10]研究了在不同电解抛光条件下，抛光层氧气富集的程度。
作者通过次级离子质谱分析法对电解抛光表面进行分析，发现增大电流和搅拌的速度可以有效的降低氧气富集程度。
韩国汉阳大学的YoominAhn等人[11,12]对电解抛光液中银基搅拌粒子和锡基搅拌粒子对电解抛光表面刮痕进行了研究。
与此同时，研究者还对电解液的pH值，温度等参数进行了观测。
研究表明,锡基搅拌粒子能够更快速的进行抛光且抛光后的表面刮痕较桂基搅拌粒子要少很多,并且他们发现这种粒子的剥离具有一定的线性关系。
韩国中央大学的SeungheeOh等人[13]发现电解抛光中粒子的剥离是由于粒子搅拌的机械作用与电化学作用共同作用的结果，两个影响因素相互影响、相互增强，作者通过建立热力学-机械-化学模型来研究这种相互影响的程度。
通过对温度的测量，结合计算机的计算得出相应结论。
江南大学的Jian-ZhongJiang等人[14]通过建模研究了非晶层的粘性流动与电解抛光参数的关系，通过对应关系的研究，作者深层次分析了电解抛光粒子剥离的机制。
韩国釜山大学的SukhoonJeong等人[15]研究通过在在阴极上加入不同的涂层来进行电解抛光实验。
传统的阴极材料为铜，作者在其表面分别加入钨、铝等涂层来进行抛光，发现加入涂层以后，抛光后的表现可以降低2%的不一致性。
为提高电化学抛光效率，改善抛光面的质量，一些研究人员从工艺入手，从电解液、电解参数等方面进行研究。
中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室的张志明等[16]研究了690TT合金在含B和Li，充H2的高温高压水溶液中经不同时间浸泡后表面生长的氧化膜的微观结构。
结果表明，从短期氧化到长期氧化，氧化膜表面形貌变化不明显。
电解抛光处理不利于690TT合金表面保护性氧化膜快速生长，内层氧化膜的平均生长速率并未显著降低。
1.2.2不锈钢活化国内外研究现状
早在1927年，哈耶德（Hatfield）和格林（Green）就曾经获得在硫酸和铬酸水溶液中进行不锈钢的彩色处理的专利，他们认为，不锈钢的着色外观与其表面状态有关，经过除油，电解抛光处理后着色可得到光滑美观的外表。
然而，由于所获得的着色膜不耐磨，抗污能力差，在没有解决膜的固化问题的当时，该技术没有得到广泛应用[17]。
1939-1941年美国相继提出了不锈钢在硫酸和铬酸盐（或重铬酸盐）溶液中可以获得黑色、深蓝色、黄棕和巧克力色等；1965年克莱格和格林发现在H2SO4-CrO3溶液中添加少量钼酸铵可以提高不锈钢着色膜光亮性；1968年杰姆斯等获得在不锈钢上形成多种色彩的专利；同年伊万斯T·E·等发现在着色溶液中添加MnSO4可使着色膜形成加速[18]。
上述方法获得的色彩膜是疏松多孔的，且耐磨性和耐污性较差，还达不到工业化生产的要求。
1972年英国国际镍公司提出了INCO法：
首先，表面预处理，在70~90℃的H2SO4-CrO3溶液中浸泡不同时间而获得不同颜色，即化学着色。
该工艺最初采用时间控制法，一旦溶液组成或温度发生变化时，重现性较差。
为此，INCO公司又探究了电位差控制法，重现性令人满意。
电解硬化处理方法为：
电解液组成为240～260g/LCrO3与1.0～2.5g/LH2SO4，温度控制在25～40℃，电流密度为2.4～2.6A/dm2，电解时间为2～30min[19]。
一些论文中还提出用磷酸代替硫酸作为催化剂，在含250g/LCrO3和2.5g/LH3PO4的水溶液中，以铅板为阳极，以不锈钢为阴极在2.4～2.6A/dm2电流密度下，电解10min即可充分硬化着色膜。
1973年伊万斯T·E·等用饱和甘汞电极作参比电极，测量了着色过程中的电位变化，控制着色不锈钢表面和参比电极之间的电位变化量的测量系统成为INCO法的关键，被列入绝密级技术范畴。
80年代以来许多研究者对不锈钢着色进行了深入的研究，对Inco法作了进一步的完善。
1989年印度的venkatachalamR等人在铬酸和硫酸的溶液中制得了蓝色的不锈钢，发现其具有α=0.92，ε=0.12（通常用的黑漆其α=0.90，ε=0.09）的光学性质，用于太阳能吸收器取得了良好的效果。
印度的Nomurak,Takahashik,Takedam等人研究出了“CSL”工艺，该工艺包括表面预处理和着色膜的形成及硬化两步，并发现其着色过程与铬着色膜中的水分有关，颜色的均匀性与表面的前处理工艺有关。
2003年RosangelaConrrado，NerilsoBocchi，RomeuC.Rocha-Filho，SoniaR.Biaggio[20]等人研究了304不锈钢选择性脉冲电位下，能够得到多种颜色的着色膜；在含铬电解着色液中不同着色电位下着色膜的耐蚀性，最终结果电位差为0.4V下的蓝色着色膜耐蚀性最差。
2005年KarinadeOliveiraVasconcelos,NerilsoBocchi,RomeuC.Rocha-FilhoandSoniaR.Biaggio[21]在不同的温度下，运用三角波电流扫描的方法，在硫酸浓度为5mol/L，在50℃，最小电流密度0.81mA/cm2，最大电流密度为1.40mA/cm2，时间为2.5s的条件下获得的304不锈钢氧化膜。
该膜厚在通电时间为20~60min内增加到100~270nm，主要的颜色为金黄色，红色，蓝色。
该方法仅为硫酸的水溶液，避免了铬酸的使用，且成功的应用到不锈钢着色领域。
不锈钢表面极易生成肉眼看不见的薄氧化膜（<10nm），这层致密的氧化膜影响不锈钢基体与其着色膜之间的结合力，将导致表面状况和生成膜的速度不一致，着色不均匀，产生条纹和多种颜色等。
着色前，首先要去掉这一层氧化膜，使表面处于活化状态，获得新鲜的表面，提高着色层的附着力和色彩的均匀性。
人们早已发现活化对不锈钢着色有重要的影响。
1995年刘萍等[22]研究了只进行除油、除油后活化3、5、8、10min和除油后进行电化学抛光的不锈钢片，即使电位差相等，着色样品表面颜色也不一样。
1999年谷春瑞等[2]研究了前处理及后处理对不锈钢化学着色的影响，发现凡是能够使不锈钢基体表面活化的因素均可加速着色过程。
2003年欧阳贵等[23]发现如果不进行活化或活化不理想，将导致表面状况和生成膜的速度不一致，着色不均匀，产生条纹和多种颜色等。
2004年吴昊[24]研究了电抛光后再进行阳极处理的前处理方法，可加快着色速度。
2006年陈海燕[25]通过测定不锈钢在各活化液中的稳态电位、腐蚀速度和阳极极化曲线，结合镀层综合性能的检验，获得最佳活化液配方：
98~102g/L（NH4）2SO4、85~90g/LH2SO4（分析纯）、5~6g/LH3PO4（分析纯）、5~6g/LH2SiF6。
2008年程作慧、薛永强[26]等人研究了6种不同活化方法即HCl室温活化、H2SO4室温活化、H2SO
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