专利名称：：一种不锈钢低温发黑方法
技术领域：
：本发明涉及一种铁或铁基合金的表面处理工艺，更具体地说是涉及一种不锈钢低温发黑方法。
背景技术：
：不锈钢发黑的方法大致可分为化学法、电化学法以及高温法三大类，其中，主要以化学着色法和电化学着色法为主，这两种方法处理的不锈钢，其表面色泽鲜明持久不变，而且不影响不锈钢的其它性能。但这些方法都存在着环境污染大、溶液温度高、能耗大、工艺复杂、不锈钢膜层色泽均匀性和颜色控制不稳定等不足。
发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种不锈钢低温发黑方法，该方法工艺简单、溶液温度低、环境污染小、所得膜层黑度深、色泽均匀、结合力和耐磨性好。本发明釆用的技术方案一种不锈钢低温发黑方法，用80(T200(T水砂纸将304型不锈钢片表面打磨光亮，在酒精中超声清洗，用热的碱除油溶液清洗，然后在含有5训F的硫酸稀溶液中浸泡5分钟左右进行活化，最后用去离子水反复淋洗，然后在发黑溶液中电解发黑。其特征是发黑溶液的组成包括重铬酸钾10~80g/L,硫酸锰10~100g/L，硫酸铵20~50g/L,硼酸10~20g/L，添加剂5g/L组成，发黑溶液的温度控制在5°C~5(TC之间，电流密度控制在0.15-3A/dm2之间，不锈钢片作为电极反应的阳极进行低温发黑处理。发明的有益效果，本发明工艺简单、溶液温度低、环境污染小、所得膜层黑度深、色泽均匀、结合力和耐磨性好。通过显微镜观察结合不锈钢钝化膜层的生长机理分析表明本发明不锈钢表面的电化学发黑过程符合不锈钢表面钝化层"溶解-沉积"机制。图la是发黑溶液中含有MnS0430g/L时生成膜层的显微形貌图；图lb是发黑溶液中含有MnS0440g/L时生成膜层的显微形貌图；图lc是发黑溶液中含有MnS0470g/L时生成膜层的显微形貌图；图ld是发黑溶液中含有MnS04100g/L时生成膜层的显微形貌图；图2a是发黑溶液中含有K2Cr20710g/L时对膜层微观形貌的影响图;图化是发黑溶液中含有K2Cf20730g/L时对膜层微观形貌的影响图;图2c是发黑溶液中含有K2Cr20760g/L时对膜层微观形貌的影响图;图2d是发黑溶液中含有K2CrA80g/L时对膜层微观形貌的影响图;具体实施例方式下面通过具体实施方式对本发明进一步详细描述，实验中所用的不锈钢为3(M型不锈钢，裁剪成20mmx50mmx2mm大小的片，样品依次使用800*~"00'水砂纸将不锈钢片正反面打磨光亮，然后将其在酒精中超声清洗，最后用热的碱除油溶液清洗，然后在含有5%HF的硫酸稀溶液中浸泡5分钟左右进行活化，最后用去离子水反复淋洗待用。发黑溶液组成主要由重铬酸钾1080g/L，硫酸锰10~100g/L，硫酸铵2050g/L，硼酸10~20g/L,添加剂5g/L组成。溶液温度在3(TC5(TC之间。电流密度控制在0.15-3A/dm2之间，不锈钢片作为电极反应的阴极用。电极表面微观形貌釆用光学显微镜观察。膜层的附着力采用划痕法测试用钢针在发黑好的不锈钢表面划平行线，平行线之间的距离从lcm逐渐减小直至平行线之间的黑色镀层掉落，以掉落时的距离间隔为衡量附着力的标准，如0.5mm为在用显微镜进行观察划痕之间的距离。膜层的耐磨性釆用橡皮擦拭法测试用自行设计的橡皮滚轮(恒定压力500g/cm2)在发黑好的不锈钢表面滚动，以黑色膜消失时的次数来判别耐磨性的好坏程度。发黑溶液中硫酸锰的浓度对不锈钢电极反应成膜的影响，硫酸锰是着色液的主要成分之一。在不锈钢表面阳极成膜过程中，一方面Mn"离子在不锈钢表面发生氧化，生成锰的高价氧化物，另一方面，电极表面Mn"的氧化产物对不锈钢表面的钝化膜的溶解有促进作用，使得不锈钢表面的金属离子发生氧化溶解，产生的金属离子与表面的铬酸根离子发生氧化还原反应，当不锈钢表面的这些氧化还原产物达到某一临界值时，锰的氧化物、溶解金属离子的氧化物和铬酸根离子的还原产物一起在不锈钢表面成膜。硫酸锰含量过低时，在相同的条件下，不锈钢表面金属的溶解速度较低，不能完全使不锈钢表面原有的钝化膜溶解，这样的情形下，生成的氧化还原产物只是在原来的钝化膜表面"堆积"，与不锈钢基体的结合较差；而且由于反应速度较慢，所有的氧化还原产物不能达到成膜所需要的临界值，只是逐步发生各自的反应，形成简单的沉积物。因此，在这样的条件下，不锈钢表面只是形成浮灰样的一擦即掉的褐色或灰黑色膜层；而当硫酸锰含量偏高时，由于Mn2+的氧化产物对不锈钢表面氧化溶解的促进作用加强，使得不锈钢表面的金属溶解速度加快，产生过量的金属离子不能及时参与成膜过程，进入溶液中在溶液中发生水解，形成沉淀。同时，由于成膜速度过快，使得膜层的致密程度不高，附着力下降。因此，在这样的条件下，不锈钢表面生成的膜层黑度有所下降，溶液出现浑浊，表面易产生浮灰。图la、图lb、图lc、图ld为不同条件下膜层的显微形貌图，从图l各图中可明显看出当MnS04浓度逐渐增加时附着力会下降，图中白色部分是不锈钢的基体，可以明显看出图中白色部分随着MnS04浓度增加越来越多，说明过量的MnSO,会降低黑色氧化膜的附着能力。重铬酸钾的浓度对不锈钢电极反应成膜的影响，重铬酸钾是成膜物质之一，其主要作用是氧化不锈钢表面电解产生的金属离子。在成膜过程中，不锈钢电极表面的铬酸根离子与不锈钢表面溶解的金属离子发生氧化还原反应，自身的还原产物也参与了膜的生成。所以，溶液中重铬酸钾浓度要保证在电极表面有合适量的铬酸根离子。溶液中重铬酸钾的浓度过低，则不能及时地将溶解的金属离子氧化而金属离子进入到溶液中，或在表面水解形成胶状的覆盖层，这种情况下，膜层的附着力和耐磨性较差；而当溶液中重铬酸钾浓度过高时，其氧化性会使得不锈钢表面不断生成钝化层，影响了金属表面金属离子沉积层与基体的结合，同时，在其它条件满足的情况下，膜层的生长速度过快，使得膜层的致密性受到影响。图2a、图2b、图2c、图2d、是其它条件不变的情况下改变重铬酸钾的浓度所得膜层的微观形貌图。从图2各图中可看出当K2CrA浓度逐渐增加，膜的附着力会下降，图中白色部分是不锈钢的基体，说明如果K2CrA的量过多会降低黑色氧化膜的附着能力。根据不锈钢钝化的成膜理论，生成钝化膜的先决条件是在电极反应中有可能生成固体反应，在不锈钢表面形成晶核，随着晶核的形成和外延生长而形成氧化膜。采用划痕法来测试发黑后不锈钢的附着力，表1是对不同试验条件下发黑样品附着力的测试结果。从测试结果来看，K2Cr207和MnS04的含量对膜层的附着力有很大的影响。随着二者含量的增加，膜层的附着力逐渐变差。表l不锈钢不同试验条件下发黑样品附着力的测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>釆用橡皮轮摩擦对发黑后不锈钢的耐磨性进行测试，结果表明K2Cr207和MnSO,的量过大会造成黑色膜的耐磨性降低，黑色膜容易被擦拭掉。这是因为1(2"207和MnS04的量过大使得膜层的生长速度加快，膜层中氧化物的结构疏松。通过优化工艺条件可以获得发黑效果好且结合力强的黑色不锈钢片，如表2所示。表2不锈钢不同试验条件下发黑样品耐磨性的测试结果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。权利要求1.一种不锈钢低温发黑方法，用800#～2000#水砂纸将304型不锈钢片正反面打磨光亮，在酒精中超声清洗，用热的碱除油溶液清洗，然后在含有5％HF的硫酸稀溶液中浸泡5分钟左右进行活化，最后用去离子水反复淋洗，然后以不锈钢片作为电极反应的阳极进行低温发黑处理。其特征是发黑溶液的组成包括重铬酸钾10～80g/L，硫酸锰10～100g/L，硫酸铵20～50g/L，硼酸10～20g/L，添加剂5g/L组成，发黑溶液的温度控制在5℃～50℃之间，电流密度控制在0.15～3A/dm2之间，不锈钢片作为电极反应的阳极进行低温发黑处理。全文摘要本发明公开了一种不锈钢低温发黑方法，用800<sup>#</sup>～2000<sup>#</sup>水砂纸将304型不锈钢片正反面打磨光亮，在酒精中超声清洗，用热的碱除油溶液清洗，然后在含有5％HF的硫酸稀溶液中浸泡5分钟左右进行活化，最后用去离子水反复淋洗待用，其特征是发黑溶液的组成包括重铬酸钾10～80g/L，硫酸锰10～100g/L，硫酸铵20～50g/L，硼酸10～20g/L，添加剂5g/L组成，发黑溶液的温度控制在30℃～50℃之间，电流密度控制在0.15～3A/dm<sup>2</sup>之间，不锈钢片作为电极反应的阳极进行低温发黑处理。本发明工艺简单、溶液温度低、环境污染小、所得膜层黑度深、色泽均匀、结合力和耐磨性好。文档编号C25D11/38GK101187050SQ200710042878公开日2008年5月28日申请日期2007年6月27日优先权日2007年6月27日发明者张俊喜,张铃松,钱瑜明,颜立成申请人:上海电力学院