不锈钢表面化学与物理特性对光泽影响的研究
前言
对具有已知使用历史的新旧SS-304板的表面，以确定导致光泽丧失的关键因素。使用多种分析技术进行实验研究，包括扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线光电子能谱等，对表面结构、形态、粗糙度剖面和化学组成进行了详细分析。
不锈钢是一种非常重要且广泛使用的工程材料，主要因为其出色的耐腐蚀性和美观吸引力。除了在各种工程应用中，由于经济原因、美观吸引力、出色的耐腐蚀性和耐用性，不锈钢作为厨房电器和器具的材料越来越受欢迎。不锈钢的使用还有许多其他优点，如易于维护和清洁、易于加工、抗冲击性和可回收性。对不锈钢合金表面的研究对于定量理解该合金的外观特性非常重要。
不锈钢存在三个晶体相，即奥氏体、铁素体和马氏体，其中奥氏体是最常见的等级，尤其用于制造厨具。奥氏体钢是非磁性的，具有面心立方（FCC）晶体结构，具有良好的延展性、成形性和韧性。SS-304是制造厨具时最常用的奥氏体不锈钢等级。SS-304的主要成分是Fe、Cr、Ni和Mn。不锈钢具有“不锈”和“耐腐蚀”特性，这要归功于合金中的Cr的存在。
通过使用逐渐细化的研磨剂和大量抛光，不锈钢表面可以获得高度反射的镜面光洁效果。此外，不锈钢具有卫生和易于清洁和维护的特点。在厨房中作为电器或器具使用时，合金表面暴露于各种应力，例如热应力、化学应力和机械应力，如在处理和使用过程中。
特别是在印度厨房中，使用各种油、姜黄、牛奶等成分，在高温下接触到器具上，会导致污垢与器具牢固粘附。为了清洁脏污的表面，进行了清洁过程，其中使用了擦洗作用、研磨粉末、清洁配件等形式对基底施加了大量机械应力，这进一步损坏了合金表面。随着时间的推移，初始的光泽或光亮度会逐渐减退。
实验工作始于清洁样品表面以除去残留的污染物。所有的样品都在碱性脱脂溶液中清洗，并通过水膜破裂测试[ASTM F22-65]来测试表面的宏观清洁度。样品清洁的步骤如下所述：
准备清洁的金属表面：
不锈钢板样品被浸泡在15%（体积/体积）的液体洗涤剂溶液中，在室温下浸泡1.5小时。然后用直线喷射的自来水冲洗样品，使表面从洗涤剂中解放出来，随后用去离子水进行彻底冲洗。通过“水膜破裂测试”评估样品的清洁度。
为了研究吸附的油膜对金属表面外观特性的影响，制备了一组控制板，通过溶液技术在金属表面上沉积了一层薄膜，具体过程如下所述：
SSOP可能除了奥氏体外还有一个额外的相，因为在d = 3.05 Å处有一个强的峰值。对于SSDN，虽然在d = 2.07 Å和1.27 Å处观察到两个峰值，但在1.80 Å处的峰值缺失，表明这种钢可能具有奥氏体和一个未知相的混合相。
使用能量色散X射线光谱仪（EDX）对样品进行了批量化学成分的研究。显示了3组板材的化学成分数据，以及通过EDX技术确定的标准SS-304成分。
使用Vickers硬度计，以10公斤的载荷测量了SS-304板材的显微硬度值。测得的数值为SSPN为185 HV，SSDN为206 HV。与SSPN相比，SSDN的数值较高，这可以归因于上文所讨论的样品化学成分中SSDN含有更高的Mn含量。
展示了SSPN、SSDN和SSOP的代表性样品的扫描电镜图像。从这些显微图中可以清楚地看出，新的面板（SSPN）和碟子（SSDN）表面相对光滑，有细微的滚动印记和偶尔的缺陷或划痕。滚动印记是不锈钢表面经过抛光过程形成的结果。
使用过的旧板材（SSOP）的形态学表明，表面非常粗糙，覆盖了各种大小的随机分布的划痕。对于一个15年的代表性旧样品，手动从显微图中计算出划痕的平均宽度为1.075微米。在放大的扫描电镜显微图上手动测量了大量的划痕，并使用MS Excel统计了测量结果的平均值。
SSPN、SSDN和SSOP样品的扩展XPS光谱分别显示在中。结果清楚地表明，除了SSPN样品外，大部分元素在表面区域的存在与体相一致。对于SSPN样品，在表面区域中未检测到Ni的存在，尽管其在体相中约占8%。
部分原因可能是该样品的Fe信号非常弱（与SSPN相比约为1/4），而Cr的信号强度约为SSPN的两倍。对于Mn和Ni元素，在表面层中并没有观察到类似的增加。与体相值相比，在表面区域中它们的浓度略有降低。SS-304的表面区域富集Cr的现象也被其他研究人员报道过。
结论
相较于油膜的存在，旧板的表面粗糙度对于光泽的降低起到了更大的作用。高散射成分导致了旧板外观的不光亮。通过SEM和AFM的微观图像以及表面粗糙度仪提供的数据，清楚地展示了旧板与新板之间的粗糙度差异。从表面粗糙度数据可以得知，旧板的表面粗糙度是新不锈钢板表面光泽降低的主要原因，其数值是新板的六倍。
