在熱的鉻酸和硫酸溶液中對不銹鋼進行化學著色,是經因科公司發展而得的,稱為因科法。
1. 因科法化學(xue)著色溶液組成和工藝條件
溶液: 硫酸(H2SO4)(d=1.84) 490g/L 、著色溫度 70~90℃ 、鉻酐(CrO3) 250g/L 。
隨(sui)著浸漬時間的(de)不同,產(chan)生的(de)顏色的(de)順序是:青(qing)銅色,藍色,金黃(huang)色,紅色和綠(lv)色。
膜(mo)的(de)(de)顏色(se)(se)是由于不(bu)(bu)同厚度的(de)(de)膜(mo)在反射(she)(she)和透膜(mo)折(zhe)射(she)(she)兩種光的(de)(de)相互干涉而(er)成(cheng)色(se)(se),在前(qian)面已(yi)敘述過,不(bu)(bu)同的(de)(de)厚度就產生不(bu)(bu)同的(de)(de)顏色(se)(se),因此,在著色(se)(se)過程中,保(bao)持溶(rong)液(ye)溫度的(de)(de)均勻性(xing)和穩定(ding)(ding)性(xing)是很重要的(de)(de),所以著色(se)(se)用的(de)(de)槽(cao)為鉛襯里(li)的(de)(de)鐵槽(cao),外套(tao)為可用蒸氣加熱的(de)(de)保(bao)溫水套(tao),以維持鉛槽(cao)內溶(rong)液(ye)的(de)(de)穩定(ding)(ding),在槽(cao)內并裝有攪(jiao)拌(ban)器,使溶(rong)液(ye)均勻。
2. 時間控制著色(se)法
將不(bu)(bu)銹鋼浸在(zai)著(zhu)(zhu)色(se)液(ye)中(zhong)浸漬一定時(shi)間(jian)后,就能(neng)得(de)到一定的(de)(de)顏色(se)。如溫度70℃時(shi),著(zhu)(zhu)色(se)15min可得(de)藍(lan)色(se),18min可得(de)金黃色(se),20~22min可得(de)紫(zi)色(se)或綠色(se)。這種根據時(shi)間(jian)控(kong)(kong)制的(de)(de)方(fang)法不(bu)(bu)能(neng)得(de)到重(zhong)復(fu)的(de)(de)顏色(se)。這是因為著(zhu)(zhu)色(se)溶液(ye)的(de)(de)溫度稍微(wei)有(you)些變化,控(kong)(kong)制不(bu)(bu)會很準確,而化學著(zhu)(zhu)色(se)液(ye)的(de)(de)化學組成由于水分蒸發也可能(neng)有(you)變化,這兩個因素都能(neng)影響獲(huo)得(de)顏色(se)的(de)(de)重(zhong)現性。
3. 電位控制著色法
a. 不銹鋼著色的(de)電位(wei)-時間曲(qu)線。
1973年,伊(yi)萬(wan)斯用飽和(he)甘(gan)汞電極作參比電極,測量了不銹鋼著色過程中電位-時間的(de)變化(hua)曲(qu)線。
1977年,阿(a)里索尼(ni)等人用鉑(bo)電(dian)(dian)極(ji)作參比(bi)電(dian)(dian)極(ji),測量了不銹鋼著色(se)過(guo)程中電(dian)(dian)位-時(shi)(shi)間的變化曲(qu)線。見(jian)圖(tu)8-6不銹鋼著色(se)的電(dian)(dian)位-時(shi)(shi)間曲(qu)線。

b. 著色電位差
當不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)和鉑電(dian)極(ji)同(tong)浸在(zai)(zai)著(zhu)(zhu)色液中,見(jian)圖8-7不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)著(zhu)(zhu)色裝置示意圖,在(zai)(zai)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)上(shang)連(lian)接電(dian)位(wei)(wei)記錄儀,在(zai)(zai)鉑電(dian)極(ji)上(shang)連(lian)上(shang)電(dian)位(wei)(wei)修正儀,在(zai)(zai)兩者之間(jian)連(lian)上(shang)導(dao)線(xian),由(you)于(yu)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)和鉑電(dian)極(ji)的(de)(de)(de)電(dian)位(wei)(wei)不(bu)同(tong),產(chan)生了(le)電(dian)位(wei)(wei)差,有電(dian)流通過(guo)導(dao)線(xian),隨著(zhu)(zhu)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)著(zhu)(zhu)色過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)化(hua)學反應,氧化(hua)膜的(de)(de)(de)厚度(du)逐漸增(zeng)長(chang),電(dian)位(wei)(wei)隨著(zhu)(zhu)發(fa)生變化(hua)。在(zai)(zai)著(zhu)(zhu)色的(de)(de)(de)整個過(guo)程(cheng)中,即測得著(zhu)(zhu)色電(dian)位(wei)(wei)-時間(jian)的(de)(de)(de)關(guan)系曲線(xian)。

電(dian)(dian)位-時間曲線(xian)上的B點表示不銹鋼(gang)(gang)的電(dian)(dian)位達到最負(fu)的最高點。B點稱(cheng)為(wei)起色(se)(se)(se)電(dian)(dian)位。起色(se)(se)(se)是(shi)指(zhi)不銹鋼(gang)(gang)表面開始出現(xian)黑(hei)色(se)(se)(se)斑痕,說明(ming)已形(xing)成一層引起光干涉的氧化(hua)(hua)膜(mo),開始向有色(se)(se)(se)方向變化(hua)(hua)。從B點的起色(se)(se)(se)電(dian)(dian)位起,隨著(zhu)時間的延長,不銹鋼(gang)(gang)電(dian)(dian)位逐(zhu)漸(jian)下(xia)降(jiang)至C點,C點稱(cheng)為(wei)著(zhu)色(se)(se)(se)電(dian)(dian)位。B-C=Δφ,稱(cheng)為(wei)著(zhu)色(se)(se)(se)電(dian)(dian)位差(cha)(cha)。各種顏色(se)(se)(se)的著(zhu)色(se)(se)(se)電(dian)(dian)位差(cha)(cha)Δφ不同,如下(xia):
藍色 Δφ=8~11mV,膜(mo)厚0.09μm;
黃色(se) Δφ=13.5~16mV,膜厚(hou)0.15μm;
紅色 Δφ=17.8~18.5mV,膜厚0.18μm;
綠色 Δφ=20.8~21.6mV,膜厚0.22μm.
c. 用著色電位控制(zhi)顏色的(de)重現(xian)性(xing)
隨(sui)(sui)著(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)時間(jian)的(de)(de)延長,不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼表面電(dian)位C與起色(se)(se)(se)電(dian)位B的(de)(de)差(cha)值(zhi)逐漸增大,不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)電(dian)位差(cha)對應不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong)的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)。某一電(dian)位差(cha)出(chu)現(xian)一定的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se),此關系不(bu)(bu)(bu)(bu)隨(sui)(sui)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)液的(de)(de)溫度(du)和組成(cheng)的(de)(de)稍微(wei)變化而變化,這是(shi)可以用控制電(dian)位差(cha)法進行著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)的(de)(de)原因(yin),比控制時間(jian)的(de)(de)重現(xian)性(xing)好。但著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)電(dian)位差(cha)對不(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼材料的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)同(tong),該數值(zhi)也不(bu)(bu)(bu)(bu)相同(tong),需要(yao)具體(ti)測量(liang)。在著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)過程中,只要(yao)測得起色(se)(se)(se)電(dian)位B,根(gen)據上式得:
C=B-Δφ
可以(yi)得到差(cha)色(se)電位(wei)C,以(yi)控制得到不同的顏(yan)色(se)。用著(zhu)色(se)電位(wei)差(cha)控制顏(yan)色(se)的重現性是(shi)國際公(gong)司因科法的專利(li)。
d. 不銹(xiu)鋼著色過(guo)程(cheng)微機(ji)控制設備
各種顏色相鄰的電位差(cha)距很小,只有幾(ji)毫伏(fu),要用(yong)精密電壓(ya)表(如TH-V數字電壓(ya)表)才能分辨(bian),這就給(gei)實際(ji)操作帶來很大的不便。這需(xu)要儀器設(she)備(bei)有很高(gao)的精度和抗(kang)干擾性,否則,儀器本身的誤差(cha)就會(hui)導致控制出錯。如果大批(pi)量生(sheng)產(chan),更(geng)要考慮采用(yong)微機自動控制。
由于彩色(se)不銹鋼生產的迅速發展,對色澤的重現性有更高的要求,對電位著色法提出了很多改進方案,要求控制儀器更加精密,更加復雜,采用計算機自動控制,當達到某一電位差時,符合一定的顏色要求,即時發出指令,啟動升降機,取出已著色的不銹鋼,見圖8-8不銹鋼著色過程微機控制設備系統圖。目前我國與先進國家相比,主要差距是著色的電子監測設備。國外已將這種設備用于工業生產,可以得到重復的顏色,而國內尚未能達到,所以著手研制著色用電子監測設備是當務之急。

e. 單位時間電位差變化的微分曲線的運用
表(biao)(biao)(biao)面(mian)光潔(jie)度(du)較高的工(gong)件,測出(chu)的電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)-時(shi)(shi)間曲(qu)線(xian)起色電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)的峰(feng)值明(ming)顯,對于表(biao)(biao)(biao)面(mian)光潔(jie)度(du)不(bu)(bu)(bu)高的不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼,表(biao)(biao)(biao)面(mian)凹凸不(bu)(bu)(bu)平,著(zhu)(zhu)色時(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)峰(feng)值不(bu)(bu)(bu)明(ming)顯,無法采用(yong)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)-時(shi)(shi)間曲(qu)線(xian)。1980年,竹(zhu)內武(wu)等(deng)人(ren)用(yong)單位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)時(shi)(shi)間電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)差的變(bian)(bian)化(hua)(hua)的微(wei)分(fen)曲(qu)線(xian),見圖(tu)8-9,控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)的著(zhu)(zhu)色過程,即將(jiang)微(wei)分(fen)曲(qu)線(xian)的轉折點(dian)A(A為單位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)時(shi)(shi)間電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)差變(bian)(bian)化(hua)(hua)趨勢的轉變(bian)(bian)),規定(ding)為著(zhu)(zhu)色起始點(dian),并按照所(suo)要(yao)求(qiu)的著(zhu)(zhu)色色澤規定(ding)一定(ding)時(shi)(shi)間后,電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)的變(bian)(bian)化(hua)(hua)作(zuo)為著(zhu)(zhu)色處(chu)理終點(dian),便能準(zhun)確控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼的色彩。這種控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)設備系統圖(tu)見圖(tu)8-8,由于不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼表(biao)(biao)(biao)面(mian)氧(yang)化(hua)(hua)膜的厚(hou)度(du)與(yu)色澤有密(mi)切的關系,故控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)氧(yang)化(hua)(hua)膜厚(hou)度(du)的均勻性是(shi)工(gong)藝(yi)中主要(yao)一環,圖(tu)8-10給出(chu)了SUS304不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼的著(zhu)(zhu)色電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)與(yu)氧(yang)化(hua)(hua)膜厚(hou)度(du)的曲(qu)線(xian)。

