影響不銹鋼因科著色法的因素主要有以下幾點:



1. 材(cai)料成分與著色關系


  著色用不銹(xiu)鋼(gang)基體化學成分是含鉻13%~18%,含鎳約12%,含鐵>50%,含錳約10%,含碳約0.12%,含硅約2%。常用不銹鋼中18-8型奧氏體不銹鋼是最適合的著色材料,能得到令人滿意的彩色外觀。因其在著色溶液中較耐腐蝕,故可得到鮮艷的色彩。鐵素體不銹鋼由于在著色溶液中增加了腐蝕傾向,得到的色彩不如奧氏體不銹鋼鮮艷、光彩奪目。低鉻高碳馬氏體不銹鋼由于其耐蝕性更差,只能得到灰暗的或黑色的表面。當鐵合金中鉻含量達到12.5%(原子)時,其電位由原來的-0.56V躍變為0.20V,當含量高達25%(原子)時,電位還會有新的躍變,因此,不銹鋼的含鉻量最少是13%,如Cr13不銹鋼。



2. 材料加工狀態與著(zhu)色關系(xi)


  當不銹鋼經過冷加(jia)(jia)工變形后(如彎曲、拉拔深沖、冷軋等),表面(mian)晶(jing)格的(de)完整性發生(sheng)破壞,使(shi)形成(cheng)的(de)著(zhu)色(se)(se)膜不均勻,色(se)(se)澤(ze)紊亂,冷加(jia)(jia)工后的(de)耐蝕性也下降,形成(cheng)的(de)著(zhu)色(se)(se)膜失去(qu)原(yuan)有光澤(ze)。但這些可(ke)以通過一(yi)定溫度(du)的(de)退火處理,可(ke)恢復原(yuan)來的(de)顯微組織,仍能得到良好(hao)的(de)彩色(se)(se)膜。



3. 前(qian)處理對著色的(de)影響(xiang)


 ①. 拋光


   可用機械拋(pao)光(guang)(guang)(guang)、化學(xue)拋(pao)光(guang)(guang)(guang)或電化學(xue)拋(pao)光(guang)(guang)(guang),要求表(biao)面(mian)(mian)光(guang)(guang)(guang)潔度一致,避免造成色差,最好(hao)達到鏡面(mian)(mian)光(guang)(guang)(guang)亮,可得最鮮艷(yan)均(jun)勻的色彩。不銹鋼機械拋(pao)光(guang)(guang)(guang)后(hou)立即進行著(zhu)(zhu)色處理,若拋(pao)光(guang)(guang)(guang)后(hou)在(zai)空氣中放置(zhi)一段(duan)時(shi)間,外表(biao)面(mian)(mian)會形成一層氧化膜,與著(zhu)(zhu)色膜的結(jie)構(gou)不同,其厚度在(zai)1.0~10.0nm之間,有一定的耐蝕性,在(zai)著(zhu)(zhu)色液中不易除(chu)(chu)去,因而影響新的著(zhu)(zhu)色膜的形成,使(shi)(shi)著(zhu)(zhu)色時(shi)間延長,使(shi)(shi)著(zhu)(zhu)色后(hou)形成的色澤(ze)變深變暗(an)。電化學(xue)拋(pao)光(guang)(guang)(guang)也能使(shi)(shi)不銹鋼表(biao)面(mian)(mian)形成鈍化膜,如(ru)不除(chu)(chu)去鈍化膜,能使(shi)(shi)著(zhu)(zhu)色速率(lv)變慢,但電拋(pao)光(guang)(guang)(guang)形成均(jun)勻平(ping)整的表(biao)面(mian)(mian),使(shi)(shi)色澤(ze)光(guang)(guang)(guang)亮,均(jun)勻性改(gai)善(shan)。


 ②. 活化


  凡是(shi)(shi)能使不銹鋼基(ji)體表面活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)因素,均(jun)可(ke)加速(su)著色(se)過(guo)程(cheng)。一切自然形成的(de)(de)(de)肉眼不可(ke)見(jian)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)(hua)(hua)膜(mo),是(shi)(shi)著色(se)的(de)(de)(de)大(da)敵,是(shi)(shi)著色(se)成敗的(de)(de)(de)隱患,在(zai)著色(se)前(qian)應該去(qu)除。為(wei)了(le)消(xiao)除不銹鋼表面的(de)(de)(de)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜(mo),獲(huo)得(de)新(xin)鮮表面,活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)程(cheng)度(du)應恰當(dang),以出(chu)(chu)現小氣(qi)泡后10~15秒為(wei)宜。若活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)不足,著色(se)的(de)(de)(de)起色(se)電位(wei)時間延長,并出(chu)(chu)現顏色(se)不容易(yi)控制,若活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)過(guo)度(du),表面發生(sheng)過(guo)浸蝕,使著色(se)膜(mo)變得(de)暗(an)淡無光(guang)。活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)用強酸腐(fu)蝕的(de)(de)(de)方法會造成表面腐(fu)蝕活(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua),影(ying)響著色(se)后色(se)澤的(de)(de)(de)鮮艷性。用下面兩種方法處(chu)理,能得(de)到較好的(de)(de)(de)結(jie)果。


  電解(jie)活化:a.磷酸(H3PO4)10%,陽極電流密(mi)度(du)1A/d㎡2,溫度(du)室(shi)溫,時間3~5min,陰(yin)(yin)極鉛板(ban);b.硫酸(H2SO4)10%,陽極電流密(mi)度(du)5A/d㎡, 溫度(du) 室(shi)溫,時間5min,陰(yin)(yin)極鉛板(ban)。


  化(hua)(hua)學活化(hua)(hua):硫(liu)酸(suan)(H2SO4)10%(體積分數(shu)),鹽酸(suan)(HC1)10%(體積分數(shu)),余(yu)為水,溫度室溫,時(shi)間5~10min.出(chu)現小氣泡10~15秒。


 ③. 前(qian)處理(li)對著色的影響,見表8-8。


表 8.jpg


從表8-8可(ke)知,不銹鋼著色(se)工藝中前處理影響著色(se)速(su)率、表面(mian)顏色(se)的(de)均勻性(xing)。電拋(pao)光配合陽極(ji)處理的(de)方法(fa)可(ke)得到滿意的(de)膜層。



4. 著色液濃度對著色的影(ying)響


著色液濃度對電位-時(shi)間關(guan)系的影響見圖8-11。


圖 11.jpg


 ①. 為正常(chang)的著色液濃度。


 ②. 當鉻酐濃度不變(CrO3 250g/L),減少硫酸濃度(H2SO4<490g/L),曲線右移,起色電位推遲,所需顏色的時間推遲,彩色膜的色差較明顯。


 ③. 當硫酸濃度不變(H2SO4 490g/L),增大鉻酐濃度(CrO3>250g/L),電極電位-時間曲線左移。由于鉻酐濃度增加,加速彩色膜的形成,縮短到達所需顏色的時間。但若鉻酐濃度過高,會使化學著色的顏色變得難以控制,在獲得深色彩時,色澤不夠光亮。



5. 著(zhu)色液溫度對(dui)化學著(zhu)色的影響


隨著(zhu)(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)液(ye)溫度(du)的(de)(de)升高,離(li)子的(de)(de)擴散速率加快,從(cong)而(er)加速著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)的(de)(de)形成。但(dan)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)液(ye)溫度(du)過高,如(ru)在(zai)90℃以上,會使溶液(ye)中的(de)(de)水分蒸發(fa),改變著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)液(ye)的(de)(de)成分。著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)液(ye)溫度(du)過低,如(ru)在(zai)70℃以下,會明顯降低著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)膜的(de)(de)形成速率。見圖8-12,當著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)液(ye)溫度(du)為(60±5)℃,著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)起(qi)色(se)點推遲,使著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)膜的(de)(de)色(se)彩不均(jun)勻。


圖 12.jpg



6. 著(zhu)色液均勻性的影(ying)響


各種不銹(xiu)鋼的(de)(de)電化(hua)學性能不一(yi)致、著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液溫度(du)的(de)(de)波動、著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液濃度(du)的(de)(de)變(bian)化(hua)、著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)時(shi)(shi)(shi)間的(de)(de)長短不一(yi),所有(you)(you)這(zhe)(zhe)些不均(jun)勻性,都對(dui)(dui)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)色(se)(se)(se)(se)(se)彩有(you)(you)影(ying)響。特(te)別(bie)是(shi)(shi)(shi)溫度(du)和(he)(he)時(shi)(shi)(shi)間,稍有(you)(you)變(bian)化(hua),色(se)(se)(se)(se)(se)彩隨之變(bian)化(hua),這(zhe)(zhe)就是(shi)(shi)(shi)國內在不銹(xiu)鋼著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)普遍存在的(de)(de)待解難題,也(ye)是(shi)(shi)(shi)因(yin)科工藝專(zhuan)利中對(dui)(dui)外絕對(dui)(dui)保密的(de)(de)關鍵。著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液的(de)(de)成(cheng)分和(he)(he)溫度(du)的(de)(de)不均(jun)勻是(shi)(shi)(shi)隨著(zhu)(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)進行(xing)而(er)造成(cheng)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液溫度(du)和(he)(he)成(cheng)分的(de)(de)變(bian)化(hua)。必須加強攪拌,及時(shi)(shi)(shi)調(diao)整補充(chong)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液成(cheng)分。攪拌使著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)膜的(de)(de)色(se)(se)(se)(se)(se)彩明顯優于不攪拌的(de)(de)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)膜。



7. 添(tian)加劑對(dui)看色的影響


 ①. 氯(lv)化(hua)鈉(NaCl): 氯(lv)化(hua)鈉可(ke)明顯提高著色速率,可(ke)縮短5~10min,但(dan)著色過程中會發生強(qiang)烈(lie)的(de)刺激性氯(lv)氣味。


 ②. 碳酸錳(MnCO3): 可使著色速率加快,著巧克力色和金黃色的時間可縮短5~8min,且無刺激性氣味。


 ③. 鉬酸銨: 加(jia)入硬化處(chu)理液可明顯(xian)提高著色層的(de)光亮度。



8. 后處理對著色(se)膜的(de)影響


 后(hou)(hou)處理是在不銹鋼著(zhu)色(se)后(hou)(hou)填充氧化膜(mo)空隙,加固氧化膜(mo)以(yi)提高(gao)膜(mo)的耐磨性、耐蝕性和耐污(wu)性。


 后處理(li)方法(fa)有熱水(shui)封閉(bi)、化學(xue)封閉(bi)、電解固(gu)膜(mo)(mo)處理(li)、水(shui)玻璃(li)封閉(bi)等方法(fa)。熱水(shui)封閉(bi)、化學(xue)封閉(bi)和(he)水(shui)玻璃(li)封閉(bi)對表面顏(yan)色(se)(se)的影(ying)響不大,電解固(gu)膜(mo)(mo)處理(li)會改變(bian)表面顏(yan)色(se)(se)。


 后處理對著(zhu)色表(biao)面耐蝕(shi)性的影響見圖8-13。在0.2mol/L鹽酸溶液中,測(ce)定下列4種試樣的腐蝕(shi)電(dian)位,以評定其耐蝕(shi)性。


圖 13.jpg


 試樣1僅(jin)進行機械拋光(guang)不著色。


 試樣2著巧克(ke)力色,但未后處理。


 試樣3著(zhu)巧克力色,化學封閉。


 試(shi)樣4著巧克力色,再(zai)電解(jie)固膜(mo)處理。


 由圖8-13可見,試(shi)樣(yang)1的(de)電(dian)位(wei)最(zui)低,腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)最(zui)嚴重。試(shi)樣(yang)3的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)高于試(shi)樣(yang)2,試(shi)樣(yang)4的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)高于試(shi)樣(yang)3。試(shi)樣(yang)4著色(se)膜(mo)經電(dian)解(jie)固膜(mo)后,具有最(zui)佳的(de)耐蝕(shi)(shi)性,其表面形成尖晶石(shi)結構的(de)鉻氧化(hua)(hua)物(wu),填充了多孔(kong)的(de)著色(se)膜(mo),使氧化(hua)(hua)膜(mo)變得致密、增(zeng)厚和硬化(hua)(hua)。



9. 國內對因科工(gong)藝研究的進展


 上(shang)海鋼鐵研究所(suo)孫奇(qi)、顧小青在實驗(yan)室的基礎(chu)(chu)上(shang),參考日本專利,結合工作(zuo)經驗(yan),用實驗(yan)室常規(gui)儀器(qi)來精(jing)確地控(kong)制色(se)彩(cai),取(qu)得色(se)彩(cai)重(zhong)現性(xing)好、色(se)彩(cai)基本無差異、成材率達到(dao)99.5%的可(ke)喜成就,為(wei)不銹鋼的研究打(da)下基礎(chu)(chu)。其實例如下。


 ①. 熱軋 415mm 304不銹鋼管材,經固溶熱處理105℃×15min,酸洗,機械拋光后在70~75℃溫度下,14~22min得到光亮度好、均勻性一致、重現性好的藍色、金黃色、紅色和綠色的彩鋼管。


 ②. 熱軋(ya) 2mm板材 75mm×180mm 1Cr18Ni9 不銹鋼,經研(yan)磨,機械拋光(guang)后(hou)在(zai)70~75℃,在(zai)12~25min時間(jian)內獲得光(guang)亮度好(hao)、均勻(yun)度一致或較致、重現性好(hao)的藍、金、綠、紅(hong)等色。


 ③冷軋鋼(gang)板,尺寸(110~220mm)×0.4mm 1Cr18Ni9 不(bu)銹鋼(gang)在76℃時(shi),獲得光亮度(du)較好,均勻度(du)一致,重現(xian)性好的灰、藍、金(jin)黃、紅、綠諸色。