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(yu)著色(se)關系


  著色用不銹鋼(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(ao)氏(shi)體不銹(xiu)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(cai)料加工狀(zhuang)態與著色關系


  當不(bu)銹鋼經過冷(leng)加(jia)工(gong)變(bian)形后(hou)(如彎曲、拉拔深沖、冷(leng)軋等),表(biao)面(mian)晶格的(de)(de)完整性發生破壞,使形成(cheng)的(de)(de)著色膜(mo)(mo)不(bu)均勻,色澤紊亂,冷(leng)加(jia)工(gong)后(hou)的(de)(de)耐蝕性也下降(jiang),形成(cheng)的(de)(de)著色膜(mo)(mo)失去原有光澤。但這(zhe)些可以通過一定溫(wen)度的(de)(de)退火處(chu)理,可恢復原來的(de)(de)顯(xian)微組織,仍能(neng)得到(dao)良好的(de)(de)彩色膜(mo)(mo)。



3. 前處理(li)對著色(se)的影響


 ①. 拋光


   可用機械(xie)拋(pao)光(guang)(guang)、化學拋(pao)光(guang)(guang)或電化學拋(pao)光(guang)(guang),要(yao)求表(biao)(biao)面光(guang)(guang)潔(jie)度(du)一(yi)致,避免造成(cheng)色(se)(se)差,最好達到鏡面光(guang)(guang)亮,可得(de)最鮮艷(yan)均勻(yun)的(de)(de)(de)色(se)(se)彩。不(bu)銹鋼機械(xie)拋(pao)光(guang)(guang)后立即進行著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)處理(li),若拋(pao)光(guang)(guang)后在空氣中放置一(yi)段(duan)時(shi)間(jian),外表(biao)(biao)面會形(xing)成(cheng)一(yi)層氧化膜(mo),與著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)膜(mo)的(de)(de)(de)結構不(bu)同(tong),其厚度(du)在1.0~10.0nm之間(jian),有(you)一(yi)定的(de)(de)(de)耐蝕性(xing),在著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)液(ye)中不(bu)易除去,因(yin)而影響新的(de)(de)(de)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)膜(mo)的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng),使(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)時(shi)間(jian)延(yan)長,使(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)后形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)色(se)(se)澤(ze)(ze)變深變暗。電化學拋(pao)光(guang)(guang)也能使(shi)不(bu)銹鋼表(biao)(biao)面形(xing)成(cheng)鈍化膜(mo),如(ru)不(bu)除去鈍化膜(mo),能使(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)速率變慢,但(dan)電拋(pao)光(guang)(guang)形(xing)成(cheng)均勻(yun)平(ping)整的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面,使(shi)色(se)(se)澤(ze)(ze)光(guang)(guang)亮,均勻(yun)性(xing)改(gai)善(shan)。


 ②. 活(huo)化


  凡是能(neng)使(shi)不(bu)(bu)銹鋼(gang)基體表(biao)面(mian)(mian)活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)的(de)因素,均(jun)可加速著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)過(guo)程。一切自然形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)肉眼不(bu)(bu)可見的(de)氧化(hua)(hua)(hua)膜,是著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)的(de)大敵(di),是著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)成(cheng)(cheng)敗的(de)隱(yin)患,在著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)前應(ying)該去除。為了(le)消除不(bu)(bu)銹鋼(gang)表(biao)面(mian)(mian)的(de)鈍化(hua)(hua)(hua)膜,獲得(de)新鮮(xian)表(biao)面(mian)(mian),活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)程度應(ying)恰當(dang),以出現(xian)小氣泡后10~15秒為宜。若活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)不(bu)(bu)足(zu),著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)的(de)起色(se)(se)(se)電位時間延長,并出現(xian)顏色(se)(se)(se)不(bu)(bu)容易控(kong)制,若活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)過(guo)度,表(biao)面(mian)(mian)發生過(guo)浸蝕,使(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)膜變得(de)暗(an)淡(dan)無光。活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua)用(yong)(yong)強酸腐(fu)蝕的(de)方法(fa)會(hui)造成(cheng)(cheng)表(biao)面(mian)(mian)腐(fu)蝕活(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)(hua),影響著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)后色(se)(se)(se)澤的(de)鮮(xian)艷性(xing)。用(yong)(yong)下面(mian)(mian)兩種方法(fa)處理,能(neng)得(de)到(dao)較(jiao)好(hao)的(de)結(jie)果。


  電(dian)解活化:a.磷酸(suan)(suan)(H3PO4)10%,陽極電(dian)流(liu)密度1A/d㎡2,溫(wen)度室溫(wen),時(shi)間3~5min,陰(yin)極鉛(qian)板;b.硫(liu)酸(suan)(suan)(H2SO4)10%,陽極電(dian)流(liu)密度5A/d㎡, 溫(wen)度 室溫(wen),時(shi)間5min,陰(yin)極鉛(qian)板。


  化學活化:硫(liu)酸(H2SO4)10%(體積(ji)分數),鹽酸(HC1)10%(體積(ji)分數),余(yu)為水,溫(wen)度(du)室溫(wen),時(shi)間(jian)5~10min.出現小(xiao)氣泡(pao)10~15秒。


 ③. 前(qian)處理對(dui)著色的影響,見表8-8。


表 8.jpg


從表(biao)8-8可知,不銹鋼著色工藝中前處理影響著色速率、表(biao)面顏色的均勻性。電拋光配(pei)合陽極處理的方法(fa)可得到滿意(yi)的膜層。



4. 著色(se)液(ye)濃度對著色(se)的影響


著色液(ye)濃(nong)度對電位-時間關系的(de)影響(xiang)見圖(tu)8-11。


圖 11.jpg


 ①. 為正常的著色(se)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(wen)度對化學著(zhu)色的影(ying)響


隨著(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)色(se)(se)液(ye)溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)升高(gao),離子的(de)(de)擴散(san)速率(lv)加(jia)快(kuai),從而加(jia)速著(zhu)(zhu)色(se)(se)的(de)(de)形成(cheng)。但著(zhu)(zhu)色(se)(se)液(ye)溫(wen)(wen)度(du)過高(gao),如(ru)在90℃以(yi)上,會使溶液(ye)中的(de)(de)水分(fen)蒸發,改變著(zhu)(zhu)色(se)(se)液(ye)的(de)(de)成(cheng)分(fen)。著(zhu)(zhu)色(se)(se)液(ye)溫(wen)(wen)度(du)過低,如(ru)在70℃以(yi)下,會明顯降低著(zhu)(zhu)色(se)(se)膜的(de)(de)形成(cheng)速率(lv)。見圖8-12,當著(zhu)(zhu)色(se)(se)液(ye)溫(wen)(wen)度(du)為(60±5)℃,著(zhu)(zhu)色(se)(se)起(qi)色(se)(se)點推遲(chi),使著(zhu)(zhu)色(se)(se)膜的(de)(de)色(se)(se)彩不均(jun)勻。


圖 12.jpg



6. 著色液均(jun)勻性的影響


各(ge)種不銹鋼的(de)電化(hua)學(xue)性(xing)能不一致(zhi)、著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液(ye)溫(wen)度(du)(du)的(de)波動(dong)、著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液(ye)濃(nong)度(du)(du)的(de)變化(hua)、著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)時間的(de)長短不一,所有(you)這些不均勻(yun)性(xing),都對(dui)(dui)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)色(se)(se)(se)(se)(se)彩有(you)影響。特別是(shi)溫(wen)度(du)(du)和時間,稍(shao)有(you)變化(hua),色(se)(se)(se)(se)(se)彩隨之變化(hua),這就是(shi)國(guo)內(nei)在(zai)不銹鋼著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)普遍(bian)存在(zai)的(de)待(dai)解難題,也(ye)是(shi)因(yin)科工藝專利中對(dui)(dui)外絕對(dui)(dui)保密(mi)的(de)關鍵。著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液(ye)的(de)成分(fen)和溫(wen)度(du)(du)的(de)不均勻(yun)是(shi)隨著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)的(de)進行而造成著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液(ye)溫(wen)度(du)(du)和成分(fen)的(de)變化(hua)。必(bi)須(xu)加強攪拌(ban),及時調整(zheng)補充著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液(ye)成分(fen)。攪拌(ban)使著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)膜的(de)色(se)(se)(se)(se)(se)彩明顯優(you)于不攪拌(ban)的(de)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)膜。



7. 添(tian)加(jia)劑對看色(se)的影響


 ①. 氯(lv)(lv)化鈉(na)(NaCl): 氯(lv)(lv)化鈉(na)可(ke)明顯(xian)提高著色速率,可(ke)縮(suo)短5~10min,但著色過程中會發生強烈(lie)的(de)刺激性(xing)氯(lv)(lv)氣(qi)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(mu)酸(suan)銨(an): 加入硬(ying)化處理液可明顯提(ti)高著色層的(de)光亮度。



8. 后處理(li)對著色(se)膜(mo)的影(ying)響


 后處理是(shi)在不銹鋼著色后填充氧(yang)化膜(mo)空隙,加固氧(yang)化膜(mo)以提高膜(mo)的耐磨性(xing)(xing)、耐蝕性(xing)(xing)和(he)耐污性(xing)(xing)。


 后處(chu)(chu)理(li)方法(fa)有(you)熱水封(feng)(feng)閉(bi)、化學封(feng)(feng)閉(bi)、電(dian)(dian)解固膜處(chu)(chu)理(li)、水玻璃(li)封(feng)(feng)閉(bi)等方法(fa)。熱水封(feng)(feng)閉(bi)、化學封(feng)(feng)閉(bi)和(he)水玻璃(li)封(feng)(feng)閉(bi)對表(biao)面顏色(se)的影響不大,電(dian)(dian)解固膜處(chu)(chu)理(li)會改(gai)變表(biao)面顏色(se)。


 后(hou)處理對著色表(biao)面耐蝕性的影(ying)響見圖8-13。在0.2mol/L鹽酸溶液中(zhong),測定(ding)下列4種試樣的腐(fu)蝕電(dian)位,以評定(ding)其耐蝕性。


圖 13.jpg


 試(shi)樣(yang)1僅進行機(ji)械(xie)拋光不著色。


 試樣2著(zhu)巧克力色,但未后處理。


 試樣3著巧克力色,化(hua)學封閉。


 試(shi)樣4著巧克力(li)色(se),再(zai)電(dian)解固膜處理(li)。


 由圖(tu)8-13可見,試樣(yang)1的(de)電(dian)位最(zui)低,腐蝕(shi)最(zui)嚴重。試樣(yang)3的(de)腐蝕(shi)電(dian)位高于試樣(yang)2,試樣(yang)4的(de)腐蝕(shi)電(dian)位高于試樣(yang)3。試樣(yang)4著(zhu)色膜經(jing)電(dian)解固膜后,具(ju)有最(zui)佳的(de)耐(nai)蝕(shi)性,其表面(mian)形成尖(jian)晶(jing)石結(jie)構(gou)的(de)鉻氧化物(wu),填充(chong)了(le)多(duo)孔(kong)的(de)著(zhu)色膜,使氧化膜變(bian)得致密、增厚和硬化。



9. 國(guo)內對因科工藝研(yan)究的進展


 上(shang)海鋼鐵研究所孫奇、顧小(xiao)青在實驗室的(de)基(ji)礎(chu)上(shang),參考日(ri)本專利,結合工作經驗,用實驗室常(chang)規儀(yi)器來精確地控(kong)制色(se)(se)彩,取得色(se)(se)彩重現性(xing)好、色(se)(se)彩基(ji)本無差異、成材率達到99.5%的(de)可喜成就(jiu),為不(bu)銹鋼的(de)研究打下基(ji)礎(chu)。其實例(li)如(ru)下。


 ①. 熱軋 415mm 304不(bu)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 2mm板材 75mm×180mm 1Cr18Ni9 不銹鋼,經(jing)研磨,機械(xie)拋光后在70~75℃,在12~25min時間內獲得光亮(liang)度好(hao)、均勻度一(yi)致(zhi)或(huo)較致(zhi)、重現性(xing)好(hao)的(de)藍、金、綠、紅(hong)等色。


 ③冷軋鋼板,尺(chi)寸(110~220mm)×0.4mm 1Cr18Ni9 不銹鋼在(zai)76℃時,獲得光亮(liang)度(du)較好(hao),均(jun)勻度(du)一致,重現(xian)性好(hao)的灰、藍、金黃、紅(hong)、綠諸色。