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(ke)法化(hua)學(xue)著色溶液(ye)組(zu)成(cheng)和(he)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 。
隨著浸漬時間的(de)不同,產(chan)生的(de)顏色(se)(se)的(de)順序(xu)是:青銅(tong)色(se)(se),藍色(se)(se),金黃色(se)(se),紅色(se)(se)和綠色(se)(se)。
膜的顏色(se)是由于不同(tong)厚(hou)度(du)(du)的膜在(zai)反射(she)和(he)透膜折(zhe)射(she)兩種光的相互干涉而成色(se),在(zai)前面已敘述(shu)過,不同(tong)的厚(hou)度(du)(du)就產生不同(tong)的顏色(se),因此,在(zai)著(zhu)(zhu)色(se)過程(cheng)中,保持溶液溫度(du)(du)的均(jun)勻性(xing)和(he)穩(wen)定性(xing)是很(hen)重要(yao)的,所以(yi)著(zhu)(zhu)色(se)用(yong)的槽(cao)為(wei)鉛襯里的鐵槽(cao),外套為(wei)可用(yong)蒸氣加熱的保溫水套,以(yi)維持鉛槽(cao)內溶液的穩(wen)定,在(zai)槽(cao)內并(bing)裝(zhuang)有攪拌器,使溶液均(jun)勻。
2. 時間控制著色法
將不銹(xiu)鋼浸在(zai)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液中浸漬一定時間后,就(jiu)能(neng)得(de)(de)到(dao)一定的(de)顏色(se)(se)(se)(se)(se)。如(ru)溫(wen)度70℃時,著(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)15min可得(de)(de)藍色(se)(se)(se)(se)(se),18min可得(de)(de)金黃色(se)(se)(se)(se)(se),20~22min可得(de)(de)紫(zi)色(se)(se)(se)(se)(se)或(huo)綠色(se)(se)(se)(se)(se)。這種根(gen)據時間控(kong)(kong)制(zhi)的(de)方法不能(neng)得(de)(de)到(dao)重(zhong)復的(de)顏色(se)(se)(se)(se)(se)。這是因(yin)為著(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)溶(rong)液的(de)溫(wen)度稍微有些(xie)變(bian)化(hua),控(kong)(kong)制(zhi)不會很準確,而化(hua)學著(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)液的(de)化(hua)學組成由(you)于水分蒸發也可能(neng)有變(bian)化(hua),這兩個(ge)因(yin)素都能(neng)影響獲得(de)(de)顏色(se)(se)(se)(se)(se)的(de)重(zhong)現(xian)性(xing)。
3. 電位控制著色(se)法
a. 不銹鋼著(zhu)色的(de)電位-時(shi)間曲(qu)線。
1973年,伊萬斯(si)用飽(bao)和甘汞電極作(zuo)參比電極,測(ce)量了不銹鋼著色(se)過程中電位-時(shi)間的變化(hua)曲線。
1977年,阿里(li)索尼等人用鉑電極(ji)作參比(bi)電極(ji),測(ce)量了(le)不銹鋼著(zhu)色過程(cheng)中電位-時(shi)間的變化(hua)曲線。見圖(tu)8-6不銹鋼著(zhu)色的電位-時(shi)間曲線。

b. 著色電位差
當不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)和鉑(bo)電(dian)(dian)極同(tong)浸在(zai)著(zhu)色(se)液中,見圖(tu)8-7不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)著(zhu)色(se)裝置(zhi)示意圖(tu),在(zai)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)上(shang)連(lian)接(jie)電(dian)(dian)位(wei)(wei)記錄(lu)儀,在(zai)鉑(bo)電(dian)(dian)極上(shang)連(lian)上(shang)電(dian)(dian)位(wei)(wei)修正儀,在(zai)兩者(zhe)之間連(lian)上(shang)導線(xian),由(you)于不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)和鉑(bo)電(dian)(dian)極的(de)電(dian)(dian)位(wei)(wei)不(bu)(bu)同(tong),產生(sheng)了(le)電(dian)(dian)位(wei)(wei)差,有電(dian)(dian)流通過(guo)(guo)導線(xian),隨(sui)著(zhu)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)著(zhu)色(se)過(guo)(guo)程的(de)化(hua)學反應,氧化(hua)膜的(de)厚度(du)逐漸增長,電(dian)(dian)位(wei)(wei)隨(sui)著(zhu)發生(sheng)變化(hua)。在(zai)著(zhu)色(se)的(de)整(zheng)個過(guo)(guo)程中,即(ji)測得著(zhu)色(se)電(dian)(dian)位(wei)(wei)-時間的(de)關(guan)系曲線(xian)。

電(dian)位(wei)-時間(jian)曲線上的(de)B點(dian)表(biao)示不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)電(dian)位(wei)達到最(zui)負的(de)最(zui)高點(dian)。B點(dian)稱為起(qi)(qi)色電(dian)位(wei)。起(qi)(qi)色是(shi)指不(bu)銹(xiu)鋼(gang)表(biao)面開(kai)始(shi)出(chu)現黑(hei)色斑痕,說明(ming)已形(xing)成(cheng)一層引(yin)起(qi)(qi)光干(gan)涉的(de)氧化膜,開(kai)始(shi)向(xiang)有色方向(xiang)變化。從B點(dian)的(de)起(qi)(qi)色電(dian)位(wei)起(qi)(qi),隨著(zhu)時間(jian)的(de)延長,不(bu)銹(xiu)鋼(gang)電(dian)位(wei)逐漸下(xia)降至C點(dian),C點(dian)稱為著(zhu)色電(dian)位(wei)。B-C=Δφ,稱為著(zhu)色電(dian)位(wei)差(cha)。各(ge)種(zhong)顏色的(de)著(zhu)色電(dian)位(wei)差(cha)Δφ不(bu)同,如下(xia):
藍色 Δφ=8~11mV,膜厚0.09μm;
黃色 Δφ=13.5~16mV,膜厚0.15μm;
紅色(se) Δφ=17.8~18.5mV,膜厚0.18μm;
綠色 Δφ=20.8~21.6mV,膜(mo)厚0.22μm.
c. 用著(zhu)色(se)電位控制(zhi)顏色(se)的重(zhong)現(xian)性
隨著(zhu)著(zhu)色(se)(se)時(shi)間的(de)延長,不(bu)(bu)銹鋼表(biao)面電位(wei)(wei)C與起(qi)色(se)(se)電位(wei)(wei)B的(de)差值逐漸增大(da),不(bu)(bu)同(tong)電位(wei)(wei)差對(dui)應不(bu)(bu)同(tong)的(de)顏色(se)(se)。某(mou)一電位(wei)(wei)差出現(xian)一定的(de)顏色(se)(se),此關系不(bu)(bu)隨著(zhu)色(se)(se)液的(de)溫度(du)和組成的(de)稍微變化(hua)而變化(hua),這是可以用控(kong)制電位(wei)(wei)差法進(jin)行著(zhu)色(se)(se)的(de)原因,比控(kong)制時(shi)間的(de)重現(xian)性好。但著(zhu)色(se)(se)電位(wei)(wei)差對(dui)不(bu)(bu)銹鋼材料的(de)不(bu)(bu)同(tong),該數(shu)值也不(bu)(bu)相同(tong),需要(yao)具體測(ce)量(liang)。在著(zhu)色(se)(se)過程中,只要(yao)測(ce)得起(qi)色(se)(se)電位(wei)(wei)B,根據(ju)上式得:
C=B-Δφ
可以得到差色(se)電(dian)位C,以控制得到不同的顏(yan)色(se)。用著(zhu)色(se)電(dian)位差控制顏(yan)色(se)的重現性是國際公(gong)司因科法的專利(li)。
d. 不銹鋼著色過程微機控制(zhi)設備
各種顏色相(xiang)鄰(lin)的(de)電位差距很(hen)小,只有幾毫伏,要用(yong)精(jing)(jing)密電壓(ya)表(如TH-V數(shu)字電壓(ya)表)才能分辨,這就給實際操作帶(dai)來(lai)很(hen)大(da)的(de)不便。這需要儀器設備(bei)有很(hen)高的(de)精(jing)(jing)度和抗干(gan)擾性(xing),否則(ze),儀器本(ben)身的(de)誤差就會導(dao)致控制出錯。如果大(da)批(pi)量生產(chan),更要考慮采(cai)用(yong)微機自動控制。
由于彩色不銹(xiu)鋼(gang)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(wei)分曲線的運用
表(biao)面(mian)光潔(jie)度(du)較高的(de)工(gong)件,測(ce)出的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)-時(shi)間(jian)曲(qu)線(xian)起(qi)色(se)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)峰(feng)值明(ming)顯(xian),對于表(biao)面(mian)光潔(jie)度(du)不(bu)高的(de)不(bu)銹(xiu)鋼,表(biao)面(mian)凹凸不(bu)平,著(zhu)色(se)時(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)峰(feng)值不(bu)明(ming)顯(xian),無法(fa)采用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)-時(shi)間(jian)曲(qu)線(xian)。1980年(nian),竹內武等(deng)人用(yong)單位(wei)(wei)時(shi)間(jian)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)差(cha)的(de)變(bian)化(hua)(hua)的(de)微分(fen)曲(qu)線(xian),見圖(tu)8-9,控制(zhi)不(bu)銹(xiu)鋼電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)著(zhu)色(se)過程,即將(jiang)微分(fen)曲(qu)線(xian)的(de)轉折點(dian)A(A為(wei)單位(wei)(wei)時(shi)間(jian)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)差(cha)變(bian)化(hua)(hua)趨勢的(de)轉變(bian)),規(gui)定為(wei)著(zhu)色(se)起(qi)始點(dian),并(bing)按照(zhao)所要(yao)求的(de)著(zhu)色(se)色(se)澤規(gui)定一定時(shi)間(jian)后,電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)變(bian)化(hua)(hua)作為(wei)著(zhu)色(se)處(chu)理(li)終(zhong)點(dian),便能準確控制(zhi)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)色(se)彩。這種控制(zhi)設備(bei)系統圖(tu)見圖(tu)8-8,由于不(bu)銹(xiu)鋼表(biao)面(mian)氧化(hua)(hua)膜的(de)厚(hou)度(du)與(yu)(yu)色(se)澤有(you)密切的(de)關系,故(gu)控制(zhi)氧化(hua)(hua)膜厚(hou)度(du)的(de)均勻性是工(gong)藝中主(zhu)要(yao)一環,圖(tu)8-10給出了(le)SUS304不(bu)銹(xiu)鋼的(de)著(zhu)色(se)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)與(yu)(yu)氧化(hua)(hua)膜厚(hou)度(du)的(de)曲(qu)線(xian)。

