影響不銹鋼因科著色法的因素主要有以下幾點:



1. 材料成分與著(zhu)色(se)關系(xi)


  著色用不銹(xiu)鋼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(bu)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(jia)工狀態與著色關系


  當(dang)不銹鋼經(jing)過冷加工變形(xing)(xing)后(hou)(如(ru)彎(wan)曲、拉拔(ba)深(shen)沖、冷軋等),表面(mian)晶格的(de)完整(zheng)性發生(sheng)破壞,使(shi)形(xing)(xing)成的(de)著色膜(mo)不均勻,色澤紊(wen)亂,冷加工后(hou)的(de)耐蝕(shi)性也下降,形(xing)(xing)成的(de)著色膜(mo)失(shi)去原(yuan)有(you)光澤。但這些可以(yi)通過一定溫度的(de)退火處理,可恢復(fu)原(yuan)來的(de)顯微組織,仍能得到良好的(de)彩色膜(mo)。



3. 前處理(li)對著(zhu)色的影響


 ①. 拋光


   可用機械(xie)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)、化學拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)或電化學拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang),要求表面光(guang)(guang)潔(jie)度一(yi)(yi)致,避(bi)免造(zao)成色(se)差,最好達到鏡(jing)面光(guang)(guang)亮(liang),可得最鮮艷均(jun)勻的(de)(de)色(se)彩。不(bu)銹鋼機械(xie)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)后立即進行著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)處理(li),若拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)后在(zai)(zai)空氣(qi)中(zhong)放置一(yi)(yi)段時(shi)間,外表面會(hui)形(xing)成一(yi)(yi)層氧化膜(mo),與(yu)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)膜(mo)的(de)(de)結構不(bu)同,其厚度在(zai)(zai)1.0~10.0nm之間,有一(yi)(yi)定的(de)(de)耐(nai)蝕性,在(zai)(zai)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)液(ye)中(zhong)不(bu)易除(chu)去(qu)(qu),因而影響新的(de)(de)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)膜(mo)的(de)(de)形(xing)成,使(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)時(shi)間延長,使(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)后形(xing)成的(de)(de)色(se)澤變深變暗。電化學拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)也(ye)能(neng)使(shi)不(bu)銹鋼表面形(xing)成鈍化膜(mo),如不(bu)除(chu)去(qu)(qu)鈍化膜(mo),能(neng)使(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)速率變慢(man),但(dan)電拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)形(xing)成均(jun)勻平整的(de)(de)表面,使(shi)色(se)澤光(guang)(guang)亮(liang),均(jun)勻性改善。


 ②. 活化


  凡是能使(shi)(shi)不(bu)銹鋼基體表(biao)(biao)面(mian)(mian)活化的(de)因素,均(jun)可加速(su)著(zhu)色(se)(se)(se)過程(cheng)。一(yi)切自然形成(cheng)(cheng)的(de)肉眼不(bu)可見的(de)氧化膜,是著(zhu)色(se)(se)(se)的(de)大敵,是著(zhu)色(se)(se)(se)成(cheng)(cheng)敗的(de)隱(yin)患,在著(zhu)色(se)(se)(se)前應該去除(chu)(chu)。為了消除(chu)(chu)不(bu)銹鋼表(biao)(biao)面(mian)(mian)的(de)鈍(dun)化膜,獲得(de)新鮮表(biao)(biao)面(mian)(mian),活化程(cheng)度應恰當,以出(chu)現小氣泡后10~15秒為宜。若(ruo)活化不(bu)足,著(zhu)色(se)(se)(se)的(de)起色(se)(se)(se)電位時間延長(chang),并出(chu)現顏(yan)色(se)(se)(se)不(bu)容易控制,若(ruo)活化過度,表(biao)(biao)面(mian)(mian)發生過浸蝕,使(shi)(shi)著(zhu)色(se)(se)(se)膜變得(de)暗淡無光。活化用(yong)(yong)強酸(suan)腐蝕的(de)方(fang)法會(hui)造成(cheng)(cheng)表(biao)(biao)面(mian)(mian)腐蝕活化,影(ying)響(xiang)著(zhu)色(se)(se)(se)后色(se)(se)(se)澤的(de)鮮艷性。用(yong)(yong)下面(mian)(mian)兩(liang)種方(fang)法處理,能得(de)到較好的(de)結果。


  電解活化:a.磷酸(suan)(suan)(H3PO4)10%,陽極(ji)電流(liu)密度(du)1A/d㎡2,溫(wen)度(du)室(shi)溫(wen),時(shi)間3~5min,陰(yin)極(ji)鉛(qian)板;b.硫酸(suan)(suan)(H2SO4)10%,陽極(ji)電流(liu)密度(du)5A/d㎡, 溫(wen)度(du) 室(shi)溫(wen),時(shi)間5min,陰(yin)極(ji)鉛(qian)板。


  化(hua)學活(huo)化(hua):硫(liu)酸(suan)(H2SO4)10%(體(ti)積分(fen)數(shu)),鹽酸(suan)(HC1)10%(體(ti)積分(fen)數(shu)),余(yu)為水,溫(wen)度室溫(wen),時間5~10min.出現(xian)小氣泡(pao)10~15秒。


 ③. 前(qian)處理對著色的(de)影(ying)響,見表8-8。


表 8.jpg


從(cong)表8-8可知,不銹鋼著色工藝中(zhong)前(qian)處理影(ying)響著色速率、表面顏色的均勻性。電(dian)拋光配合陽極處理的方法可得到滿意的膜層。



4. 著(zhu)色液濃度對著(zhu)色的影響


著色液濃度對(dui)電位-時間關系的影響見圖8-11。


圖 11.jpg


 ①. 為正常的(de)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. 著色液溫度對(dui)化學著色的影響


隨著著色(se)(se)(se)(se)液(ye)(ye)溫(wen)度的升(sheng)高,離子的擴散速率(lv)(lv)加快,從(cong)而加速著色(se)(se)(se)(se)的形(xing)成(cheng)。但著色(se)(se)(se)(se)液(ye)(ye)溫(wen)度過高,如(ru)在(zai)90℃以(yi)(yi)上,會使(shi)溶液(ye)(ye)中(zhong)的水分蒸發(fa),改變著色(se)(se)(se)(se)液(ye)(ye)的成(cheng)分。著色(se)(se)(se)(se)液(ye)(ye)溫(wen)度過低(di)(di),如(ru)在(zai)70℃以(yi)(yi)下,會明(ming)顯降低(di)(di)著色(se)(se)(se)(se)膜的形(xing)成(cheng)速率(lv)(lv)。見圖8-12,當著色(se)(se)(se)(se)液(ye)(ye)溫(wen)度為(wei)(60±5)℃,著色(se)(se)(se)(se)起色(se)(se)(se)(se)點推遲(chi),使(shi)著色(se)(se)(se)(se)膜的色(se)(se)(se)(se)彩(cai)不均勻。


圖 12.jpg



6. 著色液均(jun)勻性的影響


各種不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)電化(hua)(hua)學(xue)性能不(bu)(bu)一致(zhi)、著(zhu)(zhu)色(se)(se)液溫(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)波(bo)動、著(zhu)(zhu)色(se)(se)液濃度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)、著(zhu)(zhu)色(se)(se)時(shi)間(jian)的(de)(de)長(chang)短不(bu)(bu)一,所有(you)這些不(bu)(bu)均(jun)(jun)勻性,都對(dui)著(zhu)(zhu)色(se)(se)色(se)(se)彩有(you)影響。特(te)別是(shi)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)和(he)(he)時(shi)間(jian),稍(shao)有(you)變(bian)(bian)化(hua)(hua),色(se)(se)彩隨之(zhi)變(bian)(bian)化(hua)(hua),這就是(shi)國內(nei)在不(bu)(bu)銹鋼著(zhu)(zhu)色(se)(se)普遍存在的(de)(de)待(dai)解難題,也(ye)是(shi)因科工(gong)藝專利中對(dui)外絕對(dui)保密的(de)(de)關鍵。著(zhu)(zhu)色(se)(se)液的(de)(de)成(cheng)分和(he)(he)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)不(bu)(bu)均(jun)(jun)勻是(shi)隨著(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)色(se)(se)的(de)(de)進(jin)行而造成(cheng)著(zhu)(zhu)色(se)(se)液溫(wen)度(du)(du)(du)(du)和(he)(he)成(cheng)分的(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)(hua)。必(bi)須加強攪(jiao)拌,及時(shi)調(diao)整補充著(zhu)(zhu)色(se)(se)液成(cheng)分。攪(jiao)拌使著(zhu)(zhu)色(se)(se)膜的(de)(de)色(se)(se)彩明顯優于不(bu)(bu)攪(jiao)拌的(de)(de)著(zhu)(zhu)色(se)(se)膜。



7. 添(tian)加(jia)劑對(dui)看色的(de)影(ying)響


 ①. 氯化(hua)鈉(na)(NaCl): 氯化(hua)鈉(na)可明顯提高著色速率,可縮短5~10min,但著色過程中會發生強烈的刺激性氯氣味。


 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(mu)酸銨: 加入硬化處理液可明顯(xian)提高著(zhu)色層(ceng)的光(guang)亮度。



8. 后處理對著(zhu)色膜的影響


 后處理是在不(bu)銹鋼著色后填充氧化膜空隙,加固氧化膜以提高膜的耐(nai)磨性(xing)、耐(nai)蝕性(xing)和耐(nai)污性(xing)。


 后處(chu)理方(fang)法(fa)有熱水封(feng)(feng)閉(bi)、化學封(feng)(feng)閉(bi)、電(dian)解(jie)固(gu)(gu)膜(mo)處(chu)理、水玻(bo)璃(li)封(feng)(feng)閉(bi)等方(fang)法(fa)。熱水封(feng)(feng)閉(bi)、化學封(feng)(feng)閉(bi)和水玻(bo)璃(li)封(feng)(feng)閉(bi)對表面顏色(se)的影響不(bu)大,電(dian)解(jie)固(gu)(gu)膜(mo)處(chu)理會(hui)改變表面顏色(se)。


 后(hou)處理對著色表面耐蝕性的影響(xiang)見圖8-13。在0.2mol/L鹽酸溶液中(zhong),測定(ding)下列4種試樣的腐蝕電位,以評定(ding)其耐蝕性。


圖 13.jpg


 試樣(yang)1僅進行(xing)機械拋光不著色。


 試樣2著(zhu)巧克力色,但未(wei)后處理(li)。


 試樣(yang)3著巧克力色,化(hua)學(xue)封閉。


 試樣(yang)4著巧克力色,再(zai)電解固膜處理(li)。


 由圖8-13可見(jian),試樣(yang)1的(de)電位最(zui)低,腐蝕(shi)最(zui)嚴重。試樣(yang)3的(de)腐蝕(shi)電位高于試樣(yang)2,試樣(yang)4的(de)腐蝕(shi)電位高于試樣(yang)3。試樣(yang)4著色(se)膜(mo)經電解固膜(mo)后(hou),具(ju)有最(zui)佳的(de)耐蝕(shi)性,其表面形(xing)成尖(jian)晶石結構的(de)鉻氧(yang)(yang)化(hua)物,填充了多孔的(de)著色(se)膜(mo),使氧(yang)(yang)化(hua)膜(mo)變得(de)致密、增厚和硬化(hua)。



9. 國內(nei)對因科工藝研究的(de)進展


 上海鋼鐵研(yan)究(jiu)所孫奇、顧小(xiao)青在實(shi)驗(yan)(yan)室的(de)基(ji)礎(chu)上,參(can)考日本專利(li),結合(he)工作(zuo)經驗(yan)(yan),用(yong)實(shi)驗(yan)(yan)室常規儀器來精確地(di)控(kong)制色(se)彩,取(qu)得(de)色(se)彩重現性好、色(se)彩基(ji)本無差異、成材率達到(dao)99.5%的(de)可(ke)喜成就,為不銹鋼的(de)研(yan)究(jiu)打下基(ji)礎(chu)。其實(shi)例(li)如下。


 ①. 熱軋 415mm 304不銹鋼管(guan)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(ban)材 75mm×180mm 1Cr18Ni9 不銹(xiu)鋼(gang),經研磨,機(ji)械拋光(guang)后在(zai)70~75℃,在(zai)12~25min時間(jian)內獲(huo)得(de)光(guang)亮度(du)好(hao)、均勻度(du)一致或較致、重現性好(hao)的藍、金(jin)、綠(lv)、紅等色。


 ③冷軋(ya)鋼板,尺寸(cun)(110~220mm)×0.4mm 1Cr18Ni9 不(bu)銹(xiu)鋼在76℃時,獲得光亮度較好(hao),均勻度一致,重現性好(hao)的(de)灰、藍、金黃、紅、綠諸色。