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(fa)化(hua)學著色溶(rong)液組成和(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(zi)時間的不(bu)同(tong),產生的顏色(se)的順序(xu)是(shi):青銅色(se),藍色(se),金黃色(se),紅(hong)色(se)和綠色(se)。


 膜的(de)(de)顏色是由于不同厚(hou)度的(de)(de)膜在反射和透膜折射兩(liang)種光的(de)(de)相(xiang)互(hu)干涉而(er)成色,在前面(mian)已敘(xu)述過,不同的(de)(de)厚(hou)度就產生不同的(de)(de)顏色,因(yin)此,在著色過程中,保持溶液溫(wen)度的(de)(de)均(jun)勻性和穩定(ding)性是很重(zhong)要的(de)(de),所以(yi)著色用的(de)(de)槽為鉛襯里的(de)(de)鐵槽,外套為可用蒸氣加熱的(de)(de)保溫(wen)水套,以(yi)維(wei)持鉛槽內溶液的(de)(de)穩定(ding),在槽內并裝有攪拌器,使溶液均(jun)勻。



2. 時間控制著色(se)法


 將不銹鋼浸(jin)在著色(se)液中浸(jin)漬一定時間后,就能得(de)到一定的(de)(de)顏(yan)色(se)。如(ru)溫度70℃時,著色(se)15min可(ke)得(de)藍(lan)色(se),18min可(ke)得(de)金(jin)黃色(se),20~22min可(ke)得(de)紫色(se)或綠色(se)。這(zhe)種(zhong)根據時間控制(zhi)的(de)(de)方法不能得(de)到重(zhong)(zhong)復的(de)(de)顏(yan)色(se)。這(zhe)是因為著色(se)溶液的(de)(de)溫度稍微有些變化,控制(zhi)不會很準確,而化學著色(se)液的(de)(de)化學組成由于水分蒸發(fa)也可(ke)能有變化,這(zhe)兩個因素(su)都能影響獲(huo)得(de)顏(yan)色(se)的(de)(de)重(zhong)(zhong)現性。



3. 電位控制著(zhu)色法


a. 不銹(xiu)鋼著色的電位-時間曲線。


  1973年,伊萬(wan)斯用飽(bao)和甘汞電極作參比電極,測量了不銹鋼著(zhu)色過程中電位-時間的變化曲線。


  1977年,阿里(li)索尼等人用(yong)鉑電(dian)極(ji)作(zuo)參比電(dian)極(ji),測量了不銹鋼(gang)著色過(guo)程中(zhong)電(dian)位(wei)-時間的變化曲線。見圖(tu)8-6不銹鋼(gang)著色的電(dian)位(wei)-時間曲線。


圖 6.jpg


b. 著色(se)電位差


  當不(bu)銹鋼和鉑電(dian)(dian)極(ji)(ji)同浸(jin)在(zai)著(zhu)(zhu)色(se)液中,見圖8-7不(bu)銹鋼著(zhu)(zhu)色(se)裝置示(shi)意(yi)圖,在(zai)不(bu)銹鋼上連接電(dian)(dian)位記錄儀(yi),在(zai)鉑電(dian)(dian)極(ji)(ji)上連上電(dian)(dian)位修正儀(yi),在(zai)兩者之間(jian)連上導線(xian),由于不(bu)銹鋼和鉑電(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)電(dian)(dian)位不(bu)同,產生了電(dian)(dian)位差,有電(dian)(dian)流通過(guo)導線(xian),隨著(zhu)(zhu)不(bu)銹鋼著(zhu)(zhu)色(se)過(guo)程的(de)化(hua)(hua)學反應,氧(yang)化(hua)(hua)膜(mo)的(de)厚度逐漸增(zeng)長,電(dian)(dian)位隨著(zhu)(zhu)發生變化(hua)(hua)。在(zai)著(zhu)(zhu)色(se)的(de)整個過(guo)程中,即測得著(zhu)(zhu)色(se)電(dian)(dian)位-時間(jian)的(de)關系(xi)曲(qu)線(xian)。


圖 7.jpg


  電位(wei)-時間(jian)曲線上的(de)(de)B點(dian)表(biao)示不銹(xiu)鋼的(de)(de)電位(wei)達到最(zui)負的(de)(de)最(zui)高點(dian)。B點(dian)稱為起色(se)(se)電位(wei)。起色(se)(se)是指不銹(xiu)鋼表(biao)面開始(shi)出現黑色(se)(se)斑痕,說明已形成(cheng)一層(ceng)引起光干涉的(de)(de)氧化膜,開始(shi)向有色(se)(se)方向變(bian)化。從(cong)B點(dian)的(de)(de)起色(se)(se)電位(wei)起,隨著時間(jian)的(de)(de)延長,不銹(xiu)鋼電位(wei)逐漸下降至C點(dian),C點(dian)稱為著色(se)(se)電位(wei)。B-C=Δφ,稱為著色(se)(se)電位(wei)差。各種顏(yan)色(se)(se)的(de)(de)著色(se)(se)電位(wei)差Δφ不同,如(ru)下:


  藍色  Δφ=8~11mV,膜厚0.09μm;


  黃(huang)色  Δφ=13.5~16mV,膜(mo)厚0.15μm;


  紅(hong)色(se) Δφ=17.8~18.5mV,膜厚0.18μm;


  綠色 Δφ=20.8~21.6mV,膜厚0.22μm.


c. 用(yong)著(zhu)色電位(wei)控制顏色的重現性


  隨著(zhu)著(zhu)色時間(jian)的(de)延長,不銹鋼表(biao)面電(dian)(dian)位(wei)(wei)C與起色電(dian)(dian)位(wei)(wei)B的(de)差值逐漸增大,不同(tong)(tong)電(dian)(dian)位(wei)(wei)差對(dui)應不同(tong)(tong)的(de)顏色。某(mou)一電(dian)(dian)位(wei)(wei)差出現一定的(de)顏色,此(ci)關系不隨著(zhu)色液的(de)溫度和組成的(de)稍微變化而變化,這(zhe)是(shi)可以用控制電(dian)(dian)位(wei)(wei)差法進行(xing)著(zhu)色的(de)原(yuan)因,比控制時間(jian)的(de)重現性好。但著(zhu)色電(dian)(dian)位(wei)(wei)差對(dui)不銹鋼材料(liao)的(de)不同(tong)(tong),該數(shu)值也不相同(tong)(tong),需要(yao)具(ju)體測量。在(zai)著(zhu)色過程(cheng)中,只要(yao)測得起色電(dian)(dian)位(wei)(wei)B,根據(ju)上式得:


C=B-Δφ


可以得(de)到差色(se)(se)電(dian)位C,以控制(zhi)得(de)到不(bu)同的顏色(se)(se)。用(yong)著色(se)(se)電(dian)位差控制(zhi)顏色(se)(se)的重現(xian)性是國際公司(si)因科法的專利(li)。


d. 不銹鋼著色過程微機(ji)控(kong)制設備


  各種顏色相鄰的(de)(de)電位差距很小,只有幾毫伏(fu),要用精(jing)(jing)密電壓(ya)(ya)表(如TH-V數字電壓(ya)(ya)表)才能(neng)分(fen)辨,這就(jiu)給實際操作帶來很大的(de)(de)不便(bian)。這需要儀(yi)器(qi)設備有很高的(de)(de)精(jing)(jing)度和抗干擾性,否(fou)則,儀(yi)器(qi)本身的(de)(de)誤差就(jiu)會導致控制(zhi)出錯。如果大批(pi)量生產,更要考慮采(cai)用微機自(zi)動控制(zhi)。


  由于彩(cai)色不銹(xiu)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。


圖 8.jpg


e. 單位時間電位差變化的微分曲線的運用(yong)


  表(biao)(biao)面(mian)光(guang)潔度(du)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)工件,測出(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)位(wei)-時間(jian)曲(qu)線(xian)(xian)起色(se)(se)(se)電(dian)位(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)峰值明顯,對于表(biao)(biao)面(mian)光(guang)潔度(du)不(bu)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),表(biao)(biao)面(mian)凹(ao)凸不(bu)平,著色(se)(se)(se)時電(dian)位(wei)峰值不(bu)明顯,無法采(cai)用(yong)電(dian)位(wei)-時間(jian)曲(qu)線(xian)(xian)。1980年,竹內武等(deng)人用(yong)單(dan)位(wei)時間(jian)電(dian)位(wei)差(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)微(wei)分曲(qu)線(xian)(xian),見圖(tu)8-9,控(kong)制(zhi)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)電(dian)位(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)著色(se)(se)(se)過(guo)程,即將微(wei)分曲(qu)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)轉折(zhe)點(dian)(dian)A(A為單(dan)位(wei)時間(jian)電(dian)位(wei)差(cha)變化(hua)趨(qu)勢的(de)(de)(de)(de)(de)轉變),規(gui)定(ding)為著色(se)(se)(se)起始點(dian)(dian),并按照所要(yao)求的(de)(de)(de)(de)(de)著色(se)(se)(se)色(se)(se)(se)澤(ze)規(gui)定(ding)一定(ding)時間(jian)后,電(dian)位(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)作為著色(se)(se)(se)處理終點(dian)(dian),便能(neng)準確控(kong)制(zhi)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)色(se)(se)(se)彩。這(zhe)種控(kong)制(zhi)設備系統圖(tu)見圖(tu)8-8,由(you)于不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)表(biao)(biao)面(mian)氧化(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)厚度(du)與色(se)(se)(se)澤(ze)有密切的(de)(de)(de)(de)(de)關系,故控(kong)制(zhi)氧化(hua)膜(mo)厚度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)均勻性是工藝中主要(yao)一環,圖(tu)8-10給出(chu)了SUS304不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)著色(se)(se)(se)電(dian)位(wei)與氧化(hua)膜(mo)厚度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)曲(qu)線(xian)(xian)。