影響不銹鋼因科著色法的因素主要有以下幾點:



1. 材料成分與著色關系(xi)


  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. 材料(liao)加工狀態(tai)與著(zhu)色關系


  當(dang)不(bu)銹鋼經過冷加工變形后(如彎曲、拉拔(ba)深沖(chong)、冷軋(ya)等),表面晶格的(de)完整性(xing)發生破壞,使(shi)形成的(de)著色膜不(bu)均勻,色澤(ze)紊亂,冷加工后的(de)耐蝕性(xing)也下降(jiang),形成的(de)著色膜失(shi)去原有光澤(ze)。但這些可以通過一定溫(wen)度的(de)退(tui)火處理(li),可恢復原來的(de)顯微組織,仍能得(de)到良好的(de)彩色膜。



3. 前處理對著(zhu)色(se)的影響


 ①. 拋(pao)光


   可用機(ji)(ji)械拋光(guang)、化(hua)學(xue)拋光(guang)或電(dian)化(hua)學(xue)拋光(guang),要(yao)求表(biao)面(mian)(mian)光(guang)潔度一致(zhi),避免造成(cheng)(cheng)色(se)差,最(zui)好達到鏡面(mian)(mian)光(guang)亮(liang),可得最(zui)鮮艷均(jun)勻(yun)的(de)色(se)彩。不銹(xiu)鋼機(ji)(ji)械拋光(guang)后立即進行著(zhu)色(se)處理,若拋光(guang)后在空氣中(zhong)放置一段(duan)時間,外表(biao)面(mian)(mian)會形成(cheng)(cheng)一層氧(yang)化(hua)膜(mo),與著(zhu)色(se)膜(mo)的(de)結構(gou)不同(tong),其厚(hou)度在1.0~10.0nm之間,有一定的(de)耐蝕性(xing)(xing),在著(zhu)色(se)液(ye)中(zhong)不易除(chu)去,因而影響新的(de)著(zhu)色(se)膜(mo)的(de)形成(cheng)(cheng),使著(zhu)色(se)時間延長(chang),使著(zhu)色(se)后形成(cheng)(cheng)的(de)色(se)澤變深變暗(an)。電(dian)化(hua)學(xue)拋光(guang)也能(neng)(neng)使不銹(xiu)鋼表(biao)面(mian)(mian)形成(cheng)(cheng)鈍化(hua)膜(mo),如不除(chu)去鈍化(hua)膜(mo),能(neng)(neng)使著(zhu)色(se)速率變慢,但電(dian)拋光(guang)形成(cheng)(cheng)均(jun)勻(yun)平整的(de)表(biao)面(mian)(mian),使色(se)澤光(guang)亮(liang),均(jun)勻(yun)性(xing)(xing)改(gai)善。


 ②. 活(huo)化


  凡是(shi)能使不銹(xiu)(xiu)鋼基(ji)體(ti)表(biao)面活(huo)化的(de)(de)因素,均(jun)可(ke)加速著(zhu)(zhu)色(se)(se)過程。一切自然形(xing)成(cheng)的(de)(de)肉眼不可(ke)見的(de)(de)氧化膜,是(shi)著(zhu)(zhu)色(se)(se)的(de)(de)大敵,是(shi)著(zhu)(zhu)色(se)(se)成(cheng)敗的(de)(de)隱患,在著(zhu)(zhu)色(se)(se)前應(ying)該去除。為了消除不銹(xiu)(xiu)鋼表(biao)面的(de)(de)鈍(dun)化膜,獲得新鮮表(biao)面,活(huo)化程度(du)應(ying)恰當,以出現小氣泡后(hou)10~15秒為宜。若活(huo)化不足,著(zhu)(zhu)色(se)(se)的(de)(de)起色(se)(se)電位時間(jian)延長(chang),并出現顏(yan)色(se)(se)不容易控(kong)制,若活(huo)化過度(du),表(biao)面發生過浸(jin)蝕(shi),使著(zhu)(zhu)色(se)(se)膜變得暗(an)淡(dan)無光(guang)。活(huo)化用強(qiang)酸(suan)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)方法會造成(cheng)表(biao)面腐(fu)蝕(shi)活(huo)化,影(ying)響著(zhu)(zhu)色(se)(se)后(hou)色(se)(se)澤的(de)(de)鮮艷(yan)性。用下面兩種方法處(chu)理,能得到較好的(de)(de)結果。


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


  化(hua)學(xue)活化(hua):硫(liu)酸(H2SO4)10%(體(ti)積(ji)分數),鹽酸(HC1)10%(體(ti)積(ji)分數),余為水,溫度室溫,時間(jian)5~10min.出現小氣泡10~15秒(miao)。


 ③. 前處理對著(zhu)色的影響,見表8-8。


表 8.jpg


從表8-8可知,不(bu)銹鋼著色工藝中前(qian)處(chu)(chu)理(li)影響著色速(su)率、表面顏色的(de)均(jun)勻性。電拋(pao)光配合陽極處(chu)(chu)理(li)的(de)方法可得到滿(man)意(yi)的(de)膜層。



4. 著(zhu)色(se)液濃度對著(zhu)色(se)的影(ying)響


著色液濃(nong)度(du)對電位-時間關系的影響見圖8-11。


圖 11.jpg


 ①. 為正常的著色液濃度(du)。


 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(du)對化(hua)學著(zhu)色的影響


隨著(zhu)著(zhu)色(se)(se)(se)液(ye)溫(wen)度的(de)(de)升高,離子的(de)(de)擴散速(su)(su)率加快,從而加速(su)(su)著(zhu)色(se)(se)(se)的(de)(de)形成。但著(zhu)色(se)(se)(se)液(ye)溫(wen)度過(guo)高,如在(zai)90℃以(yi)上,會(hui)使溶液(ye)中的(de)(de)水分(fen)蒸發,改變著(zhu)色(se)(se)(se)液(ye)的(de)(de)成分(fen)。著(zhu)色(se)(se)(se)液(ye)溫(wen)度過(guo)低(di),如在(zai)70℃以(yi)下,會(hui)明顯降(jiang)低(di)著(zhu)色(se)(se)(se)膜的(de)(de)形成速(su)(su)率。見圖8-12,當著(zhu)色(se)(se)(se)液(ye)溫(wen)度為(60±5)℃,著(zhu)色(se)(se)(se)起色(se)(se)(se)點(dian)推遲,使著(zhu)色(se)(se)(se)膜的(de)(de)色(se)(se)(se)彩不(bu)均勻。


圖 12.jpg



6. 著色液均勻性的影(ying)響


各(ge)種(zhong)不銹鋼的(de)(de)(de)電(dian)化學(xue)性能不一(yi)致(zhi)、著(zhu)(zhu)色(se)(se)液(ye)(ye)溫度的(de)(de)(de)波動、著(zhu)(zhu)色(se)(se)液(ye)(ye)濃度的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化、著(zhu)(zhu)色(se)(se)時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)長(chang)短不一(yi),所有(you)(you)這些不均勻性,都對(dui)(dui)著(zhu)(zhu)色(se)(se)色(se)(se)彩(cai)有(you)(you)影響(xiang)。特別是(shi)(shi)(shi)溫度和時(shi)(shi)間,稍有(you)(you)變(bian)(bian)(bian)化,色(se)(se)彩(cai)隨(sui)之(zhi)變(bian)(bian)(bian)化,這就是(shi)(shi)(shi)國內在不銹鋼著(zhu)(zhu)色(se)(se)普遍存在的(de)(de)(de)待解難(nan)題,也是(shi)(shi)(shi)因科工藝(yi)專利中對(dui)(dui)外絕對(dui)(dui)保密的(de)(de)(de)關鍵。著(zhu)(zhu)色(se)(se)液(ye)(ye)的(de)(de)(de)成分(fen)和溫度的(de)(de)(de)不均勻是(shi)(shi)(shi)隨(sui)著(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)色(se)(se)的(de)(de)(de)進行而造(zao)成著(zhu)(zhu)色(se)(se)液(ye)(ye)溫度和成分(fen)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化。必須加強攪拌,及時(shi)(shi)調整補充著(zhu)(zhu)色(se)(se)液(ye)(ye)成分(fen)。攪拌使著(zhu)(zhu)色(se)(se)膜的(de)(de)(de)色(se)(se)彩(cai)明顯優于不攪拌的(de)(de)(de)著(zhu)(zhu)色(se)(se)膜。



7. 添加劑(ji)對看色(se)的影響(xiang)


 ①. 氯(lv)(lv)化鈉(na)(NaCl): 氯(lv)(lv)化鈉(na)可明顯提(ti)高著(zhu)色速(su)率,可縮短(duan)5~10min,但(dan)著(zhu)色過(guo)程(cheng)中(zhong)會(hui)發生(sheng)強烈的(de)刺激性氯(lv)(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: 加入(ru)硬化處理液可明顯提(ti)高著(zhu)色層(ceng)的光(guang)亮度(du)。



8. 后處理對(dui)著色膜的影響


 后處理是在不銹鋼著(zhu)色后填充氧化(hua)膜(mo)空隙,加固(gu)氧化(hua)膜(mo)以(yi)提高膜(mo)的耐(nai)磨性、耐(nai)蝕性和耐(nai)污性。


 后處(chu)(chu)理方法(fa)有熱水封(feng)閉(bi)、化學封(feng)閉(bi)、電解(jie)固(gu)膜處(chu)(chu)理、水玻(bo)璃封(feng)閉(bi)等方法(fa)。熱水封(feng)閉(bi)、化學封(feng)閉(bi)和水玻(bo)璃封(feng)閉(bi)對表面顏色的影響不(bu)大(da),電解(jie)固(gu)膜處(chu)(chu)理會改變表面顏色。


 后(hou)處(chu)理(li)對著色表面耐(nai)蝕性(xing)的(de)影響(xiang)見圖(tu)8-13。在0.2mol/L鹽酸溶液中,測定下(xia)列4種試樣的(de)腐蝕電位,以(yi)評定其耐(nai)蝕性(xing)。


圖 13.jpg


 試樣1僅進行機械拋光不著色。


 試樣2著巧克(ke)力色,但未后(hou)處理(li)。


 試樣3著巧克力色,化學封閉(bi)。


 試(shi)樣4著(zhu)巧克力色,再(zai)電解固膜處理。


 由圖8-13可見,試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)1的電(dian)位最(zui)低(di),腐蝕(shi)最(zui)嚴重。試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)3的腐蝕(shi)電(dian)位高于(yu)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)2,試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)4的腐蝕(shi)電(dian)位高于(yu)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)3。試(shi)(shi)(shi)樣(yang)(yang)4著(zhu)色(se)(se)膜(mo)經(jing)電(dian)解固膜(mo)后(hou),具有最(zui)佳的耐蝕(shi)性,其表面形成尖晶石結構的鉻氧化(hua)物,填充(chong)了多孔(kong)的著(zhu)色(se)(se)膜(mo),使氧化(hua)膜(mo)變得(de)致(zhi)密(mi)、增(zeng)厚和硬化(hua)。



9. 國內對因(yin)科工藝研究(jiu)的進展


 上海鋼鐵研究(jiu)所孫奇、顧(gu)小青(qing)在實(shi)驗室的基礎(chu)上,參考日本專利,結合(he)工作經驗,用實(shi)驗室常規儀器來精(jing)確(que)地控制色彩,取得色彩重現性好、色彩基本無差異、成材率達到99.5%的可(ke)喜成就,為不銹鋼的研究(jiu)打下(xia)基礎(chu)。其實(shi)例如下(xia)。


 ①. 熱軋 415mm 304不銹鋼(gang)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板材(cai) 75mm×180mm 1Cr18Ni9 不銹鋼,經研(yan)磨,機械拋(pao)光(guang)后在70~75℃,在12~25min時(shi)間(jian)內獲(huo)得(de)光(guang)亮度好、均勻度一致或較致、重現性好的藍、金(jin)、綠、紅等色。


 ③冷軋(ya)鋼板,尺(chi)寸(110~220mm)×0.4mm 1Cr18Ni9 不銹鋼在76℃時(shi),獲得(de)光(guang)亮度較(jiao)好(hao),均勻度一致,重(zhong)現(xian)性好(hao)的灰、藍、金黃、紅、綠諸(zhu)色。