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(bu)銹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型奧氏體不銹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)加工狀態與著(zhu)色關(guan)系(xi)


  當不(bu)(bu)銹鋼經過(guo)(guo)冷加工變(bian)形(xing)后(hou)(如彎曲、拉拔深沖、冷軋(ya)等(deng)),表面晶格的(de)(de)完整性(xing)發(fa)生破壞(huai),使形(xing)成的(de)(de)著色膜不(bu)(bu)均(jun)勻,色澤(ze)(ze)紊(wen)亂,冷加工后(hou)的(de)(de)耐蝕性(xing)也下降(jiang),形(xing)成的(de)(de)著色膜失去原有光澤(ze)(ze)。但這(zhe)些(xie)可(ke)以(yi)通過(guo)(guo)一定溫度的(de)(de)退火處理(li),可(ke)恢復原來的(de)(de)顯(xian)微組織,仍能得到良好的(de)(de)彩色膜。



3. 前處(chu)理對著色的影響


 ①. 拋(pao)光


   可用(yong)機械(xie)拋(pao)(pao)光(guang)、化學(xue)拋(pao)(pao)光(guang)或電化學(xue)拋(pao)(pao)光(guang),要求表面(mian)光(guang)潔度一致,避免造成(cheng)(cheng)色(se)差(cha),最好達到鏡面(mian)光(guang)亮,可得最鮮艷均(jun)勻(yun)的(de)色(se)彩(cai)。不銹鋼(gang)機械(xie)拋(pao)(pao)光(guang)后立即進行(xing)著色(se)處理,若(ruo)拋(pao)(pao)光(guang)后在(zai)空氣中放置一段時(shi)間(jian)(jian),外表面(mian)會形(xing)成(cheng)(cheng)一層氧化膜,與著色(se)膜的(de)結構不同,其厚度在(zai)1.0~10.0nm之間(jian)(jian),有一定的(de)耐(nai)蝕性,在(zai)著色(se)液中不易除去,因(yin)而影響新的(de)著色(se)膜的(de)形(xing)成(cheng)(cheng),使(shi)著色(se)時(shi)間(jian)(jian)延長,使(shi)著色(se)后形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)色(se)澤變(bian)深(shen)變(bian)暗(an)。電化學(xue)拋(pao)(pao)光(guang)也能使(shi)不銹鋼(gang)表面(mian)形(xing)成(cheng)(cheng)鈍(dun)化膜,如不除去鈍(dun)化膜,能使(shi)著色(se)速(su)率(lv)變(bian)慢,但(dan)電拋(pao)(pao)光(guang)形(xing)成(cheng)(cheng)均(jun)勻(yun)平整的(de)表面(mian),使(shi)色(se)澤光(guang)亮,均(jun)勻(yun)性改善。


 ②. 活化


  凡是能(neng)使不(bu)銹鋼基體表(biao)面(mian)(mian)活(huo)(huo)化(hua)的因素,均(jun)可加速著(zhu)色(se)(se)過程(cheng)。一(yi)切自然(ran)形成的肉眼不(bu)可見的氧化(hua)膜(mo),是著(zhu)色(se)(se)的大敵,是著(zhu)色(se)(se)成敗(bai)的隱患,在著(zhu)色(se)(se)前應(ying)該去除。為了消除不(bu)銹鋼表(biao)面(mian)(mian)的鈍(dun)化(hua)膜(mo),獲得(de)新鮮表(biao)面(mian)(mian),活(huo)(huo)化(hua)程(cheng)度應(ying)恰(qia)當,以出現小氣泡后10~15秒為宜。若活(huo)(huo)化(hua)不(bu)足,著(zhu)色(se)(se)的起色(se)(se)電位(wei)時(shi)間(jian)延長,并出現顏色(se)(se)不(bu)容易控制,若活(huo)(huo)化(hua)過度,表(biao)面(mian)(mian)發生過浸(jin)蝕,使著(zhu)色(se)(se)膜(mo)變得(de)暗淡無(wu)光(guang)。活(huo)(huo)化(hua)用強酸(suan)腐蝕的方法會造成表(biao)面(mian)(mian)腐蝕活(huo)(huo)化(hua),影響(xiang)著(zhu)色(se)(se)后色(se)(se)澤的鮮艷性(xing)。用下(xia)面(mian)(mian)兩種(zhong)方法處理(li),能(neng)得(de)到(dao)較好的結果(guo)。


  電解活化:a.磷酸(H3PO4)10%,陽極電流密(mi)(mi)度(du)1A/d㎡2,溫度(du)室溫,時間(jian)3~5min,陰極鉛板;b.硫酸(H2SO4)10%,陽極電流密(mi)(mi)度(du)5A/d㎡, 溫度(du) 室溫,時間(jian)5min,陰極鉛板。


  化(hua)學活化(hua):硫酸(suan)(H2SO4)10%(體(ti)積分數),鹽(yan)酸(suan)(HC1)10%(體(ti)積分數),余為水(shui),溫(wen)度室溫(wen),時間5~10min.出(chu)現(xian)小氣泡10~15秒(miao)。


 ③. 前處(chu)理對著色的影(ying)響,見表8-8。


表 8.jpg


從表8-8可知,不銹鋼著(zhu)色(se)工藝(yi)中前處理(li)影(ying)響(xiang)著(zhu)色(se)速率、表面顏色(se)的均勻性。電拋光配(pei)合陽極(ji)處理(li)的方法可得(de)到滿(man)意的膜層。



4. 著色液濃度對著色的影響


著色液濃度對電位-時間關系(xi)的(de)影(ying)響見圖8-11。


圖 11.jpg


 ①. 為正常的著色液濃度。


 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(se)液溫度對化學著色(se)的(de)影(ying)響


隨著(zhu)著(zhu)色(se)(se)液(ye)溫度的(de)升高(gao),離子的(de)擴散速(su)(su)率(lv)加快,從(cong)而加速(su)(su)著(zhu)色(se)(se)的(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)。但著(zhu)色(se)(se)液(ye)溫度過高(gao),如在90℃以上(shang),會(hui)使(shi)溶液(ye)中的(de)水分蒸發(fa),改變著(zhu)色(se)(se)液(ye)的(de)成(cheng)(cheng)分。著(zhu)色(se)(se)液(ye)溫度過低,如在70℃以下,會(hui)明顯(xian)降低著(zhu)色(se)(se)膜的(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)速(su)(su)率(lv)。見圖8-12,當著(zhu)色(se)(se)液(ye)溫度為(60±5)℃,著(zhu)色(se)(se)起(qi)色(se)(se)點推遲,使(shi)著(zhu)色(se)(se)膜的(de)色(se)(se)彩不(bu)均勻。


圖 12.jpg



6. 著(zhu)色液均(jun)勻性的影響


各種不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)(de)電化學性能不(bu)(bu)一致(zhi)、著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)液(ye)溫度(du)(du)的(de)(de)(de)波動、著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)液(ye)濃度(du)(du)的(de)(de)(de)變化、著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)長短不(bu)(bu)一,所有這(zhe)些不(bu)(bu)均勻性,都對(dui)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)色(se)(se)(se)(se)彩(cai)有影響。特(te)別是(shi)溫度(du)(du)和時(shi)間(jian),稍有變化,色(se)(se)(se)(se)彩(cai)隨之(zhi)變化,這(zhe)就(jiu)是(shi)國內在不(bu)(bu)銹鋼著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)普遍(bian)存在的(de)(de)(de)待解難題(ti),也是(shi)因(yin)科工(gong)藝(yi)專利中對(dui)外(wai)絕(jue)對(dui)保密的(de)(de)(de)關鍵(jian)。著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)液(ye)的(de)(de)(de)成(cheng)分和溫度(du)(du)的(de)(de)(de)不(bu)(bu)均勻是(shi)隨著(zhu)(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)的(de)(de)(de)進(jin)行而造成(cheng)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)液(ye)溫度(du)(du)和成(cheng)分的(de)(de)(de)變化。必須加(jia)強攪(jiao)拌,及時(shi)調整(zheng)補充著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)液(ye)成(cheng)分。攪(jiao)拌使(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜(mo)的(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)彩(cai)明顯(xian)優于不(bu)(bu)攪(jiao)拌的(de)(de)(de)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜(mo)。



7. 添加劑對看(kan)色的影響


 ①. 氯化鈉(NaCl): 氯化鈉可明(ming)顯(xian)提高著色(se)速率,可縮短5~10min,但(dan)著色(se)過程(cheng)中會發生強烈的刺(ci)激性(xing)氯氣味(wei)。


 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(an): 加入硬化處理液可明顯提(ti)高著色層的光亮度。



8. 后處理對著色膜的影響


 后處理是在不銹鋼著(zhu)色后填充(chong)氧(yang)化(hua)膜空(kong)隙,加固(gu)氧(yang)化(hua)膜以提(ti)高(gao)膜的耐(nai)磨性(xing)、耐(nai)蝕性(xing)和耐(nai)污(wu)性(xing)。


 后處理(li)(li)方法有熱水(shui)封(feng)閉、化學封(feng)閉、電(dian)(dian)解固(gu)膜(mo)處理(li)(li)、水(shui)玻璃封(feng)閉等方法。熱水(shui)封(feng)閉、化學封(feng)閉和(he)水(shui)玻璃封(feng)閉對(dui)表(biao)面顏色(se)的(de)影響不(bu)大,電(dian)(dian)解固(gu)膜(mo)處理(li)(li)會改變表(biao)面顏色(se)。


 后處(chu)理對著(zhu)色表面耐蝕(shi)性的影響(xiang)見圖(tu)8-13。在0.2mol/L鹽(yan)酸溶液中,測定(ding)下列4種(zhong)試樣的腐(fu)蝕(shi)電位,以評定(ding)其耐蝕(shi)性。


圖 13.jpg


 試樣1僅進行機械拋光不著色(se)。


 試樣2著巧克力色,但未后處理。


 試樣3著(zhu)巧克力色,化學(xue)封閉。


 試樣4著巧克力(li)色,再電解固(gu)膜處理(li)。


 由圖8-13可見,試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)樣1的(de)(de)電(dian)(dian)位最低,腐蝕最嚴重。試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)樣3的(de)(de)腐蝕電(dian)(dian)位高(gao)于(yu)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)樣2,試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)樣4的(de)(de)腐蝕電(dian)(dian)位高(gao)于(yu)試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)樣3。試(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)樣4著色膜經電(dian)(dian)解固膜后(hou),具(ju)有最佳的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing),其表面形成尖晶石結(jie)構的(de)(de)鉻氧(yang)化(hua)物,填充了多孔(kong)的(de)(de)著色膜,使氧(yang)化(hua)膜變得致密、增(zeng)厚(hou)和硬化(hua)。



9. 國內對因科(ke)工(gong)藝(yi)研究(jiu)的進展


 上海鋼(gang)鐵研究(jiu)(jiu)所(suo)孫奇、顧小青在實驗室(shi)的基(ji)礎上,參(can)考日本專利,結合工作經驗,用實驗室(shi)常規儀器來精確地控制色彩(cai),取得(de)色彩(cai)重現(xian)性好、色彩(cai)基(ji)本無差異(yi)、成材率達到99.5%的可喜(xi)成就(jiu),為不銹鋼(gang)的研究(jiu)(jiu)打下基(ji)礎。其實例如下。


 ①. 熱軋 415mm 304不銹鋼管材,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(ban)材 75mm×180mm 1Cr18Ni9 不銹鋼,經研磨,機械拋(pao)光后(hou)在70~75℃,在12~25min時間內獲(huo)得光亮度好(hao)、均勻度一致(zhi)或(huo)較致(zhi)、重現性好(hao)的(de)藍、金、綠、紅等(deng)色(se)。


 ③冷軋鋼板,尺寸(110~220mm)×0.4mm 1Cr18Ni9 不銹鋼在76℃時,獲(huo)得光亮度(du)較好(hao),均勻度(du)一致,重(zhong)現性好(hao)的灰(hui)、藍、金黃(huang)、紅、綠諸(zhu)色。