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)法化學著色溶液組成和工藝條件(jian)
溶液: 硫酸(H2SO4)(d=1.84) 490g/L 、著色溫度 70~90℃ 、鉻酐(CrO3) 250g/L 。
隨著浸漬時間的不同,產生的顏色的順序是:青銅色,藍色,金黃色,紅(hong)色和綠色。
膜的顏(yan)(yan)色(se)(se)是由于不同厚度(du)的膜在反射和透膜折射兩種光的相互干涉而成色(se)(se),在前面已敘述(shu)過,不同的厚度(du)就產(chan)生不同的顏(yan)(yan)色(se)(se),因(yin)此,在著(zhu)色(se)(se)過程中(zhong),保(bao)持(chi)溶(rong)液溫度(du)的均勻性(xing)和穩定(ding)性(xing)是很(hen)重(zhong)要的,所以著(zhu)色(se)(se)用(yong)的槽為鉛襯里的鐵槽,外(wai)套(tao)為可(ke)用(yong)蒸氣加熱的保(bao)溫水套(tao),以維持(chi)鉛槽內溶(rong)液的穩定(ding),在槽內并裝有攪拌器,使(shi)溶(rong)液均勻。
2. 時間控制著色法
將不(bu)銹鋼浸在(zai)著(zhu)色(se)液(ye)中浸漬(zi)一(yi)定時間后,就能得(de)到一(yi)定的(de)顏(yan)色(se)。如溫度(du)70℃時,著(zhu)色(se)15min可(ke)(ke)得(de)藍色(se),18min可(ke)(ke)得(de)金(jin)黃色(se),20~22min可(ke)(ke)得(de)紫色(se)或(huo)綠色(se)。這(zhe)種(zhong)根(gen)據時間控制的(de)方法不(bu)能得(de)到重復的(de)顏(yan)色(se)。這(zhe)是因(yin)(yin)為著(zhu)色(se)溶液(ye)的(de)溫度(du)稍微有些變(bian)化(hua),控制不(bu)會很準確(que),而化(hua)學(xue)著(zhu)色(se)液(ye)的(de)化(hua)學(xue)組成(cheng)由(you)于水分蒸發也可(ke)(ke)能有變(bian)化(hua),這(zhe)兩個(ge)因(yin)(yin)素(su)都能影(ying)響獲得(de)顏(yan)色(se)的(de)重現(xian)性。
3. 電位控(kong)制著色法
a. 不(bu)銹鋼著(zhu)色的電位-時間曲線。
1973年,伊(yi)萬斯用(yong)飽(bao)和甘汞電極(ji)作參比(bi)電極(ji),測量了不銹(xiu)鋼著色過程中電位-時間的變化曲線。
1977年(nian),阿里索(suo)尼等人用鉑電(dian)極作參比電(dian)極,測量(liang)了不銹(xiu)鋼著色過程中電(dian)位-時間的變(bian)化曲線。見(jian)圖8-6不銹(xiu)鋼著色的電(dian)位-時間曲線。
b. 著色電位(wei)差
當不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)和鉑電(dian)(dian)極同(tong)浸在(zai)著(zhu)(zhu)色(se)(se)液中,見圖(tu)8-7不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)著(zhu)(zhu)色(se)(se)裝(zhuang)置示意(yi)圖(tu),在(zai)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)上連(lian)(lian)接電(dian)(dian)位記錄儀(yi),在(zai)鉑電(dian)(dian)極上連(lian)(lian)上電(dian)(dian)位修正儀(yi),在(zai)兩(liang)者(zhe)之間(jian)連(lian)(lian)上導(dao)線,由(you)于(yu)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)和鉑電(dian)(dian)極的(de)電(dian)(dian)位不同(tong),產生(sheng)了(le)電(dian)(dian)位差(cha),有電(dian)(dian)流(liu)通(tong)過導(dao)線,隨(sui)(sui)著(zhu)(zhu)不銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)著(zhu)(zhu)色(se)(se)過程(cheng)的(de)化(hua)(hua)學(xue)反應,氧化(hua)(hua)膜的(de)厚度逐漸增(zeng)長,電(dian)(dian)位隨(sui)(sui)著(zhu)(zhu)發生(sheng)變化(hua)(hua)。在(zai)著(zhu)(zhu)色(se)(se)的(de)整個過程(cheng)中,即測得著(zhu)(zhu)色(se)(se)電(dian)(dian)位-時間(jian)的(de)關系曲線。
電(dian)位(wei)(wei)-時(shi)間曲線上的(de)B點(dian)(dian)(dian)表示不銹鋼的(de)電(dian)位(wei)(wei)達到最負的(de)最高點(dian)(dian)(dian)。B點(dian)(dian)(dian)稱為(wei)起(qi)色(se)電(dian)位(wei)(wei)。起(qi)色(se)是指不銹鋼表面(mian)開始出現黑色(se)斑痕,說(shuo)明已形(xing)成一層引起(qi)光(guang)干涉的(de)氧化膜(mo),開始向(xiang)有色(se)方向(xiang)變化。從B點(dian)(dian)(dian)的(de)起(qi)色(se)電(dian)位(wei)(wei)起(qi),隨著時(shi)間的(de)延(yan)長,不銹鋼電(dian)位(wei)(wei)逐漸下降(jiang)至(zhi)C點(dian)(dian)(dian),C點(dian)(dian)(dian)稱為(wei)著色(se)電(dian)位(wei)(wei)。B-C=Δφ,稱為(wei)著色(se)電(dian)位(wei)(wei)差(cha)。各種顏色(se)的(de)著色(se)電(dian)位(wei)(wei)差(cha)Δφ不同,如下:
藍色 Δφ=8~11mV,膜厚(hou)0.09μm;
黃色 Δφ=13.5~16mV,膜厚(hou)0.15μm;
紅(hong)色 Δφ=17.8~18.5mV,膜厚(hou)0.18μm;
綠色 Δφ=20.8~21.6mV,膜厚0.22μm.
c. 用著色電位控制顏色的重現性
隨(sui)著著色(se)(se)時(shi)間(jian)(jian)的(de)延長,不(bu)(bu)銹鋼(gang)表面電(dian)(dian)位C與起色(se)(se)電(dian)(dian)位B的(de)差值(zhi)逐漸增(zeng)大,不(bu)(bu)同電(dian)(dian)位差對(dui)應(ying)不(bu)(bu)同的(de)顏色(se)(se)。某一(yi)電(dian)(dian)位差出(chu)現(xian)一(yi)定的(de)顏色(se)(se),此(ci)關系不(bu)(bu)隨(sui)著色(se)(se)液的(de)溫度(du)和組成的(de)稍微變(bian)化而變(bian)化,這(zhe)是可以(yi)用控(kong)(kong)制電(dian)(dian)位差法進行著色(se)(se)的(de)原因(yin),比控(kong)(kong)制時(shi)間(jian)(jian)的(de)重現(xian)性好。但著色(se)(se)電(dian)(dian)位差對(dui)不(bu)(bu)銹鋼(gang)材料的(de)不(bu)(bu)同,該數值(zhi)也不(bu)(bu)相同,需要具(ju)體(ti)測(ce)量(liang)。在著色(se)(se)過程中,只(zhi)要測(ce)得起色(se)(se)電(dian)(dian)位B,根據上式得:
C=B-Δφ
可(ke)以得到差(cha)色電位C,以控(kong)制得到不(bu)同(tong)的(de)顏(yan)(yan)色。用著色電位差(cha)控(kong)制顏(yan)(yan)色的(de)重現(xian)性是國(guo)際公司因科法的(de)專利。
d. 不銹鋼著色過程(cheng)微機控制設備
各(ge)種顏色(se)相鄰的電位差(cha)(cha)距很(hen)小,只有幾毫伏,要(yao)用精密電壓(ya)表(biao)(如(ru)TH-V數字電壓(ya)表(biao))才(cai)能分辨,這(zhe)就給(gei)實際操作帶來很(hen)大的不便。這(zhe)需(xu)要(yao)儀(yi)器(qi)設備有很(hen)高(gao)的精度和抗干(gan)擾性,否則,儀(yi)器(qi)本(ben)身的誤差(cha)(cha)就會導致控制出錯。如(ru)果(guo)大批量生(sheng)產,更要(yao)考慮采用微機自動控制。
由于彩色不(bu)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。
e. 單位時間電位差變(bian)化的(de)微分曲線的(de)運用
表面(mian)(mian)光(guang)潔度(du)(du)較(jiao)高的(de)(de)(de)工件(jian),測出的(de)(de)(de)電(dian)位(wei)-時(shi)間曲線(xian)(xian)起色(se)(se)(se)電(dian)位(wei)的(de)(de)(de)峰(feng)值(zhi)(zhi)明顯(xian),對于(yu)(yu)表面(mian)(mian)光(guang)潔度(du)(du)不高的(de)(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang),表面(mian)(mian)凹凸(tu)不平,著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)時(shi)電(dian)位(wei)峰(feng)值(zhi)(zhi)不明顯(xian),無法采用電(dian)位(wei)-時(shi)間曲線(xian)(xian)。1980年(nian),竹內武(wu)等人用單(dan)位(wei)時(shi)間電(dian)位(wei)差的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)微分曲線(xian)(xian),見圖8-9,控制(zhi)(zhi)不銹(xiu)鋼(gang)電(dian)位(wei)的(de)(de)(de)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)過程,即將微分曲線(xian)(xian)的(de)(de)(de)轉(zhuan)折(zhe)點A(A為(wei)(wei)單(dan)位(wei)時(shi)間電(dian)位(wei)差變(bian)化(hua)趨勢(shi)的(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)),規定(ding)(ding)為(wei)(wei)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)起始點,并按(an)照(zhao)所要(yao)求的(de)(de)(de)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)色(se)(se)(se)澤(ze)規定(ding)(ding)一定(ding)(ding)時(shi)間后,電(dian)位(wei)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)作(zuo)為(wei)(wei)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)處理終點,便(bian)能準確控制(zhi)(zhi)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)色(se)(se)(se)彩。這種(zhong)控制(zhi)(zhi)設備系(xi)統圖見圖8-8,由于(yu)(yu)不銹(xiu)鋼(gang)表面(mian)(mian)氧化(hua)膜的(de)(de)(de)厚度(du)(du)與(yu)(yu)色(se)(se)(se)澤(ze)有密切的(de)(de)(de)關系(xi),故控制(zhi)(zhi)氧化(hua)膜厚度(du)(du)的(de)(de)(de)均(jun)勻性(xing)是工藝中主要(yao)一環,圖8-10給出了SUS304不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)電(dian)位(wei)與(yu)(yu)氧化(hua)膜厚度(du)(du)的(de)(de)(de)曲線(xian)(xian)。