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(yu)著色關系
著色用不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. 材料加(jia)工狀(zhuang)態與著(zhu)色關(guan)系
當不(bu)銹(xiu)鋼經(jing)過冷加(jia)工變形(xing)后(hou)(如彎(wan)曲、拉(la)拔深沖、冷軋等),表面(mian)晶格的完(wan)整性(xing)發(fa)生破壞(huai),使形(xing)成的著(zhu)色(se)(se)膜不(bu)均(jun)勻,色(se)(se)澤紊(wen)亂(luan),冷加(jia)工后(hou)的耐蝕性(xing)也下(xia)降(jiang),形(xing)成的著(zhu)色(se)(se)膜失去原(yuan)有(you)光(guang)澤。但(dan)這些可(ke)以通(tong)過一定溫(wen)度(du)的退火處(chu)理,可(ke)恢(hui)復原(yuan)來的顯微組織,仍能得到良好(hao)的彩色(se)(se)膜。
3. 前處(chu)理(li)對著(zhu)色(se)的影響
①. 拋光
可用(yong)機械拋(pao)光(guang)(guang)(guang)、化(hua)學(xue)拋(pao)光(guang)(guang)(guang)或電(dian)化(hua)學(xue)拋(pao)光(guang)(guang)(guang),要求表(biao)(biao)面(mian)(mian)光(guang)(guang)(guang)潔度一(yi)致,避(bi)免(mian)造(zao)成(cheng)(cheng)色(se)差(cha),最(zui)好達(da)到鏡面(mian)(mian)光(guang)(guang)(guang)亮,可得最(zui)鮮艷均勻的(de)色(se)彩。不(bu)(bu)銹(xiu)鋼機械拋(pao)光(guang)(guang)(guang)后(hou)(hou)立即進行著(zhu)(zhu)色(se)處理,若拋(pao)光(guang)(guang)(guang)后(hou)(hou)在空氣(qi)中(zhong)放置一(yi)段時間(jian),外(wai)表(biao)(biao)面(mian)(mian)會形(xing)成(cheng)(cheng)一(yi)層氧化(hua)膜(mo),與(yu)著(zhu)(zhu)色(se)膜(mo)的(de)結構不(bu)(bu)同,其厚度在1.0~10.0nm之間(jian),有一(yi)定的(de)耐蝕性(xing),在著(zhu)(zhu)色(se)液中(zhong)不(bu)(bu)易除(chu)去,因而影響新(xin)的(de)著(zhu)(zhu)色(se)膜(mo)的(de)形(xing)成(cheng)(cheng),使著(zhu)(zhu)色(se)時間(jian)延長(chang),使著(zhu)(zhu)色(se)后(hou)(hou)形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)色(se)澤變深變暗。電(dian)化(hua)學(xue)拋(pao)光(guang)(guang)(guang)也能(neng)使不(bu)(bu)銹(xiu)鋼表(biao)(biao)面(mian)(mian)形(xing)成(cheng)(cheng)鈍(dun)化(hua)膜(mo),如不(bu)(bu)除(chu)去鈍(dun)化(hua)膜(mo),能(neng)使著(zhu)(zhu)色(se)速率(lv)變慢,但電(dian)拋(pao)光(guang)(guang)(guang)形(xing)成(cheng)(cheng)均勻平整(zheng)的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian),使色(se)澤光(guang)(guang)(guang)亮,均勻性(xing)改善。
②. 活化
凡是(shi)能使(shi)不(bu)(bu)(bu)銹鋼基體表(biao)面(mian)活化的(de)因素,均可加速著(zhu)色(se)(se)過(guo)程。一切(qie)自然形成(cheng)的(de)肉眼不(bu)(bu)(bu)可見(jian)的(de)氧化膜,是(shi)著(zhu)色(se)(se)的(de)大敵,是(shi)著(zhu)色(se)(se)成(cheng)敗的(de)隱(yin)患,在(zai)著(zhu)色(se)(se)前應該(gai)去除。為了消除不(bu)(bu)(bu)銹鋼表(biao)面(mian)的(de)鈍化膜,獲得(de)(de)新鮮表(biao)面(mian),活化程度應恰當,以(yi)出(chu)現(xian)小(xiao)氣(qi)泡后10~15秒為宜。若活化不(bu)(bu)(bu)足,著(zhu)色(se)(se)的(de)起色(se)(se)電位時間延(yan)長,并出(chu)現(xian)顏色(se)(se)不(bu)(bu)(bu)容(rong)易控(kong)制(zhi),若活化過(guo)度,表(biao)面(mian)發生過(guo)浸蝕,使(shi)著(zhu)色(se)(se)膜變(bian)得(de)(de)暗淡無光。活化用強酸腐(fu)蝕的(de)方法會造成(cheng)表(biao)面(mian)腐(fu)蝕活化,影響著(zhu)色(se)(se)后色(se)(se)澤的(de)鮮艷性(xing)。用下面(mian)兩種方法處(chu)理,能得(de)(de)到較(jiao)好(hao)的(de)結果(guo)。
電解(jie)活化:a.磷酸(H3PO4)10%,陽極電流密度1A/d㎡2,溫(wen)度室(shi)溫(wen),時間3~5min,陰極鉛板;b.硫(liu)酸(H2SO4)10%,陽極電流密度5A/d㎡, 溫(wen)度 室(shi)溫(wen),時間5min,陰極鉛板。
化學(xue)活(huo)化:硫酸(H2SO4)10%(體積分數),鹽酸(HC1)10%(體積分數),余為水(shui),溫度室溫,時(shi)間(jian)5~10min.出現小氣泡10~15秒。
③. 前處理對著(zhu)色(se)的影響(xiang),見表8-8。
從表(biao)8-8可(ke)知,不銹鋼著色(se)工藝中前處理影(ying)響著色(se)速率、表(biao)面顏(yan)色(se)的均勻性(xing)。電拋光(guang)配(pei)合陽極處理的方(fang)法可(ke)得到滿意的膜層。
4. 著(zhu)色液濃度(du)對著(zhu)色的影響
著色(se)液濃(nong)度對電位-時(shi)間關系的影響(xiang)見圖(tu)8-11。
①. 為正常(chang)的著(zhu)色(se)液(ye)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(zhu)色(se)液溫度對化學著(zhu)色(se)的影響
隨(sui)著(zhu)著(zhu)色(se)液(ye)溫度(du)的(de)(de)(de)升高(gao),離子的(de)(de)(de)擴散速(su)率加(jia)快(kuai),從(cong)而加(jia)速(su)著(zhu)色(se)的(de)(de)(de)形成。但(dan)著(zhu)色(se)液(ye)溫度(du)過(guo)高(gao),如在90℃以上,會(hui)使溶(rong)液(ye)中的(de)(de)(de)水分蒸發,改變著(zhu)色(se)液(ye)的(de)(de)(de)成分。著(zhu)色(se)液(ye)溫度(du)過(guo)低,如在70℃以下,會(hui)明顯降低著(zhu)色(se)膜(mo)的(de)(de)(de)形成速(su)率。見(jian)圖8-12,當著(zhu)色(se)液(ye)溫度(du)為(60±5)℃,著(zhu)色(se)起色(se)點推遲,使著(zhu)色(se)膜(mo)的(de)(de)(de)色(se)彩不均勻。
6. 著色(se)液均勻(yun)性的影響
各種不(bu)銹鋼的(de)(de)電化學性(xing)能(neng)不(bu)一致、著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)液(ye)溫度(du)的(de)(de)波動(dong)、著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)液(ye)濃度(du)的(de)(de)變(bian)(bian)化、著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)時間(jian)的(de)(de)長短不(bu)一,所(suo)有(you)(you)這些不(bu)均勻性(xing),都對(dui)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)色(se)(se)(se)(se)彩(cai)(cai)有(you)(you)影(ying)響。特別是溫度(du)和(he)時間(jian),稍有(you)(you)變(bian)(bian)化,色(se)(se)(se)(se)彩(cai)(cai)隨(sui)之變(bian)(bian)化,這就(jiu)是國(guo)內在(zai)不(bu)銹鋼著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)普遍存在(zai)的(de)(de)待解(jie)難題,也是因科工藝專利中對(dui)外絕對(dui)保密的(de)(de)關鍵(jian)。著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)液(ye)的(de)(de)成(cheng)(cheng)分(fen)和(he)溫度(du)的(de)(de)不(bu)均勻是隨(sui)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)的(de)(de)進行而(er)造(zao)成(cheng)(cheng)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)液(ye)溫度(du)和(he)成(cheng)(cheng)分(fen)的(de)(de)變(bian)(bian)化。必須加(jia)強攪(jiao)拌(ban),及時調整補充著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)液(ye)成(cheng)(cheng)分(fen)。攪(jiao)拌(ban)使著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜的(de)(de)色(se)(se)(se)(se)彩(cai)(cai)明顯優于不(bu)攪(jiao)拌(ban)的(de)(de)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜。
7. 添加(jia)劑對看色的影響
①. 氯化(hua)鈉(na)(NaCl): 氯化(hua)鈉(na)可明顯提(ti)高(gao)著(zhu)色速率,可縮短5~10min,但(dan)著(zhu)色過程中會發生(sheng)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. 鉬酸銨(an): 加(jia)入(ru)硬化處理(li)液可明顯(xian)提(ti)高(gao)著(zhu)色層的(de)光(guang)亮度(du)。
8. 后(hou)處理對著(zhu)色(se)膜的影響
后(hou)(hou)處(chu)理是在不(bu)銹鋼(gang)著色后(hou)(hou)填(tian)充氧化膜(mo)空隙,加固(gu)氧化膜(mo)以提高膜(mo)的耐(nai)磨性(xing)(xing)、耐(nai)蝕(shi)性(xing)(xing)和耐(nai)污性(xing)(xing)。
后處理方(fang)法有(you)熱(re)水封(feng)閉(bi)、化(hua)學(xue)封(feng)閉(bi)、電(dian)解(jie)固(gu)膜處理、水玻璃(li)(li)封(feng)閉(bi)等(deng)方(fang)法。熱(re)水封(feng)閉(bi)、化(hua)學(xue)封(feng)閉(bi)和水玻璃(li)(li)封(feng)閉(bi)對表面顏(yan)色的影響(xiang)不大,電(dian)解(jie)固(gu)膜處理會(hui)改變表面顏(yan)色。
后處理對著色表(biao)面耐蝕性的(de)影響見(jian)圖8-13。在0.2mol/L鹽酸溶(rong)液中,測定(ding)下列4種試(shi)樣的(de)腐蝕電(dian)位,以(yi)評(ping)定(ding)其(qi)耐蝕性。
試樣1僅進行機械拋(pao)光不(bu)著(zhu)色(se)。
試(shi)樣(yang)2著(zhu)巧克力色(se),但未后(hou)處理。
試樣3著巧克力色,化學封閉(bi)。
試(shi)樣4著巧克力色(se),再電(dian)解固膜(mo)處理。
由圖8-13可見,試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)1的(de)電位(wei)最低,腐蝕最嚴重。試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)3的(de)腐蝕電位(wei)高(gao)于試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)2,試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)4的(de)腐蝕電位(wei)高(gao)于試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)3。試(shi)(shi)(shi)(shi)樣(yang)4著色(se)膜經電解固膜后(hou),具有(you)最佳的(de)耐(nai)蝕性,其表面形成(cheng)尖晶石(shi)結構的(de)鉻氧化物(wu),填充了多孔的(de)著色(se)膜,使(shi)氧化膜變(bian)得致密、增厚和硬化。
9. 國內對因科工藝研究的進展(zhan)
上(shang)海鋼鐵研(yan)究(jiu)所孫奇、顧小青在實(shi)驗(yan)室(shi)的(de)(de)基(ji)礎(chu)上(shang),參考日(ri)本專利(li),結合工(gong)作經(jing)驗(yan),用實(shi)驗(yan)室(shi)常(chang)規儀(yi)器來精確地控制色(se)彩(cai),取得色(se)彩(cai)重(zhong)現性好、色(se)彩(cai)基(ji)本無差異(yi)、成材率達到99.5%的(de)(de)可喜(xi)成就,為不銹鋼的(de)(de)研(yan)究(jiu)打(da)下(xia)基(ji)礎(chu)。其實(shi)例如下(xia)。
①. 熱軋 415mm 304不(bu)銹(xiu)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板材 75mm×180mm 1Cr18Ni9 不銹(xiu)鋼,經(jing)研磨,機械拋光后在(zai)70~75℃,在(zai)12~25min時(shi)間內獲得光亮度(du)好(hao)、均勻(yun)度(du)一致或較致、重現性好(hao)的藍(lan)、金、綠(lv)、紅等色。
③冷軋鋼板,尺(chi)寸(cun)(110~220mm)×0.4mm 1Cr18Ni9 不(bu)銹鋼在76℃時(shi),獲得光亮(liang)度(du)較好(hao),均勻度(du)一致,重(zhong)現性(xing)好(hao)的灰(hui)、藍、金黃、紅、綠諸色。