影響不銹鋼因科著色法的因素主要有以下幾點:
1. 材(cai)料成(cheng)分與著(zhu)色關系(xi)
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(ti)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. 材料加工狀態與著色關系
當不(bu)銹鋼經過冷(leng)加工(gong)變形(xing)后(如彎(wan)曲(qu)、拉拔深沖、冷(leng)軋等),表(biao)面(mian)晶格的完(wan)整性發生(sheng)破壞(huai),使形(xing)成的著(zhu)色(se)(se)膜(mo)(mo)不(bu)均(jun)勻,色(se)(se)澤紊亂(luan),冷(leng)加工(gong)后的耐蝕性也下降,形(xing)成的著(zhu)色(se)(se)膜(mo)(mo)失去(qu)原有光澤。但(dan)這(zhe)些可以通(tong)過一定溫(wen)度(du)的退(tui)火(huo)處理,可恢(hui)復(fu)原來(lai)的顯微組(zu)織(zhi),仍能(neng)得到良好的彩(cai)色(se)(se)膜(mo)(mo)。
3. 前處理對(dui)著色的影響
①. 拋光
可用機(ji)械拋(pao)光(guang)、化(hua)(hua)學(xue)拋(pao)光(guang)或電(dian)化(hua)(hua)學(xue)拋(pao)光(guang),要求表(biao)面光(guang)潔度一(yi)致(zhi),避免造(zao)成色(se)(se)差(cha),最好達(da)到鏡面光(guang)亮(liang)(liang),可得最鮮艷均勻的(de)(de)色(se)(se)彩。不銹(xiu)鋼(gang)機(ji)械拋(pao)光(guang)后立即進行著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)處理,若拋(pao)光(guang)后在空氣(qi)中放置一(yi)段時間,外表(biao)面會形(xing)(xing)成一(yi)層氧化(hua)(hua)膜(mo)(mo),與著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)膜(mo)(mo)的(de)(de)結構不同,其厚度在1.0~10.0nm之間,有一(yi)定的(de)(de)耐蝕性,在著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)液中不易(yi)除去,因而影響新的(de)(de)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)膜(mo)(mo)的(de)(de)形(xing)(xing)成,使(shi)(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)時間延長,使(shi)(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)后形(xing)(xing)成的(de)(de)色(se)(se)澤變深(shen)變暗。電(dian)化(hua)(hua)學(xue)拋(pao)光(guang)也(ye)能(neng)使(shi)(shi)不銹(xiu)鋼(gang)表(biao)面形(xing)(xing)成鈍化(hua)(hua)膜(mo)(mo),如不除去鈍化(hua)(hua)膜(mo)(mo),能(neng)使(shi)(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)速率變慢,但電(dian)拋(pao)光(guang)形(xing)(xing)成均勻平(ping)整的(de)(de)表(biao)面,使(shi)(shi)色(se)(se)澤光(guang)亮(liang)(liang),均勻性改善。
②. 活(huo)化
凡是(shi)(shi)(shi)能使(shi)不銹(xiu)鋼基體表(biao)面活(huo)化(hua)的因素,均可(ke)加速(su)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)過程(cheng)。一切自然形成(cheng)的肉眼(yan)不可(ke)見的氧化(hua)膜,是(shi)(shi)(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)的大敵(di),是(shi)(shi)(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)成(cheng)敗的隱患,在著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)前應該(gai)去除。為了消除不銹(xiu)鋼表(biao)面的鈍化(hua)膜,獲(huo)得新鮮表(biao)面,活(huo)化(hua)程(cheng)度(du)應恰當,以出現小氣泡(pao)后(hou)10~15秒為宜。若活(huo)化(hua)不足,著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)的起色(se)電位時間延長,并出現顏色(se)不容易控制(zhi),若活(huo)化(hua)過度(du),表(biao)面發生過浸蝕(shi),使(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)膜變得暗淡無光。活(huo)化(hua)用強酸(suan)腐(fu)蝕(shi)的方法會造(zao)成(cheng)表(biao)面腐(fu)蝕(shi)活(huo)化(hua),影(ying)響著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)后(hou)色(se)澤的鮮艷性。用下面兩種方法處理,能得到較好(hao)的結果。
電(dian)解活化(hua):a.磷酸(suan)(suan)(H3PO4)10%,陽極(ji)電(dian)流(liu)密(mi)度1A/d㎡2,溫(wen)(wen)度室溫(wen)(wen),時(shi)間(jian)3~5min,陰極(ji)鉛板(ban);b.硫酸(suan)(suan)(H2SO4)10%,陽極(ji)電(dian)流(liu)密(mi)度5A/d㎡, 溫(wen)(wen)度 室溫(wen)(wen),時(shi)間(jian)5min,陰極(ji)鉛板(ban)。
化學活(huo)化:硫酸(suan)(suan)(H2SO4)10%(體(ti)積(ji)分(fen)數),鹽酸(suan)(suan)(HC1)10%(體(ti)積(ji)分(fen)數),余(yu)為水,溫度室溫,時間5~10min.出現小氣泡10~15秒。
③. 前(qian)處(chu)理對著色的影(ying)響,見表(biao)8-8。
從表8-8可(ke)知(zhi),不銹鋼著色(se)工藝中前處理(li)影響著色(se)速率、表面顏色(se)的(de)均勻性(xing)。電拋光配(pei)合陽極處理(li)的(de)方法可(ke)得到滿意的(de)膜(mo)層。
4. 著色(se)(se)液濃(nong)度對著色(se)(se)的影響
著(zhu)色液濃度對電(dian)位-時間關系的影響(xiang)見圖8-11。
①. 為正常的著色(se)液濃(nong)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. 著色液溫(wen)度對(dui)化學著色的(de)影響
隨(sui)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)液(ye)(ye)溫度(du)的(de)升高,離子(zi)的(de)擴散速率加快,從而加速著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)的(de)形成。但著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)液(ye)(ye)溫度(du)過高,如(ru)在90℃以上,會(hui)使(shi)溶液(ye)(ye)中的(de)水分蒸發(fa),改變著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)液(ye)(ye)的(de)成分。著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)液(ye)(ye)溫度(du)過低(di),如(ru)在70℃以下,會(hui)明顯降低(di)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)膜的(de)形成速率。見圖8-12,當(dang)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)液(ye)(ye)溫度(du)為(60±5)℃,著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)起色(se)點(dian)推遲,使(shi)著(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)色(se)膜的(de)色(se)彩不均勻。
6. 著色液均(jun)勻(yun)性的影響
各種不(bu)銹鋼的(de)(de)電化(hua)學性能不(bu)一致、著(zhu)(zhu)色液(ye)溫(wen)度的(de)(de)波動、著(zhu)(zhu)色液(ye)濃度的(de)(de)變(bian)化(hua)、著(zhu)(zhu)色時間的(de)(de)長(chang)短不(bu)一,所有(you)這些不(bu)均(jun)勻性,都對(dui)著(zhu)(zhu)色色彩有(you)影(ying)響。特別是溫(wen)度和時間,稍有(you)變(bian)化(hua),色彩隨(sui)之(zhi)變(bian)化(hua),這就是國內在不(bu)銹鋼著(zhu)(zhu)色普遍存(cun)在的(de)(de)待解(jie)難題,也是因科(ke)工(gong)藝專利(li)中對(dui)外絕對(dui)保密(mi)的(de)(de)關鍵。著(zhu)(zhu)色液(ye)的(de)(de)成(cheng)分(fen)和溫(wen)度的(de)(de)不(bu)均(jun)勻是隨(sui)著(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)色的(de)(de)進行而造成(cheng)著(zhu)(zhu)色液(ye)溫(wen)度和成(cheng)分(fen)的(de)(de)變(bian)化(hua)。必(bi)須(xu)加強攪(jiao)拌,及時調整補充著(zhu)(zhu)色液(ye)成(cheng)分(fen)。攪(jiao)拌使著(zhu)(zhu)色膜的(de)(de)色彩明顯優(you)于(yu)不(bu)攪(jiao)拌的(de)(de)著(zhu)(zhu)色膜。
7. 添(tian)加劑對看色(se)的(de)影響(xiang)
①. 氯化鈉(na)(NaCl): 氯化鈉(na)可明顯(xian)提高著色速率(lv),可縮短5~10min,但著色過程中會(hui)發(fa)生強烈的(de)刺激(ji)性(xing)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(suan)銨: 加入硬化處(chu)理液可明顯提(ti)高(gao)著色層(ceng)的光(guang)亮度。
8. 后處理對著(zhu)色膜的影響
后處理是在不(bu)銹鋼著色后填充氧(yang)化膜空(kong)隙,加固氧(yang)化膜以(yi)提高(gao)膜的耐磨(mo)性、耐蝕性和耐污性。
后(hou)處(chu)理(li)方(fang)法有熱水(shui)封(feng)閉(bi)(bi)、化學封(feng)閉(bi)(bi)、電解(jie)固(gu)膜處(chu)理(li)、水(shui)玻璃封(feng)閉(bi)(bi)等方(fang)法。熱水(shui)封(feng)閉(bi)(bi)、化學封(feng)閉(bi)(bi)和水(shui)玻璃封(feng)閉(bi)(bi)對表面(mian)(mian)顏色的影(ying)響不大,電解(jie)固(gu)膜處(chu)理(li)會改變表面(mian)(mian)顏色。
后(hou)處(chu)理對著色表面(mian)耐(nai)蝕性(xing)的影響見圖8-13。在0.2mol/L鹽酸溶(rong)液中,測定下列4種試樣(yang)的腐(fu)蝕電位,以評定其耐(nai)蝕性(xing)。
試(shi)樣1僅(jin)進行機械拋光不著色。
試樣2著巧克力(li)色,但未(wei)后處理。
試(shi)樣3著巧(qiao)克力色,化學封(feng)閉(bi)。
試樣4著巧克力色,再電解固膜處理。
由(you)圖(tu)8-13可見,試(shi)(shi)樣(yang)(yang)1的(de)(de)電(dian)位最(zui)低,腐蝕最(zui)嚴重。試(shi)(shi)樣(yang)(yang)3的(de)(de)腐蝕電(dian)位高(gao)于試(shi)(shi)樣(yang)(yang)2,試(shi)(shi)樣(yang)(yang)4的(de)(de)腐蝕電(dian)位高(gao)于試(shi)(shi)樣(yang)(yang)3。試(shi)(shi)樣(yang)(yang)4著色膜經電(dian)解固膜后,具有最(zui)佳的(de)(de)耐(nai)蝕性,其(qi)表面形(xing)成(cheng)尖晶石結構的(de)(de)鉻(ge)氧(yang)化物,填充了多孔(kong)的(de)(de)著色膜,使氧(yang)化膜變得致密、增厚和硬(ying)化。
9. 國內(nei)對因(yin)科工藝研究的進展
上海鋼(gang)鐵研究所孫奇、顧小青在(zai)實驗室(shi)的(de)基(ji)(ji)(ji)礎上,參考日本(ben)專(zhuan)利,結合工作經(jing)驗,用實驗室(shi)常(chang)規儀器來精確地控制色彩,取得色彩重現(xian)性好、色彩基(ji)(ji)(ji)本(ben)無差異、成材率達到99.5%的(de)可(ke)喜成就,為不銹鋼(gang)的(de)研究打下基(ji)(ji)(ji)礎。其(qi)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板材 75mm×180mm 1Cr18Ni9 不銹鋼,經研(yan)磨(mo),機(ji)械拋(pao)光(guang)后在70~75℃,在12~25min時間內獲得光(guang)亮度好、均勻度一致或較(jiao)致、重現性好的藍、金(jin)、綠、紅等色(se)。
③冷軋鋼板,尺寸(110~220mm)×0.4mm 1Cr18Ni9 不銹(xiu)鋼在76℃時,獲得光亮度較好,均勻度一致,重現性好的(de)灰、藍、金黃、紅、綠諸色。