影響不銹鋼因科著色法的因素主要有以下幾點(diǎn):



1. 材料成分與著色關(guān)系


  著色用不銹鋼基體化學(xué)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(dāng)鐵合金中鉻含量達(dá)到12.5%(原子)時(shí),其電位由原來的-0.56V躍變?yōu)?.20V,當(dāng)含量高達(dá)25%(原子)時(shí),電位還會(huì)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(tài)與著色關(guān)系


  當(dāng)不銹鋼經(jīng)過冷加工變形后(如彎曲、拉拔深沖、冷軋等),表面晶格的完整性發(fā)生破壞,使形成的著色膜不均勻,色澤紊亂,冷加工后的耐蝕性也下降,形成的著色膜失去原有光澤。但這些可以通過一定溫度的退火處理,可恢復(fù)原來的顯微組織,仍能得到良好的彩色膜。



3. 前處理對(duì)著色的影響


 ①. 拋光


   可用機(jī)械拋光、化學(xué)拋光或電化學(xué)拋光,要求表面光潔度一致,避免造成色差,最好達(dá)到鏡面光亮,可得最鮮艷均勻的色彩。不銹鋼機(jī)械拋光后立即進(jìn)行著色處理,若拋光后在空氣中放置一段時(shí)間,外表面會(huì)形成一層氧化膜,與著色膜的結(jié)構(gòu)不同,其厚度在1.0~10.0nm之間,有一定的耐蝕性,在著色液中不易除去,因而影響新的著色膜的形成,使著色時(shí)間延長,使著色后形成的色澤變深變暗。電化學(xué)拋光也能使不銹鋼表面形成鈍化膜,如不除去鈍化膜,能使著色速率變慢,但電拋光形成均勻平整的表面,使色澤光亮,均勻性改善。


 ②. 活化


  凡是能使不銹鋼基體表面活化的因素,均可加速著色過程。一切自然形成的肉眼不可見的氧化膜,是著色的大敵,是著色成敗的隱患,在著色前應(yīng)該去除。為了消除不銹鋼表面的鈍化膜,獲得新鮮表面,活化程度應(yīng)恰當(dāng),以出現(xiàn)小氣泡后10~15秒為宜。若活化不足,著色的起色電位時(shí)間延長,并出現(xiàn)顏色不容易控制,若活化過度,表面發(fā)生過浸蝕,使著色膜變得暗淡無光?;罨脧?qiáng)酸腐蝕的方法會(huì)造成表面腐蝕活化,影響著色后色澤的鮮艷性。用下面兩種方法處理,能得到較好的結(jié)果。


  電解活化:a.磷酸(H3PO4)10%,陽極電流密度1A/d㎡2,溫度室溫,時(shí)間3~5min,陰極鉛板;b.硫酸(H2SO4)10%,陽極電流密度5A/d㎡, 溫度 室溫,時(shí)間5min,陰極鉛板。


  化學(xué)活化:硫酸(H2SO4)10%(體積分?jǐn)?shù)),鹽酸(HC1)10%(體積分?jǐn)?shù)),余為水,溫度室溫,時(shí)間5~10min.出現(xiàn)小氣泡10~15秒。


 ③. 前處理對(duì)著色的影響,見表8-8。


表 8.jpg


從表8-8可知,不銹鋼著色工藝中前處理影響著色速率、表面顏色的均勻性。電拋光配合陽極處理的方法可得到滿意的膜層。



4. 著色液濃度對(duì)著色的影響


著色液濃度對(duì)電位-時(shí)間關(guān)系的影響見圖8-11。


圖 11.jpg


 ①. 為正常的著色液濃度。


 ②. 當(dāng)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(shí)間推遲,彩色膜的色差較明顯。


 ③. 當(dāng)硫酸濃度不變(H2SO4 490g/L),增大鉻酐濃度(CrO3>250g/L),電極電位-時(shí)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(dá)所需顏色的時(shí)間。但若鉻酐濃度過高,會(huì)使化學(xué)著色的顏色變得難以控制,在獲得深色彩時(shí),色澤不夠光亮。



5. 著色液溫度對(duì)化學(xué)著色的影響


隨著著色液溫度的升高,離子的擴(kuò)散速率加快,從而加速著色的形成。但著色液溫度過高,如在90℃以上,會(huì)使溶液中的水分蒸發(fā),改變著色液的成分。著色液溫度過低,如在70℃以下,會(huì)明顯降低著色膜的形成速率。見圖8-12,當(dāng)著色液溫度為(60±5)℃,著色起色點(diǎn)推遲,使著色膜的色彩不均勻。


圖 12.jpg



6. 著色液均勻性的影響


各種不銹鋼的電化學(xué)性能不一致、著色液溫度的波動(dòng)、著色液濃度的變化、著色時(shí)間的長短不一,所有這些不均勻性,都對(duì)著色色彩有影響。特別是溫度和時(shí)間,稍有變化,色彩隨之變化,這就是國內(nèi)在不銹鋼著色普遍存在的待解難題,也是因科工藝專利中對(duì)外絕對(duì)保密的關(guān)鍵。著色液的成分和溫度的不均勻是隨著著色的進(jìn)行而造成著色液溫度和成分的變化。必須加強(qiáng)攪拌,及時(shí)調(diào)整補(bǔ)充著色液成分。攪拌使著色膜的色彩明顯優(yōu)于不攪拌的著色膜。



7. 添加劑對(duì)看色的影響


 ①. 氯化鈉(NaCl): 氯化鈉可明顯提高著色速率,可縮短5~10min,但著色過程中會(huì)發(fā)生強(qiáng)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(shí)間可縮短5~8min,且無刺激性氣味。


 ③. 鉬酸銨: 加入硬化處理液可明顯提高著色層的光亮度。



8. 后處理對(duì)著色膜的影響


 后處理是在不銹鋼著色后填充氧化膜空隙,加固氧化膜以提高膜的耐磨性、耐蝕性和耐污性。


 后處理方法有熱水封閉、化學(xué)封閉、電解固膜處理、水玻璃封閉等方法。熱水封閉、化學(xué)封閉和水玻璃封閉對(duì)表面顏色的影響不大,電解固膜處理會(huì)改變表面顏色。


 后處理對(duì)著色表面耐蝕性的影響見圖8-13。在0.2mol/L鹽酸溶液中,測(cè)定下列4種試樣的腐蝕電位,以評(píng)定其耐蝕性。


圖 13.jpg


 試樣1僅進(jìn)行機(jī)械拋光不著色。


 試樣2著巧克力色,但未后處理。


 試樣3著巧克力色,化學(xué)封閉。


 試樣4著巧克力色,再電解固膜處理。


 由圖8-13可見,試樣1的電位最低,腐蝕最嚴(yán)重。試樣3的腐蝕電位高于試樣2,試樣4的腐蝕電位高于試樣3。試樣4著色膜經(jīng)電解固膜后,具有最佳的耐蝕性,其表面形成尖晶石結(jié)構(gòu)的鉻氧化物,填充了多孔的著色膜,使氧化膜變得致密、增厚和硬化。



9. 國內(nèi)對(duì)因科工藝研究的進(jìn)展


 上海鋼鐵研究所孫奇、顧小青在實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上,參考日本專利,結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn),用實(shí)驗(yàn)室常規(guī)儀器來精確地控制色彩,取得色彩重現(xiàn)性好、色彩基本無差異、成材率達(dá)到99.5%的可喜成就,為不銹鋼的研究打下基礎(chǔ)。其實(shí)例如下。


 ①. 熱軋 415mm 304不銹鋼管材,經(jīng)固溶熱處理105℃×15min,酸洗,機(jī)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(xiàn)性好的藍(lán)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(jīng)研磨,機(jī)械拋光后在70~75℃,在12~25min時(shí)間內(nèi)獲得光亮度好、均勻度一致或較致、重現(xiàn)性好的藍(lán)、金、綠、紅等色。


 ③冷軋鋼板,尺寸(110~220mm)×0.4mm 1Cr18Ni9 不銹鋼在76℃時(shí),獲得光亮度較好,均勻度一致,重現(xiàn)性好的灰、藍(lán)、金黃、紅、綠諸色。