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(fen)與(yu)著色關系
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(shi)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. 材料加工狀態與著(zhu)色關系(xi)
當不銹鋼經(jing)過冷(leng)加工變形后(hou)(hou)(如彎曲、拉拔(ba)深(shen)沖、冷(leng)軋等),表面晶格的完整(zheng)性發生破壞,使形成的著色膜不均(jun)勻,色澤(ze)紊亂,冷(leng)加工后(hou)(hou)的耐蝕性也下降,形成的著色膜失去原有光(guang)澤(ze)。但這些可(ke)以通過一定(ding)溫度(du)的退火處理,可(ke)恢(hui)復原來的顯微組織,仍能得(de)到良好(hao)的彩色膜。
3. 前處理對著色(se)的影響
①. 拋光(guang)
可用(yong)機(ji)械拋(pao)光(guang)、化學(xue)(xue)拋(pao)光(guang)或電(dian)(dian)化學(xue)(xue)拋(pao)光(guang),要求表(biao)面(mian)光(guang)潔(jie)度一(yi)(yi)致,避(bi)免造成色(se)(se)(se)(se)差(cha),最好達到(dao)鏡面(mian)光(guang)亮,可得最鮮艷均勻的(de)色(se)(se)(se)(se)彩。不(bu)(bu)銹鋼機(ji)械拋(pao)光(guang)后(hou)立(li)即進(jin)行著(zhu)色(se)(se)(se)(se)處理,若(ruo)拋(pao)光(guang)后(hou)在(zai)空氣(qi)中(zhong)放置一(yi)(yi)段時(shi)間(jian),外表(biao)面(mian)會形(xing)成一(yi)(yi)層氧化膜,與(yu)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜的(de)結構(gou)不(bu)(bu)同,其厚度在(zai)1.0~10.0nm之間(jian),有一(yi)(yi)定的(de)耐蝕性,在(zai)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)液中(zhong)不(bu)(bu)易除(chu)去,因而影響新的(de)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)膜的(de)形(xing)成,使(shi)(shi)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)時(shi)間(jian)延(yan)長,使(shi)(shi)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)后(hou)形(xing)成的(de)色(se)(se)(se)(se)澤(ze)變(bian)(bian)深變(bian)(bian)暗(an)。電(dian)(dian)化學(xue)(xue)拋(pao)光(guang)也能(neng)使(shi)(shi)不(bu)(bu)銹鋼表(biao)面(mian)形(xing)成鈍化膜,如不(bu)(bu)除(chu)去鈍化膜,能(neng)使(shi)(shi)著(zhu)色(se)(se)(se)(se)速率變(bian)(bian)慢,但電(dian)(dian)拋(pao)光(guang)形(xing)成均勻平整的(de)表(biao)面(mian),使(shi)(shi)色(se)(se)(se)(se)澤(ze)光(guang)亮,均勻性改(gai)善(shan)。
②. 活化
凡是能使不(bu)(bu)銹(xiu)鋼基體表(biao)(biao)面(mian)活(huo)(huo)化的(de)因素,均可(ke)加速著(zhu)(zhu)(zhu)色過程。一切自(zi)然(ran)形成(cheng)的(de)肉眼不(bu)(bu)可(ke)見的(de)氧化膜(mo),是著(zhu)(zhu)(zhu)色的(de)大(da)敵,是著(zhu)(zhu)(zhu)色成(cheng)敗的(de)隱患,在著(zhu)(zhu)(zhu)色前(qian)應該去除。為(wei)了消(xiao)除不(bu)(bu)銹(xiu)鋼表(biao)(biao)面(mian)的(de)鈍(dun)化膜(mo),獲得(de)新鮮表(biao)(biao)面(mian),活(huo)(huo)化程度應恰當,以出(chu)現小氣(qi)泡后10~15秒為(wei)宜(yi)。若活(huo)(huo)化不(bu)(bu)足,著(zhu)(zhu)(zhu)色的(de)起色電位(wei)時間延長,并(bing)出(chu)現顏色不(bu)(bu)容(rong)易(yi)控制,若活(huo)(huo)化過度,表(biao)(biao)面(mian)發生過浸蝕,使著(zhu)(zhu)(zhu)色膜(mo)變(bian)得(de)暗淡無光。活(huo)(huo)化用強酸腐蝕的(de)方(fang)法會造成(cheng)表(biao)(biao)面(mian)腐蝕活(huo)(huo)化,影響著(zhu)(zhu)(zhu)色后色澤的(de)鮮艷(yan)性(xing)。用下(xia)面(mian)兩種方(fang)法處理,能得(de)到較好的(de)結(jie)果。
電解活化:a.磷(lin)酸(H3PO4)10%,陽極(ji)電流密(mi)度(du)1A/d㎡2,溫(wen)度(du)室溫(wen),時間3~5min,陰極(ji)鉛板;b.硫(liu)酸(H2SO4)10%,陽極(ji)電流密(mi)度(du)5A/d㎡, 溫(wen)度(du) 室溫(wen),時間5min,陰極(ji)鉛板。
化(hua)學(xue)活化(hua):硫酸(suan)(H2SO4)10%(體(ti)積(ji)分數(shu)),鹽酸(suan)(HC1)10%(體(ti)積(ji)分數(shu)),余為水,溫(wen)度室溫(wen),時間5~10min.出(chu)現小氣(qi)泡10~15秒。
③. 前處理(li)對著色(se)的(de)影響,見(jian)表8-8。
從表8-8可知,不(bu)銹鋼(gang)著色(se)工(gong)藝中前處(chu)(chu)理影(ying)響著色(se)速率、表面(mian)顏(yan)色(se)的(de)(de)均勻性。電拋光(guang)配合陽(yang)極(ji)處(chu)(chu)理的(de)(de)方法可得(de)到滿(man)意(yi)的(de)(de)膜層(ceng)。
4. 著色液濃度對著色的影(ying)響
著色液濃度(du)對電位-時間關(guan)系的影響見圖8-11。
①. 為(wei)正(zheng)常的著色液(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. 著色液溫度對化學著色的影響
隨著(zhu)著(zhu)色液(ye)溫(wen)(wen)度的(de)升高,離子的(de)擴散速率加快,從而加速著(zhu)色的(de)形成(cheng)。但著(zhu)色液(ye)溫(wen)(wen)度過高,如在90℃以上,會(hui)使(shi)溶(rong)液(ye)中的(de)水分(fen)(fen)蒸(zheng)發(fa),改(gai)變(bian)著(zhu)色液(ye)的(de)成(cheng)分(fen)(fen)。著(zhu)色液(ye)溫(wen)(wen)度過低,如在70℃以下(xia),會(hui)明顯降(jiang)低著(zhu)色膜的(de)形成(cheng)速率。見圖8-12,當著(zhu)色液(ye)溫(wen)(wen)度為(60±5)℃,著(zhu)色起色點推遲(chi),使(shi)著(zhu)色膜的(de)色彩不均勻。
6. 著色液均勻性的影響
各種不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)電化(hua)學性能不一(yi)致(zhi)、著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)液(ye)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)波動、著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)液(ye)濃度(du)的(de)(de)(de)變化(hua)、著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)時間的(de)(de)(de)長短不一(yi),所(suo)有(you)這些不均(jun)勻性,都對(dui)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)色(se)(se)(se)彩(cai)有(you)影響。特別是(shi)溫(wen)度(du)和時間,稍有(you)變化(hua),色(se)(se)(se)彩(cai)隨之變化(hua),這就(jiu)是(shi)國內在不銹(xiu)鋼著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)普遍存在的(de)(de)(de)待解難題,也是(shi)因科工藝專利(li)中對(dui)外絕對(dui)保密的(de)(de)(de)關鍵。著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)液(ye)的(de)(de)(de)成(cheng)分和溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)不均(jun)勻是(shi)隨著(zhu)(zhu)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)的(de)(de)(de)進(jin)行而造(zao)成(cheng)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)液(ye)溫(wen)度(du)和成(cheng)分的(de)(de)(de)變化(hua)。必須加強攪拌,及時調整補充(chong)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)液(ye)成(cheng)分。攪拌使著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)膜的(de)(de)(de)色(se)(se)(se)彩(cai)明(ming)顯優于不攪拌的(de)(de)(de)著(zhu)(zhu)色(se)(se)(se)膜。
7. 添加劑對看色的影(ying)響
①. 氯(lv)化鈉(NaCl): 氯(lv)化鈉可明顯提高著(zhu)(zhu)色速(su)率,可縮短(duan)5~10min,但(dan)著(zhu)(zhu)色過程中會發(fa)生強烈的刺(ci)激性氯(lv)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: 加入硬化處理液可(ke)明顯提高(gao)著色層的(de)光亮(liang)度。
8. 后(hou)處理對(dui)著色膜的影響
后處理是在(zai)不銹鋼著色后填充氧(yang)化膜(mo)空隙,加固氧(yang)化膜(mo)以提高膜(mo)的耐(nai)磨(mo)性、耐(nai)蝕性和耐(nai)污性。
后處(chu)(chu)理方法有熱水(shui)封(feng)閉(bi)、化學封(feng)閉(bi)、電(dian)解固(gu)(gu)膜處(chu)(chu)理、水(shui)玻璃封(feng)閉(bi)等方法。熱水(shui)封(feng)閉(bi)、化學封(feng)閉(bi)和水(shui)玻璃封(feng)閉(bi)對表面顏(yan)(yan)色(se)的影響不大,電(dian)解固(gu)(gu)膜處(chu)(chu)理會改變表面顏(yan)(yan)色(se)。
后處理對著色表面耐(nai)蝕(shi)性(xing)的影(ying)響(xiang)見圖8-13。在0.2mol/L鹽酸溶液中(zhong),測定下(xia)列4種試樣的腐(fu)蝕(shi)電位(wei),以評定其耐(nai)蝕(shi)性(xing)。
試(shi)樣1僅進(jin)行機械拋光(guang)不著色(se)。
試樣(yang)2著巧克力色,但(dan)未后處理(li)。
試樣3著(zhu)巧(qiao)克力色,化學封閉。
試樣4著巧克力(li)色(se),再電解固膜處理。
由(you)圖8-13可見,試樣(yang)(yang)1的(de)(de)電(dian)位最(zui)(zui)低(di),腐蝕最(zui)(zui)嚴(yan)重。試樣(yang)(yang)3的(de)(de)腐蝕電(dian)位高于(yu)試樣(yang)(yang)2,試樣(yang)(yang)4的(de)(de)腐蝕電(dian)位高于(yu)試樣(yang)(yang)3。試樣(yang)(yang)4著(zhu)色(se)膜(mo)經(jing)電(dian)解固膜(mo)后,具(ju)有最(zui)(zui)佳的(de)(de)耐蝕性,其表面形成(cheng)尖(jian)晶石(shi)結構的(de)(de)鉻氧(yang)化(hua)物,填(tian)充了多孔的(de)(de)著(zhu)色(se)膜(mo),使氧(yang)化(hua)膜(mo)變得致密、增(zeng)厚和硬化(hua)。
9. 國內對(dui)因科工藝研究的進展
上海鋼鐵(tie)研(yan)究(jiu)所孫奇、顧小(xiao)青在實(shi)驗(yan)室的(de)基(ji)礎(chu)上,參(can)考日(ri)本(ben)專利(li),結(jie)合(he)工(gong)作經驗(yan),用實(shi)驗(yan)室常規儀器(qi)來精確地控(kong)制色(se)彩,取得(de)色(se)彩重現性好、色(se)彩基(ji)本(ben)無差異、成材率達到99.5%的(de)可(ke)喜(xi)成就(jiu),為不銹(xiu)鋼的(de)研(yan)究(jiu)打下基(ji)礎(chu)。其實(shi)例如下。
①. 熱軋 415mm 304不(bu)銹鋼管(guan)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(jing)研(yan)磨,機械(xie)拋光(guang)后(hou)在(zai)70~75℃,在(zai)12~25min時間(jian)內獲得光(guang)亮度好、均勻度一致或較(jiao)致、重現性好的藍、金、綠、紅等(deng)色(se)。
③冷軋鋼(gang)板,尺寸(110~220mm)×0.4mm 1Cr18Ni9 不銹鋼(gang)在76℃時,獲得光亮度較好,均(jun)勻度一(yi)致,重現性好的(de)灰、藍(lan)、金黃、紅、綠(lv)諸色。