不銹鋼著色

不銹鋼主要用于工業(yè)設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療器械、高級(jí)工業(yè)品、軍工產(chǎn)品等。隨著不銹鋼應(yīng)用的普及，不銹鋼著色工藝也得到進(jìn)一步重視和發(fā)展，在不銹鋼上不僅可以著黑色，而且還可以得到藍(lán)、綠、褐、橙等色彩。

一、不銹鋼著黑色

不銹鋼著黑色主要用于光學(xué)儀器的消光處理。化學(xué)著黑色的方法有鉻酸氧化法、鉻酸鹽黑色化學(xué)氧化法和硫化法等。

鉻酸氧化法又稱鉻酸浴熔融法。即在重鉻酸鹽（Na₂Cr₂O₇)的高溫熔融鹽中浸漬強(qiáng)制氧化。重鉻酸鹽在320℃開(kāi)始熔化，至400℃放出氧氣而分解：

新生的氧活性強(qiáng)，不銹鋼浸入后表面開(kāi)始氧化。其氧化物是Fe、Ni及Cr的氧化物(Fe₃O₄)。

氧化的操作過(guò)程是：除油→清洗→硫酸浸蝕去鈍化膜。經(jīng)浸蝕干燥后的零件，在溫度450℃～500℃的熔融鹽中處理l5min～30min，就能生成黑色的氧化膜。

這種方法因在操作溫度下，熔融鹽的黏度大，攪拌操作困難，難以得到均勻的色澤。這種方法不宜用于裝飾零件的著色。

還有一種鉻酸鹽黑色化學(xué)氧化法，是在低溫水溶性的溶液中進(jìn)行的。本法與前一種方法前處理有別，不銹鋼零件經(jīng)除油清洗后，在鈍態(tài)狀況下可直接人槽進(jìn)行著色處理，著色膜是在自然氧化膜上再生長(zhǎng)的氧化膜，其成分與熔融法基本相同。這種方法膜層顏色變化的過(guò)程是：

本色→淺棕→深棕→淺藍(lán)(或淺黑) →深藍(lán)(或純黑)，而從淺藍(lán)→深藍(lán)(或純黑)時(shí)間間隔僅0．5min～1min，如果錯(cuò)過(guò)最佳點(diǎn)，就會(huì)又回到淺棕色，只能退除后重新著色。

顏色的變化與零件的加工方法也有關(guān)系，一般車銑加工零件為藍(lán)色、深藍(lán)色、藏青色，磨床加工零件為深藍(lán)色或黑色，而經(jīng)噴砂、研磨和電解拋光處理的零件，氧化后則均為黑色。

硫化法能獲得美觀的黑色膜。膜的主要成分是鐵的硫化物(Fe₂S₃)，鎳、鉻等金屬鹽也可能存在。如在以氫氧化鈉為基礎(chǔ)的溶液中硫化著色，其反應(yīng)如下：

這種方法前處理按常規(guī)除油后，需用硫酸或王水進(jìn)行浸蝕，以除去自然鈍化膜使表面活化，隨即浸入著色液即可。

鉻酸鹽黑色化學(xué)氧化法和硫化法的工藝規(guī)范，如表8—1一l所列，電化學(xué)著黑色工藝規(guī)范，如表8—1—2所列。

表8—1—1  不銹鋼化學(xué)著黑色工藝規(guī)范

電化學(xué)著黑色操作注意事項(xiàng)：

(1)零件應(yīng)帶電進(jìn)出槽；

(2)用鋁絲夾具裝卡零件，保證導(dǎo)電良好；

(3)操作時(shí)，初始電壓用下限，氧化過(guò)程逐步升高至上限值，以保持電流穩(wěn)定，氧化終止前5min左右，使電壓恒定不變。

表8—1—2  不銹鋼電化學(xué)著黑色工藝規(guī)范

二、不銹鋼著彩色

不銹鋼著彩色應(yīng)用較廣，不銹鋼表面去除氧化膜之后，采用鉻酸．硫酸等溶液處理，可以得到不同的顏色。其膜的顏色隨膜的厚度變化而變化，同時(shí)與材料的成分及表面加工方法也有一定關(guān)系。著色用的不銹鋼基本的化學(xué)成分是：Fe>50％，Cr l3％～l8％。其他合金元素的成分為：Ni12％，Mn l0％，Nb、Ti、Cu 3％，Si 2％，C 0．12％。

常用不銹鋼中，奧氏體不銹鋼是最適合著色的材料，能得到令人滿意的彩色外觀；而鐵素體不銹鋼，由于在著色溶液中有腐蝕傾向，得到的色彩不如奧氏體不銹鋼鮮艷；而低鉻高碳馬氏體不銹鋼，由于其耐腐蝕性能更差，則只能得到灰暗的色彩，或者得到黑色的表面。    +

不銹鋼著色與其表面加工狀態(tài)也有很大關(guān)系，當(dāng)不銹鋼經(jīng)過(guò)冷加工變形后(例如彎曲、拉拔、深沖、冷軋)，表面晶粒的完整性受到破壞，形成的著色膜色澤紊亂、不均勻。冷加工后，耐蝕性也下降，形成的著色膜失去原有的光澤，但這些都可以通過(guò)退火處理恢復(fù)原來(lái)的顯微組織得到良好的彩色膜。

(一)不銹鋼著彩色工藝(表8—1—3)

表8—1—3  不銹鋼著彩色工藝規(guī)范

采用電解著色法(也稱陽(yáng)極氧化法)也能得到不同色彩的膜層。其工藝規(guī)范如下：

氫氧化鈉(NaOH)            50％           陰極                鐵板

溫度                      l20℃          直流電源電壓        20V

陽(yáng)極電流密度    5A／dm²—10A／dm²

這種方法再現(xiàn)性差，只適用于小批量生產(chǎn)。

(二)工藝難點(diǎn)的控制(以表8—1—3工藝為例)

不銹鋼著彩色工藝有兩個(gè)控制難點(diǎn)：一是顏色的控制，二是難使色彩得到重現(xiàn)。

用控制時(shí)間的方法，可以得到不同的顏色，如在溶液濃度和溫度一定的條件下，在80℃～90℃，處理l5min～17min，可以獲得均勻的深藍(lán)色；如果處理時(shí)間延至20min～25min，即變化為以紫紅色為主的彩虹干涉色；再延長(zhǎng)時(shí)間，可以獲得比較均勻的鮮綠色膜層。

但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，用控制著色時(shí)間的方法很難使色澤得到重現(xiàn)，因?yàn)椴牧系幕瘜W(xué)成分、表面狀態(tài)和著色液的濃度，均對(duì)著色時(shí)間有影響，特別是溫度對(duì)成色時(shí)間非常敏感。一般情況下，溫度升高，成色時(shí)間相應(yīng)縮短；溫度降低，成色時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)。但是，溫度低于70℃就難以獲得有效的彩色膜；而太高的溫度則會(huì)使溶液蒸發(fā)加劇，溶液的濃度變化大，使成膜時(shí)間難控制。

要得到色彩良好的重現(xiàn)性，采用控制著色電位可從得到較好的效果，著色電位曲線如圖8—1—1所示。

圖8—1—1中，E點(diǎn)為起始著色電位，B點(diǎn)為某種顏色的著色電位，B-E=△φ為著色電位差。每種色澤的著色電位差(△φ)是不同的，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知：藍(lán)色的△φ=6mV；藍(lán)灰色的△φ=12mV；黃色的△φ=14mV；紫色的△φ=16mV；綠色的△φ=21mV。所以，只要測(cè)出起始電位E，根據(jù)公式E+△φ=B，就可以得知著色電位B，這樣就可控制得到不同的色澤。但對(duì)于粗糙度較高或前處理不當(dāng)?shù)牟讳P鋼，難以得到其著色電位的起始點(diǎn)。

(三)工藝維護(hù)

1．溶液的維護(hù)

著色溶液在使用過(guò)程中，由于水分的不斷蒸發(fā)，Cr⁶⁺的還原以及不銹鋼的溶解，會(huì)使溶液的濃度和組分不斷地發(fā)生變化，著色液會(huì)逐漸趨向老化。著色液老化的標(biāo)志是著色電位曲線上的彎曲點(diǎn)電位升高，著色時(shí)間延長(zhǎng)，最后使著色膜變得灰霧，

圖8—1—1著色電位曲線甚至變成暗黑色。

促使著色液老化的重要原因是Cr³⁺、Fe³⁺濃度增加，當(dāng)Cr³⁺含量達(dá)到20g／L，Fe³⁺含量達(dá)到l2g／L時(shí)，彎曲點(diǎn)電位會(huì)上升到-l70mV以上，此時(shí)，著色液就需要重新配制或再生。   

2．不銹鋼著色用的掛具

必須是電位與不銹鋼接近或正于不銹鋼的材料，且抗化學(xué)腐蝕性好，如不銹鋼絲或鎳鉻絲等。

3．著色膜的減薄和退除

不銹鋼著色過(guò)程中，有時(shí)會(huì)偏離欲控制的色澤，然而在一定范圍內(nèi)，未經(jīng)固膜處理的著色膜，可以進(jìn)行校正。

(1)對(duì)于著色膜偏薄，成色不足，可以重新回到著色液中加深。

(2)若著色膜偏厚，需要減薄，可在還原性介質(zhì)中處理，常用的試劑有：次亞磷酸鈉、硝酸鈉、亞硫酸鈉和硫代硫酸鈉等。采用硫代硫酸鈉作為還原性介質(zhì)減薄的工藝規(guī)范是：

硫代硫酸鈉(Na₂S₂0₃·5H₂O)       8％(質(zhì)量)

處理溫度                      80℃

時(shí)間                          視要求減薄程度而定

(3)對(duì)于著色后，表面由于沾污或操作不當(dāng)引起色澤不均勻等次品，可以退除著色膜后重新著色。退除著色膜時(shí)，要避免基體發(fā)生腐蝕。   

18—8型不銹鋼著色膜可在下列配方中退除：

磷酸(H3P04)      10％～20％(質(zhì)量)    陽(yáng)極電流密度    2A／dm²-3A／dm²

光亮劑           少量                陰極材料        鉛板

溫度             室溫                時(shí)間            5min-15min

電壓             l2V

此法除可退除色膜外，還可用來(lái)生產(chǎn)帶有套花、圖案等多種色彩的不銹鋼制品。