不銹鋼化學(xué)著色的應(yīng)用

(一)彩色不銹鋼的制作

    1．彩色不銹鋼制作的工藝流程

    彩色不銹鋼的制作主要由三大部分組成，也就是著色前處理、化學(xué)著色以及化學(xué)著色以后的處理。其工藝流程如下：不銹鋼制件→除油→清洗→拋光→清洗→浸蝕除膜→清洗→化學(xué)著色→清洗→堅(jiān)膜→清洗→封閉→清洗→干燥→噴涂透明漆→成品。

    2．著色前的處理

    不銹鋼制件在化學(xué)著色前要對(duì)表面進(jìn)行徹底的處理，主要是把表面加工過(guò)程中所帶的油污清洗干凈，同時(shí)也要把表面的舊氧化膜退除，暴露出金屬的表面，表面才能生成新的和基體結(jié)合良好而且分布均勻的著色膜。為了提高制件的光潔度和裝飾性能，還必須要進(jìn)行拋光，拋光可以用機(jī)械拋光、化學(xué)拋光和電解拋光，主要根據(jù)不銹鋼制件原來(lái)的表面狀態(tài)及裝飾的要求而定。

(1)表面除油  表面除油要根據(jù)表面的油污情況決定采用的方法。如果油污很嚴(yán)重，可以先用有機(jī)溶劑除油，然后再用堿液除油或電解除油等。在一般情況下用堿性溶液除油即可以解決問(wèn)題。如果制件比較貴重、要求特別嚴(yán)格時(shí)，可以在堿液除油的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步電解除油，甚至超聲波除油。堿液除油的配方及工藝條件如下：

    (2)表面拋光對(duì)要求不高的制件可以采用化學(xué)拋光，化學(xué)拋光采用三酸溶液，一方面可以去除表面的舊氧化膜，另外通過(guò)酸液的拋光溶解可使表面更光亮，化學(xué)拋光溶液的配方及工藝條件如下：

   化學(xué)拋光主要是起提高光亮度的作用，其平整能力稍差，如果要提高光整度，可用電解拋光處理，電解拋光的溶液配方及工藝條件如下：

(3)酸蝕除膜不銹鋼表面在拋光后，很快便會(huì)生成一層薄韻

氧化膜，因此在化學(xué)著色前一定要經(jīng)過(guò)浸酸除膜處理，否則會(huì)影響著色膜的成長(zhǎng)以及膜與基體的結(jié)合力。處理的方法很簡(jiǎn)單容易，只要將不銹鋼浸在稀的鹽酸或磷酸溶液中，膜便可以溶解除去。溶液配方及工藝條件如下：

    3．不銹鋼制件表面著色

    著色是制作彩色不銹鋼的關(guān)鍵步驟，制品經(jīng)過(guò)化學(xué)著色后可獲得各種色彩，而不銹鋼的著色并非是形成了有色的表面膜覆蓋，而是不銹鋼表面形成了無(wú)色透明的氧化膜對(duì)光的干涉。隨著表面氧化膜成分和厚度的不同，所獲得的色彩也就不同。   

    (1)彩色不銹鋼著色原理不銹鋼經(jīng)表面處理后所呈現(xiàn)的各種顏色是表面生成的氧化膜層對(duì)光的干涉色彩。這種色彩是不銹鋼氧化膜表面上的反射光線與通過(guò)氧化膜折射后的光干涉所產(chǎn)生的。圖3—1是其原理的示意圖。

圖3-1  彩色不銹鋼顯色示意圖入射光Ⅰ在氧化膜的表面A處分成兩束，一束反射回空氣中即Rl，另外一束則通過(guò)A點(diǎn)在氧化膜中折射沿AB方向走。當(dāng)?shù)竭_(dá)不銹鋼基體8點(diǎn)時(shí)，發(fā)生全反射，在氧化膜與空氣之間的C點(diǎn)再次發(fā)生折射，進(jìn)入空氣中。即R2。Rl和R2之間存在著位相差和光程差。當(dāng)這兩束光線相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生光的干涉現(xiàn)象，而當(dāng)氧化膜表面反射光通過(guò)和經(jīng)過(guò)氧化膜折射后的光與金屬表面反射光通過(guò)光干涉現(xiàn)象而互相加強(qiáng)時(shí)，則對(duì)應(yīng)與該波長(zhǎng)光的色調(diào)被加強(qiáng)，而且顯示出符合該波長(zhǎng)的顏色。

    由此可見(jiàn)，當(dāng)不銹鋼表面的氧化膜成分確定為一樣時(shí)(相同)，即光的折射率n相同，光線以確定的入射角射入，當(dāng)氧化膜的厚度d不相同時(shí)，由公式，n=KA／zd知其干涉波的波長(zhǎng)A不同，就會(huì)呈現(xiàn)不同的色彩，所以控制不同厚度的氧化膜就得到不同的顏色。在溶液成分相同、溫度相同、金屬材料相同的情況下，著色時(shí)間的不同就得出不同厚度的氧化膜，也就出現(xiàn)不同的顏色，所以控制不同的著色時(shí)間就得到不同的色澤。

    (2)著色溶液的配方及工藝條件  不銹鋼著色的溶液有酸性著色液和鹽類著色液。最常見(jiàn)的是硫酸一鉻酐體系。再加入少量的添加劑。也可以不加，同樣也能夠著色。著色溶液的配方及工藝條件如下：

    隨時(shí)間的不同，得到不同的顏色：棕色→藍(lán)色→黃金色→紅色→綠色。

    (3)影響不銹鋼著色的主要因素

    ①不銹鋼色彩的均勻性  影響不銹鋼色彩均勻性的因素主要有著色前處理的質(zhì)量，如果前處理的質(zhì)量不好，油污及氧化膜的清除不徹底、不干凈，就會(huì)在著色時(shí)出現(xiàn)著色層顏色不均勻的現(xiàn)象，甚至?xí)z留斑跡、顏色深淺不一的情況。其次是著色槽中溶液濃度的均勻性，如果不銹鋼各部位接觸溶液濃度不一致，則各部位的顏色也不一樣，因此在配制溶液時(shí)一定要攪拌均勻后才能著色。第三個(gè)因素是著色時(shí)槽各部位的溫度是否相同或一致，否則也同樣會(huì)造成顏色的差別。要使溫度均勻，就要把加熱元件布置好，加熱要均勻，同時(shí)要加強(qiáng)攪拌，使溶液對(duì)流，這樣既可以使溫度均勻，也可以使溶液的濃度均勻。

    ②不銹鋼顏色的重現(xiàn)性  在批量生產(chǎn)彩色不銹鋼制品時(shí)，顏色的重現(xiàn)性很重要，并是制品具有生產(chǎn)價(jià)值的重要條件。影響不銹鋼制品顏色重現(xiàn)性的因素很多，如著色溫度、濃度和時(shí)間的改變都會(huì)使色彩發(fā)生改變。一般來(lái)說(shuō)溶液的溫度和著色時(shí)間比較容易控制，但是溶液的濃度則隨時(shí)都在變化，所以最難控制，也影響最大。

    目前用得較多的是電位差控制法，即是以飽和甘汞電極作為參比電極，去測(cè)量著色過(guò)程中不銹鋼的電位一時(shí)間變化曲線，從起始電位起隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，不銹鋼的電位逐漸下降。某一電位和起始電位之間的電位差出現(xiàn)一定的顏色。這種關(guān)系是不隨著色液的溫度和溶液組成的某些微小變化而變化的。因此，控制電位法比控制溫度法或控制時(shí)間法都好。在國(guó)外，當(dāng)不銹鋼帶連續(xù)氧化著色時(shí)，都采用顏色差異檢測(cè)器做控制，也就是用顏色差異檢測(cè)器對(duì)移動(dòng)的鋼帶進(jìn)行著色時(shí)的顏色和標(biāo)準(zhǔn)顏色進(jìn)行比較，然后按照檢測(cè)器的指令進(jìn)行補(bǔ)充氧化加深顏色，或用陰極還原沖淡顏色處理氧化或還原以及處理時(shí)間全部自動(dòng)化。

    ③不銹鋼制品表面光潔度  保持不銹鋼制品表面的光潔度是很重要的，特別對(duì)裝飾性要求比較高的制品，除了在著色前處理中加強(qiáng)電解拋光等環(huán)節(jié)之外，還可以在化學(xué)著色劑中增加整平劑、光亮劑等添加劑來(lái)提高制品的光亮度。

    除了考慮上述種種因素外，在生產(chǎn)過(guò)程中還應(yīng)注意節(jié)能、環(huán)保等措施。在著色溶液中，成分要盡可能少，而且盡量不用有害的成

分，以便減少?gòu)U水的污染。另外，應(yīng)盡量采用較低的著色溫度，以便減少熱能的消耗。如在著色液中添加適量的催化劑可以降低著色的溫度。

    4．不銹鋼著色后處理

    不銹鋼經(jīng)過(guò)著色處理后，雖然獲得了色彩鮮艷的膜層，但是這層氧化膜疏松多孔而且質(zhì)軟、不耐磨，容易被擦除及油污沾染，因此要進(jìn)一步提高著色膜的質(zhì)量，做堅(jiān)膜和封閉處理。

(1)堅(jiān)膜處理  堅(jiān)膜是在鉻酐一硫酸體系中，將制品作陰極，經(jīng)過(guò)電解反應(yīng)，氫將彩色膜細(xì)孔中的六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻，并沉淀進(jìn)入微孔中填充，使膜硬化，提高其耐磨、耐蝕性能。如加入適量的催化劑，使質(zhì)量更有保證。堅(jiān)膜的溶液配方及工藝條件如下：

硫酸(H₂s0₄)    200～300mL／L        溶液溫度         20～30℃

鉻酐(Cr0₃)           250g／L        電流密度         0．3～1．OA／dm²

添加劑             6～l0g／L        處理時(shí)間          l0～15min

(2)封閉處理經(jīng)堅(jiān)膜處理后的彩色不銹鋼硬度及耐磨、耐蝕性已有很大提高，但是膜層仍有許多小孔，容易吸附油污，因此必須把這些小孔封閉，以便進(jìn)一步提高它的防污能力，保持它的光鮮色澤。封閉可以用硅酸鈉溶液在沸騰的狀態(tài)下浸漬，即可將孔隙填滿，但此法可能對(duì)原有的色澤有一定的影響，最簡(jiǎn)單的方法是在沸水中煮8～15min，或者在堅(jiān)膜烘干后，浸涂透明漆加以保護(hù)。

(二)平面不銹鋼的著色

1．工藝流程

    不銹鋼制件→研磨拋光→化學(xué)除油→兩道水洗→活化→兩道水洗→著色→兩道水洗→堅(jiān)膜→兩道水洗→封閉處理→熱水洗→水洗→烘干→噴涂透明漆→烘干→檢驗(yàn)→成品。

    2．著色前處理

    (1)研磨拋光  為了使平面不銹鋼制品有較好的裝飾效果，表面光潔度是很重要的指標(biāo)，因此，基體材料的表面應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)的研磨拋光，可用平板研磨機(jī)研磨，并用60D光澤計(jì)設(shè)備檢測(cè)，光澤度大于530即可。

    (2)化學(xué)除油化學(xué)除油很重要，除油的方法很多，可以用上述提到的堿液加表面活性劑除油，也可用0SL除油劑除油。OSL30～509／L，除油溫度40～55℃，除油時(shí)間約為8～15min，油除盡為止。

    (3)表面活化不銹鋼表面很容易生成極薄的鈍化膜，影響著色后色澤的均勻性及色膜質(zhì)量。特別是大平面的不銹鋼板，如果著色前不進(jìn)行活化或者活化得不好，將使各部位之間的著色不一致，導(dǎo)致色膜的厚度不一致、均勻度不好，甚至產(chǎn)生條紋或不均勻的色彩。活化采用電解活化，其溶液配方及工藝條件如下：

3．不銹鋼著色

    平面不銹鋼的著色由計(jì)算機(jī)控制。隨著在著色溶液中浸漬時(shí)間的延長(zhǎng)，不銹鋼板表面的著色膜厚度不斷增加，即顯示出金黃色、紅色、綠色、墨綠色、黑色等一系列的顏色。如果用鉑絲作參比電極測(cè)量不銹鋼的電位，顯示出不銹鋼板電位在不斷地同步增長(zhǎng)。因此，只要用計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確地控制不銹鋼板的電位，并且達(dá)到某一電位及其對(duì)應(yīng)的顏色時(shí)，即刻終止浸漬并取出，即能得到所需要的色澤，并達(dá)到產(chǎn)品著色的均勻性和重現(xiàn)性。不銹鋼著色溶液的配方及其工藝條件如下：

4．著色后處理

    (1)堅(jiān)膜處理一般來(lái)說(shuō)采用化學(xué)著色方法產(chǎn)生的色膜都比較疏松，硬度比較低，耐磨性比較差。因此，要進(jìn)一步做堅(jiān)膜處理以便提高膜的硬度及耐磨性才能長(zhǎng)久使用。堅(jiān)膜處理可采用陰極電解處理法，其溶液配方及工藝條件如下：

(2)封閉處理彩色不銹鋼平面經(jīng)過(guò)堅(jiān)膜處理后，其硬度及耐磨性已大大提高，而且還可以防劃傷、擦傷等，但是膜層還有許多孔隙，容易存留各種油污或腐蝕性介質(zhì)，因此還需要進(jìn)一步提高其防污性能以及耐腐蝕性能。不銹鋼著色膜的封閉方法也是多種的，最簡(jiǎn)單的方法就是用沸水煮或用蒸汽在密閉容器中蒸，但需要有一定的專門設(shè)備。也可以用OSL封閉劑40～50g／L在50～70℃下浸漬5～20min即可完成封閉。

    (三)不銹鋼廚具的表面著色

1．不銹鋼廚具化學(xué)著色工藝流程不銹鋼廚具→除油→清洗→活化→清洗→化學(xué)著色→清洗→堅(jiān)膜→清洗→封閉→清洗→千燥→成品。

2．著色前處理

    (1)不銹鋼廚具除油  除油是很關(guān)鍵的步驟，油膜不徹底清除很難得到均勻色澤的不銹鋼表面。除油的方法可以先用有機(jī)溶劑除油(如丙三醇等)，如不干凈，可再用化學(xué)方法除油。除油溶液配方及工藝條件如下：

(2)活化活化主要是去除表面的氧化物，活化溶液的配方及工藝條件如下：

3．化學(xué)著色

    (1)化學(xué)著色溶液的配方及工藝條件

    (2)化學(xué)著色液各主要成分的作用  鉻酐是不銹鋼化學(xué)著色的主要成膜物質(zhì)，它提供大量的鉻離子，使得與鐵、鎳等離子在陽(yáng)極表面生成氧化物膜并顯色。一般控制其含量在230～270g／L。

    硫酸是電解液，能使離子傳遞，使溶液成分分布均勻，從而使著色膜均勻，其含量控制在450～500g／L范圍內(nèi)。

    鉬酸銨在溶液中能使著色膜的色澤均勻、光澤感增強(qiáng)。同時(shí)由于NH⁺₄能絡(luò)合Cr³⁺、Ni²⁺，而起緩沖和絡(luò)合作用，控制成膜速度，增加著色液的穩(wěn)定性能，控制不銹鋼中Cr、Ni、Fe的溶解速度。

    硫酸鋅是一種輔助成膜劑，在成膜過(guò)程中可以形成更多的結(jié)晶活性點(diǎn)，加快著色膜的成膜速度，并改善膜的質(zhì)量。

    硫酸錳是一種氧化性促進(jìn)劑，參與著色膜的形成反應(yīng)過(guò)程，起到一定的加速作用，但是用量不能太多，否則會(huì)使膜的成長(zhǎng)不均勻。一般用量為3～4g／L。

    (3)操作工藝條件的影響

    ①溫度  溶液溫度對(duì)色澤的產(chǎn)生有很大的影響，在溶液某成分固定(硫酸鋅5g／L)的情況下，著色時(shí)間一樣，但溶液溫度不同，會(huì)得到不同的著色結(jié)果，溶液溫度與色澤的關(guān)系見(jiàn)表3-9。由表3-9可看出溫度偏低或偏高都不好，以控制在55～75℃范圍為宜。

表3-9溶液溫度與顏色的關(guān)系