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前言
不銹鋼具有強(qiáng)度高、加工性好、耐蝕、耐磨等特點(diǎn)，目前已在航天、海洋、軍工和化工等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。不銹鋼表面處理技術(shù)包括：表面本色白化處理、表面鏡面光亮處理和表面著色處理等，其中表面著色處理應(yīng)用最為廣泛。目前不銹鋼表面著色處理包括：化學(xué)氧化著色、電化學(xué)氧化著色、離子沉積氧化物著色、高溫氧化著色和氣相裂解著色等。電化學(xué)氧化著色容易引起電力線分布不均勻，從而使不銹鋼表面顏色不均勻;離子沉積氧化物著色投資大、成本高，不適用于小批量產(chǎn)品;高溫氧化著色的工藝條件比較苛刻;氣相裂解著色較為復(fù)雜，在工業(yè)中應(yīng)用較少。因此，工業(yè)上使用最廣泛的依然是化學(xué)氧化著色。
1 化學(xué)著黑色
不銹鋼著黑色通常是在INCO法的基礎(chǔ)上，加入適當(dāng)?shù)奶砑觿@得均勻的黑色膜。
1.1 無(wú)機(jī)添加劑
不銹鋼著色液中的無(wú)機(jī)添加劑主要有：硫酸錳、鉬酸銨、硫酸鋅、硝酸鈉、硝酸銨、硝酸鉀、稀土鹽、硫代硫酸鈉和亞硫酸鈉等。
陳天玉指出：錳作為發(fā)黑劑能加速膜的形成，其質(zhì)量濃度過(guò)低，膜層不能變黑。
程作慧等指出：鉬酸銨能夠提高不銹鋼制品的光澤度;硫酸鋅對(duì)著色電位起穩(wěn)定作用，可使顏色易于控制，實(shí)現(xiàn)良好的重現(xiàn)性。王鵬程等指出：隨著鋅鹽的質(zhì)量濃度的增加，達(dá)到著色電位的時(shí)間變短;鋅鹽的質(zhì)量濃度取6 g/L為宜，其質(zhì)量濃度過(guò)低，著色膜的光澤暗淡;過(guò)高，著色膜的重現(xiàn)性差。
何新快等指出：在加熱的酸性條件下，硝酸鈉和硝酸銨的主要作用是與Mn2+反應(yīng)生成Mn04，增強(qiáng)著色液的氧化性;同時(shí)將鐵、鎳和鉻等元素氧化成黑色或灰黑色的氧化物;NH4+能通過(guò)配位作用控制成膜速率。
硝酸鉀在溶液中也是氧化劑，能氧化Mn2+，在加熱的酸性條件下也能直接氧化鉻、鐵和鎳等元素，加速膜的形成。
徐樺等指出：在化學(xué)著色液中添加稀土鹽可以使色彩更加艷麗，成膜速率提高一倍以上。王鵬程等指出：在著色液中加入2～8 g/L的混合輕稀土，可明顯降低著色溫度。張?jiān)兊戎赋觯涸谥褐屑尤肓蛩徼|，可使鍍層更加致密、光亮，著色處理后的試樣色彩更加艷麗，耐磨性和耐蝕性得以提高。
硫代硫酸鈉和亞硫酸鈉均為還原性物質(zhì)，著色液中添加適量的硫代硫酸鈉和亞硫酸鈉可以起到穩(wěn)定溶液、促進(jìn)配位和增強(qiáng)膜層的物理性能等作用;此外，它們?cè)谥^(guò)程中加快了氧化膜的溶解速率，從而在宏觀上表現(xiàn)為著色時(shí)間的延長(zhǎng)。
1.2有機(jī)添加劑
不銹鋼著色液中的有機(jī)添加劑主要有：表面活性劑、硫脲、有機(jī)酸和六次甲基四胺等。
表面活性劑可以明顯提高著色膜的均勻性，而且還能明顯改變著色速率。陽(yáng)離子型和陰離子型表面活性劑可加快著色速率，而非離子型表面活性劑則降低著色速率。
馬文蓮[10]指出：硫脲分子中的羥硫基可與鐵形成配位鍵并吸附在膜層的缺陷部位，從而使膜層更加完整。
王鵬程等指出：在著色液中加入1～15 g/L的有機(jī)酸，配合其它添加劑使用，可明顯降低著色液的溫度，所使用的有機(jī)酸為檸檬酸。檸檬酸有三個(gè)H+可以電離，加熱時(shí)分解為多種產(chǎn)物，能與酸、堿、甘油等發(fā)生反應(yīng);此外，檸檬酸還可以配位金屬離子，在發(fā)黑過(guò)程中起緩沖作用，維持pH值的穩(wěn)定。
六次甲基四胺作為傳統(tǒng)的緩蝕劑已使用了近半個(gè)世紀(jì)，其具有低毒、無(wú)異味、易溶于水、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，至今仍在大型鍋爐的鹽酸清洗中作為常用的緩蝕劑之一。六次甲基四胺是一種金屬緩蝕劑，在著色液中能配位不銹鋼溶解下來(lái)的金屬離子，形成過(guò)渡金屬配位物，對(duì)著色液起穩(wěn)定作用，也能減輕金屬表面的腐蝕。
2 化學(xué)著彩色
不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性和耐磨性，被廣泛應(yīng)用于裝潢、家具等行業(yè)中。然而不銹鋼單一的銀色遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)其色彩的要求，因此，穩(wěn)定、重現(xiàn)性好的彩色不銹鋼著色工藝迫在眉睫。
2.1 酸性化學(xué)著色法
酸性化學(xué)著色法主要是著眼于傳統(tǒng)的INCO法，采用硫酸一鉻酐體系;在80～90℃的條件下對(duì)不銹鋼進(jìn)行表面改性。但I(xiàn)NCO法要求的溫度較高，水分蒸發(fā)快，溶液的濃度容易改變，顏色的重現(xiàn)性較差。近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)不銹鋼著彩色進(jìn)行了研究。劉愛(ài)華等對(duì)顯色工藝規(guī)律和工藝參數(shù)進(jìn)行研究，提出了二次硬膜處理。張穎等[13]發(fā)現(xiàn)在著色液中加入少量的硫酸錳可以加快著色速率，加入鉬酸銨可以提高著色膜的光亮度。肖鑫等在硫酸一鉻酐體系中添加過(guò)渡金屬的鹽類(lèi)化合物，研制出不銹鋼低溫化學(xué)著色新工藝。張碧泉等在硫酸一鉻酐體系中加入適當(dāng)?shù)奶砑觿瑢?duì)304不銹鋼進(jìn)行著色，確定了藍(lán)、金黃、紫紅、黃綠四種顏色的電位值。范文琴等在硫酸一鉻酐體系中對(duì)不銹鋼進(jìn)行氧化著色實(shí)驗(yàn)，獲得了金色膜層，較好地解決了膜層顏色的重現(xiàn)性問(wèn)題。上海鋼鐵研究所對(duì)INCO法進(jìn)行了大量的探索，成功地研制出多種規(guī)格的單一色彩(如藍(lán)色、金黃色、紅色、綠色、黑色等)的彩色不銹鋼制品。
黃杜森等[17]提出采用微機(jī)控制著色，該控制系統(tǒng)軟件可以自動(dòng)地檢測(cè)出起色電位與著色電位，當(dāng)著色電位與起色電位之差超過(guò)所需顏色對(duì)應(yīng)的預(yù)置值時(shí)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)輸出停止著色的控制信號(hào)。
2.2堿性化學(xué)著色法
堿性化學(xué)著色法是將不銹鋼在含有氫氧化鈉、氧化劑和還原劑的溶液中進(jìn)行著色。著色前不銹鋼表面的氧化膜不必除去，在自然生長(zhǎng)的氧化膜上再生長(zhǎng)氧化膜。隨著氧化膜的增厚，其表面顏色發(fā)生變化，逐漸由黃色變?yōu)樗{(lán)色。堿性化學(xué)著色法具有毒性小、著色液中不含六價(jià)鉻等優(yōu)點(diǎn);但其同時(shí)具有著色溫度高、溶液易揮發(fā)、色彩控制困難、色彩面窄、易褪色等缺點(diǎn)。因此，這方面的研究相對(duì)較少。諸震鳴針對(duì)3Cr13和4Cr13不銹鋼，研究了堿性鈍
化工藝，其工藝配方為：氫氧化鈉14%，磷酸鈉3%，氧化劑2 g/L，100～110℃，可得到黑色或藍(lán)黑色膜層。彭濱等[19]對(duì)堿性化學(xué)著色過(guò)程中不銹鋼的電位進(jìn)行了測(cè)定，并探討了溫度和添加劑對(duì)不銹鋼著色的影響。陳天玉通過(guò)研究得到的工藝配方為：高錳酸鉀50 g/L，氫氧化鈉375 g/L，氯化鈉25 g/L，硝酸鈉15 g/L，亞硫酸鈉35 g/L，120℃，可得到黃色、黃褐色、藍(lán)色和青色膜層。
2.3環(huán)保型化學(xué)著色法
酸性化學(xué)著色法和堿性化學(xué)著色法都會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，特別是酸性化學(xué)著色法，含有濃度很高的六價(jià)鉻，對(duì)操作工人和環(huán)境有很大的危害。近些年，許多研究者對(duì)環(huán)保型化學(xué)著色法進(jìn)行了研究。張述林等研究了以硫酸亞鐵銨、檸檬酸三鈉和硼酸為主要組分的低溫、無(wú)鉻環(huán)保配方，得到了藍(lán)色、黃色和紫色膜層，并研究了著色膜的耐蝕性能。電化學(xué)著色法是一種環(huán)保型的著色方法，但是電化學(xué)著色法只能應(yīng)用于外形較簡(jiǎn)單的不銹鋼件，對(duì)于形狀復(fù)
雜的不銹鋼件，電力線容易分布不均勻，從而使不銹鋼表面顏色不均勻。所以電化學(xué)著色法在工業(yè)上還不能被廣泛應(yīng)用。
3 結(jié)論
對(duì)于不銹鋼化學(xué)著色，除了探索更多的添加劑或是幾種添加劑復(fù)配來(lái)降低著色溫度、縮短著色時(shí)間、穩(wěn)定著色電位外，更關(guān)鍵的是要開(kāi)發(fā)出安全、環(huán)保的著色工藝。環(huán)保型化學(xué)著色法必將成為不銹鋼化學(xué)著色發(fā)展的方向。
