不鏽鋼化學著色

本文綜述彩色不鏽鋼的興起,在國內的發展,因科化學著色法及其影響因素,國內研製的不鏽鋼化學著色工藝,彩色不鏽鋼化學著色工藝流程。

關鍵字:彩色不鏽鋼化學著彩色。

彩色不鏽鋼的興起

經過著彩色的不鏽鋼,由於更具有美感,且其使用、觀賞價值比較高,因而受到人們的普遍歡迎。彩色不鏽鋼除有美麗的外觀,作為裝飾外,還可以提高不鏽鋼的耐磨性和耐蝕性,因此,不鏽鋼著彩色技術開發了表面處理又一新領域。彩色不鏽鋼可廣泛套用於建築裝璜、廚房用具、家用電器、儀器儀表、汽車工業、化工設備、標牌印刷、藝術品及宇航軍工等行業。

彩色不鏽鋼技術在國內的發展

近20年來對不鏽鋼著色工藝有不少單位的人進行了研究,取得了不少實驗成果。但是,不鏽鋼著色的色彩重現性不好,是國內研究工作中存在的難題,雖然已經取得初步成果,該項工作尚需深入實際大規模生產加以解決。上海鋼鐵研究所對因科(In—co)工藝在實驗室基礎上進行了大量的探索,掌握了較全面的各類數據,解決色彩重現差的難題,成功地研製出多種規則的單一色彩的藍色、金黃、紅色、綠色、黑色等板材、管材、表殼等彩色不鏽鋼材。其色彩可與進口日本國新日鐵公司的彩色不鏽鋼材相比美,有些色彩甚至可超過。

彩色不鏽鋼著色原理

(1)不鏽鋼在化學著色液中經過表面氧化著色處理後,顯示出各種色彩,並非形成有色的表面覆蓋層,而是由於光的干涉所致。
(2)膜層厚度與顯示色彩的關係 當不鏽鋼表面氧化膜的折射率n一定時,乾渉色主要決定於氧化膜的厚度h和自然豈入射角度i。當垂直觀看時,膜的厚度n與顏色的關係
膜厚h與顏色的關係
序號
顏色
膜厚h(nm)
波長λ(nm)
1

80
450~480
2
金黃
110
580~600
3
玫瑰紅
140
650~750
4
墨綠
190
500~560
5
檸檬黃
240
560~580
6
玫瑰紅
260
650~750
實驗證明,在有效著色範圍內,膜層厚度隨著著色進程進行而持續增長,最初薄氧化膜顯示藍色、棕色,進而膜為中等厚度顯示金黃色、紅色、後來膜為厚膜則顯示綠色,共4種主色,加上中間色彩共約十幾種色。
(3)表面氧化膜的成分改變的影響表面氧化膜的成分改變,就會改變氧化膜的折射率n的大小,即使表面厚度相同,干涉色的色彩也會發生變化。

不鏽鋼因科化學著色法

1972年英國國際鎳公司歐洲研究和發展中心提出因科(Inco)工藝法。該工藝是將拋光後的不鏽鋼浸入80~90℃的鉻酸—硫酸混合液中,隨著時間的延長,表面生成不同厚度的氧化膜,由於光的干涉而產生不同的顏色。當溶液的組成和溫度在工作過程中不可避免的稍有變化時,就不能得到重現性好的顏色。為了克服這個問題,因科公司在伊萬斯(Evans)的研究基礎上採用控制電位差法,從此彩色不鏽鋼著色工藝走上了工業化的發展道路。目前因科技術專利已為英國、美國、德國、義大利、法國和澳大利亞等國家的十多家公司所採用,形成了規模生產。由於解決了一系列難題,終於使所獲的彩色不鏽鋼具有色彩鮮艷,耐紫外線照射、耐磨、耐腐蝕和加工性能良好等突出優點。使得彩色不鏽鋼在1976年以後得到了真正的發展。在國外彩色不鏽鋼已成為有廣泛實際套用的材料。一些國家的公司紛紛設基地投入生產,掌握因科工藝的生產商以最大的商業潛力建立起一整套的不鏽鋼表面掛飾、花樣和色彩的套用。1980年英國克寧公司年產彩色不鏽鋼10萬平方米,日本達到17萬平方米(合1000t)處於彩色不鏽鋼生產領先地位。

因科法化學著色溶液組成和工藝條件

溶液成分:硫酸(h2SO4,d=1.84)490g/L
鉻酸(CrO3) 250g/L
著色液溫度 70~90℃
時間 隨著浸漬時間的不同,產生的顏色順序是:青銅色、藍色、金黃色、紅色和綠色。

時間控制著色法

將不鏽鋼浸在著色液中浸漬一定時間後,就能得到一定的顏色。如溫度70℃時,著色15min可得藍色,18min可得金黃色,20~22min可得紫色或綠色。這種根據時間控制的方法不能得到重複的顏色。這是因為著色溶液的溫度稍微有些變化,控制不會很準確,而化學著色液的化學組成由於水分蒸發也可能有變化,這兩個因素都能影響獲得顏色的重現性。

(3)電位控制著色法

當不鏽鋼和鉑電極同浸在著色液中,見圖1不鏽鋼著色裝置示意圖,在不鏽鋼上連線電位記錄儀,在鉑電極上連上電位修正儀,在兩者之間聯上導線,由於不鏽鋼和鉑電極電位不同,產生了電位差,隨著不鏽鋼的著色過程化學反應,氧化膜的厚度逐漸增長,電位隨著發生變化。在著色整個過程中,即測得著色電位一時間曲線,

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