不锈钢化学着色彩色技术与工艺流程

不锈钢化学着色彩色技术与工艺流程

1彩色不锈钢的兴起

经过着彩色的不锈钢，由于更具有美感，且其使用、观赏价值比较高，因而受到人们的普遍欢迎。彩色不锈钢除有美丽的外观，作为装饰外，还可以提高不锈钢的耐磨性和耐蚀性，因此，不锈钢着彩色技术开发了表面处理又一新领域。彩色不锈钢可广泛应用于建筑装璜、厨房用具、家用电器、仪器仪表、汽车工业、化工设备、标牌印刷、艺术品及宇航军工等行业。

2彩色不锈钢技术在国内的发展

近20年来对不锈钢着色工艺有不少单位的人进行了研究，取得了不少实验成果。但是，不锈钢着色的色彩重现性不好，是国内研究工作中存在的难题，虽然已经取得初步成果，该项工作尚需深入实际大规模生产加以解决。上海钢铁研究所对因科（In—co）工艺在实验室基础上进行了大量的探索，掌握了较全面的各类数据，解决色彩重现差的难题，成功地研制出多种规则的单一色彩的蓝色、金黄、红色、绿色、黑色等板材、管材、表壳等彩色不锈钢材。其色彩可与进口日本国新日铁公司的彩色不锈钢材相比美。

3彩色不锈钢着色原理

(1)不锈钢在化学着色液中经过表面氧化着色处理后，显示出各种色彩，并非形成有色的表面覆盖层，而是由于光的干涉所致。

(2)膜层厚度与显示色彩的关系当不锈钢表面氧化膜的折射率n一定时，干渉色主要决定于氧化膜的厚度h和自然岂入射角度i。当垂直观看时，膜的厚度n与颜色的关系见表1。

表1膜厚h与颜色的关系

序号颜色膜厚h（nm）波长λ（nm）1234蓝80450~480

xx110580~600

玫瑰红140650~750

xx190500~560

5柠檬黄240560~580

6玫瑰红260650~750

实验证明，在有效着色范围内，膜层厚度随着着色进程进行而持续增长，最初薄氧化膜显示蓝色、棕色，进而膜为中等厚度显示金黄色、红色、后来膜为厚膜则显示绿色，共4种主色，加上中间色彩共约十几种色。

(3)表面氧化膜的成分改变的影响表面氧化膜的成分改变，就会改变氧化膜的折射率n的大小，即使表面厚度相同，干涉色的色彩也会发生变化。

4、不锈钢因科化学着色法

1972年英国国际镍公司欧洲研究和发展中心提出因科（Inco）工艺法。该工艺是将抛光后的不锈钢浸入80~90℃的铬酸—硫酸混合液中，随着时间的延长，表面生成不同厚度的氧化膜，由于光的干涉而产生不同的颜色。当溶液的组成和温度在工作过程中不可避免的稍有变化时，就不能得到重现性好的颜色。为了克服这个问题，因科公司在伊万斯（Evans）的研究基础上采用控制电位差法，从此彩色不锈钢着色工艺走上了工业化的发展道路。目前因科技术专利已为英国、美国、德国、意大利、法国和澳大利亚等国家的十多家公司所采用，形成了规模生产。由于解决了一系列难题，终于使所获的彩色不锈钢具有色彩鲜艳，耐紫外线照射、耐磨、耐腐蚀和加工性能良好等突出优点。使得彩色不锈钢在1976年以后得到了真正的发展。在国外彩色不锈钢已成为有广泛实际应用的材料。一些国家的公司纷纷设基地投入生产，掌握因科工艺的生产商以最大的商业潜力建立起一整套的不锈钢表面挂饰、花样和色彩的应用。1980年英国克宁公司年产彩色不锈钢10万平方米，日本达到17万平方米（合1000t）处于彩色不锈钢生产领先地位。

(1)因科法化学着色溶液组成和工艺条件

溶液成分：

硫酸（h2SO4,d=1.84）490g/L

铬酸（CrO3）250g/L

着色液温度70~90℃

时间随着浸渍时间的不同，产生的颜色顺序是：

青铜色、蓝色、金黄色、红色和绿色。

着色的控制方法有下列两种

(2)时间控制着色法将不锈钢浸在着色液中浸渍一定时间后，就能得到一定的颜色。如温度70℃时，着色15min可得蓝色，18min可得金黄色，20~22min 可得紫色或绿色。这种根据时间控制的方法不能得到重复的颜色。这是因为着色溶液的温度稍微有些变化，控制不会很准确，而化学着色液的化学组成由于水分蒸发也可能有变化，这两个因素都能影响获得颜色的重现性。

(3)电位控制着色法当不锈钢和铂电极同浸在着色液中，见图1不锈钢着色装置示意图，在不锈钢上连接电位记录仪，在铂电极上连上电位修正仪，在两者之间联上导线，由于不锈钢和铂电极电位不同，产生了电位差，随着不锈钢的着色过程化学反应，氧化膜的厚度逐渐增长，电位随着发生变化。在着色整个过程中，即测得着色电位一时间曲线。

电位—时间曲线上的B点表示不锈钢的电位达到最负点。B点称为起色电位。起色是指不锈钢表面开始出现黑色斑痕，说明已形成一层引起光干涉的氧化膜，开始向有色方向变化。从B点起色电位起，随着时间的延长，不锈钢电位逐渐下降到C点，C点称为着色电位。B—C=Δψ，称为着色电位差。

各种颜色的着色电位差Δψ如下：

蓝色Δψ=8~11mv,膜厚0.09μm

黄色Δψ=13.5~16mv,膜厚0.15μm

红色Δψ=17.8~18.5mv,膜厚0.18μm

绿色Δψ=20.8~21.6mv,膜厚0.22μm

某一电位差出现一定的颜色，此关系不随着色液的温度和溶液组成的变化而变化，这是可用控制电位差法进行着色的原因，此控制时间的重现性好，用着色电位差控制颜色的重现性是国际镍公司因科法的专利。

(4)不锈钢着色过程微机控制设备各种颜色相邻的电位差距很小，只有几毫伏，需用精密电压表（如TH—V数字电压表）才能分辨。这就给实际操作带来很大的不便，这要求仪器设备有很高精度和抗干扰性，否则仪器本身的误差就会导致控制出错。如果大批量生产，更要考虑采用微机自动控制。采用电子计算机自动控制，当达到某一电位差时，符合一定的颜色要求，即时发出指令，启动升降机，取出已着色的不锈钢。

目前我国与先进国家相比，主要差距是着色的电子监测设备。国外已将这种设备用于工业生产，可以得到重复的颜色，而国内尚未见报导使用，所以研制着色用电子监测设备是当务之急。

5、影响因科法着色的因素

(1)材料成分与着色关系常用不锈钢中，18—8型奥氏体不锈钢是最适合的着色材料，能得到令人满意的彩色外观。因其在着色液中较耐腐蚀，故可得到鲜艳的色彩。铁素体不锈钢不含镍，在着色液中增加了腐蚀倾向，得到的色彩不如奥氏体不锈钢鲜艳光彩夺目。低铬马氏体不锈钢由于其耐蚀性更差，只能得到灰暗的或黑色的表面膜。

(2)材料加工状态与着色关系当不锈钢经过冷加工变形后，晶格完整性发生破坏，使形成的着色膜不均匀，色泽紊乱，耐蚀性也下降，失去原有光泽。但可通过退火处理，恢复原来的显微组织，仍然得到良好的彩色膜。

(3)前处理对着色的影响

a.抛光要求表面光洁度一致，避免色差造成，最好达到镜面光亮，可得最鲜艳均匀的色彩。机械抛光后应即进行着色处理，若抛光后在空气中放置一段时间，表面会形成一层厚度1～10nm的氧化膜，与着色膜结构不同，在着色液中不易除去，影响新的着色膜形成，使着色时间延长，形成的色泽变深变暗。电化学抛光也能使不锈钢表面形成钝化膜，如不除去钝化膜，能使着色速率变慢，但电抛光能形成均匀平整表面，使色泽光亮，均匀性改善。