用了６个小时找到的＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿不锈钢化学着色彩色技术与工艺流程

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不锈钢化学着色彩色技术与工艺流程


摘要：本文综述彩色不锈钢的兴起，在国内的发展，因科化学着色法及其影响因素，国内研制的不锈钢化学着色工艺，彩色不锈钢化学着色工艺流程。

关键词：彩色不锈钢 化学着彩色


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，有些色彩甚至可超过。

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）

1
蓝
80
450~480

2
金黄
110
580~600

3
玫瑰红
140
650~750

4
墨绿
190
500~560

5
柠檬黄
240
560~580

6
玫瑰红
260
650~750



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，见图2。



图1 不锈钢着色装置示意图

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。



图2 不锈钢着色的电位—时间曲线

各种颜色的着色电位差Δψ如下：

蓝色 Δψ=8mv,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，见图3。

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。



图3 不锈钢着色过程微机控制设备系统图

1—染色液；2—P1参比电极；3—不锈钢试样；

4—数字毫伏计；5—微型计算机；6—数模转换器；7—模拟记录器

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。

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(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。

b.活化 凡是能使不锈钢基体表面活化的因素，均可加速着色过程，一切自然形成的肉眼不可见的氧化膜是着色的大敌，是着色成败的隐患，在着色前应该去除。为了消除不锈钢表面钝化膜，获得新鲜表面，活化程度应恰当，以出现小气泡后10～15s为宜，若活化不足，着色的起色电位时间延长，活化过度，表面发生过腐蚀，使着色膜变得暗淡无光。活化用强酸腐蚀方法会造成表面腐蚀活化，影响着色后色泽鲜艳性。用下面两种方法处理，能得到较好的结果。

电解活化：磷酸（H3PO4）10%，不锈钢的阳极电流密度1A/dm2，室温，时间3～5分，阴极铅板。

化学活化：硫酸（H2SO4）10%（体积）、盐酸（HCl37%）10%（体积），余为水，室温，时间5～10分。

(4)着色液浓度对着色的影响 着色液浓度对电位一时间关系的影响见图4



图4 着色液浓度对电位一时间关系的影响

a—正常的着色液浓度；b—减小H2SO4

a.为正常着色浓度。

b．当铬酐浓度不变（CrO3250g/L），减少硫酸浓度（H2SO4<490g/L），曲线右移，起色电位推迟，彩色膜色差较明显。

c.当硫酸浓度不变（H2SO4490g/L）增大铬酐浓度（CrO3>250g/L），曲线左移，缩短到达所需颜色的时间，使化学着色颜色变得难以控制，在获得深色彩时，色泽不够光亮。

(5)着色液温度对化学着色的影响 随着着色液温度的升高，离子的扩散速度加快，从而加速着色的形成。温度过高如在90℃以上，会使水分蒸发，改变着色液成分。温度过低，在70℃以下，会明显降低着色膜形成速度。

(6)着色液均匀性的影响 着色液成分和温度的不均匀是由于随着着色的进行而造成着色液温度和成分的变化。因此必须加强搅拌，及时调整补充着色液成分。着色液温度的波动，着色液浓度的变化，着色时间的长短，所有这些不均匀性，都对着色色彩有影响，这就是国内在不锈钢着色普遍存在的待解难题，也是因科工艺专利中对外绝对保密的关键。

（7）后处理对着色膜的影响 后处理是在不锈钢着色后填充氧化膜空隙，加固氧化膜以提高膜的耐磨性、耐蚀性的耐污性。

后处理方法有：热水封闭、水玻璃封闭，对表面颜色影响不大。而电解法，固膜处理效果最好，但会改变表面颜色。后处理对着色膜耐蚀性影响见图5，在0.2mol/L盐酸溶液中，测定下列4种试样的腐蚀电位， 评定其耐蚀性。



图5 后处理对不锈钢腐蚀电位的影响

试样1 仅进行机械抛光而未着色，电位最低，腐蚀最严重

试样2 着巧克力色，但未后处理

试样3 着巧克力色，化学封闭，腐蚀电位高于试样2，腐蚀程度比试样2小

试样4 着巧克力色，电解固膜处理，腐蚀电位高于试样3，具有最佳耐蚀性。其表面形成尖晶石结构的铬氧化物，填充了多孔的着色膜，使氧化膜变得致密、增厚和硬化。

6 国内自主研制的不锈钢化学着色工艺

近年来，经过国内科技人员研究，彩色不锈钢着色技术方面取得不少可喜成就，当然有些还处于实验阶段，离生产还有很多工作要做。国内的研究成果，主要是在因科着色液的基础上，加入添加剂，以降低着色温度，或降低硫酸用量，或同时降低铬酐和硫酸含量，以便获得比较容易控制彩色着色膜，他们的成果列于表2中，配方成分中有些代号，读者如需要进一步了解，请根据文献资料来源与研究者联系。

7 彩色不锈钢化学着色工艺流程

1)单色着色工艺流程

(1)典型工艺流程。不锈钢制品→机械抛光→清洗→碱性除油①→清洗→电解抛光②→清洗→活化③→清洗→化学着色→着色膜固化处理④→清洗→封闭⑤→清洗→干燥→成品。

(2)不锈钢表面粗糙度Ra≤1.6μm，进行两次抛光的工艺流程。不锈钢制品→电化学除油⑥→清洗→电化学初抛光⑦→电化学精抛光⑧（表面粗糙度Ra0.05～0.2μm）→清洗→活化⑨→清洗→化学着色→固膜处理④→清洗→封闭→清洗→干燥→成品。

(3)不锈钢表面只进行化学抛光的工艺流程。不锈钢制品→有机溶剂去油（汽油洗擦）→晾干→碱性去油①→热水洗→冷水洗→化学抛光⑩→清洗→活化→清洗→化学着色→清洗→固膜处理④→清洗→封闭⑤→清洗→干燥→成品。

(4)不锈钢表面不进行抛光的工艺流程。不锈钢制品→有机溶剂去油（汽油洗）→晾干→电解去油11→清洗→化学着色→清洗→固膜处理④→清洗→干燥。

表2 不锈钢化学着彩色溶液配方及工艺条件



续表2 不锈钢化学着彩色溶液配方及工艺条件



(5)经过机械加工的不锈钢制品的工艺流程。不锈钢制品→固溶热处理→下同其他流程。


注：以上部分工艺环节的说明如下。

①碱性除油。氢氧化钠(NaOH)70～90g/L，碳酸钠(Na2CO3)10～20g/L，磷酸三钠（Na3PO4·10H2O）20～40g/L，十二烷基硫酸钠(或其他表面活性剂)1～2g/L，温度60～80℃，时间10～20min，直至油除尽。

②电化学抛光。磷酸(H3PO4)，(d=1.65)580～620ml/L，硫酸(H2SO4)(d=1.84) 280～320ml/L，铬酐（CrO3）40～60g/L，甘油20～40ml/L，阳极电流密度(DA)10～30A/dm2，温度50～60℃，时间4～5min。

③活化。盐酸（HCI）或硫酸（H2SO4）3%～8%，室温，时间1～3s。

④固膜处理。详见表3。

表3 电解固膜溶液成分和工艺条件



⑤封闭。详见表4

表4 封闭溶液成分及工艺条件



⑥电化学除油。氢氧化钠(NaOH)10～20g/L，碳酸钠(Na2CO3)20～40g/L，磷酸三钠(Na3PO4·10H2O)10～30g/L，温度60～80℃,阳极电流密度(DA)5～15A/dm2，时间1～3min。

⑦电化学初抛光。磷酸(H3PO4 )(d=1.65)60%～67%，硫酸(H2SO4)(d=1.6-1.7)15%～20%，温度60～75℃，阳极电流密度30～50A/dm2，时间5～10min，阴极材料铅一锑合金。

⑧电化学精抛光。磷酸(H3PO4)(d=1.65) 500ml/L，硫酸(H2SO4)(d=1.84)300ml/L，铬酐(CrO3)10～50g/L，温度60～80℃，阳极电流密度40～70A/dm2，时间1～8min，阴极材料铅—锑合金。

⑨活化

(a)磷酸(H3PO4)50～70ml/L，时间5～10min。

(b)磷酸(H3PO4)10%，阳极电流密度1A/dm2；温度室温，时间3～5min，阴极铅板。

(c)硫酸(H2SO4)(d=1.84)166ml/l，温度40～50℃，时间2～3min。

(d)硫酸(H2SO4)(d=1.84)30%（wt），温度50～60℃，时间3～5min。

⑩化学抛光。磷酸(H3PO4)(d=1.65)150ml/L，硝酸(HNO3)(d=1.5)50ml/L，盐酸(HCl)(d=1.17) 50ml/L，聚乙二醇(M=6000) 50g/L，磺基水杨酸5g/L，异烟酸5g/L，温度80～90℃，时间3～5min。

11电化学除油。氢氧化钠(NaOH)75g/L，磷酸三钠(NaPO4·10H2O)10g/L，碳酸钠(Na2CO3) 15g/L，温度80～90℃，电压6V，阴极电流密度7～10A/dm2。

12固溶处理。温度105℃，时间15min。

2）花纹色膜工艺流程

花纹单色色膜工艺流程：

(1)花纹模板。用0.2mm厚铁皮冲制成所需花纹模板。用此模板套在已着色的不锈钢上。

(2)已着色并套上模板的不锈钢→喷胶→烘烤→褪色→去胶→漂洗→膜固化→清洗→烘干→成品。

花纹双色色膜工艺流程：

已着色并套上模板的不锈钢→喷胶→烘烤→第二次着色→去胶→漂洗→膜固化→清洗→烘干→成品。

3）印刷法制成图案的工艺流程

该类工艺可将不锈钢制成具有色彩鲜艳、长期不褪色的具有很好艺术价值的艺术品。工艺流程为：全面着色处理→用印刷法往相应花样部位涂以耐蚀涂料(用丝网络印或模板掩蔽)→酸处理使未涂耐蚀涂层的部位脱色→留下印刷花样→消除耐蚀涂层→艺术图案浮现在不锈钢表面上。

采用照相印刷术，可生产颜色深浅有明显对比度的立体感图样。用蚀刻技术与研磨技术相互配合的工艺，可制成与花纹相适应的多种不同加工程度的表面，再把这样处理后的工件进行着色处理。由于表面预先加工程度不同，表面着色膜形成速度产生相应的差别。因此，能够经过一次着色处理而同时获得多种不同色彩配合。若进一步将部分脱色，再反复着色，可获得更加复杂的多色彩配合的艺术图样。利用蚀刻技术预先处理表面，能获得富有立体感的彩色不锈钢图画。

多色套印工艺流程：不锈钢制品→清洗→化学除油→清洗→电化学抛光→清洗→活化→干燥→第一次套印涂料①→干燥→第一次着色→清洗→除去涂料→第二次套印涂料→干燥→第二次着色→……全部去除涂料→清洗→固膜处理→清洗→封闭→清洗→干燥。

注：①套印涂料。用KR防着色涂料，配方是树脂A330g/L，溶剂余量。KR防着色涂料具有耐强酸、耐强氧化剂，耐高温，黏度小，干燥快，易溶于溶剂，不起泡、不渗液，操作方便，可实现自动套印等优点。

4）连续多色着色法工艺流程

该类工艺适用于制作一两个一种多彩色不锈钢图案的产品。不必预制适用于批量制作套印的模板。

预先将图样上的各种颜色按着色时间顺序排序，先将不着色部位涂上涂料→干燥→第一次着色，控制着色电位差，当着色至图样中时间最短的颜色（如褐色）时停止着色→取出清洗→干燥→对照图样中褐色部位上涂料→干燥→第二次着色，将未覆盖部位的褐色继续着色至第二种颜色(如金黄色)停止→取出清洗→干燥→对照图样将对应于图样中的金黄色部位用涂料覆盖起来→干燥→第三次着色，将未覆盖部位的金黄色继续着色至蓝色……→清洗→脱去涂料→干燥→得到具有白色、褐色、金黄色、蓝色……等多色彩组成的不锈钢彩色图样成品。

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这回不是月经贴了吧！！！！！！！！！！！！！

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wolfy_loner

晕，以前我发很多人都说对这个没兴趣~~

６个小时？咋花这么长时间？

lit

尊重你的劳动，看完了

大理人

没细看，是不是阳极氧化后着色，再封膜？

wf007

哪位有条件的大侠先试验下?

yuchi

收了，谢谢楼主。

wj

LZ辛苦了，学习下

xxg

好贴!谢谢!LZ辛苦了!

高脚杯

不辛苦,只要大家喜欢就好!!!!

刀痴GG

先收下，以后可能用上。

客舟听雨

先下了,慢慢研究

syh

挺难懂。。。。。。。。。。。。。。。。。

fbfz

有没有简易点的方法呀！ＮＮＤ！　
建议加精／／