影響不銹鋼因科著色法的因素主要有以下幾點:
1. 材料成分與著色關系
著色用不銹鋼基體化學成分是含鉻13%~18%,含鎳約12%,含鐵>50%,含錳約10%,含碳約0.12%,含硅約2%。常用不銹鋼中18-8型奧氏體不銹鋼是最適合的著色材料,能得到令人滿意的彩色外觀。因其在著色溶液中較耐腐蝕,故可得到鮮艷的色彩。鐵素體不銹鋼由于在著色溶液中增加了腐蝕傾向,得到的色彩不如奧氏體不銹鋼鮮艷、光彩奪目。低鉻高碳馬氏體不銹鋼由于其耐蝕性更差,只能得到灰暗的或黑色的表面。當鐵合金中鉻含量達到12.5%(原子)時,其電位由原來的-0.56V躍變?yōu)?.20V,當含量高達25%(原子)時,電位還會有新的躍變,因此,不銹鋼的含鉻量最少是13%,如Cr13不銹鋼。
2. 材料加工狀態(tài)與著色關系
當不銹鋼經(jīng)過冷加工變形后(如彎曲、拉拔深沖、冷軋等),表面晶格的完整性發(fā)生破壞,使形成的著色膜不均勻,色澤紊亂,冷加工后的耐蝕性也下降,形成的著色膜失去原有光澤。但這些可以通過一定溫度的退火處理,可恢復原來的顯微組織,仍能得到良好的彩色膜。
3. 前處理對著色的影響
①. 拋光
可用機械拋光、化學拋光或電化學拋光,要求表面光潔度一致,避免造成色差,最好達到鏡面光亮,可得最鮮艷均勻的色彩。不銹鋼機械拋光后立即進行著色處理,若拋光后在空氣中放置一段時間,外表面會形成一層氧化膜,與著色膜的結構不同,其厚度在1.0~10.0nm之間,有一定的耐蝕性,在著色液中不易除去,因而影響新的著色膜的形成,使著色時間延長,使著色后形成的色澤變深變暗。電化學拋光也能使不銹鋼表面形成鈍化膜,如不除去鈍化膜,能使著色速率變慢,但電拋光形成均勻平整的表面,使色澤光亮,均勻性改善。
②. 活化
凡是能使不銹鋼基體表面活化的因素,均可加速著色過程。一切自然形成的肉眼不可見的氧化膜,是著色的大敵,是著色成敗的隱患,在著色前應該去除。為了消除不銹鋼表面的鈍化膜,獲得新鮮表面,活化程度應恰當,以出現(xiàn)小氣泡后10~15秒為宜。若活化不足,著色的起色電位時間延長,并出現(xiàn)顏色不容易控制,若活化過度,表面發(fā)生過浸蝕,使著色膜變得暗淡無光?;罨脧娝岣g的方法會造成表面腐蝕活化,影響著色后色澤的鮮艷性。用下面兩種方法處理,能得到較好的結果。
電解活化:a.磷酸(H3PO4)10%,陽極電流密度1A/d㎡2,溫度室溫,時間3~5min,陰極鉛板;b.硫酸(H2SO4)10%,陽極電流密度5A/d㎡, 溫度 室溫,時間5min,陰極鉛板。
化學活化:硫酸(H2SO4)10%(體積分數(shù)),鹽酸(HC1)10%(體積分數(shù)),余為水,溫度室溫,時間5~10min.出現(xiàn)小氣泡10~15秒。
③. 前處理對著色的影響,見表8-8。
從表8-8可知,不銹鋼著色工藝中前處理影響著色速率、表面顏色的均勻性。電拋光配合陽極處理的方法可得到滿意的膜層。
4. 著色液濃度對著色的影響
著色液濃度對電位-時間關系的影響見圖8-11。
①. 為正常的著色液濃度。
②. 當鉻酐濃度不變(CrO3 250g/L),減少硫酸濃度(H2SO4<490g/L),曲線右移,起色電位推遲,所需顏色的時間推遲,彩色膜的色差較明顯。
③. 當硫酸濃度不變(H2SO4 490g/L),增大鉻酐濃度(CrO3>250g/L),電極電位-時間曲線左移。由于鉻酐濃度增加,加速彩色膜的形成,縮短到達所需顏色的時間。但若鉻酐濃度過高,會使化學著色的顏色變得難以控制,在獲得深色彩時,色澤不夠光亮。
5. 著色液溫度對化學著色的影響
隨著著色液溫度的升高,離子的擴散速率加快,從而加速著色的形成。但著色液溫度過高,如在90℃以上,會使溶液中的水分蒸發(fā),改變著色液的成分。著色液溫度過低,如在70℃以下,會明顯降低著色膜的形成速率。見圖8-12,當著色液溫度為(60±5)℃,著色起色點推遲,使著色膜的色彩不均勻。
6. 著色液均勻性的影響
各種不銹鋼的電化學性能不一致、著色液溫度的波動、著色液濃度的變化、著色時間的長短不一,所有這些不均勻性,都對著色色彩有影響。特別是溫度和時間,稍有變化,色彩隨之變化,這就是國內在不銹鋼著色普遍存在的待解難題,也是因科工藝專利中對外絕對保密的關鍵。著色液的成分和溫度的不均勻是隨著著色的進行而造成著色液溫度和成分的變化。必須加強攪拌,及時調整補充著色液成分。攪拌使著色膜的色彩明顯優(yōu)于不攪拌的著色膜。
7. 添加劑對看色的影響
①. 氯化鈉(NaCl): 氯化鈉可明顯提高著色速率,可縮短5~10min,但著色過程中會發(fā)生強烈的刺激性氯氣味。
②. 碳酸錳(MnCO3): 可使著色速率加快,著巧克力色和金黃色的時間可縮短5~8min,且無刺激性氣味。
③. 鉬酸銨: 加入硬化處理液可明顯提高著色層的光亮度。
8. 后處理對著色膜的影響
后處理是在不銹鋼著色后填充氧化膜空隙,加固氧化膜以提高膜的耐磨性、耐蝕性和耐污性。
后處理方法有熱水封閉、化學封閉、電解固膜處理、水玻璃封閉等方法。熱水封閉、化學封閉和水玻璃封閉對表面顏色的影響不大,電解固膜處理會改變表面顏色。
后處理對著色表面耐蝕性的影響見圖8-13。在0.2mol/L鹽酸溶液中,測定下列4種試樣的腐蝕電位,以評定其耐蝕性。
試樣1僅進行機械拋光不著色。
試樣2著巧克力色,但未后處理。
試樣3著巧克力色,化學封閉。
試樣4著巧克力色,再電解固膜處理。
由圖8-13可見,試樣1的電位最低,腐蝕最嚴重。試樣3的腐蝕電位高于試樣2,試樣4的腐蝕電位高于試樣3。試樣4著色膜經(jīng)電解固膜后,具有最佳的耐蝕性,其表面形成尖晶石結構的鉻氧化物,填充了多孔的著色膜,使氧化膜變得致密、增厚和硬化。
9. 國內對因科工藝研究的進展
上海鋼鐵研究所孫奇、顧小青在實驗室的基礎上,參考日本專利,結合工作經(jīng)驗,用實驗室常規(guī)儀器來精確地控制色彩,取得色彩重現(xiàn)性好、色彩基本無差異、成材率達到99.5%的可喜成就,為不銹鋼的研究打下基礎。其實例如下。
①. 熱軋 415mm 304不銹鋼管材,經(jīng)固溶熱處理105℃×15min,酸洗,機械拋光后在70~75℃溫度下,14~22min得到光亮度好、均勻性一致、重現(xiàn)性好的藍色、金黃色、紅色和綠色的彩鋼管。
②. 熱軋 2mm板材 75mm×180mm 1Cr18Ni9 不銹鋼,經(jīng)研磨,機械拋光后在70~75℃,在12~25min時間內獲得光亮度好、均勻度一致或較致、重現(xiàn)性好的藍、金、綠、紅等色。
③冷軋鋼板,尺寸(110~220mm)×0.4mm 1Cr18Ni9 不銹鋼在76℃時,獲得光亮度較好,均勻度一致,重現(xiàn)性好的灰、藍、金黃、紅、綠諸色。