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彩色不锈钢与氧化着色

信息来源:paintkey.com  时间:2009-07-03  浏览次数:183

  摘要:通过化学或电化学手段与技术促使不锈钢表面发生氧化生成的钝化膜,不仅能够保护金属免受腐蚀,还能产生光干涉效应,使不锈钢不再是单一的银白色,而是呈现红橙黄绿蓝靛紫等不同的颜色,扩展了不锈钢的应用范围。
  关键词:彩色不锈钢氧化着色
  随着社会的发展,钢铁材料在工业、建筑、装饰、家居生活中扮演着越来越重要的角色。伴随钢铁的使用,钢铁的腐蚀也是一个困扰人们的问题,迫使人们不断寻找保护金属的方法。
  无论用哪种方法来保护金属免受腐蚀,都不如改变金属材料的组成和结构来得经济和有效。不锈钢就是人们在对金属防护的探索中应运而生的产物。由于不锈钢不怕酸、碱腐蚀,永远闪烁着银白色的光芒,越来越受到人们的青睐。从20世纪初至今不足100年的时间里,不锈钢生产技术逐渐成熟,产量大幅度增加,适应不同需要的品种也越来越多,在化工、医疗、建筑、装饰、食品机械、艺术品、家用电器、日常生活各个方面得到了广泛的应用。
  1 不锈钢
  不锈钢就是在钢铁冶炼时加入铬、镍、钼、钛等元素制成的铁合金。
  钢铁中单纯加入镍元素,并不能起到不锈效果,它必须与铬元素同时存在。镍元素的作用在于使高铬钢组织发生变化,促使含碳量较低的钢能够形成奥氏体结构,所以能改善不锈钢的耐蚀性及工艺性能[4]。由于镍元素资源相对匮乏,也可以用锰元素来替代镍。
  2 彩色不锈钢
不锈钢耐蚀性虽然很好,但色彩毕竟过于单调。无论镜面不锈钢还是磨砂亚光不锈钢,都是一片银白,给人以千篇一律冷冰冰的感觉,使人产生审美疲劳。彩色不锈钢进入工业化生产和广泛应用阶段虽然只有短短的20多年,但它的出现,满足了现代社会人们对色彩多样化的要求。  
彩色不锈钢,既不是通过在钢铁上喷刷油漆或喷塑来获得色彩,也不是像彩铝一样通过染料染色来获得色彩。彩色不锈钢本身是无色的,色彩的获得是由于表面有一层无色透明的致密的氧化物薄膜,当光线照射到薄膜上时,其反射光与通过薄膜的折射光发生光的干涉现象的结果(如图1)。
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  这个现象与水面油膜的七彩效应的道理是一样的。彩色不锈钢表面呈现什么颜色取决于表面氧化膜的化学成分、组织结构、光洁度、膜的厚度以及入射光线等。其中起决定作用的是膜的厚度。氧化膜的厚度一般在200400nm。氧化膜较薄,呈现蓝色或棕色;中等厚度的氧化膜,呈现金黄色或红色;较厚的氧化膜,呈现绿色甚至是黑色。
彩色不锈钢的出现,大大增强了不锈钢的应用范围。比如美国德克萨斯州休斯敦市一幢21层的大楼,用彩色不锈钢装饰外墙和窗框,由于阳光的照射角度不同,呈现出五彩斑斓的颜色。太阳在一天之中升起又落下,更使得整幢大楼的色彩处于不断变化之中。人们观察欣赏的角度迥异,又会获得不同的色彩感受。    
3 彩色不锈钢的氧化着色
  彩色不锈钢的着色工艺一般分为氧化成膜(又称为着色处理)、电解固化、封闭处理3个阶段。
  彩色不锈钢化学着色工艺流程:
  不锈钢制品→机械抛光→清洗→碱性除油→清洗→电解抛光→清洗→活化→清洗→化学着色→着色膜固化处理→清洗→封闭→清洗→干燥→成品。
  不锈钢着黑色可以采用硫酸锰、硝酸钾、重铬酸钾、硫酸铵、硫酸等组成的溶液,温度98℃左右,515min,进行化学着黑[7]。硫酸锰起着黑剂的作用,硝酸钾、重铬酸钾起氧化剂的作用,硫酸铵在溶液中通过络合作用控制反应速度,硫酸、硼酸用来调节pH。
  3.1 氧化成膜
  氧化成膜是生产彩色不锈钢的最关键环节。是利用氧化反应,在不锈钢的表面生成氧化膜,通过控制浸渍氧化时间来调节氧化膜的厚度,以获得理想的色彩效果。
  3.2 电解固化
  着色处理后的不锈钢氧化膜比较柔软是一层不够致密的疏松结构,存在微小的孔隙,不耐磨且易剥落易被沾污。因此还需要进行硬膜处理,以提高氧化膜的耐磨性、耐蚀性和耐热性。
  经固膜处理后,颜色会有一定程度的改变。因此在着色阶段应该考虑到这一点,通过浸渍的时间来进行调整,同时尽量缩短固膜处理的时间。在固膜液中适当加入钼酸钠(Na2MoO4),可提高着色层的光亮度而且不会对颜色产生影响。
  3.3 封闭处理
  经过电解固化处理的着色膜仍然有少量孔隙存在。还需要对其进行封闭处理。一般可以采用水蒸气、水玻璃或重铬酸钾等方法对膜进行封闭。
  4 结语
  彩色不锈钢由于是在不锈钢表面形成的无色透明氧化膜对光干涉的作用,因此色泽经久耐用不会脱落。彩色不锈钢所呈现的颜色与其氧化膜的成分、结构、光洁度、膜厚度以及入射光有关,其中膜的厚度是主要因素。加上溶液的浓度、温度、时间、电流以及设备等因素的影响,因此彩色不锈钢生产过程中最大的难题是色彩的重现性较差,大规模生产和处理大面积板材有一定的困难。
  
  参考文献
  [1]A.A.巴巴科夫.不锈钢及其耐腐蚀性.殷勤译.北京:中国工业出版社,196317
  [2]陈天玉.不锈钢表面处理技术.北京:化学工业出版社,2004232
  [3]陈德和.不锈钢的性能与组织.北京:机械工业出版社,19771214
  [4]陈德和.不锈钢的性能与组织.北京:机械工业出版社,197712
  [5]李广武,赵芳,井涛.电镀与环保,200525(2)28
  [6]陈天玉.不锈钢表面处理技术.北京:化学工业出版社,2004269
  [7]陈天玉.不锈钢表面处理技术.北京:化学工业出版社,2004241
  [8]陈天玉.不锈钢表面处理技术.北京:化学工业出版社,2004275
  [9]陈天玉.不锈钢表面处理技术.北京:化学工业出版社,2004313
  [10]陈天玉.不锈钢表面处理技术.北京:化学工业出版社,2004304
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