CN101994109A - 一种不锈钢着色液、制备方法及着色方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于不锈钢表面处理领域，公开了一种不锈钢着色液，其中，该着色液包括偏钒酸钠、硫酸和钼酸铵。本发明还公开了一种不锈钢着色制备方法及不锈钢着色方法。该不锈钢着色液既环保又可以处理复杂工件且得到的工件表面的颜色均匀，着色膜层稳定性好。可以应用于各种形状的不锈钢产品的着色。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢表面处理领域，尤其涉及一种不锈钢着色液、不锈钢着色液制备方法及不锈钢着色方法。
背景技术
不锈钢具有优异的耐蚀性和耐磨性。随着人民生活水平的提高，民用产品对不锈钢制品的需求量也在扩大，并不断向装饰性方面发展，因此对不锈钢表面的色彩要求也不断提高。
目前，对不锈钢进行着色是在不锈钢表面形成彩色的最有效的方法。现在比较成熟且到工业应用的不锈钢的着色方法是INCO法。INCO法是将不锈钢工件浸入热的硫酸和铬酐的溶液中进行。INCO法着色处理使用的着色液为CrO3 240-300g/L与H2SO4 450-500g/L的混合溶液。由于INCO法具有工艺简单、成本低等优点而得到广泛的重视和应用，对于形状比较复杂的不锈钢着色时，也有很好的效果。
目前国内外对不锈钢着色工艺的研究，大多都是在INCO法的基础上进行研究的，虽然这工艺成熟、溶液配方简单、使用广泛，但由于使用大量的CrO3，会导致致癌。
现有技术公开了一种用于不锈钢电化学着色的着色液，以水为溶剂，包括：
钼酸盐 30-100g/L
硼酸 10-18g/L
硫酸锰 0.5-5g/L。
但是这种电解着色液只能处理形状比较简单的工件，否则就会由于工件表面电流密度分布不均匀(凸起部分电流密度较大，称之为高位；凹下部分电流密度较小，称之为低位)，从而导致着色后的工件表面的颜色不均匀。同时由于钼酸盐是一种多价态金属盐，在生成的着色膜中同时存在不同价态的钼元素。在遇到高温烘烤(120℃以上)由于空气的氧化作用低价态钼变成高价态钼，导致着色层会慢慢变色。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的不锈钢着色液含有致癌物质或者是处理复杂工件时在工件表面得到的颜色不均匀以及着色膜层容易变色的缺陷，从而提供一种既环保又可以处理复杂工件且得到的工件表面的颜色均匀，着色膜层稳定性好的不锈钢着色液和其制备方法。
本发明提供一种不锈钢着色液，其中，包括偏钒酸钠、硫酸和钼酸铵。
本发明还提供了一种不锈钢着色液的制备方法，该方法包括以下步骤：
a)将硫酸溶解于去离子水中，搅拌均匀并冷却至室温；
b)向硫酸的水溶液中加入偏钒酸钠，溶解，搅拌均匀得到混合溶液；
c)向混合溶液中加入钼酸铵，溶解，搅拌均匀得到着色液。
本发明要解决的另一技术问题是现有的不锈钢着色方法中所用的着色液中含有致癌物质或者是现有的着色方法处理复杂工件时在工件表面得到颜色不均匀的缺陷，从而提供一种不锈钢着色方法，该方法所用的着色液不含有致癌物质，对环境没有污染，且该着色方法可以处理复杂工件且得到的工件表面的颜色均匀。
本发明还提供了一种不锈钢化学着色方法，该方法包括将不锈钢基材放入着色液中进行着色，所述着色液为本发明所述的着色液。
本发明的不锈钢着色液不含有CrO3，克服了六价铬所造成的污染。用本发明的着色液进行着色的方法简单，成本低廉，使用多价态变价金属盐作为氧化剂，废水处理方便，对环境无害，绿色环保。本发明的着色液适用于化学着色，可以处理表面复杂的工件，并且可以使着色后的工件表面的颜色均匀。
具体实施方式
本发明提供一种不锈钢着色液，其中，包括偏钒酸钠、硫酸和钼酸铵。所述偏钒酸钠的含量为130-150g/L，所述硫酸的含量为1100-1200g/L，所述钼酸铵的含量为1-12g/L。
根据本发明提供的着色液，所述偏钒酸钠是主氧化剂，其含量在130-150g/L之间时均能获得比较理想的着色膜层。如果偏钒酸钠的含量高于150g/L时，对不锈钢表面氧化腐蚀严重，造成表面粗糙，光泽度较差；如果偏钒酸钠的含量低于130g/L时，着色效果差。偏钒酸钠可以在不锈钢的表面氧化生成一层氧化膜，可以通过调整着色时着色液的温度和时间来控制膜层的厚度，从而可以获得多色的不锈钢材料。
根据本发明提供的着色液，所述钼酸铵是辅助氧化剂，他能够加快着色速度，缩短成膜时间，降低着色温度。加入的辅助氧化剂可以降低氧化着色温度，但是当加入的辅助氧化剂的含量小于1g/L的时候，将起不到辅助催化氧化的作用，氧化效果与偏钒酸钠和硫酸的氧化效果没有明显差异；辅助氧化剂含量升高后着色温度也要相应升高，膜层颜色变深，颜色种类变少。当辅助氧化剂的含量大于12g/L时，要求的着色温度非常高，浪费能源。钼酸铵同时起到光亮剂的作用。
pH值对着色效果影响较大。酸性条件可以增强多价态过度金属盐的氧化性能以及溶解性能，本发明要求在强酸性条件下着色，因此硫酸含量不能太低，过多的硫酸也是不必要的，反而增加了着色液腐蚀性危险，硫酸的含量一般控制在1100-1200g/L。
本发明提供的不锈钢着色液，适用于各种型号的不锈钢基材，优选为304和316型。
本发明还提供了一种不锈钢着色液的制备方法，该方法包括以下步骤：
a)将硫酸溶解于去离子水中，搅拌均匀并冷却至室温；
b)向硫酸的水溶液中加入偏钒酸钠，溶解，搅拌均匀得到混合溶液；
c)向混合溶液中加入钼酸铵，溶解，搅拌均匀得到着色液。
根据本发明所提供的不锈钢着色液的制备方法，在优选情况下，所述偏钒酸钠的含量为130-150g/L，所述硫酸的含量为1100-1200g/L，所述钼酸铵的含量为1-12g/L。
本发明还提供了一种不锈钢着色方法，其中，该方法包括将不锈钢基材放入着色液中进行着色，所述着色液为本发明所述的着色液。
根据本发明提供的不锈钢着色方法，其中，所述着色液的温度为80-140℃，所述着色的时间为5-30min。温度影响着色层颜色变化的快慢，温度升高反应速度加快，颜色变化的时间间隔变短，使颜色加深快，从而导致颜色种类减少；当辅助氧化剂钼酸铵含量升高时需要适当升高着色温度，否则不能正常生成着色膜层。一般温度不超过140℃，也不能低于80℃，当着色温度低于80℃时，着色反应无法进行；当着色温度大于140℃时，着色层的颜色变化非常快，导致控制着色反应比较困难，得到的颜色单一。
根据本发明提供的化学着色方法，在优选情况下，在所述着色前还要对不锈钢基材进行活化，所述活化处理的技术是本领域技术人员所公知的技术，如把不锈钢基材直接置于活化液中一段时间即可。所述活化液为3-10wt％的硫酸水溶液。通过活化处理可以增加着色层的均匀性和提高着色层不锈钢之间的结合力。
根据本发明提供的化学着色方法，在优选情况下，在所述着色后还要对着色层进行封孔。所述封孔技术为本领域技术人员所公知的技术，在本发明的实施例中采用的是把着色后的不锈钢基材置于封孔液中放置一段时间，所述封孔用封孔液为0.5-2.0wt％的硅酸钠沸腾水溶液，封孔时间为3-5min。所述封孔的作用主要是提高不锈钢表面着色层的耐磨性和对不锈钢着色层进行保护，防止着色层变色。
根据本发明提供的化学着色方法，在优选情况下，还要对活化前的不锈钢进行前处理，所述前处理为本领域技术人员所公知的不锈钢的前处理方法。例如，将不锈钢板材进行机械抛光后，用上马科技有限公司的933PURBO除蜡水进行除腊，除蜡后使用国际化工有限公司的E-346P电解除油粉对其进行电解除油。具体方法业内熟知，不再多述。
下面采用具体实施例的方式对本发明进行进一步详细描述。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的着色液的配制方法。
(1)先将1100g硫酸溶解在700mL的纯水中，搅拌均匀并冷却到室温。
(2)加入130g偏钒酸钠，溶解并搅拌均匀。
(3)再加入钼酸铵1g，搅拌溶解。
(4)加水定容到1L，即得到着色液A1。
实施例2
本实施例用以说明本发明提供的着色液的配制方法。
(1)先将1200g硫酸溶解在700mL的纯水中，搅拌均匀并冷却到室温。
(2)加入150g偏钒酸钠，溶解并搅拌均匀。
(3)再加入钼酸铵12g，搅拌溶解。
(4)加水定容到1L，即得到着色液A2。
实施例3
本实施例用以说明本发明提供的着色液的配制方法。
(1)先将1150g硫酸溶解在500mL的纯水中，搅拌均匀并冷却到室温。
(2)加入140g偏钒酸钠，溶解并搅拌均匀。
(3)再加入钼酸铵8g，搅拌溶解。
(4)加水定容到1L，即得到着色液A3。
对比例1
本对比例用以说明一种用于电解着色溶液的配制方法。
将硼酸15g，钼酸钠100g/L，硫酸锰0.9g/L混合均匀即得到本对比例的着色液B2。
对比例2
本对比例用于说明一种用于不锈钢含铬电解着色液的配制方法。
将228g/L CrO3和483g/L H2SO4混合均匀，即得到本实施例的着色液B3。
实施例4
本实施例用以说明使用本发明提供的着色液对304型不锈钢进行着色方法。
(1)前处理：将304型不锈钢手机壳(比亚迪股份有限公司)进行机械抛光后，用上马科技有限公司的933PURBO除蜡水进行除腊，除蜡后使用国际化工有限公司的E-346P电解除油粉对其进行电解除油。具体方法业内熟知，不再多述。
(2)活化：采用5％硫酸对清洗完毕的不锈钢进行活化。
(3)化学着色：采用上述配制的着色液A1，着色温度为80℃，着色时间分别为10min、20min和30min，不同温度和时间下得到的着色膜层颜色如表1。
表1
从本实施例中可以得出，温度在80℃时就能够均匀生成着色膜层，时间延长到30min后，表面颜色不再继续发生变化。手机外壳的各个区域的颜色一致。在140℃对其烘干，手机外壳的各个区域的颜色没有发生变化。
(4)封闭保护：采用1％硅酸钠溶液煮沸封闭10min进行保护，提高着色膜层的抗污染性能。
实施例5
本实施例用以说明使用本发明提供的着色液对316型不锈钢进行着色方法。
(1)前处理：将316型不锈钢手机壳(比亚迪股份有限公司)进行机械抛光后，用上马科技有限公司的933PURBO除蜡水进行除腊，除蜡后使用国际化工有限公司的E-346P电解除油粉对其进行电解除油。具体方法业内熟知，不再多述。
(2)活化：采用5％硫酸对清洗完毕的不锈钢进行活化。
(3)化学着色：采用上述配制的着色液A2，温度分别为85℃、140℃、140℃和140℃，时间分别为10min、10min、30min和40min，不同温度和时间下得到的着色膜层颜色如表2。
表2
| 温度℃ | 85 | 140 | 140 | 140 |
| 时间min | 10 | 10 | 30 | 40 |
| 颜色 | 不变色 | 浅蓝色 | 蓝紫色 | 蓝紫色 |
从本实施例可以得出，钼酸铵含量升高后着色温度也要相应升高，膜层颜色变深，颜色种类变少。在140℃对其烘干，手机外壳的各个区域的颜色没有发生变化。
(4)封闭保护：采用1％硅酸钠溶液煮沸封闭10min进行保护，提高着色膜层的抗污染性能。
实施例6
本实施例用以说明使用本发明提供的着色液对304型不锈钢进行着色方法。
(1)前处理：将304型不锈钢(比亚迪股份有限公司)进行机械抛光后，用上马科技有限公司的933PURBO除蜡水进行除腊，除蜡后使用国际化工有限公司的E-346P电解除油粉对其进行电解除油。具体方法业内熟知，不再多述。
(2)活化：采用5％硫酸对清洗完毕的不锈钢进行活化。
(3)化学着色：采用上述配制的着色液A3，温度分别为80℃、120℃、140℃和140℃，时间分别为10min、10min、20min和30min，不同温度和时间下得到的着色膜层颜色如表3。
表3
| 温度℃ | 80 | 120 | 140 | 140 |
| 时间min | 10 | 10 | 20 | 30 |
| 颜色 | 暗黄色 | 浅香槟 | 金黄色 | 幻彩色 |
从本实施例可以得出，着色时间过长膜层出现幻彩色，相同时间下温度越高出色越快，硫酸和偏钒酸钠含量适中，表面无腐蚀现象。在140℃对其烘干，不锈钢表面的颜色没有发生变化。
(4)封闭保护：采用1％硅酸钠溶液煮沸封闭10min进行保护，提高着色膜层的抗污染性能。
对比例3
(1)前处理：将304型不锈钢手机壳(比亚迪股份有限公司)进行机械抛光后，用上马科技有限公司的933PURBO除蜡水进行除腊，除蜡后使用国际化工有限公司的E-346P电解除油粉对其进行电解除油。具体方法业内熟知，不再多述。
(2)活化：采用5％硫酸对清洗完毕的不锈钢进行活化。
(3)电化学着色方法：采用上述配制的着色液B2，温度为室温，时间分别为3min、5min、10min。在2A/dm2电流密度下，石墨为阴极，待着色产品为阳极，得到的着色膜层颜色如表5。
表5
| 时间min | 3 | 5 | 10 |
| 颜色 | 黄色 | 紫色 | 砖红色 |
以上方法在手机外壳的表面形成的颜色不均匀，在凸出的表面或棱角位置的颜色较深，凹面的颜色较浅。该方法是一种电化学着色方法，虽然该工艺的着色液配方不含有毒有害物质，但是该电解着色方法处理复杂的不锈钢表面时，很容易使不锈钢的着色层颜色不均匀。在140℃对其烘干，手机外壳的各个区域的颜色都发生变化。
(4)封闭保护：采用1％硅酸钠溶液煮沸封闭10min进行保护，提高着色膜层的抗污染性能。
对比例4
(1)前处理：将304型不锈钢(比亚迪股份有限公司)进行机械抛光后，用上马科技有限公司的933PURBO除蜡水进行除腊，除蜡后使用国际化工有限公司的E-346P电解除油粉对其进行电解除油。然后冲压成手机外壳。具体方法业内熟知，不再多述。
(2)活化：采用5％硫酸对清洗完毕的不锈钢进行活化。
(3)电化学着色方法：采用上述配制的着色液B3，温度80℃，电流密度分别为0.5A/dm2、1A/dm2、1A/dm2。时间分别为5min、5min、10min，阳极为铅板，不同电流密度和不同时间得到的着色膜层颜色如表6。
表6
| 电流密度A/dm2 | 0.5 | 1 | 1 |
| 时间min | 5 | 5 | 10 |
| 颜色 | 浅金黄色 | 黄绿色 | 幻彩色 |
该方法是不锈钢常用的传统电化学着色方法，虽然该工艺维护简单，生产成本低，所得着色膜的耐蚀性、耐磨性、耐油污性和耐热性优良，但该传统配方含有剧毒及强腐蚀性化学品CrO3，对环境和人体伤害较大，废水处理困难，无法在工业上得到广泛应用。在140℃对其烘干，不锈钢表面的颜色没有发生变化。
(4)封闭保护：采用1％硅酸钠溶液煮沸封闭10min进行保护，提高着色膜层的抗污染性能。
通过实施例4和对比例3的比较可看出，本发明的着色液及着色方法不仅环保还可以在复杂的不锈钢表面形成颜色均匀的着色层，但是对比例5的技术方案中的着色液虽然环保，但是没办法在复杂的不锈钢表面形成颜色均匀的着色层。同时由于钼酸盐是一种多价态金属盐，在生成的着色膜中同时存在不同价态的钼元素。在140℃烘烤时，由于空气的氧化作用低价态钼变成高价态钼，导致着色层会慢慢变色。
通过实施例4-6和对比例4的对比可以看出，本发明的着色液不含有六价铬，环保。而对比例6中的着色液含有大量六价铬，容易使人致癌，污染环境。
综上所述，本发明的着色液及着色方法不仅环保而且可以在复杂的不锈钢表面形成颜色均匀的着色层，可以应用于各种形状的不锈钢产品的着色。
Claims (10)
1.一种不锈钢着色液，其特征在于：该着色液包括偏钒酸钠、硫酸和钼酸铵。
2.根据权利要求1所述的不锈钢着色液，所述偏钒酸钠的含量为130-150g/L。
3.根据权利要求1或2所述的不锈钢着色液，所述硫酸的含量为1100-1200g/L。
4.根据权利要求3所述的不锈钢着色液，所述钼酸铵的含量为1-12g/L。
5.一种不锈钢着色液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将硫酸溶解于去离子水中，搅拌均匀并冷却至室温；
b)向硫酸的水溶液中加入偏钒酸钠，溶解，搅拌均匀得到混合溶液；
c)向混合溶液中加入钼酸铵，溶解，搅拌均匀得到着色液。
6.根据权利要求5所述的不锈钢着色液的制备方法，其中，所述偏钒酸钠的含量为130-150g/L，所述硫酸的含量为1100-1200g/L，所述钼酸铵的含量为1-12g/L。
7.一种不锈钢着色方法，其特征在于：该方法包括将不锈钢基材放入着色液中进行着色，所述着色液为权利要求1所述的着色液。
8.根据权利要求7所述的不锈钢着色方法，所述着色液的温度为80-140℃，所述着色的时间为5-30min。
9.根据权利要求7所述的着色方法，在所述着色前还要对不锈钢基材进行活化，所述活化液为3-10wt％的硫酸水溶液。
10.根据权利要求7所述的着色方法，在所述着色后还要对着色层进行封孔，所述封孔用封孔液为0.5-2.0wt％的硅酸钠沸腾水溶液，封孔时间为3-5min。
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