CN102021525B

CN102021525B - 一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法

Info

Publication number: CN102021525B
Application number: CN 201010575231
Authority: CN
Inventors: 倪红卫; 詹玮婷; 陈荣生; 邰军凯
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2010-12-02
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: CN102021525A

Abstract

本发明涉及一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。其技术方案是：将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行离子注入，离子注入的加速电压为10～100KV，离子注入剂量为1×10¹⁷～1×10¹⁹ions/cm²，制得彩色不锈钢；或将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行离子注入，离子注入的加速电压为10～100KV，离子注入剂量为5×10¹⁵～5×10¹⁹ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，得到彩色不锈钢。本发明工艺简单、环境洁净，所制得的彩色不锈钢颜色种类多、重现性好、色泽均匀、美观耐用和无脱落现象；其表面硬度和耐腐蚀性能与制备前的不锈钢相比有明显提高。

Description

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法

技术领域

本发明属于彩色不锈钢技术领域，具体涉及一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。

背景技术

不锈钢具有优越的耐蚀性、耐磨性、强韧性和工艺性能，因而广泛应用于宇航、海洋、能源、建筑、家用器具等领域。不锈钢表面的自然色彩可以提供美和清洁的印象。随着经济的发展和生活水平的提高，人们迫切要求不锈钢的颜色多样化。因此，不锈钢表面处理技术得到广泛关注。自1972年国际镍公司(INCO)宣布研制出世界上第1块由不锈钢化学着色而得到的彩色不锈钢时起，各国纷纷开始了不锈钢着色的研究，并迅速进入工业化生产。

化学着色法的优点是着色工件的形状可以很复杂，而且得到的颜色均匀，但较难控制的是颜色的重现性，着色温度也较高。目前对于化学着色法的研究工作基本上是在INCO法的基础上进行一些改进，着色基础液的组成为CrO₃和H₂SO₄，温度80～90℃。不锈钢浸在这种溶液中，表面就会被氧化形成铬、铁、镍的氧化物，颜色随着表面膜厚度的改变而变化。例如“彩色不锈钢制作方法及所得产品”(CN200610123981.4)专利技术，着色溶液为铬酸酐和硫酸体系，将不锈钢电极与参考电极分别用导线连接至模数转换电路，并将两极电位差以数值形式输入电脑，研究不同电位差值下不锈钢的着色情况。实验证明所获得的转化膜具有良好的附着性和延展性。可通过电脑控制程序监控电位差的变化，当电位差值达到预定值时，将不锈钢从着色池中取出来得到特定厚度的色膜，从而达到控制颜色的目的。采用此方法，颜色的重现性虽有所提高，但是所得表面彩色膜颜色不均匀，容易剥落，且反应在铬酸酐和硫酸体系下75～90℃之间进行，酸雾发挥大，生产环境恶劣，环境污染严重。

“一种激光氧化着色制备大面积高性能彩色不锈钢的方法(”CN201010107718.2)发明专利技术，利用激光的光-热-化学效应在不锈钢表面氧化生成彩色薄膜。激光着色技术是在高温条件下进行，其能量消耗大，具有热辐射危害，在给物质着色同时也会因为高热而使物质受损；此技术处理速度以及光-热-化学效应不易控制，颜色重现性差，所处理的工件形状不能太复杂，否则受热不均匀，就会导致颜色的不均匀。

离子注入技术已经在很多领域里获得了广泛的应用，取得了明显的经济效益和技术成果。离子注入技术研究可以注入各种金属离子以及气体离子，元素种类不受冶金学的限制。注入元素数量可精确控制和测量，注入的深度可控制；注入束在注入表面上均匀分布；离子注入具有直进性、横向扩展小的特点，也适合微细加工的要求；注入时的靶温可控制在低温、室温及高温；可注入离子团和多种离子；离子注入能消除膜与基体间连接较弱的界面，附着力强，镀层牢固，不易脱落且镀层均匀，致密；绕射性好，可在材料上成膜，镀各种硬质膜，抗磨损性强。但目前尚未采用离子注入技术制备彩色不锈钢。

发明内容

本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、环境洁净的基于离子注入的彩色不锈钢的制备方法，用该方法制备的彩色不锈钢膜层均匀牢固、颜色种类多、重现性好、美观耐用、无脱落现象、耐腐蚀性强和硬度高。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

或将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行离子注入，离子注入的加速电压为10～100KV，离子注入剂量为1×10¹⁷～1×10¹⁹ions/cm²，制得彩色不锈钢。

或将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行离子注入，离子注入的加速电压为10～100KV，离子注入剂量为5×10¹⁵～5×10¹⁹ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得彩色不锈钢。

其中的热处理的工艺是：热处理温度为200～1000℃，热处理时间为0.5～24h，热处理气氛或为空气或为氧气或为含氧的混合气体；含氧的混合气体或为氧气和氮气的混合物，或为氧气和氩气混合物，或为氧气、氮气和氩气的混合物，其中的氧气体积含量为5％以上。

在本发明所采用的技术方案中：

离子或为金属离子中的1～3种，或为非金属离子中的1～3种，或为金属离子中的1～2种和非金属离子中的1～2种；

待着色的不锈钢是经除油除尘和清洗干燥后的不锈钢。

由于采用上述方案，本发明利用离子注入技术，在不锈钢表面注入金属离子或非金属离子，制得彩色不锈钢；或在不锈钢表面注入金属离子或非金属离子，再经过热处理制得彩色不锈钢。注入离子在基体中与基体原子混合，无明显截面，不易脱落，此薄膜反射光与通过表面透明膜的折射光的干涉光共同使不锈钢表面着色，并且通过调控加速电压、注入剂量、热处理时间、热处理温度和热处理氛围，获得各种颜色的不锈钢。故本发明具有以下优点：

1)本发明工艺步骤简单，工艺环境洁净，没有环境污染；

2)本发明不改变不锈钢制品的表面形状和尺寸，能保持原有材料的尺寸精度和表面粗糙度，并且可对大面积、形状复杂的不锈钢制品进行彩色处理；

3)本发明工艺参数可精确控制，通过调控加速电压、注入剂量、热处理时间、热处理温度及热处理气氛，制备的彩色不锈钢颜色种类多，颜色重现性高；

4)本发明直接对不锈钢进行表面改性，彩色膜层为金属或金属化合物，硬度高，耐腐蚀性强，且附着均匀牢固，无凸起或凹陷区域，非常平滑，无脱落现象；

5)本发明制备的彩色不锈钢美观耐用。

因此，本发明工艺简单、环境洁净和工艺参数可精确控制；所制备的彩色不锈钢颜色种类多、重现性好、色泽均匀、无色差现象和美观耐用，彩色膜层与不锈钢基体结合均匀牢固、无凸起或凹陷区域且无脱落现象，其表面硬度和耐腐蚀性能与制备前的不锈钢相比有明显提高，表面硬度亦明显高于化学着色、电化学着色法所得的彩色涂层。

具体实施方式

下面结合具有实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下：待着色的不锈钢是经除油除尘和清洗干燥后的不锈；表面硬度为维氏硬度。

实施例1

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Au离子注入；Au离子注入的加速电压为60～90KV，Au离子注入剂量为5×10¹⁷～1×10¹⁸ions/cm²，制得色度值位于L：85～99，a：-17～0，b：60～100的黄色不锈钢。

本实施例所制得的黄色不锈钢的表面硬度为HV317～397，制备前的不锈钢表面硬度为HV200～230。

实施例2

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行O离子注入；O离子注入的加速电压为80～100KV，O离子注入剂量为1×10¹⁷～3×10¹⁷ions/cm²，制得色度值位于L：90～99，a：-7～0，b：40～60的浅黄色不锈钢。

本实施例所制得的浅黄色不锈钢的表面硬度为HV377～473，制备前的不锈钢表面硬度为HV243～278。

实施例3

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Ti和Ag离子注入；Ti和Ag离子注入的加速电压为40～60KV，Ti和Ag离子注入剂量为1×10¹⁸～6×10¹⁸ions/cm²，制得色度值位于L：30～60，a：-35～-15，b：-40～-5的蓝色不锈钢。

本实施例所制得的蓝色不锈钢的表面硬度为HV513～703，制备前的不锈钢表面硬度为HV257～287。

实施例4

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行N和C离子注入；N和C离子注入的加速电压为60～80KV，N和C离子注入剂量为5×10¹⁸～1×10¹⁹ions/cm²，制得色度值位于L：0～5，a：0～3，b：-5～0的黑色不锈钢。

本实施例所制得的黑色不锈钢的表面硬度为HV673～856，制备前的不锈钢表面硬度为HV226～259。

实施例5

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Ag和Ar离子注入；Ag和Ar离子注入的加速电压为20～60KV，Ag和Ar离子注入剂量为3×10¹⁷～8×10¹⁷ions/cm²，制得色度值位于L：20～50，a：30～80，b：-70～-50的紫色不锈钢。

本实施例所制得的紫色不锈钢的表面硬度为HV292～474，制备前的不锈钢表面硬度为HV140～183。

实施例6

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行V、Zn和S离子注入；V、Zn和S离子注入的加速电压为40～60KV，V、Zn和S离子注入剂量为1×10¹⁷～6×10¹⁷ions/cm²，制得色度值位于L：70～80，a：6～30，b：43～80的橙色不锈钢。

本实施例所制得的橙色不锈钢的表面硬度为HV337～417，制备前的不锈钢表面硬度为HV173～200。

实施例7

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Ta、Se和B离子注入；Ta、Se和B离子注入的加速电压为40～60KV，Ta、Se和B离子注入剂量为1×10¹⁸～4×10¹⁸ions/cm²，制得色度值位于L：6～30，a：10～30，b：15～45的棕色不锈钢。

本实施例所制得的棕色不锈钢的表面硬度为HV482～658，制备前的不锈钢表面硬度为HV241～275。

实施例8

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行V、Ni和Y离子注入；V、Ni和Y离子注入的加速电压为50～70KV，V、Ni和Y离子注入剂量为6×10¹⁸～1×10¹⁹ions/cm²，制得色度值位于L：35～55，a：-55～-35，b：40～60的绿色不锈钢。

本实施例所制得的绿色不锈钢的表面硬度为HV329～446，制备前的不锈钢表面硬度为HV165～195。

实施例9

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行C、B和N离子注入；C、B和N离子注入的加速电压为40～60KV，C、B和N离子注入剂量为1×10¹⁷～5×10¹⁷ions/cm²，制得色度值位于L：55～86，a：1～5，b：-1～11的灰色不锈钢。

本实施例所制得的灰色不锈钢的表面硬度为HV498～674，制备前的不锈钢表面硬度为HV280～334。

实施例10

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Cu、Fe、Si和O离子注入；Cu、Fe、Si和O离子注入的加速电压为10～50KV，Cu、Fe、Si和O离子注入剂量为1×10¹⁸～5×10¹⁸ions/cm²，制得色度值位于L：29～49，a：36～73，b：26～65的红色不锈钢。

本实施例所制得的红色不锈钢的表面硬度为HV247～432，制备前的不锈钢表面硬度为HV120～150。

实施例11

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Co离子注入；Co离子注入的加速电压为10～30KV，Co离子注入剂量为5×10¹⁵～5×10¹⁶ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：60～100，a：-10～5，b：-30～0的蓝色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为700～1000℃，热处理时间为4～10h，热处理气氛为氧气。

本实施例所制得的蓝色不锈钢的表面硬度为HV384～456，制备前的不锈钢表面硬度为HV240～278。

实施例12

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Sn离子注入；Sn离子注入的加速电压为40～60KV，Sn离子注入剂量为1×10¹⁶～1×10¹⁷ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：85～95，a：-6～3，b：40～80的黄色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为300～600℃，热处理时间为3～8h，热处理气氛为空气。

本实施例所制得的黄色不锈钢的表面硬度为HV324～466，制备前的不锈钢表面硬度为HV180～210。

实施例13

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Cr和Mg离子注入；Cr和Mg离子注入的加速电压为50～70KV，Cr和Mg离子注入剂量为1×10¹⁷～6×10¹⁷ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：70～85，a：-117～-55，b：25～50的绿色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为200～500℃，热处理时间为10～15h，热处理气氛为含氧的混合气体；含氧的混合气体为氧气和氩气混合物，其中的氧气体积含量为30～60％。

本实施例所制得的绿色不锈钢的表面硬度为HV343～557，制备前的不锈钢表面硬度为HV200～235。

实施例14

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行C和Si离子注入；C和Si离子注入的加速电压为80～100KV，C和Si离子注入剂量为5×10¹⁸～1×10¹⁹ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：3～15，a：4～13，b：3～22的褐色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为400～800℃，热处理时间为0.5～3h，热处理气氛为氧气和氮气的混合物，其中的氧气体积含量为10～20％。

本实施例所制得的褐色不锈钢的表面硬度为HV612～772，制备前的不锈钢表面硬度为HV245～281。

实施例15

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Cu和O离子注入；Cu和O离子注入的加速电压为20～60KV，Cu和O离子注入剂量为5×10¹⁷～1×10¹⁸ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：20～70，a：60～90，b：40～85的红色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为350～550℃，热处理时间为15～24h，热处理气氛氧气。

本实施例所制得的红色不锈钢的表面硬度为HV284～418，制备前的不锈钢表面硬度为HV123～157。

实施例16

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Fe、Zn和B离子注入；Fe、Zn和B离子注入的加速电压为40～60KV，Fe、Zn和B离子注入剂量为5×10¹⁷～5×10¹⁸ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：41～79，a：25～40，b：40～89的橙色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为600～1000℃，热处理时间为7～12h，热处理气氛为氧气和氮气的混合物，其中的氧气体积含量为25～35％。

本实施例所制得的橙色不锈钢的表面硬度为HV364～614，制备前的不锈钢表面硬度为HV158～192。

实施例17

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Ti、Si和O离子注入；、Si和O离子注入的加速电压为10～60KV，Ti、Si和O离子注入剂量为5×10¹⁷～1×10¹⁸ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：13～31，a：30～69，b：-113～-56的蓝色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为400～700℃，热处理时间为6～10h，热处理气氛为氧气和氩气混合物，其中的氧气体积含量为25～35％。

本实施例所制得的蓝色不锈钢的表面硬度为HV394～695，制备前的不锈钢表面硬度为HV200～230。

实施例18

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Zr、Ta和Hf离子注入；Zr、Ta和Hf离子注入的加速电压为40～60KV，Zr、Ta和Hf离子注入剂量为6×10¹⁸～1×10¹⁹ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：20～40，a：0～20，b：5～60的褐色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为550～850℃，热处理时间为1～5h，热处理气氛氧气和氩气混合物，其中的氧气体积含量为60％以上。

本实施例所制得的褐色不锈钢的表面硬度为HV610～960，制备前的不锈钢表面硬度为HV334～390。

实施例19

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Si、C和N离子注入；Si、B和S离子注入的加速电压为70～90KV，Si、C和N离子注入剂量为1×10¹⁹～～5×10¹⁹ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：0～9，a：0～3，b：0～5的黑色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为200～400℃，热处理时间为1～3h，热处理气氛为氧气和氮气的混合物，其中的氧气体积含量为10～30％。

本实施例所制得的黑色不锈钢的表面硬度为HV960～1218，制备前的不锈钢表面硬度为HV372～410。

实施例20

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Co、Ti、B和N离子注入；Co、Ti、B和N离子注入的加速电压为30～80KV，Co、Ti、C和N离子注入剂量为1×10¹⁸～5×10¹⁸ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：22～52，a：17～50，b：-53～-16的靛色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为650～800℃，热处理时间为5～10h，热处理气氛为氧气、氮气和氩气的混合物，其中的氧气体积含量为5～15％。

本实施例所制得的靛色不锈钢的表面硬度为HV1120～1505，制备前的不锈钢表面硬度为HV270～326。

实施例21

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Mo、C和S离子注入；Mo、C和S离子注入的加速电压为50～70KV，Mo、C和S离子注入剂量为5×10¹⁷～1×10¹⁸ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：39～60，a：-40～-17，b：10～15的灰色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为400～700℃，热处理时间为6～10h，热处理气氛为氧气和氩气混合物，其中的氧气体积含量为15～35％。

本实施例所制得的灰色不锈钢的表面硬度为HV502～789，制备前的不锈钢表面硬度为HV229～260。

实施例22

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Mn和P离子注入；Mn和O离子注入的加速电压为60～80KV，Mn和P离子注入剂量为5×10¹⁶～5×10¹⁷ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：46～55，a：-7～14，b：-30～-12的浅蓝色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为550～850℃，热处理时间为7～12h，热处理气氛为空气。

本实施例所制得的浅蓝色不锈钢的表面硬度为HV310～507，制备前的不锈钢表面硬度为HV165～195。

实施例23

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Ni、Co、Te和Se离子注入；Ni、Co、Te和Se离子注入的加速电压为50～90KV，Ni、Co、Te和Se离子注入剂量为5×10¹⁷～1×10¹⁸ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：80～95，a：-24～-10，b：63～93的绿色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为400～700℃，热处理时间为5～10h，热处理气氛为氧气和氮气的混合物，其中的氧气体积含量为40～60％。

本实施例所制得的蓝色不锈钢的表面硬度为HV494～695，制备前的不锈钢表面硬度为HV236～267。

实施例24

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Ag离子注入；Ag离子注入的加速电压为50～70KV，Ag离子注入剂量为1×10¹⁷～6×10¹⁷ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：22～50，a：55～75，b：-80～-50的紫色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为350～550℃，热处理时间为4～8h，热处理气氛氧气和氮气的混合物，其中的氧气体积含量为10～30％。

本实施例所制得的紫色不锈钢的表面硬度为HV314～530，制备前的不锈钢表面硬度为HV156～187。

实施例25

一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行Ce和S离子注入；离子注入的加速电压为60～80KV，Ce和S离子注入剂量为5×10¹⁷～1×10¹⁸ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得色度值位于L：15～31，a：30～45，b：10～25的褐色不锈钢。

热处理的工艺是：热处理温度为300～600℃，热处理时间为5～10h，热处理气氛为氧气、氮气和氩气混合物，其中的氧气体积含量为20～35％。

本实施例所制得的褐色不锈钢的表面硬度为HV498～702，制备前的不锈钢表面硬度为HV293～337。

本具体实施方式工艺简单、环境洁净和工艺参数可精确控制；所制备的彩色不锈钢颜色种类多、重现性好、色泽均匀、无色差现象和美观耐用。

本具体实施方式所制得的彩色不锈钢经金相显微镜观察表明，不锈钢膜层非常平滑，无凸起或凹陷区域；采用干、湿胶带实验测定不锈钢表面着色膜与基体的结合性能，结果表明：彩色膜层与不锈钢基体结合非常牢固，无脱落现象；采用电化学工作站测量不锈钢耐腐蚀性能，结果表明：彩色不锈钢耐腐蚀性能与制备前的不锈钢耐腐蚀性能相比有明显提高；本具体实施方式的制品经显微硬度计检测，其表面硬度为HV247～1505，分别与制备前的不锈钢的表面硬度相比有明显提高，且明显高于化学着色、电化学着色法所得的彩色涂层。

Claims

1.一种基于离子注入的彩色不锈钢的制备方法，其特征在于将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行离子注入，离子注入的加速电压为10～100KV，离子注入剂量为1×10¹⁷～1×10¹⁹ions/cm²，制得彩色不锈钢；

所述的离子或为金属离子中的1～3种，或为非金属离子中的1～3种，或为金属离子中的1～2种和非金属离子中的1～2种。

2.一种基于离子注入的彩色不锈钢的制备方法，其特征在于将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行离子注入，离子注入的加速电压为10～100KV，离子注入剂量为5×10¹⁵～5×10¹⁹ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得彩色不锈钢；

热处理的工艺是：热处理温度为200～1000℃，热处理时间为0.5～24h，热处理气氛或为空气或为氧气或为含氧的混合气体；含氧的混合气体或为氧气和氮气的混合物，或为氧气和氩气混合物，或为氧气、氮气和氩气的混合物，其中的氧气体积含量为5％以上；

3.如权利要求1和2项中任一项所述的基于离子注入的彩色不锈钢的制备方法，其特征在于所述的待着色的不锈钢是经除油除尘和清洗干燥后的不锈钢。

4.如权利要求1～3项中任一项所述的基于离子注入的彩色不锈钢的制备方法所制备的彩色不锈钢。