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一种不锈钢超声波化学着色方法是先将抛光后的不锈钢进行预处理，在一定的温度、频率和声强的超声波辐照条件下进行化学着色，并通过调控电位差实现不同色彩的着色。本发明方法着色温度低，着色时间短，色彩范围广，而且显著提高了着色不锈钢的亮度、耐磨性和耐腐蚀性等综合性能。

Description

一种不锈钢超声波化学着色方法
技术领域
本发明涉及一种不锈钢化学着色方法，特别是一种通过调控超声波的频率、声强以及着色温度，对不锈钢进行着色的超声波化学着色方法。
技术背景
不锈钢具有出色的耐蚀性、耐磨性、韧性，已广泛应用于国民经济的诸多领域。通过着色处理，在不锈钢表面形成彩色膜，不仅保持了不锈钢原有的优越性，耐蚀性、耐磨性及其装饰效果都优于普通不锈钢。目前彩色不锈钢的着色方法主要有化学氧化着色法、电化学着色法、离子沉积法、高温氧化法和气相裂解法等，从“因科法”基础上发展来的酸性化学着色方法与其它着色方法相比，具有着色膜附着力、耐磨性、耐腐蚀性优异以及适用于各种复杂的工件、设备投资小和成本低的优点，是目前生产彩色不锈钢的主要方法，但化学着色方法存在彩色膜均匀性比较差的共性问题。
在提高化学着色均匀性方面，国内外有许多报道。有文献提出对不锈钢进行预处理和前处理，预处理如在特殊气氛中的高温退火处理（JP9209033，JP4235215，JP58096823，JP10245659）、退火酸洗光轧综合处理（JP60248885，JP10121276）；前处理如电解活化（JP59028574，JP7118900，JP2097683，JP58221283，JP58199896，JP9241899，AU197585706A1）、酸洗与阳极氧化综合处理（JP11081000）、电解抛光与电解活化综合处理（JP61264197）。这些预处理和前处理虽不同程度上提高了不锈钢着色膜的均匀性，但不锈钢着色的效果仍不理想，还有待进一步提高不锈钢着色膜的均匀性，才能满足日益增长的物质生活需求。
发明内容
为解决不锈钢化学着色的均匀性问题，本发明提供一种不锈钢超声波化学着色方法。
本发明上述所提供的一种不锈钢超声波化学着色方法，该方法依次按下列程序进行：
将抛光后的不锈钢进行除油、水洗，并活化；
将化学着色液置于超声波辐照下，调控超声波频率为20kHz～1MHz；超声波声强为0.5～50kW/m2，并升温到40℃～100℃时，置入活化后的不锈钢进行超声波化学着色；
将着色后的不锈钢进行坚膜、封闭和干燥处理，得到彩色不锈钢。
在上述方案中，其附加的技术特征在于：所述不锈钢的着色温度为：45℃～65℃，超声波频率为：20kHz～300kHz，超声波声强为：3～10kW/m2；所述不锈钢置入着色液中的方向是与超声波作用的方向平行，或是垂直；所述不锈钢超声波化学着色的彩色是通过调控电位差实现的，所述彩色的电位差范围为：0～35mV，其中：棕色4～7mV；蓝色8～11mV；褐色15～17mV；黄色19～20mV；紫红色21～23mV；草绿色25～27mV；所述活化的活化液是10%的浓H2SO4和90%的水的混合；所述化学着色液的组成及其含量是：铬酐230～300g/L、硫酸470～500g/L、硫酸锰2～6g/L、硫酸锌4～7g/L和钼酸铵5～10g/L的混合液；所述坚膜是不锈钢作阴极，铅板作阳极，电流密度为：0.1～0.4A/dm2，坚膜时间为：2min～30min；所述坚膜液是250g/LCrO3和25g/L H2SO4的混合液。
本发明所述的一种不锈钢超声波化学着色方法，与现有技术相比，其优点和积极效果在于：本发明着色方法在对不锈钢着色时，所用的着色时间较短，着色温度较低，同时降低了不锈钢的着色能耗，也减小了对设备的腐蚀，进一步提高了不锈钢的着色生产效率。在不锈钢着色的性能上，本发明方法通过调控着色温度、超声波频率和超声波声强，提高了不锈钢着色整体的均匀性，而且边缘色彩与整体颜色均匀一致。在提高不锈钢着色整体均匀性的基础上，本发明着色方法还进行了对不锈钢多彩着色的试验，通过调控电位差、着色温度、超声波频率以及超声波声强，不锈钢多彩着色也获得了显著进步，其均匀性同样也满足了要求，扩大了彩色不锈钢色彩的着色范围。在性能指标上，着色后的不锈钢表面亮度、耐磨性和耐腐蚀性等综合性能同样也得到了进一步的提高。
附图说明
图1是本发明超声波化学着色的装置工艺图。
图2是本发明化学着色得到的蓝色不锈钢偏光显微镜照片。
图3是本发明实施例1超声波化学着色得到的蓝色不锈钢偏光显微镜照片。
图4是本发明化学着色得到的金黄色不锈钢偏光显微镜照片。
图5是本发明实施例2超声波化学着色得到的金黄色不锈钢偏光显微镜照片。
图6是本发明化学着色得到的紫红色不锈钢偏光显微镜照片。
图7是本发明实施例3超声波化学着色得到的紫红色不锈钢偏光显微镜照片。
图8是本发明化学着色得到的草绿色不锈钢偏光显微镜照片。
图9是本发明实施例4超声波化学着色得到的草绿色不锈钢偏光显微镜照片。
图中：1：数字电位计；2：挂具；3：不锈钢工件；4：化学着色液；5：超声波发生器；6：参比电极。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施本发明所述的一种不锈钢超声波化学着色方法，该方法是首先将抛光后的不锈钢工件进行预处理，即先在除油液中进行除油15 min，后水洗干净；再在活化液中进行活化5min。然后将化学着色液置于超声波的辐照条件下，当温度达到40℃～100℃时，选择超声波辐照的条件，即超声波换能器的频率为20kHz～1MHz之间；超声波发生器的声强，即单位面积功率为0.5～50kW/m2之间，再将活化后的不锈钢工件置入着色液进行超声波化学着色。根据电位差的不同能够得到不同颜色、光亮度好、色彩均匀的彩色不锈钢。最后将着色后的不锈钢进行坚膜、封闭和干燥处理。
在上述实施的技术方案中，所述超声波化学着色的温度在40℃～65℃之间；超声波发生器，也称超声波换能器的优选频率范围在20kHz～300kHz之间；超声波发生器的声强，即单位面积功率优选的范围为3～10kW/m2之间效果更好。
在上述实施的技术方案中，所述着色液的组成与含量为：铬酐230～300g/L、硫酸470～500g/L、硫酸锰2～6g/L、硫酸锌4～7g/L和钼酸铵5～10g/L进行混合均匀。
在上述实施的技术方案中，所述不锈钢工件的放置方向是与超声波换能器的作用方向平行，也可以与其方向垂直；在超声波化学着色装置中放置多个工件时，通过动态调控着色温度、超声波频率以及超声波声强能够对不锈钢进行着色。
在上述实施的技术方案中，所述化学着色液是直接置入超声波发生装置的容器中，见附图1，超声波直接作用于化学着色过程；或是将盛有化学着色液的容器置入其中，超声波通过液体介质为水间接作用于化学着色过程。
在上述实施的技术方案中，不锈钢超声波化学着色的彩色是通过调控电位差实现的。其所述彩色的电位差范围为：0～35mV，其中：棕色4～7mV；蓝色8～11mV；褐色15～17mV；黄色19～20mV；紫红色21～23mV；草绿色25～27mV。
在上述实施的技术方案中，所述活化的活化液是10%的浓H2SO4和90%的水的混合。
在上述实施的技术方案中，在超声波化学着色时，超声波辐照作用不仅可以显著提高着色膜的均匀性，还可加快化学着色，降低着色温度，最低着色温度可降低到40℃，并且着色时间可缩短一半以下。在超声波化学着色时，采取着色终点电位控制法的同时，超声波辐照作用后还可显著提高着色电位与着色终点电位的差值，从而加大彩色不锈钢色彩的变化范围，并且不改变控制颜色的电位差；也就是说，超声波辐照作用后可以着色出更多颜色的彩色不锈钢。同时通过超声波辐照作用后着色出的彩色不锈钢的亮度、耐磨性和耐腐蚀性均有明显的提高。
在上述实施的技术方案中，坚膜方法为电解坚膜，不锈钢作阴极，铅板作阳极，电流密度0.1～0.4A/dm2，坚膜时间2min～30min。所述坚膜液是250g/LCrO3和25g/L H2SO4的混合溶液。
在上述实施的技术方案中，对坚膜后的不锈钢采取封闭处理，浸入沸腾的1.0%Na2SiO3溶液中，封闭处理的时间为5min～10min。
下面通过具体实施例进一步详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
先将已抛光的不锈钢工件进行预处理，经过除油、水洗、活化后备用，调节超声波发生器频率为300kHz，声强为3.0kW/m2，着色温度65℃，将化学着色液倒入耐腐蚀容器后再置于超声波发生器的液体介质（水）中，当着色液温度达到设定温度后进行着色。其中超声波换能器在容器底部，与不锈钢工件平行作用，化学着色的起色电位0.1894V，终点电位0.1784V，着色电位差△Φ=11mV，经过坚膜和封闭处理后得到色彩均匀、边缘与整体颜色无差异的蓝色不锈钢。用偏光显微镜放大100倍后可以看出，与化学着色的工件相比，超声波化学着色的工件均匀性明显提高，并且超声波化学着色的着蓝色时间由化学着色的13.5min降低到9min。       
实施例2
先将已抛光的不锈钢工件进行预处理，经过除油、水洗、活化后备用，调节超声波发生器频率为135kHz，声强为8.0kW/m2，着色温度50℃，将化学着色液倒入耐腐蚀容器后再置于超声波发生器的液体介质（水）中，当着色液温度达到设定温度后进行着色。其中超声波换能器在容器底部，与不锈钢工件垂直作用，化学着色的起色电位0.1895V，终点电位0.1695V，着色电位差△Φ=20mV，经过坚膜和封闭处理后得到色彩均匀、边缘与整体颜色无差异的金黄色不锈钢。用偏光显微镜放大100倍后可以看出，与化学着色的工件相比，超声波化学着色的工件均匀性明显提高，并且超声波化学着色在该温度50℃下仍然能够着色，金黄色的着色时间为37min，而化学着色在该温度50℃下不能着色。
实施例3
先将已抛光的不锈钢工件进行预处理，经过除油、水洗、活化后备用，调节超声波发生器频率为50kHz，声强为5.0kW/m2，着色温度50℃，将化学着色液直接加入到内壁涂有耐腐蚀涂层的超声波发生器中，当着色液温度达到设定温度后进行着色。其中超声波换能器在容器底部，与不锈钢工件平行作用，化学着色的起色电位0.1891V，终点电位0.1651V，着色电位差△Φ=24mV，经过坚膜和封闭处理后得到色彩均匀、边缘与整体颜色无差异的紫红色不锈钢。用偏光显微镜放大100倍后可以看出，与化学着色的工件相比，超声波化学着色的工件均匀性明显提高，并且超声波化学着色在该温度50℃下仍然能够着色，紫红色的着色时间为41min，而化学着色在该温度50℃下不能着色。
实施例4
先将已抛光的不锈钢工件进行预处理，经过除油、水洗、活化后备用，调节超声波发生器频率为20kHz，声强为10.0kW/m2，着色温度40℃，将化学着色液直接加入到内壁涂有耐腐蚀涂层的超声波发生器中，当着色液温度达到设定温度后进行着色。其中超声波换能器在容器底部，与不锈钢工件垂直作用，化学着色的起色电位0.1883V，终点电位0.1613V，着色电位差△Φ=27mV，经过坚膜和封闭处理后得到色彩均匀、边缘与整体颜色无差异的草绿色不锈钢。用偏光显微镜放大100倍后可以看出，与化学着色的工件相比，超声波化学着色的工件均匀性明显提高，并且超声波化学着色在该温度40℃下仍然能够着色，草绿色的着色时间为62min，而化学着色在该温度40℃下不能着色。
实施例5
先将已抛光的不锈钢工件进行预处理，经过除油、水洗、活化后备用，调节超声波发生器频率为20kHz，声强为10.0kW/m2，着色温度40℃，将化学着色液直接加入到内壁涂有耐腐蚀涂层的超声波发生器中，当着色液温度达到设定温度后进行着色。其中超声波换能器在容器底部，与不锈钢工件垂直作用，化学着色的起色电位0.1890V，终点电位0.1820V，着色电位差△Φ=7mV，经过坚膜和封闭处理后得到色彩均匀、边缘与整体颜色无差异的棕色不锈钢。用偏光显微镜放大100倍后可以看出，与化学着色的工件相比，超声波化学着色的工件均匀性明显提高，并且超声波化学着色在该温度40℃下仍然能够着色，棕色的着色时间为31min，而化学着色在该温度40℃下不能着色。
实施例6
先将已抛光的不锈钢工件进行预处理，经过除油、水洗、活化后备用，调节超声波发生器频率为80kHz，声强为8.0kW/m2，着色温度65℃，将化学着色液直接加入到内壁涂有耐腐蚀涂层的超声波发生器中，当着色液温度达到设定温度后进行着色。其中超声波换能器在容器底部，与不锈钢工件平行作用，化学着色的起色电位0.1888V，终点电位0.1728V，着色电位差△Φ=16mV，经过坚膜和封闭处理后得到色彩均匀、边缘与整体颜色无差异的褐色不锈钢。用偏光显微镜放大100倍后可以看出，与化学着色的工件相比，超声波化学着色的工件均匀性明显提高，与化学着色着褐色相比，超声波化学着色由17min降低到13min。
实施例7
先将已抛光的不锈钢工件进行预处理，经过除油、水洗、活化后备用，调节超声波发生器频率为80kHz，声强为8.0kW/m2，着色温度65℃，将化学着色液直接加入到内壁涂有耐腐蚀涂层的超声波发生器中，当着色液温度达到设定温度后进行着色。其中超声波换能器在容器底部，与不锈钢工件垂直作用，化学着色的起色电位0.1886V，终点电位0.1776V，着色电位差△Φ=11mV，经过坚膜和封闭处理后得到色彩均匀、边缘与整体颜色无差异的蓝色不锈钢。用偏光显微镜放大100倍后可以看出，与化学着色的工件相比，超声波化学着色的工件均匀性明显提高，并且超声波化学着色的着蓝色时间由化学着色的13.5min降低到11min。       
实施例8
先将已抛光的不锈钢工件进行预处理，经过除油、水洗、活化后备用，调节超声波发生器频率为135kHz，声强为8.0kW/m2，着色温度40℃，将化学着色液直接加入到内壁涂有耐腐蚀涂层的超声波发生器中，当着色液温度达到设定温度后进行着色。其中超声波换能器在容器底部，与不锈钢工件垂直作用，化学着色的起色电位0.1885V，终点电位0.1685V，着色电位差△Φ=20mV，经过坚膜和封闭处理后得到色彩均匀、边缘与整体颜色无差异的金黄色不锈钢。用偏光显微镜放大100倍后可以看出，与化学着色的工件相比，超声波化学着色的工件均匀性明显提高，并且超声波化学着色在该温度40℃下仍然能够着色，金黄色的着色时间为43min，而化学着色在该温度40℃下不能着色。
    以上所述，仅是该发明的几个实施例，不能因此就局限于该发明的权利范围，对于该领域的技术人员，运用本发明的技术方案和构想所做的相应改变都应当属于本发明的权利保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种不锈钢超声波化学着色方法，该方法依次按下列程序进行：
将抛光后的不锈钢进行除油、水洗，并活化；
将化学着色液置于超声波辐照下，调控超声波频率为：20kHz～1MHz；超声波声强为：0.5～50kW/m2，并升温到40℃～100℃时，将活化后的不锈钢置入着色液中进行超声波化学着色；
将着色后的不锈钢进行坚膜、封闭和干燥处理，得到彩色不锈钢。
2.如权利要求1所述的方法，其所述不锈钢着色温度为：40℃～65℃，超声波频率为：20kHz～300kHz，超声波声强为：3～10kW/m2。
3.如权利要求1所述的方法，其所述不锈钢置入着色液中的方向是与超声波作用的方向平行，或垂直。
4.如权利要求1所述的方法，其所述不锈钢超声波化学着色的彩色是通过调控电位差实现的。
5.如权利要求1或4所述的方法，其所述彩色的电位差范围为：0～35mV，其中：棕色4～7mV；蓝色8～11mV；褐色15～17mV；黄色19～20mV；紫红色21～23mV；草绿色25～27mV。
6.如权利要求1所述的方法，其所述活化的活化液是10%的浓H2SO4和90%的水的混合。
7.如权利要求1所述的方法，其所述化学着色液的组成及其含量是：铬酐230～300g/L、硫酸470～500g/L、硫酸锰2～6g/L、硫酸锌4～7g/L和钼酸铵5～10g/L的混合液。
8.如权利要求1所述的方法，其所述坚膜是不锈钢作阴极，铅板作阳极，电流密度为：0.1～0.4A/dm2，坚膜时间为：2min～30min。
9.如权利要求8所述的方法，其所述坚膜液是250g/LCrO3和25g/L H2SO4的混合液。
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