CN105297110B - 一种环保型不锈钢电化学着色液及着色方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不锈钢电化学着色液，溶剂为水，其特征在于：所述着色液的组分含量为氢氧化钠115‑140g/L、钼酸钠50‑90g/L、硝酸锑18‑22g/L、硝酸铈15‑32g/L、钨酸钠23‑45 g/L、非离子表面活性剂3‑6 g/L。本发明中的不锈钢着色液对操作环境无毒无害，而且能够对不锈钢进行有效均匀着色。
Description
技术领域
本发明涉及一种不锈钢电化学着色液，具体涉及一种绿色环保型的电化学着色液以及应用该着色液的着色方法。
背景技术
不锈钢表面着色技术已十分成熟，常用的现有技术包括离子沉积氧化物或氧化物法、高温氧化法、化学氧化法、电化学氧化法、气相裂解法等。离子沉积氧化物或氧化物法就是将不锈钢工件放置于真空镀膜机中进行真空蒸发镀层，该方法投资大、成本高，适合于大批量产品加工。高温氧化法是在特定的熔盐中进入不锈钢工件，使不锈钢工件表面形成一定厚度的氧化膜，从而呈现出各种不同的色泽。化学氧化法即在特定的熔液中，通过化学氧化形成色膜，可配合电化学法一同使用，通过控制电极电位来达到控制表面氧化膜的形成和色彩。气相裂解法则较为复杂，工业应用少。
不锈钢着色方法中最常用的就是化学氧化法，如INCO法及从该种方法衍生出的以铬酐、重铬酸钾等作为氧化物的方法，这种方法能够在不锈钢表面生成不同厚度的含铬氧化膜。通过多年的持续研究开发，INCO法已非常成熟，但是仍存在所生成的膜层与基体结合力不强的问题，更重要的，INCO法及其衍生方法中需使用大量的高浓度含铬的着色液，使用完毕后，这些着色液废液的处理会对环境造成非常大的影响，同时在生产过程中高毒性和强酸性的环境对操作过程也是非常大的挑战。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种绿色环保型的不锈钢电化学着色液及应用该着色液的着色方法，本发明中的不锈钢着色液对操作环境无毒无害，而且能够对不锈钢进行有效均匀着色。
本发明所要解决的技术问题通过以下步骤予以实现：
本发明提供了一种不锈钢电化学着色液，溶剂为水，所述着色液的组分含量为氢氧化钠115-140g/L、钼酸钠50-90g/L、硝酸锑18-22g/L、硝酸铈15-32g/L、钨酸钠23-45 g/L、非离子表面活性剂3-6 g/L。
本发明的着色液中主要的成膜物质是钼酸钠、硝酸铈和钨酸钠，在强碱性环境中引入硝酸锑则可进一步增加着色液的活性，促进色膜的形成，从而提高色膜的厚度和色膜稳定性。添加非离子表面活性剂可促进着色液对不锈钢表面的渗透作用，使着色反应初始反应的能量壁垒降低，便于着色顺利快速进行，同时非离子表面活性剂耐强碱能力强，不受强碱性环境的影响。
进一步优选，所述非离子表面活性剂为辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、乙二醇、失水山梨醇酯、蔗糖脂肪酸酯中的一种或多种。本发明的发明人在实践中发现非离子表面活性剂中乙二醇与蔗糖脂肪酸酯摩尔比1：1配合使用时效果最佳。
进一步优选，所述着色液的组分含量为氢氧化钠125g/L、钼酸钠75g/L、硝酸锑22g/L、硝酸铈32g/L、钨酸钠38g/L、非离子表面活性剂4g/L。
同时，本发明还提供一种应用上述不锈钢电化学着色液的着色方法，包括以下步骤：
步骤一，预处理：将待着色的不锈钢制件进行除油、除锈、抛光以及表面活化。
不锈钢着色前，需对其表面进行前处理，以保证色膜与基体的良好结合，着色前的表面状态对色膜的均匀性也有很大的影响。除油除锈可使用现有技术中的技术方法即可，如利用除油除锈的清洗剂清洗、酸洗、碱洗、有机溶剂的清洗，如丙酮、无水乙醇等清洗。抛光工艺也根据不锈钢材质的不同而有所变化，可采用物理机械抛光，也可采用现有技术中的化学方法或电化学方法进行抛光。
表面活化是为了消除不锈钢表面的钝化膜，获得新鲜的表面，活化程度应适当，若活化不足，则着色时的起始点位保持的时间长，颜色则不易呈现；活化若过度则会使得色膜变得黯淡无光。由于不同的不锈钢工件的元素含量不尽相同，所以不同材质的不锈钢工件采用的活化工艺会有所差别。本发明中采用的活化工艺为：在质量百分比为10%HCl、5%H2SO4的水溶液中室温条件下浸渍5-10分钟。该活化方法适用于200、300、400系的不锈钢。
步骤二，电化学着色：将经过预处理后的不锈钢制件置于装载有电化学着色液的电解槽中，将不锈钢制件作为正极，将纯铅板作为负极进行电解着色，控制阳极电流密度为0.5-1.2A/dm2，电解电压为2-8V，电解着色时间为15-60分钟。
进一步优选，所述电化学着色步骤工艺为阳极电流密度为1.0-1.2A/dm2，电解电压为5-6V，电解着色时间为30-60分钟。
步骤三，对化学着色后的不锈钢进行硬化处理。
硬化处理的作用是使不锈钢表面生成的氧化膜表面的微孔封闭，从而增加彩色膜的耐蚀性和抗污性。本发明中所使用的硬化处理的工艺为将不锈钢制件置于温度为80-85℃、质量百分数为10%的硅酸钠水溶液中，浸渍10-15分钟。
步骤四，对步骤三处理后的不锈钢进行清洗烘干。
本发明中的不锈钢着色方法适用于200、300、400系不锈钢。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明中的不锈钢电化学着色液为绿色环保型，对环境和操作人员无毒无害，处理简单。
2、本发明中的不锈钢电化学着色液及应用该着色液进行的着色方法可对不锈钢进行有效的均匀着色。
下面通过实施例对本发明的内容进行进一步的描述。
采用430不锈钢试片作为实施例中着色的不锈钢样件。
首先，对上述不锈钢制件进行除油除锈、抛光、表面活化。除油除锈通过丙酮清洗和除锈剂清洗即可，抛光工艺使用化学抛光，抛光液由230mL/L硫酸、70mL/L盐酸、80mL/L硝酸、8mL/L磷酸组成，将不锈钢试片浸渍于该化学抛光液中3-5分钟，直至不锈钢制片表面平整光亮。
表面活化的工艺为：在质量百分比为10%HCl、5%H2SO4的水溶液中室温条件下浸渍5分钟。
第二步：进行电化学着色，将经过预处理后的不锈钢制件置于装载有电化学着色液的电解槽中，将不锈钢制件作为正极，将纯铅板作为负极，其中电化学着色液中非离子表面活性剂为摩尔比为1:1的乙二醇与蔗糖脂肪酸酯，总质量为4g/L。电化学着色液配方及工艺如下表。
第三步：对着色后的不锈钢进行硬化处理。
本实施例中所采用的硬化处理工艺为：将不锈钢制件置于温度为85℃、质量百分数为10%的硅酸钠水溶液中，浸渍15分钟。
第四步：对上述经过处理后的不锈钢进行清洗烘干。
实施例着色效果如下表。
上述实施例中的不锈钢制件着色均匀，色膜与基体连接紧密，且生成的色膜颜色均匀、亮泽、美观。
Claims (7)
1.一种不锈钢电化学着色液，溶剂为水，其特征在于：
所述着色液的组分含量为氢氧化钠115-140g/L、钼酸钠50-90g/L、硝酸锑18-22g/L、硝酸铈15-32g/L、钨酸钠23-45 g/L、非离子表面活性剂3-6 g/L；
所述不锈钢电化学着色液的使用方法包括以下步骤：
步骤一，预处理：将待着色的不锈钢制件进行除油、除锈、抛光以及表面活化；
步骤二，电化学着色：将经过预处理后的不锈钢制件置于装载有电化学着色液的电解槽中，将不锈钢制件作为正极，将纯铅板作为负极进行电解着色，控制阳极电流密度为0.5-1.2A/dm2，电解电压为2-8V，电解着色时间为15-60 分钟；
步骤三，对电化学着色后的不锈钢进行硬化处理；
步骤四，对步骤三处理后的不锈钢进行清洗烘干。
2.如权利要求1 所述不锈钢电化学着色液，其特征在于：所述非离子表面活性剂为辛基酚聚氧乙烯醚、壬基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、乙二醇、失水山梨醇酯、蔗糖脂肪酸酯中的一种或多种。
3.如权利要求1 所述不锈钢电化学着色液，其特征在于：所述非离子表面活性剂为乙二醇与蔗糖脂肪酸酯摩尔比1：1配合使用。
4.如权利要求1 所述不锈钢电化学着色液，其特征在于：所述着色液的组分含量为氢氧化钠125g/L、钼酸钠75g/L、硝酸锑22g/L、硝酸铈32g/L、钨酸钠38g/L、非离子表面活性剂4g/L。
5.如权利要求1 所述不锈钢电化学着色液，其特征在于：所述不锈钢制件表面活化的工艺为在质量百分比为10%HCl、5%H2SO4的水溶液中室温条件下浸渍5-10 分钟。
6.如权利要求1 所述不锈钢电化学着色液，其特征在于：所述电化学着色步骤工艺为阳极电流密度为1.0-1.2A/dm2，电解电压为5-6V，电解着色时间为30-60 分钟。
7.如权利要求1 所述不锈钢电化学着色液，其特征在于：所述硬化处理的工艺为将不锈钢制件置于温度为80-85℃、质量百分数为10% 的硅酸钠水溶液中，浸渍10-15 分钟。
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- 2015-11-23 CN CN201510809654.3A patent/CN105297110B/zh active Active
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