CN109487322A - 一种防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法 - Google Patents

一种防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法 Download PDF

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孙旭东
郭磊
鲁毅
罗丽娟
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Abstract

本发明提供了一种防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法，将钛建材浸泡在热浓酸中祛除钛建材表面的氧化膜，在隔绝氧气的环境下将浸泡后的钛建材放置在电解槽中着色。本发明先祛除钛建材表面原有的氧化膜，然后放置在电解槽中采用阳极氧化法着色，这样便能控制钛建材中批量生产时的颜色偏差。本发明利用电化学反应可以在钛上制备出厚度可控的牢固氧化层，通过光的干涉效应不用任何颜料就可以呈现出丰富多彩的颜色。

Description

一种防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法
技术领域
本发明涉及钛建材着色领域，尤其涉及一种防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法。
背景技术
钛为银白色，将钛金属坯料作为建筑材料使用时，因制造批量不同，会有微妙的颜色偏差。为了不因这个原因影响建筑物整体的风格，一般按颜色接近的钢卷依次施工，使色差不引人注目。
为了消除钛建材的颜色偏差，需要提出一种防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法。
发明内容
为了克服制造批次不同导致钛建材颜色偏差的缺陷，本发明提供了一种防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法，其目的是先祛除钛建材表面原有的氧化膜，然后放置在电解槽中采用阳极氧化法着色，便能控制钛建材中批量生产时的颜色偏差。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法，将钛建材浸泡在热浓酸中祛除钛建材表面的氧化膜，在隔绝氧气的环境下将浸泡后的钛建材放置在电解槽中着色。本发明先祛除钛建材表面原有的氧化膜，然后放置在电解槽中采用阳极氧化法着色，这样便能控制钛建材中批量生产时的颜色偏差。本发明利用电化学反应可以在钛上制备出厚度可控的牢固氧化层，通过光的干涉效应不用任何颜料就可以呈现出丰富多彩的颜色。
作为本发明的进一步改进，所述钛建材在电解槽中氧化后，放置在高温水中浸泡30min以上，并晾干。在电解槽中，钛建材表面氧化成一层氧化膜，氧化膜带正电荷，氧化膜吸附空气中的其他带负电荷的杂物，影响钛建材的着色，本发明通过高温水浸泡后晾干，空气中的杂物不会被吸附，着色效果好。
作为本发明的进一步改进，所述钛建材在电解槽中着色时使用阳极氧化工艺，该阳极氧化工艺中的电源为平滑直流电源。常规的阳极氧化工艺选用脉冲直流电源，虽然脉冲直流电源在进行钛阳极氧化时所产生的氧化膜具有更好的耐腐蚀性和强度，但脉冲直流电源进行钛阳极氧化时所生成的氧化膜密度差异较大，氧化膜密度差异较大导致钛建材着色不均匀，本发明选用平滑直流电源在氧化时电压波动小，易于控制所加电压，能够准确控制氧化膜的厚度，氧化膜的厚度越均匀，钛建材表面色彩的一致性越好。本发明中钛阳极氧化时氧化层厚度和所加电压成正比，平滑直流电源的电压为25V时，钛建材表面呈现金黄、棕红、紫红、蓝紫到深蓝的一系列颜色，最后变为深蓝色以后就不再变化。加大平滑直流电源的电压，可以在钛建材表面上获得红色和绿色系的颜色。
作为本发明的进一步改进，平滑直流电源的电压精度小于0.05V。实验研究发现，采用各种电压精度的电源进行阳极氧化所获得的氧化膜的颜色是有差异的，电压精度在0.05V、0.04V时的色差效果肉眼基本看不出来，阳极氧化膜颜色色差随电源电压精度的提高而下降，当氧化电压为30土0.05V 时，氧化膜色差值为5.71。阳极氧化电压精度在0.05V时，所得到的氧化膜颜色差用肉眼已较难分辨。这是因为着色膜的厚度决定了氧化膜颜色，在其它条件相同青况下，而氧化膜的厚度取决于阳极氧化电压，所以控制氧化膜的颜色色差，可以选择控制氧化电压来控制着色膜颜色色差。
作为本发明的进一步改进，平滑直流电源的电压为恒流增压，加压方式为渐加式。常规的平滑直流电源的加压方式为缓慢加压，由于缓慢加压方式存在钛建材表面的氧化膜生成速度不同，导致氧化膜的厚度存在差异，缓慢加压的色差效果明显，渐加方式的增压保证了氧化膜的厚度，产生的氧化膜厚度一致，色差肉眼难以识别。
作为本发明的进一步改进，所述电解槽中填充有电解液，所述电解液由 35～45份的磷酸、40～50份的草酸、7～12份的高锰酸钾、3～8份的氢氟酸混合而成。
作为本发明的进一步改进，所述磷酸的浓度为160～170ml/L，所述草酸的浓度为10～25ml/L，所述高锰酸钾的浓度为3～4g/L，所述氢氟酸的浓度为 12～15ml/L。
作为本发明的进一步改进，热浓酸为浓盐酸或浓硫酸，所述热浓酸的浓度大于73％。
具体实施方式
下面结合各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
钛建材的阳极氧化是在电解液中，以钛建材作为阳极，在外加电压作用下借助电解作用使钛建材表面氧化生成一层氧化膜。钛建材阳极氧化所用的电解液为酸溶液，用不锈钢或铝作阴极，仅起导电作用。
钛及钛合金进行阳极氧化时，在阳极主要发生的反应为：
H2O-2e→O2-+2H+；
Ti4++2e→TiO2和Ti2-+02-→TiO
在阴极发生的反应：
2H++2e→H2↑
与此同时酸对薄膜中的TiO2成分有化学溶解作用：
TiO2+4H+→Ti2++2H2O
钛及钛合金进行阳极氧化时，氧化膜的生成与溶解同时进行。氧化膜的生成是两个相逆过程同时作用的结果:一个是电化学过程，它产生氧并与钛作用生成TiO2和TiO；另一个是化学过程，生成的氧化膜中TiO2可与电解液中的酸发生反应而被溶解。我们发现，除了每批次的钛建材在着色时，电压、着色配方对阳极氧化过程的影响外，在未着色之前原钛建材表面的氧化膜对阳极氧化着色膜的颜色也会造成影响。因此，本实施例在防止钛建材生产中产生颜色偏差的措施之一，就是在钛建材阳极氧化之前，先祛除钛建材表面的氧化膜，减小阳极氧化时的氧化膜溶解反应，保证钛建材的颜色一致性。
本实施例公开的一种防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法，将钛建材浸泡在热浓酸中祛除钛建材表面的氧化膜，在隔绝氧气的环境下将浸泡后的钛建材放置在电解槽中着色。本实施例先祛除钛建材表面原有的氧化膜，然后放置在电解槽中采用阳极氧化法着色，这样便能控制钛建材中批量生产时的颜色偏差。本实施例利用电化学反应可以在钛上制备出厚度可控的牢固氧化层，通过光的干涉效应不用任何颜料就可以呈现出丰富多彩的颜色。
需指出，本实施例将酸洗后的钛建材在隔绝氧气的环境下浸泡在电解槽中，可以将热浓酸池与电解槽相邻设置，从热浓酸池中取出的钛建材迅速放入电解槽中，防止钛建材在放入电解槽的途中被二次氧化。优选电解槽和热浓酸池安装在真空箱内，真空箱的外部设置有真空泵，真空泵持续对真空箱内部抽真空。
优选热浓酸为浓盐酸、浓硫酸、浓磷酸的任一种。优选热浓酸溶液的温度为60～120℃。热浓酸的浓度大于73％。本实施例将热浓酸的浓度大于73％的目的，是快速祛除钛建材表面原有的氧化膜。
优选钛建材在电解槽中氧化后，放置在高温水中浸泡30min以上，并晾干。在电解槽中，钛建材表面氧化成一层氧化膜，氧化膜带正电荷，氧化膜吸附空气中的其他带负电荷的杂物，影响钛建材的着色，本实施例通过高温水浸泡后晾干，空气中的杂物不会被吸附，着色效果好。
优选钛建材在电解槽中着色时使用阳极氧化工艺，该阳极氧化工艺中的电源为平滑直流电源。常规的阳极氧化工艺选用脉冲直流电源，虽然脉冲直流电源在进行钛阳极氧化时所产生的氧化膜具有更好的耐腐蚀性和强度，但脉冲直流电源进行钛阳极氧化时所生成的氧化膜密度差异较大，氧化膜密度差异较大导致钛建材着色不均匀，本实施例选用平滑直流电源在氧化时电压波动小，易于控制所加电压，能够准确控制氧化膜的厚度，氧化膜的厚度越均匀，钛建材表面色彩的一致性越好。本实施例中钛阳极氧化时氧化层厚度和所加电压成正比，平滑直流电源的电压为25V时，钛建材表面呈现金黄、棕红、紫红、蓝紫到深蓝的一系列颜色，最后变为深蓝色以后就不再变化。加大平滑直流电源的电压，可以在钛建材表面上获得红色和绿色的颜色。
本实施例还公开了钛建材着色电压与着色膜颜色之间的关系，如下表所示：
本实施例的电解槽的电解过程还需要加热，随着加热温度的不同，钛建材表面的颜色变化如下表所示：
在本实施例中，电解温度和电解时间的不同，出现不同的颜色。
需要说明的是，本实施例中平滑直流电源的电压精度小于0.05V。实验研究发现，采用各种电压精度的电源进行阳极氧化所获得的氧化膜的颜色是有差异的，电压精度在0.05V、0.04V时的色差效果肉眼基本看不出来，阳极氧化膜颜色色差随电源电压精度的提高而下降，当氧化电压为30土0.05V 时，氧化膜色差值为5.71。阳极氧化电压精度在0.05V时，所得到的氧化膜颜色差用肉眼已较难分辨。这是因为着色膜的厚度决定了氧化膜颜色，在其它条件相同情况下，而氧化膜的厚度取决于阳极氧化电压，所以控制氧化膜的颜色色差，可以选择控制氧化电压来控制着色膜颜色色差。本实施例在不同氧化电压精度下所得氧化膜色差数据如下：平滑直流电源的电压精度为1 V时，色差值为18.47，电压精度为0.5V时，色差值为14.35，电压精度为 0.1V时，色差值为11.67，电压精度为0.09V时，色差值为10.41，电压精度为0.08V时，色差值为8.77，电压精度为0.07V时，色差值为7.06，电压精度为0.05V时，色差值为5.71，电压精度为0.04V时，色差值为5.01。
优选平滑直流电源的电压为恒流增压，加压方式为渐加式。常规的平滑直流电源的加压方式为缓慢加压，由于缓慢加压方式存在钛建材表面的氧化膜生成速度不同，导致氧化膜的厚度存在差异，缓慢加压的色差效果明显，渐加方式的增压保证了氧化膜的厚度，产生的氧化膜厚度一致，色差肉眼难以识别。
优选电解槽中填充有电解液，电解液由35～45份的磷酸、40～50份的草酸、7～12份的高锰酸钾、3～8份的氢氟酸混合而成。
优选磷酸的浓度为160～170ml/L，草酸的浓度为10～25ml/L，高锰酸钾的浓度为3～4g/L，氢氟酸的浓度为12～15ml/L。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法，其特征在于，将钛建材浸泡在热浓酸中祛除钛建材表面的氧化膜，在隔绝氧气的环境下将浸泡后的钛建材放置在电解槽中着色。
2.根据权利要求1所述的防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法，其特征在于，所述钛建材在电解槽中氧化后，放置在高温水中浸泡30min以上，并晾干。
3.根据权利要求1或2所述的防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法，其特征在于，所述钛建材在电解槽中着色时使用阳极氧化工艺，该阳极氧化工艺中的电源为平滑直流电源。
4.根据权利要求3所述的防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法，其特征在于，平滑直流电源的电压为恒流增压，加压方式为渐加式。
5.根据权利要求1所述的防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法，其特征在于，所述电解槽中填充有电解液，所述电解液由35~45份的磷酸、40~50份的草酸、7~12份的高锰酸钾、3~8份的氢氟酸混合而成。
6. 根据权利要求5所述的防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法，其特征在于，所述磷酸的浓度为160~170ml/L，所述草酸的浓度为10~25ml/L，所述高锰酸钾的浓度为3~4g/L，所述氢氟酸的浓度为12~15 ml/L。
7.根据权利要求1所述的防止钛建材生产中产生颜色偏差的方法，其特征在于，热浓酸为浓盐酸或浓硫酸，所述热浓酸的浓度大于73%。
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