CN1847456A - 不锈钢表面快速着色的方法 - Google Patents

Abstract

不锈钢表面快速着色的方法，包括不锈钢表面的预处理，着色处理，彩色化膜层的封闭处理。本发明着色液中Cr⁶⁺浓度仅约为Inco法及其衍生法的1/10，且着色温度较低，具有低毒性、低能耗的特点，大大降低了多着色不锈钢的生产成本和生产过程的环境污染；采用本发明制备的着色膜层致密平整、与不锈钢基体结合力强，耐磨性和耐腐蚀性均优于不锈钢基体本身，且其在空气中抗色变性能优异。适合用于腐蚀防护、装饰性等领域。

Description

不锈钢表面快速着色的方法

技术领域

本发明涉及冶金物理化学表面处理技术，特别是不锈钢表面化学着色法制备彩色不锈钢技术。

背景技术

不锈钢由于具有优良耐蚀性、耐磨性、外观精美等特性而得到广泛的应用。经着色彩色化处理后的不锈钢材料不但耐蚀性和耐磨性得到提高，而且装饰性能得到极大的改善和提高，彩色化不锈钢现已广泛用于武器、光学仪器、医疗器械等领域。不锈钢的着色方法大致可分为化学着色法和电化学着色法。其中化学法包括成熟的“Inco”法及其衍生发展的一些方法，也包括一些碱性的化学着色方法。Inco法及其衍生法具有操作简单、原料便宜、形成的色调艳丽等优点，目前仍是各国广泛研究应用的方法，如利用铬酐-硫酸溶液对不锈钢进行氧化着色实验，获得了金色的膜；在铬酐-硫酸溶液加添加剂，对1Cr13Ni不锈钢进行着色，可降低着色液中的铬酐含量至60-80g/L；在铬酐-硫酸溶液中加入过渡元素的盐，而研制出一种低温不锈钢化学着色新工艺；采用稀土添加剂，使不锈钢着色膜的色彩更加艳丽，成膜牢固，着色速度提高。但这些方法都是从高浓度的、高污染和高毒性的六价铬着色液中通过氧化得到彩色化膜层，且存在颜色重现性差，难控制和彩色化膜层易褪色变色等问题。

发明内容  为了解决不锈钢着色化膜层颜色难控制及着色液高污染等问题，本发明充分利用化学着色法的特点，提供一种不锈钢表面快速着色的方法，该方法具有经济实用性和低毒性的特点。

不锈钢表面快速着色的方法，包括不锈钢表面的预处理，着色处理，彩色化膜层的封闭处理，具体工艺过程和条件为：

1)不锈钢表面的预处理

将不锈钢表面经抛光、除油和活化等预处理除去表面的污垢层和氧化层。

2)着色处理

将预处理好的不锈钢，搅拌的条件下，直接放入着色液中进行着色处理。着色液配方和着色工艺参数：NaNO₃ 10～40g/l，(NH₄)₂SO₄ 20～60g/l，MnSO₄20～70g/l，浓H₂SO₄ 40～100ml/l，CrO₃ 20～100g/l，NiSO₄ 20～60g/l，光亮剂钼酸铵10～25g/l；彩色化时间6～20min，彩色化温度60℃～100℃。该着色处理的主要反应机理过程：

①该着色液中含CrO₃、NaNO₃、MnSO₄、(NH₄)₂SO₄、H₂SO₄，在溶液中可能发生下列平衡反应和氧化还原反应：

                           (1)

                          (2)

    (3)

                                 (4)

②不锈钢浸入氧化着色液中，在加热的条件下，发生下列电化学反应：

阳极区： (Me代表Fe、Cr、Ni)    (5)

阴极区：            (6)

③当试样浸渍一段时间后，在金属/溶液界面Me²⁺和Cr³⁺的浓度达到临界值，并超过了富铬尖晶石氧化物的溶解度，由于水解而形成系列合金氧化膜；

          (7)

(其中：2p+3q＝2r)  (8)

④反应(7)式中，当Me²⁺为溶液中的Mn²⁺时就生成锰的系列薄层氧化物；

⑤光亮剂钼酸铵的致密钝化反应：

               (9)

   (10)

⑥反应(3)和反应(10)生成的新生态氧原子在60-100℃左右时，活性很强(氧化性)，与不锈钢表面的Fe、Ni、Cr等元素发生复杂的化学反应，生成FeO、Fe₃O₄、Ni₂O₃、Cr₂O₃等系列氧化物，牢固地附在不锈钢表面上，反应如下：

                                          (11)

着色膜层厚度经公式d＝(m₂-m₁)/S×ρ计算得到其近似值为0.8104μm(微米)。其中m₂，m₁为彩色化前后的试片质量，S为着色面积，ρ为不锈钢的密度。

3)彩色化膜层的封闭处理

将着色得到的彩色化不锈钢，浸入封闭处理液溶液进行封闭处理。封闭处理液为2％～4％Na₂SiO₃+0.5％OP表面活性剂溶液，封闭处理温度为95℃～100℃，时间为5～6min。

本发明着色液中Cr⁶⁺浓度仅约为Inco法及其衍生法的1/10，且着色温度较低，具有低毒性、低能耗的特点，大大降低了多着色不锈钢的生产成本和生产过程的环境污染。采用本发明制备的着色膜层致密平整、与不锈钢基体结合力强，耐磨性和耐腐蚀性均优于不锈钢基体本身，且其在空气中抗色变性能优异(暴露空气中2年颜色和色泽几乎不变)。因此它适合腐蚀防护、装饰性等领域的要求。

附图说明

图1：着色膜层的扫描电镜照片；

图2：着色膜层的电子能谱；

图3：着色膜层经封闭处理后的形貌。

具体实施方式

实施例1

1)将尺寸规格为40mm×20mm×2mm的1Cr8Ni9Ti不锈钢试样，采用2^#、4^#、6^#金相砂纸依次打磨抛光，自来水清洗；再经含NaOH 40～60g/l、Na₂CO₃60～80g/l、OP乳化剂5～10ml/l的碱性除油液，在60～70℃的温度下除油8～12min，除油后立即自来水清洗；然后在H₂SO₄ 100～200ml/l、HCl 40～70g/l、HNO₃ 20～40ml/l的抛光活化液中，温度为40～60℃，活化2～3min，即得预处理好的不锈钢试样。

2)将预处理好的不锈钢试样，搅拌的条件下，直接置入含NaNO₃ 10g/l，(NH₄)₂SO₄ 20g/l，MnSO₄ 20g/l，浓H₂SO₄ 40ml/l，CrO₃ 20g/l，NiSO₄ 20g/l，光亮剂钼酸铵10g/l的着色液中，在80℃的温度下着色8min，即得多着色不锈钢试样。

3)将着色不锈钢试样置入Na₂SiO₃ 2％％、表面活性剂OP 0.5％的封闭处理液中，在温度为95～100℃下进行5～6min的封闭处理，即得光亮平整的着色不锈钢。

Claims (1)

1.不锈钢表面快速着色的方法，其特征在于：包括不锈钢表面的预处理，着色处理，彩色化膜层的封闭处理，具体工艺过程和条件为：

1)不锈钢表面的预处理

将不锈钢表面经抛光、除油和活化等预处理除去表面的污垢层和氧化层；

2)着色处理

将预处理好的不锈钢，在搅拌的条件下，直接放入着色液中进行着色，着色液配方和着色工艺参数：NaNO₃ 10～40g/l，(NH₄)₂SO₄ 20～60g/l，MnSO₄20～70g/l，浓H₂SO₄ 40～100ml/l，CrO₃ 20～100g/l，NiSO₄ 20～60g/l，光亮剂钼酸铵10～25g/l；彩色化时间6～20min，彩色化温度60℃～100℃；

3)彩色化膜层的封闭处理

封闭处理液为2％～4％Na₂SiO₃与0.5％ OP表面活性剂溶液的混合液，封闭处理温度为95℃～100℃，时间为5～6min。

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