在熱的鉻酸和硫酸溶液中對不銹鋼進行化學著色,是經因科公司發展而得的,稱為因科法。


1. 因科法化學(xue)著色溶液組成(cheng)和(he)工(gong)藝條件


溶液: 硫酸(H2SO4)(d=1.84)  490g/L  、著色溫度  70~90℃  、鉻酐(CrO3)  250g/L 。


 隨著浸(jin)漬時間(jian)的(de)不同,產生(sheng)的(de)顏色(se)(se)的(de)順序是:青銅色(se)(se),藍色(se)(se),金黃色(se)(se),紅色(se)(se)和綠色(se)(se)。


 膜的(de)顏色是由于不同(tong)厚度(du)的(de)膜在(zai)反射(she)和透膜折(zhe)射(she)兩種光的(de)相互干涉(she)而(er)成(cheng)色,在(zai)前面已敘述過,不同(tong)的(de)厚度(du)就產生不同(tong)的(de)顏色,因此,在(zai)著色過程中,保(bao)持(chi)溶(rong)液(ye)溫度(du)的(de)均(jun)勻性和穩定(ding)性是很重(zhong)要(yao)的(de),所以(yi)著色用的(de)槽(cao)為(wei)鉛襯里的(de)鐵槽(cao),外套為(wei)可用蒸氣(qi)加(jia)熱的(de)保(bao)溫水(shui)套,以(yi)維持(chi)鉛槽(cao)內溶(rong)液(ye)的(de)穩定(ding),在(zai)槽(cao)內并裝有攪拌器,使溶(rong)液(ye)均(jun)勻。



2. 時(shi)間控制著色法


 將不銹鋼浸在(zai)著色(se)(se)(se)(se)(se)液中浸漬一(yi)定時間(jian)后,就(jiu)能(neng)(neng)得(de)到(dao)一(yi)定的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)。如溫度70℃時,著色(se)(se)(se)(se)(se)15min可得(de)藍色(se)(se)(se)(se)(se),18min可得(de)金黃色(se)(se)(se)(se)(se),20~22min可得(de)紫(zi)色(se)(se)(se)(se)(se)或綠色(se)(se)(se)(se)(se)。這(zhe)種根據時間(jian)控制的(de)(de)方法不能(neng)(neng)得(de)到(dao)重復的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)。這(zhe)是因(yin)為(wei)著色(se)(se)(se)(se)(se)溶液的(de)(de)溫度稍微有(you)些(xie)變(bian)化(hua),控制不會很準確,而化(hua)學(xue)著色(se)(se)(se)(se)(se)液的(de)(de)化(hua)學(xue)組成由于(yu)水分蒸發也可能(neng)(neng)有(you)變(bian)化(hua),這(zhe)兩個因(yin)素都能(neng)(neng)影響獲得(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)重現性。



3. 電位控制著色法


a. 不銹(xiu)鋼著(zhu)色(se)的電位-時間(jian)曲線。


  1973年,伊萬(wan)斯用飽和甘汞電(dian)極(ji)作(zuo)參比電(dian)極(ji),測量(liang)了不銹(xiu)鋼著色過程(cheng)中電(dian)位-時間的(de)變化曲(qu)線。


  1977年,阿里索尼等人用鉑電極作參(can)比電極,測量了不(bu)銹(xiu)鋼著(zhu)(zhu)色過程中電位-時間(jian)的(de)(de)變化曲線(xian)。見圖8-6不(bu)銹(xiu)鋼著(zhu)(zhu)色的(de)(de)電位-時間(jian)曲線(xian)。


圖 6.jpg


b. 著(zhu)色電位差


  當不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)和鉑電(dian)(dian)極(ji)同浸在著(zhu)(zhu)色液中,見圖8-7不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)著(zhu)(zhu)色裝置(zhi)示意圖,在不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)上連(lian)接電(dian)(dian)位(wei)記錄儀,在鉑電(dian)(dian)極(ji)上連(lian)上電(dian)(dian)位(wei)修(xiu)正儀,在兩者(zhe)之間連(lian)上導線(xian),由于不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)和鉑電(dian)(dian)極(ji)的(de)電(dian)(dian)位(wei)不(bu)(bu)(bu)同,產生(sheng)了電(dian)(dian)位(wei)差(cha),有(you)電(dian)(dian)流通過導線(xian),隨著(zhu)(zhu)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)著(zhu)(zhu)色過程的(de)化(hua)學反應(ying),氧化(hua)膜(mo)的(de)厚度逐漸增長,電(dian)(dian)位(wei)隨著(zhu)(zhu)發生(sheng)變化(hua)。在著(zhu)(zhu)色的(de)整個(ge)過程中,即測得著(zhu)(zhu)色電(dian)(dian)位(wei)-時間的(de)關系曲線(xian)。


圖 7.jpg


  電(dian)位-時(shi)間曲線上的(de)B點表示不銹鋼的(de)電(dian)位達到最負的(de)最高點。B點稱為起(qi)(qi)色(se)(se)(se)電(dian)位。起(qi)(qi)色(se)(se)(se)是指不銹鋼表面(mian)開(kai)(kai)始出現黑色(se)(se)(se)斑痕,說明已形成一(yi)層引起(qi)(qi)光干涉的(de)氧化(hua)(hua)膜,開(kai)(kai)始向有色(se)(se)(se)方向變化(hua)(hua)。從B點的(de)起(qi)(qi)色(se)(se)(se)電(dian)位起(qi)(qi),隨(sui)著時(shi)間的(de)延長(chang),不銹鋼電(dian)位逐漸(jian)下降至C點,C點稱為著色(se)(se)(se)電(dian)位。B-C=Δφ,稱為著色(se)(se)(se)電(dian)位差。各種顏色(se)(se)(se)的(de)著色(se)(se)(se)電(dian)位差Δφ不同,如下:


  藍色  Δφ=8~11mV,膜厚0.09μm;


  黃色  Δφ=13.5~16mV,膜厚0.15μm;


  紅色(se) Δφ=17.8~18.5mV,膜厚0.18μm;


  綠(lv)色 Δφ=20.8~21.6mV,膜厚0.22μm.


c. 用著色電位控制顏色的重現性


  隨著(zhu)著(zhu)色(se)(se)(se)時間(jian)的(de)(de)(de)延(yan)長,不(bu)銹鋼(gang)表面電(dian)位(wei)(wei)C與(yu)起色(se)(se)(se)電(dian)位(wei)(wei)B的(de)(de)(de)差(cha)值(zhi)逐漸增大(da),不(bu)同(tong)(tong)(tong)電(dian)位(wei)(wei)差(cha)對應不(bu)同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)顏色(se)(se)(se)。某一電(dian)位(wei)(wei)差(cha)出現(xian)一定的(de)(de)(de)顏色(se)(se)(se),此關系不(bu)隨著(zhu)色(se)(se)(se)液(ye)的(de)(de)(de)溫度和組成的(de)(de)(de)稍(shao)微變化(hua)而變化(hua),這是可(ke)以(yi)用控制(zhi)電(dian)位(wei)(wei)差(cha)法進行著(zhu)色(se)(se)(se)的(de)(de)(de)原(yuan)因,比控制(zhi)時間(jian)的(de)(de)(de)重現(xian)性好。但(dan)著(zhu)色(se)(se)(se)電(dian)位(wei)(wei)差(cha)對不(bu)銹鋼(gang)材料的(de)(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)(tong),該(gai)數(shu)值(zhi)也(ye)不(bu)相同(tong)(tong)(tong),需要具體測量(liang)。在著(zhu)色(se)(se)(se)過程中,只要測得起色(se)(se)(se)電(dian)位(wei)(wei)B,根據上式得:


C=B-Δφ


可以(yi)得到(dao)差色電位(wei)C,以(yi)控(kong)制(zhi)得到(dao)不同(tong)的(de)顏色。用著色電位(wei)差控(kong)制(zhi)顏色的(de)重現性是(shi)國際(ji)公司因科法(fa)的(de)專利。


d. 不銹鋼(gang)著(zhu)色過(guo)程微(wei)機(ji)控制設備(bei)


  各種(zhong)顏色相(xiang)鄰的(de)(de)電位差(cha)距很小,只有(you)幾毫伏(fu),要(yao)用精密電壓(ya)表(如(ru)TH-V數(shu)字(zi)電壓(ya)表)才(cai)能(neng)分辨(bian),這就給實際操作帶來(lai)很大的(de)(de)不便。這需要(yao)儀器設備有(you)很高的(de)(de)精度和抗干擾性,否則,儀器本身(shen)的(de)(de)誤(wu)差(cha)就會(hui)導致(zhi)控制出錯(cuo)。如(ru)果大批量生產,更(geng)要(yao)考慮采用微(wei)機自動控制。


  由于彩色不銹(xiu)鋼生產的迅速發展,對色澤的重現性有更高的要求,對電位著色法提出了很多改進方案,要求控制儀器更加精密,更加復雜,采用計算機自動控制,當達到某一電位差時,符合一定的顏色要求,即時發出指令,啟動升降機,取出已著色的不銹鋼,見圖8-8不銹鋼著色過程微機控制設備系統圖。目前我國與先進國家相比,主要差距是著色的電子監測設備。國外已將這種設備用于工業生產,可以得到重復的顏色,而國內尚未能達到,所以著手研制著色用電子監測設備是當務之急。


圖 8.jpg


e. 單位時(shi)間電位差變化的微分曲線的運用


  表(biao)面光(guang)潔(jie)度(du)(du)較高的(de)工(gong)件(jian),測(ce)出(chu)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)-時(shi)(shi)(shi)間(jian)曲(qu)線(xian)起色(se)(se)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)峰值明顯,對(dui)于表(biao)面光(guang)潔(jie)度(du)(du)不(bu)高的(de)不(bu)銹鋼(gang),表(biao)面凹凸不(bu)平,著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)時(shi)(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)峰值不(bu)明顯,無(wu)法采用電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)-時(shi)(shi)(shi)間(jian)曲(qu)線(xian)。1980年,竹內武等人用單位(wei)(wei)時(shi)(shi)(shi)間(jian)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)差的(de)變(bian)化(hua)的(de)微分曲(qu)線(xian),見圖8-9,控制(zhi)不(bu)銹鋼(gang)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)過程(cheng),即將微分曲(qu)線(xian)的(de)轉折(zhe)點(dian)A(A為(wei)單位(wei)(wei)時(shi)(shi)(shi)間(jian)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)差變(bian)化(hua)趨勢(shi)的(de)轉變(bian)),規定(ding)為(wei)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)起始點(dian),并按照所要求的(de)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)色(se)(se)澤(ze)(ze)規定(ding)一定(ding)時(shi)(shi)(shi)間(jian)后,電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)的(de)變(bian)化(hua)作為(wei)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)處理終(zhong)點(dian),便能準確控制(zhi)不(bu)銹鋼(gang)的(de)色(se)(se)彩。這種控制(zhi)設備系(xi)統圖見圖8-8,由于不(bu)銹鋼(gang)表(biao)面氧化(hua)膜(mo)的(de)厚(hou)度(du)(du)與(yu)色(se)(se)澤(ze)(ze)有密(mi)切的(de)關(guan)系(xi),故控制(zhi)氧化(hua)膜(mo)厚(hou)度(du)(du)的(de)均(jun)勻性是工(gong)藝中主要一環,圖8-10給出(chu)了SUS304不(bu)銹鋼(gang)的(de)著(zhu)(zhu)(zhu)色(se)(se)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)與(yu)氧化(hua)膜(mo)厚(hou)度(du)(du)的(de)曲(qu)線(xian)。