专利名称：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NaNO310～40g/l，(NH4)2SO420～60g/l，MnSO420～70g/l，浓H2SO440～100ml/l，CrO320～100g/l，NiSO420～60g/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。
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。
具体实施例方式
实施例11)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H2SO4100～200ml/l、HCl 40～70g/l、HNO320～40ml/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NaNO310g/l，(NH4)2SO420g/l，MnSO420g/l，浓H2SO440ml/l，CrO320g/l，NiSO420g/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Na2SiO32％％、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。
权利要求
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NaNO310～40g/l，(NH4)2SO420～60g/l，MnSO420～70g/l，浓H2SO440～100ml/l，CrO320～100g/l，NiSO420～60g/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。
全文摘要
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Cr
文档编号C23C22/78GK1847456SQ20061003163
公开日2006年10月18日 申请日期2006年5月11日 优先权日2006年5月11日
发明者何新快, 陈白珍, 徐徽, 石西昌, 杨喜云, 吴璐烨 申请人:中南大学