专利名称：不锈钢化学着色液及其化学着色方法
技术领域：
本发明涉及一种金属化学着色液及其化学着色方法，尤其是一种不锈钢化学着色液及其对其不锈钢进行化学着色的方法。
背景技术：
彩色不锈钢因具有极好的装饰性、耐磨性、耐腐蚀性和易加工性而越来越得到广泛的应用。目前彩色不锈钢的着色方法主要有离子沉积氧化物或氢氧化物法、高温氧化法、化学氧化法、电化学氧化法、气相裂解法以及激光辐照法等。其中，在INCO法基础上发展起来的酸性氧化法因具有较好的综合性能而成为目前彩色不锈钢生产的主要方法。但是，酸性氧化法仍存在两个致命的缺点，一是均匀性问题，二是颜色的重现性问题。为解决这两个问题，多年来，国内外相关企业和个人进行了多次研究和改进。为了提高着色后彩色不锈钢的均匀性，需要对不锈钢进行预处理和前处理，预处理如在特殊气氛中的高温退火处理(JP9209033，JP4235215，JP58096823，JP10245659)、磨光处理(JP1316159)、退火酸洗光轧综合处理(JP60248885)；前处理如电解活化(JP59028574，JP7118900，JP2097683，JP58221283，JP58199896，JP9241899，AU197585706A1)、电解抛光与电解活化综合处理(JP61264197)、钝化处理(JP7252690)等。这些预处理和前处理虽不同程度上提高了着色膜的均匀性，但需要昂贵的设备，且处理费用高，同时还会影响彩色不锈钢的光亮度。为了提高彩色不锈钢色调的重现性，人们开始通过控制着色时间(JP60248884)，后来发明了由着色电位控制(US4026737，US3839096，AU503043B，AU197585706 Al，JP56102583，CA970667)、电位-时间曲线的导数控制(JP56158876，US4269633)和加反向电位抑制继续着色(JP59170275，JP58058298)等方法。这些方法，都只是控制着色步的颜色，但着色后还必须进行电解坚膜，而坚膜会或多或少地改变着色膜的颜色。也就是说，最终彩色不锈钢的颜色仍然难以控制，难以实现很好的重现性。
发明内容
本发明的目的是提供一种不锈钢化学着色液及其化学着色方法，以解决目前不锈钢酸性化学着色的均匀性和重现性不足的问题。
本发明提出了一种能有效提高不锈钢着色膜均匀性的化学着色液和着色膜颜色重现性的方法，包括不锈钢表面前处理(水洗、除油、水洗、抛光、水洗、活化、水洗)、着色-坚膜、清洗、封闭、干燥等五个主要步骤。其特征在于
(1)化学着色液中除硫酸与铬酐外，还含有多种添加剂；其着色方法是通过外加小电流使化学着色与电解坚膜在化学着色液中一步完成的化学着色方法。
(2)化学着色液含有铬酐、硫酸、加速剂、稳定剂、光亮剂以及均匀剂，其中铬酐的用量范围是150g/L～350g/L，最佳用量范围是230g/L～270g/L；硫酸的用量范围是250g/L～600g/L，最佳用量范围是470g/L～510g/L；加速剂为MnSO4，其用量范围是1g/L～16g/L；最佳用量范围是2g/L～6g/L；稳定剂为ZnSO4，其用量范围是1g/L～18g/L；最佳用量范围是4g/L～7g/L；光亮剂为(NH4)6Mo7O24·4H2O，并兼有增强着色膜耐磨性的作用，其用量范围是2g/L～20g/L；最佳用量范围是5g/L～10g/L；均匀剂为表面活性剂，其同时兼有使着色膜鲜艳的作用，但用量过大着色膜变暗。其中阴离子表面活性剂的用量范围是0.1g/L～15g/L，最佳用量范围是5g/L～7g/L；阳离子表面活性剂的用量范围是0.5g/L～7g/L，最佳用量范围是1g/L～3g/L；非离子表面活性剂用量范围是1g/L～15g/L，最佳用量范围是5g/L～7g/L。
(3)化学着色的温度为40℃～100℃，其最佳化学着色的范围是55℃～75℃。
(4)着色-坚膜一步着色法是在化学着色的同时，在被着色的不锈钢上外加小电流，使化学着色与电解坚膜在化学着色液中同时进行，一步完成。外加小电流的形式可以是直流、交流或脉冲电流(可以为不同的波形)等形式，其外加小电流的电流密度为0.1～10mA/dm2，最佳电流密度范围5～7mA/dm2(5)着色终点的控制采用电位控制法，即通过起色电位与瞬时电位的差值来控制待着色的颜色。着色-坚膜一步着色法的实验装置见附图1。其中以待着色的不锈钢作阴极，将其与辅助电极(阳极)、电源和电流表形成一个回路，用于电解坚膜；待着色的不锈钢、数字电压表、参比电极串联在一起，形成另一个回路，用于控制化学着色的颜色。辅助电极可用铅、铂、二氧化铅、钛基镀铂、钛基二氧化铅或石墨等电极；参比电极可用铂或甘汞电极等。
本发明的不锈钢化学着色液由于添加了表面活性剂，使得用该着色液着色后的彩色不锈钢具有色膜均匀、色泽鲜艳、耐磨性好等优点。
本发明的不锈钢化学着色方法是在化学着色过程中，通过外加小电流在化学着色液中同时进行电解坚膜，即将传统的化学着色与电解坚膜两步工艺合并为一步完成，简化了着色工艺，避免了电解坚膜前后颜色的变化，提高了颜色的重现性。
图1是本发明不锈钢化学着色液及其化学着色方法的示意图。
图中1电源2电流表3着色液4辅助电极5搅拌器6不锈钢试件7参比电极8数字电压表具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细说明实施例1实施例图1中按如下步骤实施(1)不锈钢表面前处理将不锈钢试件6经水洗、除油、水洗、抛光、水洗、活化、水洗等前处理，除去不锈钢表面的污垢层与氧化层。
(2)着色-坚膜一步法处理将前处理好的不锈钢试件6作阴极，浸入着色液3中，着色液3的配方浓H2SO4490g/L，CrO3250g/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O 7.0g/L，ZnSO45.0g/L，MnSO44.0g/L，OP-10 6.0g/L，溶液温度65℃，按附图1连接好着色和电位测定两个回路，采用直流电源1，控制电流密度为6.3mA/dm2，进行外加小电流化学着色，着色后用流动水清洗。
着色结果
(3)封闭处理将着色后的彩色不锈钢试件6，浸入沸腾的1.0％ Na2SiO3溶液，时间5～10min，然后用流动水清洗。
(4)干燥处理将封闭后的彩色不锈钢试件6进行干燥处理。
实施例2(1)不锈钢表面前处理同实施例1。
(2)着色-坚膜一步法处理将前处理好的不锈钢试件6作阴极，浸入着色液3中，着色液3的配方浓H2SO4490g/L，CrO3250g/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O 7.0g/L，ZnSO45.0g/L，MnSO44.0g/L，十二烷基苯磺酸钠6.0g/L，溶液温度65℃，按附图1连接好着色和电位测定两个回路，采用交流电源1，控制电流密度为5.2mA/dm2，进行外加小电流化学着色，着色后用流动水清洗。
着色结果
接下步骤同实施例1。
实施例3(1)不锈钢表面前处理同实施例1。
(2)着色-坚膜处理将前处理好的不锈钢试件6作阴极，浸入着色液3中，着色液3的配方浓H2SO4490g/L，CrO3250g/L，(NH4)6Mo7O24·4H2O 7.0g/L，ZnSO45.0g/L，MnSO44.0g/L，十六烷基三甲基溴化铵1.5g/L，溶液温度65℃，按附图1连接好着色和电位测定两个回路，采用脉冲电源1，控制电流密度为7.0mA/dm2，进行外加小电流化学着色，着色后用流动水清洗。
着色结果
接下步骤同实施例1。
权利要求
1.不锈钢化学着色液，其特征在于该不锈钢化学着色液是由铬酐、硫酸、水、加速剂、稳定剂、光亮剂和均匀剂组成，其中铬酐的用量范围是150g～350g/L，最佳范围是230g～270g/L；硫酸的用量范围是250g～600g/L，最佳范围是470g～510g/L；加速剂为MnSO4，其用量范围是1g～16g/L，最佳范围是2g～6g/L；稳定剂为ZnSO4，其用量范围是1g～18g/L，最佳范围是4g～7g/L；光亮剂为(NH4)6Mo7O24·4H2O，其用量范围是2g～20g/L，最佳范围是5g～10g/L；均匀剂为表面活性剂，其用量范围是0.1g～15g/L。
2.如权利要求1所述的不锈钢化学着色液，其特征在于表面活性剂可以是阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂；阴离子表面活性剂的用量范围是0.1g～15g/L，最佳范围是5g～7g/L；阳离子表面活性剂的用量范围是0.5g～7g/L，最佳范围是1g～3g/L；非离子表面活性剂的用量范围是1g～15g/L，最佳范围是5g～7g/L。
3.用于权利要求1所述的不锈钢化学着色液的化学着色方法，其特征在于该化学着色方法是通过以下步骤进行的(1)不锈钢表面前处理将不锈钢经水洗、除油、水洗、抛光、水洗、活化、水洗前处理，除去不锈钢表面的污垢层与氧化层；(2)着色-坚膜一步法处理将上述步骤(1)处理好的不锈钢浸入化学着色液中着色，着色温度为40℃～100℃，最佳着色温度为55℃～75℃，并连接好电解坚膜和电位测定两个回路，控制电流密度，进行外加小电流化学着色，将化学着色与电解坚膜在化学着色液中同时进行，着色后用流动水清洗；(3)封闭处理将化学着色后的不锈钢浸入沸腾的1.0％Na2SiO3溶液中，时间5min～10min，然后用流动水清洗；(4)干燥处理将封闭后的彩色不锈钢进行干燥处理。
4.如权利要求3所述的用于不锈钢化学着色液的化学着色方法，其特征在于外加小电流可以是直流、交流或脉冲电流，电流密度为0.1～10mA/dm2，最佳电流密度为5～7mA/dm2。
5.如权利要求3所述的用于不锈钢化学着色液的化学着色方法，其特征在于当外加小电流采用直流或直流脉冲电流时，阴极为待着色的不锈钢，阳极为铂、铅、二氧化铅、钛基镀铂、钛基二氧化铅或石墨。
全文摘要
本发明公开了一种不锈钢化学着色液及其化学着色方法。不锈钢化学着色液由铬酐、硫酸、水、加速剂、稳定剂、光亮剂和均匀剂组成；不锈钢化学着色方法包括不锈钢表面前处理、着色－坚膜、封闭、干燥等主要步骤。其特征是在化学着色过程中，通过外加小电流在化学着色液中同时进行电解坚膜，即将传统的化学着色与电解坚膜两步工艺合为一步完成。本发明具有色膜均匀、色泽鲜艳、耐磨性与重现性好、工艺简化实用且无需顾虑坚膜前后颜色变化等特点。
文档编号C23C22/84GK101058882SQ20071006201
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月24日 优先权日2007年5月24日
发明者薛永强, 栾春晖, 程作慧, 汤芝平, 崔子祥 申请人:太原理工大学