专利名称：不锈钢表面低温着色方法
技术领域：
本发明涉及不锈钢着色技术，特别是涉及一种不锈钢载波钝化法的低温着色技术。
背景技术：
不锈钢是一种银白色的、具有优良的耐蚀性、耐磨性和机械强度高的合金钢，其应用非常广泛。不锈钢本身具有较强的耐蚀性，所以，不锈钢表面钝化膜一方面是为了进一步提高耐蚀性，另一方面是由于不锈钢的应用不断向装饰性和艺术性以及太阳能吸收等方面发展，对表面色彩的要求也不断提高，使不锈钢着色技术近来发展迅速。彩色不锈钢具有金属光泽，色泽鲜艳，而且耐磨性和耐蚀性良好，是一种很有应用潜力的材料。
目前彩色不锈钢的生产主要采用以INCO法[T.E.Evans等Trans.IMF，51(1973)，108]为主的着色工艺，但该着色液中含有大量的六价铬离子，其废液的排放对环境造成很大危害。因此，急需开发用无铬的着色液生产彩色不锈钢的新型工艺。在国外，Oki.[B.-Z.Yun，M.Okido，and T.Oki，Hyomen-Gijutsu，39，505(1988)]等对方波电势脉冲着色作了尝试，S.Fujimoto[S.Fujimoto，T.Shibata，K.Wada，and T.Tsutae，Corr.Sci.，35，147(1993)]等对无铬的不锈钢着色作了报道。在国内，也首次开发出用载波钝化法在无铬的硫酸着色液中生产彩色不锈钢的工艺[张俊喜，陈健，乔亦男，曹楚南，中国腐蚀与防护学报，19，167(1999)]，同时可避免高价铬对环境的污染。
不锈钢的着色方法主要有表面氧化法、电解着色法、有机物覆盖法、沉积有色金属法等工艺，目前广泛应用的主要是表面氧化法和直流电解着色法，表面氧化法中又以化学着色法和电解着色法常用，直流电解法较化学着色法有许多优点，但是目前彩色不锈钢的工艺均是在铬酸/硫酸溶液体系中完成的，着色溶液体系中的Cr6+离子会给环境带来严重的危害。
目前采用载波钝化法获得的彩色不锈钢，可获得颜色均匀、色彩鲜艳的表面，且具有多种色彩，同时可以使不锈钢的耐蚀性得到提高，而且不改变不锈钢本身的其他物理性能(如强度、导电性和导热性等)，所需的处理设备和工艺简单，易于工业化。在载波钝化法中，如图1所示，恒电位仪分别连接用于调制交变电场的信号发生器、用于数据采集的计算机、用于采样监控的示波仪、作为参比电极的饱和甘汞电极、作为对电极的铂电极和样品；在现有的载波钝化法中，着色溶液温度均为70℃，过高的温度是溶液蒸发过快，浓度不稳定，同时对工作环境有较大的影响，能耗也相对增加。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种所需的设备和工艺简单，操作参数可量化，便于数字化控制，便于实现工业化生产的，能降低了工艺能耗，提高了着色控制精度，改善了工作环境的不锈钢表面低温着色方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种不锈钢表面低温着色方法，包括将经过常规方法处理的不锈钢工件作为阳极，以铅板为阴极，以饱和甘汞电极为参比电极，根据所需要的颜色调制交变电场的各参数并确定着色所需的时间，电解质溶液用浓度为0.5～5mol/L的硫酸水溶液；着色完成后，对工件进行清洗和简单的后处理，最后干燥；其特征在于，所述电解质溶液温度控制为30～50℃，所述电解质溶液中添加增速剂(一种或几种过渡金属的硫酸盐或含氧酸盐)，增速剂为5～25g/L。
利用本发明提供的不锈钢表面低温着色方法，由于采用在降低温度后，添加了膜层增速剂(一种或几种过渡金属的硫酸盐或含氧酸盐)的方法，获得了与着色溶液温度为70℃时相同的效果；溶液的温度低，可以节省大量的能量，同时避免酸雾的溢出所产生的危害；另外本发明与现有技术相比，避免了其他着色液中含有的六价铬对环境的污染和危害；本发明着色材料的性能(色彩、耐蚀性、耐磨性、附着力、变形性)经过本发明方法处理的不锈钢表面具有均匀的、鲜艳的色彩。表面膜层具有较高的耐磨性，对不同颜色的膜层采用负载橡皮轮测试，结果如表1所示。
同时，膜层的耐蚀性也有了很大的提高，电化学测试表明，经过本发明方法处理的不锈钢的耐蚀性高于未处理的不锈钢；如图2所示的开路电位-时间曲线，比较了未经钝化处理的不锈钢样品a和经过载波钝化着色处理的不锈钢样品b；通过盐雾试验(GB6458-86)和FeCl3溶液试验(GB4334.7-86)，经过本发明方法处理的不锈钢的耐蚀性远远超过未处理的材料，测试结果如表2所示。
本发明方法处理的膜层具有很高的附着力，试验样片弯曲0°～90°的范围内弯折处的颜色没有明显的变化。
经后处理的彩色不锈钢耐污性较好，触摸无指纹残留。
表1不同颜色的膜层的负载橡皮轮测试结果
表2不同色彩的样品经FeCl3试验和盐雾试验的测试结果
目前随着科技水平和生活水平的提高，不锈钢的产量和用量大量增加，应用范围也不断拓宽。不锈钢着色可以使不锈钢的表面色彩更加丰富，与应用环境更加协调。同时彩色不锈钢还可以应用于其他专业领域，如标志、警示和太阳能吸收等。本发明的产生和应用具有较大的意义和经济效益。
图1是不锈钢着色装置的结构示意框图；图2是本发明实施例中载波钝化着色，直流钝化和未经处理的不锈钢样品的开路电位-时间曲线图。
具体实施例方式
以下结合
对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
本发明实施例所提供的一种不锈钢表面低温着色方法的具体方案为选用奥氏体不锈钢(AISI304、316、321等型号)为实验材料，本实验所用不锈钢取自商用不锈钢，表面呈镜面抛光或者哑光。
交变电场的调制是通过信号发生器来完成，由信号发生器改变交变电场的频率、占空比和幅值等参数。通过恒电位仪施加在电极上。
溶液为2.5mol/L H2SO4，增速剂(硫酸锰)量为15g/L。温度为40℃，电解液温度由恒温水浴控制，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，铅板为辅助电极。
方案中采用色差计对着色样品的色彩进行测量。色度图采用CIE1931色度图，运用色度图能较准确地反映不锈钢着色膜的色彩的变化。色差计型号为SM-4(SUGA TEST Instru.，Co.，Ltd.[日])开路电位衰减测量所用溶液为2.5mol/L H2SO4+3.5％NaCl溶液。
FeCl3点蚀试验采用GB4334.7-86标准进行。方案所用的溶液为6％FeCl3+0.05mol/L HCl。温度保持在35±1℃。
盐雾试验条件根据GB6458-86中性盐雾试验标准进行。
文中所有电极电位均相对于饱和甘汞电极(SCE)。
本发明实施例所提供的一种不锈钢表面低温着色方法，应用恒电位技术，本发明实施例主要采用300系列奥氏体不锈钢；将经过常规方法处理的不锈钢工件作为阳极，以铅板为阴极，电解质溶液用温度为40℃、浓度为2.5mol/L的硫酸水溶液，增速剂(一种或几种过渡金属的硫酸盐或含氧酸盐)为15g/L，以饱和甘汞电极为参比电极；交变电场可以是方波、三角波或正弦波；交变电场的参数为频率4HZ，高电位1000mV(SCE)，低电位-250mV(SCE)，占空比70％，；着色时间为15分钟，在一定的温度下，根据所需要的颜色调制交变电场的各参数并确定着色所需的时间；着色完成后，对工件进行清洗和简单的后处理，干燥即可。
本技术是一种电化学应用技术，根据交变电场对不锈钢表面钝化膜生长的影响规律，控制交变电场的相关参数(频率、幅值、占空比等)，使不锈钢表面产生一定厚度的钝化膜。根据光的干涉原理，不同厚度的钝化膜可以表现出不同的色彩，因此，可以控制相关的电解参数和电解液成分，获得色彩鲜艳的、均匀的、具有金属光泽的颜色。同时还可以使不锈钢的耐蚀性得到提高。本技术所需的设备和工艺简单，操作参数可量化，便于数字化控制，实现工业化生产。
权利要求
1.一种不锈钢表面低温着色方法，包括将经过常规方法处理的不锈钢工件作为阳极，以铅板为阴极，以饱和甘汞电极为参比电极，根据所需要的颜色调制交变电场的各参数并确定着色所需的时间，电解质溶液用浓度为0.5～5mol/L的硫酸水溶液；着色完成后，对工件进行清洗和简单的后处理，最后干燥；其特征在于，所述电解质溶液温度控制为30～50℃，所述电解质溶液中添加增速剂。
2.根据权利要求1所述的不锈钢表面低温着色方法，其特征是，所述交变电场的参数为频率1～10HZ，高电位850～1000mV(SCE)，低电位-200～-400mV(SCE)，占空比50％～80％。
3.根据权利要求1所述的不锈钢表面低温着色方法，其特征是，所述着色时间为5～60分钟。
4.根据权利要求1所述的不锈钢表面低温着色方法，其特征是，所述不锈钢主要采用300系列奥氏体不锈钢。
5.根据权利要求1至5中任何一项所述的不锈钢表面低温着色方法，其特征是，所述增速剂为过渡金属的硫酸盐或含氧酸盐膜层增速剂，其量为5～25g/L。
全文摘要
本发明公开一种不锈钢表面低温着色方法，涉及不锈钢表面低温着色技术领域；该方法是将经过常规方法处理的不锈钢工件作为阳极，以铅板为阴极，以饱和甘汞电极为参比电极，根据所需要的颜色调制交变电场的各参数并确定着色所需的时间，电解质溶液用浓度为0.5～5mol/L的硫酸水溶液；着色完成后，对工件进行清洗和简单的后处理，最后干燥；其特征在于，所述电解质溶液温度控制为30～50℃，所述电解质溶液中增速剂为5～25g/L。本发明的低温着色方法的有益效果所需的设备和工艺简单，操作参数可量化，便于数字化控制，便于实现工业化生产的，能降低工艺能耗，提高着色控制精度，改善工作环境，避免了其它工艺中铬酸盐对环境的污染。
文档编号C25D11/34GK1715459SQ200510025729
公开日2006年1月4日 申请日期2005年5月11日 优先权日2005年5月11日
发明者张俊喜, 魏增福 申请人:上海电力学院