金属表面的模板法染色方法
【专利说明】
(一)
技术领域
[0001]本发明属于金属表面处理技术领域，具体涉及一种金属表面的模板法染色方法。
(二)
【背景技术】
[0002]金属材料具有导电、导热、高熔点、高延展性等优点，被广泛应用于工业、农业、建筑、国防等各个行业，一直都是人类社会文明和发展的重要基础。为满足现代社会需求的金属产品，除传统的金属加工成型方法外，人们还开发各种表面处理技术来提高其各个方面的性能，如硬度、塑性、韧性、耐蚀性、装饰性等，其中金属的表面装饰性也越来越受到关注。我国虽然为金属出口大国，但国内的金属表面处理技术较国外相比，还不够成熟，如何高效环保获得色彩丰富的金属表面更有待研究。
[0003]金属表面处理技术日新月异，国内外已有许多的文献报道，常见工艺有电镀、化学镀、化学转化膜、气相沉积等，这些也是提高金属耐蚀性及其装饰效果的着色方法。但这些着色技术或工艺适用性不广，大都只适用于单种或者极少数的金属材料表面，且颜色较为单一。如专利CN104233251A《一种镀锌层无铬钝化工艺》、专利CN104250738A《一种镀锌钢板的表面磷化工艺》等只适用于锌材，且颜色也局限于黑、灰等几种颜色，满足不了装饰性的目的；专利CN104562149A《一种青铜表面色彩处理技术》、CN102330138A《铝或铝合金双层阳极氧化膜的制备及其多色彩着色膜的制备》等均只局限于单一的金属表面。
[0004]染色技术是指使用染料对被染物进行染色加工的一种技术，被染物大都是纺织品。金属材料一般不适合染色，但研究发现对金属表面进行适当处理后，表面形成疏松多孔状膜层，大大提高了比表面积，使其能对染料产生强烈的物理吸附和化学反应，从而染色得到各种色彩，如铝经过阳极氧化后的化学染色，以及锌及锌合金经含铬钝化后，再利用有机染料进行染色。但迄今为止，仅仅只有铝、锌等合金可以进行染色处理，而且为得到疏松多孔膜层需要进行铬酸钝化，对自然环境和工人操作环境危害巨大。因此，开发一种环保高效且广适性的金属染色技术迫在眉睫。
(三)
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种金属表面的模板法染色方法，本发明方法适用于多数金属，并且是一种环保的染色技术。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]—种金属表面的模板法染色方法，所述的方法包括如下步骤:
[0008](I)将金属工件用砂纸打磨光滑，并用水清洗干净，然后置于乙醇-丙酮混合液中进行超声处理，之后再用水清洗干净，备用;所述的金属工件为锌、铜、镁或铝制金属工件；
[0009](2)将步骤(I)处理好的金属工件放入电泳液中，以金属工件为阳极、不锈钢为阴极在常温下进行电泳，电压为I?50V(优选I?20V)，电泳时间为I?60min(优选I?20min);将电泳完的金属工件直接放入刻蚀液中，刻蚀I?120min (优选1?60min)，将刻蚀完的金属工件用水清洗干净并烘干，备用；
[0010]所述的电泳液由模板悬浮液和溶剂组成，所述模板悬浮液和溶剂的体积比为1:5?30，优选1:5?15;
[0011]所述的溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、苯甲醇、四氯化碳、水中的一种或两种以上任意比例的混合液，优选甲醇、乙醇或丙醇；
[0012]所述的模板悬浮液由如下重量份的原料组成:单体I?5份、引发剂0.005?0.3份、水5?9份；
[0013]所述的单体为丙烯酸酯类化合物或醋酸乙烯酯;所述的丙烯酸酯类化合物为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸乙酯中的一种或两种以上任意比例的混合物；
[0014]所述的引发剂为有机过氧化物或过硫酸盐类化合物;所述的有机过氧化物为过氧化苯甲酰、过氧化甲乙酮、异丙苯过氧化氢中的一种或两种以上任意比例的混合物，优选过氧化苯甲酰;所述的过硫酸盐类化合物为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种或两种以上任意比例的混合物，优选硫酸钾；
[0015]所述的刻蚀液为酸的水溶液，所述酸的水溶液中酸的浓度为0.1?5moI/L，优选I?3mol/L;所述的酸为硫酸、盐酸、氢氟酸、乙酸中的一种或两种以上任意比例的混合物，优选盐酸或氢氟酸；
[0016](3)将步骤(2)处理好的金属工件放入染液中，浸渍I?30min(优选5?20min)后取出，用清水冲洗干净，再放入沸水中封孔10?30min，之后取出烘干，即得成品。
[0017]本发明所述的方法，步骤(I)中，所述乙醇-丙酮混合液中乙醇与丙酮的体积比为1:0.5?2ο
[0018]步骤(I)中，所述超声的频率为10?50ΚΗζ，时间为5?20min。
[0019]步骤(2)中，所述的模板悬浮液按如下方法制备得到:
[0020]将配方量的单体和水混合，不断搅拌下加热至30?90°C，加入配方量的引发剂，反应2?7h，之后冷却至25?60°C，用300目的纱布进行过滤，收集滤液(即为所述的模板悬浮液)，-6?6°C保存待用。
[0021]步骤(2)中，所述的不锈钢可选用316L不锈钢。
[0022 ]步骤(3)中，所述的染液由染料在30?70 °C下溶于水中配制而成，所述染液中的染料浓度为I?100g/L(优选10?50g/L)。所述的染料可以为市面常用纺织染料，例如酸性染料、碱性染料或中性染料等，可商购获得。所述的酸性染料具体例如:绿GLW CAS#: 6408-57-7、紫FBL CAS#:72243-90-4、橙GSN CAS#: 12217-33-3等(宁波乾唐化工有限公司)；所述的碱性染料具体例如:红2GL CAS#:42373-04-6、黄3GL CAS#: 4208-80-4、蓝FRL CAS#:15085-91-3等(宁波乾唐化工有限公司)；所述的中性染料具体例如:红2GL CAS#: 12239-05-3、黄2GL CAS#:5601-29-6、黑WA CAS#: 5610-64-0等(宁波乾唐化工有限公司)。
[0023]本发明的有益效果在于，本发明提供的模板法染色技术针对多数金属的特点设计，具有处理工艺简单、低温环保、耗能少、效率高、颜色较均匀且丰富的优点，具有较强的应用前景和市场竞争力。
(四)
【附图说明】
[0024]图1是实施例1染上蓝色(CMYK:C88M85Y64K44)后的锌片表面形貌；
[0025]图2是实施例2染上黄色(CMYK:C64M69Y98K36)后的锌片表面形貌；
[0026]图3是实施例3染上黑色(CMYK:C93M88Y89K80)后的铜片表面形貌。
(五)
【具体实施方式】
[0027]下面通过具体实施例对本发明进行进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
[0028]实施例1
[0029](I)配制电泳液10mL:将50ml 2-甲基丙烯酸甲酯(47.2g)、250ml水放入三口烧瓶中，水浴加热至70°C，放入0.17g重结晶后的过硫酸钾，反应4h，之后水浴冷却至50°C，用300目的纱布过滤得到模板悬浮液，6°C冷藏待用。量取上述配制的模板悬浮液1ml于烧杯中，加入90ml无水乙醇，搅拌均匀，得到电泳液。
[0030](2)将锌片(深圳市科天化玻仪器有限公司，锌含量99.5%)在不同型号砂纸上打磨光滑，并用水清洗干净，然后置于乙醇-丙酮体积比2:1混合液中，于40KHz超声20min，再用清水洗净，备用。
[0031](3)将步骤(2)处理好的锌片放入步骤(I)配制的电泳液中，以锌片作为阳极，不锈钢片(无锡锋驰不锈钢有限公司，316L不锈钢)做为阴极，在常温(25°C)下进行电泳，电泳电压为4V，电泳时间为1min，将电泳完的锌片直接放入刻蚀液中，刻蚀20min，将刻蚀完的锌片用清水冲洗干净并烘干，备用。
[0032]所述的刻蚀液由5ml硫酸、5ml氢氟酸，加水至50ml混合均匀配制而成，所得刻蚀液中，硫酸浓度为1.8mol/L，氢氟酸浓度为2.2mol/L。
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