在熱的鉻酸和硫酸溶液中對(duì)不銹鋼進(jìn)行化學(xué)著色,是經(jīng)因科公司發(fā)展而得的,稱為因科法。
1. 因科法化學(xué)著色溶液組成和工藝條件
溶液: 硫酸(H2SO4)(d=1.84) 490g/L 、著色溫度 70~90℃ 、鉻酐(CrO3) 250g/L 。
隨著浸漬時(shí)間的不同,產(chǎn)生的顏色的順序是:青銅色,藍(lán)色,金黃色,紅色和綠色。
膜的顏色是由于不同厚度的膜在反射和透膜折射兩種光的相互干涉而成色,在前面已敘述過(guò),不同的厚度就產(chǎn)生不同的顏色,因此,在著色過(guò)程中,保持溶液溫度的均勻性和穩(wěn)定性是很重要的,所以著色用的槽為鉛襯里的鐵槽,外套為可用蒸氣加熱的保溫水套,以維持鉛槽內(nèi)溶液的穩(wěn)定,在槽內(nèi)并裝有攪拌器,使溶液均勻。
2. 時(shí)間控制著色法
將不銹鋼浸在著色液中浸漬一定時(shí)間后,就能得到一定的顏色。如溫度70℃時(shí),著色15min可得藍(lán)色,18min可得金黃色,20~22min可得紫色或綠色。這種根據(jù)時(shí)間控制的方法不能得到重復(fù)的顏色。這是因?yàn)橹芤旱臏囟壬晕⒂行┳兓刂撇粫?huì)很準(zhǔn)確,而化學(xué)著色液的化學(xué)組成由于水分蒸發(fā)也可能有變化,這兩個(gè)因素都能影響獲得顏色的重現(xiàn)性。
3. 電位控制著色法
a. 不銹鋼著色的電位-時(shí)間曲線。
1973年,伊萬(wàn)斯用飽和甘汞電極作參比電極,測(cè)量了不銹鋼著色過(guò)程中電位-時(shí)間的變化曲線。
1977年,阿里索尼等人用鉑電極作參比電極,測(cè)量了不銹鋼著色過(guò)程中電位-時(shí)間的變化曲線。見(jiàn)圖8-6不銹鋼著色的電位-時(shí)間曲線。
b. 著色電位差
當(dāng)不銹鋼和鉑電極同浸在著色液中,見(jiàn)圖8-7不銹鋼著色裝置示意圖,在不銹鋼上連接電位記錄儀,在鉑電極上連上電位修正儀,在兩者之間連上導(dǎo)線,由于不銹鋼和鉑電極的電位不同,產(chǎn)生了電位差,有電流通過(guò)導(dǎo)線,隨著不銹鋼著色過(guò)程的化學(xué)反應(yīng),氧化膜的厚度逐漸增長(zhǎng),電位隨著發(fā)生變化。在著色的整個(gè)過(guò)程中,即測(cè)得著色電位-時(shí)間的關(guān)系曲線。
電位-時(shí)間曲線上的B點(diǎn)表示不銹鋼的電位達(dá)到最負(fù)的最高點(diǎn)。B點(diǎn)稱為起色電位。起色是指不銹鋼表面開(kāi)始出現(xiàn)黑色斑痕,說(shuō)明已形成一層引起光干涉的氧化膜,開(kāi)始向有色方向變化。從B點(diǎn)的起色電位起,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),不銹鋼電位逐漸下降至C點(diǎn),C點(diǎn)稱為著色電位。B-C=Δφ,稱為著色電位差。各種顏色的著色電位差Δφ不同,如下:
藍(lán)色 Δφ=8~11mV,膜厚0.09μm;
黃色 Δφ=13.5~16mV,膜厚0.15μm;
紅色 Δφ=17.8~18.5mV,膜厚0.18μm;
綠色 Δφ=20.8~21.6mV,膜厚0.22μm.
c. 用著色電位控制顏色的重現(xiàn)性
隨著著色時(shí)間的延長(zhǎng),不銹鋼表面電位C與起色電位B的差值逐漸增大,不同電位差對(duì)應(yīng)不同的顏色。某一電位差出現(xiàn)一定的顏色,此關(guān)系不隨著色液的溫度和組成的稍微變化而變化,這是可以用控制電位差法進(jìn)行著色的原因,比控制時(shí)間的重現(xiàn)性好。但著色電位差對(duì)不銹鋼材料的不同,該數(shù)值也不相同,需要具體測(cè)量。在著色過(guò)程中,只要測(cè)得起色電位B,根據(jù)上式得:
C=B-Δφ
可以得到差色電位C,以控制得到不同的顏色。用著色電位差控制顏色的重現(xiàn)性是國(guó)際公司因科法的專利。
d. 不銹鋼著色過(guò)程微機(jī)控制設(shè)備
各種顏色相鄰的電位差距很小,只有幾毫伏,要用精密電壓表(如TH-V數(shù)字電壓表)才能分辨,這就給實(shí)際操作帶來(lái)很大的不便。這需要儀器設(shè)備有很高的精度和抗干擾性,否則,儀器本身的誤差就會(huì)導(dǎo)致控制出錯(cuò)。如果大批量生產(chǎn),更要考慮采用微機(jī)自動(dòng)控制。
由于彩色不銹鋼生產(chǎn)的迅速發(fā)展,對(duì)色澤的重現(xiàn)性有更高的要求,對(duì)電位著色法提出了很多改進(jìn)方案,要求控制儀器更加精密,更加復(fù)雜,采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,當(dāng)達(dá)到某一電位差時(shí),符合一定的顏色要求,即時(shí)發(fā)出指令,啟動(dòng)升降機(jī),取出已著色的不銹鋼,見(jiàn)圖8-8不銹鋼著色過(guò)程微機(jī)控制設(shè)備系統(tǒng)圖。目前我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家相比,主要差距是著色的電子監(jiān)測(cè)設(shè)備。國(guó)外已將這種設(shè)備用于工業(yè)生產(chǎn),可以得到重復(fù)的顏色,而國(guó)內(nèi)尚未能達(dá)到,所以著手研制著色用電子監(jiān)測(cè)設(shè)備是當(dāng)務(wù)之急。
e. 單位時(shí)間電位差變化的微分曲線的運(yùn)用
表面光潔度較高的工件,測(cè)出的電位-時(shí)間曲線起色電位的峰值明顯,對(duì)于表面光潔度不高的不銹鋼,表面凹凸不平,著色時(shí)電位峰值不明顯,無(wú)法采用電位-時(shí)間曲線。1980年,竹內(nèi)武等人用單位時(shí)間電位差的變化的微分曲線,見(jiàn)圖8-9,控制不銹鋼電位的著色過(guò)程,即將微分曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)A(A為單位時(shí)間電位差變化趨勢(shì)的轉(zhuǎn)變),規(guī)定為著色起始點(diǎn),并按照所要求的著色色澤規(guī)定一定時(shí)間后,電位的變化作為著色處理終點(diǎn),便能準(zhǔn)確控制不銹鋼的色彩。這種控制設(shè)備系統(tǒng)圖見(jiàn)圖8-8,由于不銹鋼表面氧化膜的厚度與色澤有密切的關(guān)系,故控制氧化膜厚度的均勻性是工藝中主要一環(huán),圖8-10給出了SUS304不銹鋼的著色電位與氧化膜厚度的曲線。