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1、彩色不锈钢技术文献彩色不锈钢技术文献2011年05月23日不锈钢具有良好的耐蚀性能和机械性能，虽然它的生产有着悠久的历史，但在我国，不锈钢还只是近年来才随着生活水平的迅速提高，越来越多地走进人们的日常生活。除医疗器具、餐具外，厨具、文具及其他日用品也广泛地采用不锈钢材料。目前正日益兴起的另一个大量使用不锈钢的领域是装饰行业，许多大商场、大饭店选用不锈钢楼梯扶手、不锈钢包柱、不锈钢电梯门和轿箱内墙，等等。装饰手法也从简单的抛光，发展到镜面抛光、压花等。由于不锈钢所固有的优良的耐蚀性能，在使用时往往不对它作任何装涂，直接使用其裸金属。这样，我们就只看到它的本色银白色一种颜色，有时就会今人感到有点单
2、调。于是，彩色不锈钢便应运而生了。 彩色不锈钢的制造方法最近是由英国国际镍公司的一个研究机构开发出来的，这就是有名的INCO法。INCO法的要点是将不锈钢放在强氧化性浴中加热，使其表面形成有一定厚度的氧化物膜，膜的上下两个表面所反射的光发生干涉，使之具有不同的颜色。因此，INCO法属于一种化学着色法。后来不断有人提出一些新的彩色不锈钢的生产方法，大多都是在INCO法基础上的一些改进和发展，其发色原理仍然是相同的。本文将重点介绍用INCO法获得彩色不锈钢的方法及其性能和应用，同时，也将简述一些已报道过的其他氧化剂在彩色不锈钢制造中的应用。 一、全属和不锈钢的颜色 纯金属有着各自待征的颜色，合金的
3、颜色则与其成分有关。例如，黄铜（CuZn合金）的颜色可从它的名称而知，是黄色的，这既不同于纯铜的紫红色，也不同于纯锌的银白色，而且当金属中锌含量变化时，黄铜的颜色也会有微小的差异。金属的颜色是由它所吸收反射的可见光波的波长决定的。特定波长的光被吸收或反射，又与这种金属内晶格排列、金属键和自由电子数目有关。关于这一点，目前在理论上还不能作出完满的解释。 金和铂等贵金属能长久地保持其颜色和光泽，是因为它们的化学性质很不活泼，不易与大气中氧气、水分或其他成分发生化学反应。银则不然，它容易与空气中氧、H2S等发生化学反应，生成黑色的Ag2S，所以，银制的餐具、工艺装饰品会逐渐发黑而失去固有的银白色和光
4、泽。铅、铜、锌、黄铜等金属、合金也有同样的情况，在空气中它们会被逐渐氧化，表面生成氧化物、氢氧化物或硫化物膜，从而失去光泽，改变颜色。因此，人们常说的“铅灰色”，并不是铅本身的颜色，它只是铅表面所生成氧化铅的颜色，将铅在砂纸上研磨以后，就可以看到铅本身的颜色仍然是银白色的。 不锈钢是指含Cr在13以上的铁合金系列，最常用的188不锈钢（SUS 304钢）含有18的Cr和8的Ni。这种合金在空气中非常稳定，能够长久保持其光泽和银白色。但是，它与金、铂不同，它的稳定性并不来自化学惰性，而是由于在大气中它的表面生成了一层极薄（0.005m）的含Cr的复杂氧化物氢氧化物膜（钝化膜），钝化膜非常致密，能
5、将内部金属本体与周围气氛隔绝开来，保护它不再发生反应，从而也保持了它自身的银白色和光泽。这就是人们常说的钝化。但是，在某些特定场合下，如海水中，钝化膜被破坏，且不能自行修复时，不锈钢仍然会发生腐蚀，仍然会出现锈斑和蚀孔。所以，不锈钢并不是绝对不锈，它只不过是被钝化膜保护起来了而已。 二、用INCO法生产彩色不锈钢 如前所述，直接使用其裸不锈钢，这就带来了色彩单调的问题。INCO法生产的彩色不锈钢正解决了这一问题，它不仅使不锈钢表面具有了美丽而多变的色彩，同时还提高了它的耐蚀性。 INCO法是一种化学处理方法，它是将不锈钢放入7090的，以250g/L铬酸（CrO3）和460500 g/L硫酸（
6、H2SO4）为主要成分的着色浴中浸渍，不锈钢表面被氧化，生成由Cr和Fe的氧化物、氢氧化物共同构成的结构和组成都很复杂的膜。随着浸渍时间的延长，膜的厚度逐渐增加，就会显出不同的颜色。一般地说，随着处理过程的进行，颜色将按金红紫绿黄绿的顺序变化。 当白光照射到具有一定厚度的氧化膜的不锈钢表面上时，由氧化膜上、下两个表面反射的光发生干涉，某些波长的光被干涉掉了，于是不锈钢表面就显现出那种光的补色。因此，从本质上讲，彩色不锈钢的颜色是一种干涉色。这和我们在牛顿环上看到的彩色光环的道理相同，彩色不锈钢的颜色决定于上、下表面两束反射光的光程差，而这个光程差又决定于膜的厚度和折射率。有人测得了彩色不锈钢的
7、膜厚、表面电位和色调随处理时间的变化曲线（图2），由图可以看出，随着处理时间的延长，膜的厚度增加，膜表面的电位升高，色调也在随之逐渐变化。 这样，我们就不仅能解释不锈钢在浴中生成的氧化膜的厚度和折射率对其色调的影响，还可以说明由于光的入射角变化，即使是对具有同样厚度和同样组成结构（因而，折射率也相同）氧化膜的不锈钢，也会产生不同的干涉色。美国德克萨斯州休斯顿市有一幢21层大楼，由于用彩色不锈钢装饰外墙，从早到晚，随着日照方向的不同，大楼显现出不同的色彩，非常壮观。 但是，这样生产的彩色不锈钢常因难以严格控制着色浴成分、温度、处理时间等因素，每批处理的不锈钢很难达到同一色调。为了改善色调的重现性
8、，有人提出了二段氧化法，即在90120下铬酸一硫酸浴中氧化以后，再在6085的低温浴中再次氧化处理。经过二段氧化处理的不锈钢，其色调的重现性可得到明显的提高。 三、用其他方法生产彩色不锈钢 1.熔盐法在熔融的重铬酸盐（K2Cr2O7或Na2Cr2O72H2O）浴中（400550）氧化处理1530min，可得黑褐色不锈钢。由于熔融盐粘度高，扩散慢，所以用这种方法制造彩色不锈钢不易获得均匀的颜色。 2.高锰酸盐法在含高锰酸盐0.510H2SO41070的浴中加热（90110）氧化320 min，可获得黑褐色不锈钢。调整H2SO4含量可控制产品的色调。 3.苛性碱氧化法在含PbO2或KMnO4的Na
9、OH溶液中加热（110130）氧化可得黑褐色不锈钢。 4.空气氧化法在空气中将不锈钢加热至300400氧化可获得金色、黄色不锈钢。 5.电解氧化法在含CrO3的H2SO4或H3PO4浴（2550）中用不大于0.5A/dm2的电流密度电解不锈钢，随着氧化时间和浴成分的不同，可获得不同色彩的不锈钢。 四、彩色不锈钢的性质 1.耐磨性彩色不锈钢的发色膜是一层非常薄（0.10.4m）的多孔质膜，因此，耐磨性差。为了提高其耐磨性，可在含CrO3的H2SO4或H3PO4溶液中用低电流密度阴极电解，可在不改变其色调情况下，大大改善膜的耐磨性。这个步骤叫做硬膜处理。经过硬膜处理和未经硬膜处理的彩色不锈钢耐磨性
10、试验结果。 *试验方法：用塑料橡皮法加500g载荷进行摩擦。 2.耐蚀性彩色不锈钢，特别是经过硬膜处理的彩色不锈钢具有很好的耐蚀性，也不会因长时间阳光照射而褪色、变色，在沸水中既不会变色，也不会有有害物质溶出。在空气中加热到200以上膜才会发生变化，引起变色。 3.加工性加工后的不锈钢着色时加工变形部分先氧化着色。利用这一点可获得多彩着色。若要避免这种不均匀着色，可事先用磨光或电解抛光的方法，命名基体均一化，再浸入浴中着色。由于发色膜的附着性好，着色以后的不锈钢试样经0.5R 180弯曲也不会发生剥离或裂纹，说明彩色不锈钢具有好的加工性能。 4.吸光性用前述方法生产的黑色不锈钢有着良好的吸光性
11、，可用于制造太阳能集热板。黑色不锈钢、黑色涂装不锈钢以及不锈钢厚板对光波的反射率。 由图可见，在太阳光波长范围内，黑色不锈钢对光的反射率很低，可吸收太阳光能中的90以上，只反射出58的太阳光能，是制太阳能集热板的良好材料。 五、彩色不锈钢在国外的一些用途 如前所述，彩色不锈钢在国外已有不少用于建筑方面的实例，如建筑的内外壁、柱门、门套及门上房间号牌、户主姓名牌等。电梯和自动扶梯、汽车、电气火车等内外装饰和某些部件。自行车的某些部件，都有用彩色不锈钢制造的。 在日用品和家具方面应用就更广泛了，如餐具、杯、盘等容器，家具的把手和装饰件、电器开关板，钟表及表带、钢笔及其他文具。黑色不锈钢除可用于太阳能热水器外，还可用于制造照相机及摄影用其他设备。 彩色不锈钢还可用于生产各种工艺品和装饰品，还有人用这种方法进行多色版画创作。 总之，彩色不锈钢不仅保留，而且进一步提高了不锈钢的优异的耐蚀性能、机械性能及其他物理性能，还赋与它美丽多变的色彩，不久的将来，它一定会在国内各个领域大显身手，在美化我们的城市、美化生活中做出新贡献。
