彩色不銹鋼

2023年12月4日發(作者：五歲孩子)

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彩色不銹鋼及其生產技術簡介

經過冶煉得到的不銹鋼還不能真正達到保護金屬免受腐蝕的作用。還必須經過除油、酸洗、磨、拋光清除氧化皮的預處理和最后的鈍化處理等表面處理后，才能使不銹鋼在環境介質中保持熱力學的穩定性質。譬如生產上采用不銹鋼電化學拋光技術來增強不銹鋼的耐蝕性。這種方法是把不銹鋼作為陽極，鉛板作為陰極，放在由磷酸、硫酸、聚乙二醇和甘油組成的電解液中通以直流電，使不銹鋼的表面Fe2O3減少Cr2O3增加，結果生成富鉻鈍化膜以達到增強耐蝕性的目的。而鈍化則是用硝酸或硝酸－重鉻酸鹽等氧化劑或氫氧化鈉－磷酸鈉堿性溶液化學法鈍化，以及電化學方法、熱處理方法鈍化等等。

彩色不銹鋼，既不是在鋼鐵上刷上油漆來獲得色彩，也不是像彩鋁一樣通過染料染色來獲得色彩。彩色不銹鋼本身是無色的，色彩的獲得是由于表面有一層無色透明的致密的氧化物薄膜，當光線照射到薄膜上時，其反射光與通過薄膜的折射光發生光的干涉現象的結果。這個現象與水面油膜的七彩效應的道理是一樣的。彩色不銹鋼表面呈現什么顏色取決于表面氧化膜的化學成分、組織結構、光潔度、膜的厚度以及入射光線等。其中起決定作用的是膜的厚度。氧化膜的厚度一般在200~400nm。氧化膜較薄，呈現蘭色或棕色；中等厚度的氧化膜，呈現金黃色或紅色；較厚的氧化膜，呈現綠色甚至是黑色。膜層厚度與顯示色彩的關系如下表所示：

序號

1

2

3

4

5

6

檸檬黃

玫瑰紅

240

260

560~580

650~750

顏色

藍

金黃

玫瑰紅

墨綠

膜厚h(nm) 波長λ（nm）

80

110

140

190

450~480

580~600

650~750

500~560

彩色不銹鋼的出現，大大增強了不銹鋼的應用范圍。比如美國德克薩斯州休斯敦市一幢21層的大樓，用彩色不銹鋼裝飾外墻和窗框，由于陽光的照射角度不同，呈現出五彩斑斕的顏色。太陽在一天之中升起又落下，更使得整幢大樓的色彩處于不斷變化之中。人們觀察欣賞的角度迥異，又會獲得不同的色彩感受。

彩色不銹鋼的著色工藝一般分為氧化成膜（又稱為著色處理）、電解固化、封閉處理三個階段。

不銹鋼的著色方法有離子沉積氧化物或氫氧化物法、高溫氧化法、化學氧化法、電化學氧化法、氣相裂解法。

彩色不銹鋼化學著色工藝流程如下（單色著色工藝）：

不銹鋼制品→機械拋光→清洗→堿性除油→清洗→電解拋光→清洗→活化→清洗→化學著色→著色膜固化處理→清洗→封閉→清洗→干燥→成品

例如，不銹鋼著黑色可以采用硫酸錳、硝酸鉀、重鉻酸鉀、硫酸銨、硫酸組成的溶液，溫度98℃左右，5~15min，進行化學著黑。或者在硫酸錳、重鉻酸鉀、硫酸銨、硼酸組成的電解液中進行電解著黑。硫酸錳起著黑劑的作用，硝酸鉀、重鉻酸鉀起氧化劑的作用，硫酸銨在溶液中通過絡合作用控制反應速度，硫酸、硼酸用來調節pH值。

離子沉積氧化物或氫氧化物法就是將不銹鋼工件放在真空鍍膜機中進行真空蒸發鍍。

高溫氧化法是在特定的熔鹽中，浸入不銹鋼工件保持在一定的工藝范圍，形成一定厚度的氧化膜。

化學氧化法就是在特定的溶液中，浸入不銹鋼制件，通過化學氧化形成氧化膜。

電化學氧化法就是將不銹鋼制件放在特定的電解質溶液中進行電解，形成氧化膜。

以不銹鋼因科（Inco）酸浴氧化法為例介紹不銹鋼的化學著色處理。在熱的鉻酸和硫酸溶液中對不銹鋼進行化學著色，是經英國因科公司發展而得，稱為因科法

1、氧化成膜

氧化成膜是生產彩色不銹鋼的最關鍵環節。是利用氧化反應，在不銹鋼的表面生成氧化膜，通過控制浸漬氧化時間來調節氧化膜的厚度，以獲得理想的色彩效果。

不銹鋼在浸入著色液之前，必須經過酸洗、拋光等預處理。

著色液組成：

硫酸（H2SO4）（d＝1.84） 4.9mol/L

鉻酐（CrO3） 2.5mol/L

溫度： 80℃左右

時間 隨浸漬時間的不同，膜的厚度也就不同，產生的顏色順序是：青銅色→藍色→金黃色→紅色→綠色。

反應：3Fe＋2CrO3＋6H+＝Cr2O3

＋3Fe2+＋3H2O

18-8型奧氏體不銹鋼是最適合著色的材料，能得到令人滿意的鮮艷的彩色外觀，這是因為它在著色溶液中比較耐腐蝕。

2、電解固化

著色處理后的不銹鋼氧化膜比較柔軟是一層不夠致密的疏松結構，存在微小的孔隙，不耐磨容易剝落，且很容易被沾污，沒有實用價值。因此還需要進行硬膜處理，以提高氧化膜的耐磨性、耐蝕性和耐熱性。 固化處理是將著色后的不銹鋼放入含有鉻酐和反應促進劑的溶液中，彩色不銹鋼作陰極，鉛板作陽極，進行電解處理。在電解過程中，陰極上析出的氫把六價鉻（Cr6+）還原成三價鉻(Cr3+)，并形成穩定的三價鉻絡合物沉積在著色膜上，達到封孔的目的。隨著電解的進行，膜表面微孔中的pH值上升，得Cr3+水解產生Cr2O3 、Cr(OH)3以及鉻化物，填充在膜孔中。

電解液組成：磷酸（H3PO4） 鉻酐（CrO3）

陰極：（不銹鋼）2CrO3＋6H+＋6e－＝Cr2O3＋3H2O

CrO3 ＋3H＋＋3e－＝Cr(OH)3

陽極：（鉛板） 3Pb－6e－＋2PO43－＝Pb3(PO4)2

溫度：30~40℃

時間：10分鐘左右

經固膜處理后，顏色會有一定程度的改變。因此在著色階段應該考慮到這一點，通過浸漬的時間來進行調整，同時盡量縮短固膜處理的時間。在固膜液中適當加入鉬酸鈉（Na2MoO4），可提高著色層的光亮度而且不會對顏色產生影響。

3、封閉處理

經過電解固化處理的著色膜仍然有少量孔隙存在。還需要對其進行封閉處理。一般可以采用以下方法對膜進行封閉。

3．1．蒸氣封閉：

把經固膜處理后的彩色不銹鋼制品懸掛在水面上，加熱沸騰30min，高溫蒸氣老化使孔隙封閉。

3．2．水玻璃封閉：

把經固膜處理后的彩色不銹鋼制品浸漬入飽和硅酸鈉（Na2SiO3）溶液中加熱至沸5min。取出干燥后表面被水玻璃封閉。這種封閉方法會降低成品的光澤。

3．3．重鉻酸鉀封閉

把經固膜處理后的彩色不銹鋼制品浸漬入重鉻酸鉀（K2Cr2O7）和(NaOH)組成的溶液中，調節pH值6.5~7.5，控制溫度60~80℃，加熱2~3min。用重鉻酸鉀封閉的彩色不銹鋼，著色膜顏色無變化，耐臟性能比較好。

彩色不銹鋼產品介紹

1．1 產品特點

彩色不銹鋼并不是彩色涂層鋼板，表面無任何涂料、無任何毒性。它是在銀白色的不銹鋼表面形成一層透明的氧化膜，通過該氧化膜對光的干涉作用而形成不同的色彩。

不同厚度的氧化膜可以產生不同的色彩。同樣厚度的氧化膜，隨著光線入射角度不同，即使同種光也會顯示不同的顏色。當天氣變化(空氣濕度變化)時，表面氧化膜也會變化，顏色也隨之改變，因此，其色彩是神幻無比。但是，每一厚度的氧化膜都對應著一種基本顏色，當表面膜上的濕氣消去，氧化膜即復原，顏色也恢復到原來的本色。通常的色彩系列有：茶色、黑色、深茶紅色、紫藍色、藏青色、寶石藍色、藍色、灰色、淡黃色、金黃色、金紅色、紫紅色、天藍色、綠色、黃綠色等。

該產品因其裝飾效果和耐腐蝕性能都遠遠優于普通不銹鋼，其耐磨、抗刻劃、耐擦洗性能也很強，可加工性能及其他各方面性能都與普通不銹鋼一樣，因此，它將成為普通不銹鋼產品的替代品，進入所有使用不銹鋼的行業。

1．2 產品性能

(1) 耐蝕性

a)在0.5ml/L的鹽酸中長期浸泡保持鈍態電位，不腐蝕。

b)模擬GB4334.1(2、3、4、5、6、7、8)-84，GB4334．5-90，GB5776-86，GBl0124-88，GBl0125-88，以及在10％FeCl3溶液中外加電流，加速對原材料不銹鋼和彩色不銹鋼進行腐蝕，結果，其耐蝕性能遠高于同種原材料不銹鋼。

(2)耐熱性：在沸水中浸漬28天；在200℃以下暴露五個星期：在250℃以下長期暴露：加熱到400℃，膜層色澤均無明顯變化。

(3)耐磨性和抗刻劃性能：能承受在500g/cm2的壓強下，橡皮摩擦20000次以上不變色，用300g的鋼針刻劃不劃穿。

(4)加工性能：能承受常規的模壓加工、深拉延、彎曲加工以及加工硬化，進行180℃彎曲試驗和8mm的杯突試驗后，氧化膜均完好。

(5)耐擦洗性能：該產品表面若有污垢，可用任何有機溶劑、中性洗滌劑及水洗滌。

(6)耐污性能：表面被沾污后，經清洗后能還原如初。

(7)光潔度：達到8k鏡面以上光潔度。

(8)焊接性能：可進行電弧焊、點焊等多種形式的焊接。

(9)抗老化性能：在陽光、大氣、雨水下長期暴露不老化。無論是置于工廠的化學氣氛、廚房的油煙氣氛，還是在山區的潮濕空氣、海邊的海洋氣候下，其抗老化性能都優于普通不銹鋼。這一性能也大大優于有機涂層鋼板。

2 彩色不銹鋼生產工藝介紹并與傳統工藝及鍍“鈦金”工藝比較

2．1工藝流程

HWR新技術著色工藝流程：板材或工件-拋光-清洗-除油-中和-清洗-著色-清

洗-固膜-清洗-烘干-涂布-清洗-烘干-檢查-貼膜-剪切-包裝

2．2彩色不銹鋼生產工藝與傳統工藝及鍍“鈦金”工藝比較 (1) 與傳統工藝比較

新型HWR著色工藝與傳統工藝比較

項 目

著色溫度

表面膜耐磨性

國內外資料報道

70～90℃

500g橡皮摩擦200次不擦穿

本工藝

常溫60℃

500g橡皮摩擦20000次以上不變色表面光潔度完好。

表面可達光亮度

膜抗污性

工藝步驟

環保設施

成本

(2)與鍍“鈦金”工藝比較

①真空鍍“鈦金”技術要求

a)條件非常苛刻(一定的真空度、清潔度、轟擊能量??)達不到要求，很易出廢品，出了廢品難復原再利用。

b)生產速度非常緩慢，必須一張一張地鍍。

c)不便于加工管道等異型材，而且加工尺寸嚴格受真空鍍膜機尺寸限制。

d)能源消耗大、費時多：投資回收期長、相對成本高。

②HWR著色工藝要求

a)條件簡單，只要放入溶液即可。

b)廢品率低，出了廢品馬上可以把彩色膜去掉重新著色。

c)生產速度較快，一批產品可以是一張板，也可以是多張板，還可以實行連續自動化生產。

d)適于加工任何異型材，只要浸泡在溶液中的地方就可以著上彩色，加工尺寸可根據用戶要求，設計成為可加工的任何尺寸、形舉。

e)相對能源消耗小，費時費工少、投資回收期短、相對成本低。

機械工業表面覆蓋層產品質量監督檢測中心報告

受檢單位

樣品名稱

樣品規格類型

樣品編號

樣品狀態

檢測項目

檢測數據

山西太原鋼城企業公司

WH-2不銹鋼氧化著色板

50mm*50mm 304、430不銹鋼

——

試樣表面無明顯缺陷

見檢測結果欄

見檢測結果欄

檢測類別

樣品數量

送樣日期

中心編號

檢測日期

環境條件

委托檢測

21片

2005年3月23日

2005-038-1＃～12＃

2005/03/24～04/08

T=17℃；RH=65％

鏡面(6＃～8＃)

好

主要工序三步

投資較大

成本高，難打開市場

鏡面(6＃～8＃)

好

主要工序可縮短為兩步

排放少，污染少，投資小

成本比統方法小，易推廣

主要檢測儀器設備名稱及型號

GK-60D光澤計、NUS-ISO-1磨耗試驗機、SQ-500-S鹽霧箱、QUV熒光紫外箱、G型杯突試驗儀等

檢 測 結 果

檢測項目

外觀

光澤性(60℃)

耐熱性

耐磨性

耐蝕性

耐光老化性

杯突試驗

彎曲試驗

焊接性

檢測結論

304-WH-2不銹鋼氧化著色板

色彩鮮艷、光亮、均勻；膜層平整、連續

145.3-157.8

經400℃暴露，膜層無明顯變化

負荷500g；橡皮輪往復摩擦3萬次，未露基體

經200h中性鹽霧試驗，膜層無腐蝕

無腐蝕；色差為0

杯突高度8mm，膜層無破裂

180o彎曲，膜層無裂

可焊接

參考檢測結果

檢測依據

——

GB/T1743

參照GB/T1735

GB/T5932

GB/T10125

GB/T12967.4

GB/T9753

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