1、金屬的著色：不銹鋼的著色    在不銹鋼上著黑色，長期以來僅限于武器及國防上有關部件使用，一般都不大重視此工藝。但近來卻引起各方面對此法的重視，其主要原因是不銹鋼的應用日益普及，工件的環境使用要求表面黑化。例如照相機及光學儀器等方面。以前的零部件，鐵件用著黑色處理；黃銅用鍍黑鎳或著黑色處理。有的產品如建筑材料、家用電器等升級換代，采用了部分不銹鋼零件，就迫切要求著黑色；輕工業品則要求各種輕快明朗的彩色；大量高級賓館的建設，在采用不銹鋼的建筑部件及雜件等的美化上，需著上莊重優雅的深沉色。因此，不銹鋼的著色，除傳統黑色著色外，有些采用鉻酸鹽氧化法，還有電解著

2、色法、硫化著色法、低溫氧化法及黑色化學氧化法等。1972年，國際鎳公司研發出世界第一塊著彩色的不銹鋼，同年正式投產，此法目前應用最多，稱為因科法（Inco），由于彩色不銹鋼既有金屬的光澤和強度，又有五彩繽紛、鮮艷奪目的外表，以及良好的耐磨、耐腐蝕性能，已受到各行各業人士的贊賞。多年來，因科法的足跡已踏遢世界各地。不銹鋼除著黑色外，藍、金黃、紅、棕、褐及綠色等都可著上。不銹鋼著色作為新工藝，有著廣闊的前景。1鉻酸鹽氧化法此法又稱鉻酸鹽浴熔融法。即在重鉻酸鈉的高溫熔融鹽中浸漬強制氧化。重鉻酸鹽在320開始熔化，至400放出氧氣而分解，反應方程式為：4Na2Cr2074Na2Cr042Cr20330

3、2新生的氧活性強，不銹鋼浸入后表面開始氧化。其氧化物是鐵、鎳及鉻等的氧化物。氧化處理操作：首先是除油、水洗，然后除去表面鈍化膜，用適當含量的硫酸浸洗，至輕度浸蝕程度就得到活性表面。干燥后在熔融鹽中處理l530min，就生成黑色氧化膜。實際操作溫度450500。在此溫度以下，因熔融鹽的黏度大，攪拌操作困難，難以得到均勻的色澤。特別薄的部分，很易出問題。因為這樣高的溫度伴有強氧化時，就會使不銹鋼失去光澤。雖然對軍工零件外觀不必要特別考慮，而需要裝飾的工件就不能采用。本法缺點是無法避開高溫處理。2電解著色法本法是一種陽極氧化法。在濃氫氧化鈉溶液中，工件掛在陽極上。氫氧化鈉的質量分數約為50%，溫度保

4、持120。電源是直流20V，陽極電流密度為510A/dm2，陰極用鐵制的容器比較方便。氫氧化鈉的濃度與處理溫度及著色程度有關。上述方法有再現性差的傾向，這方面還有待改進，才能得到較穩定的方法。首先，陽極放出氧氣使氧化進行，此時因電流密度、氫氧化鈉的濃度、溫度等條件多少有些不同，氧化膜的成長速度也不同。當至適當厚度時，根據干涉色原理，肉眼觀察到表面不斷漸變的色彩，直至全部變成黑色為止。另一個配方為：                重鉻酸鈉

5、            60g/L            陽極電流密度            0O5O1A/dm2          

6、60;         群硫酸            300450g/L            時間            540min &

7、#160;                  溫度            7090                  &

8、#160;                    工件掛在陽極上，可以著上黑色。若在開始時以8A/dm2的電流密度沖擊浸蝕，則可得到無光的黑色。3硫化著色法本法是析出化學反應產物的黑色膜，最終生成鐵的硫化物的膜，此膜很美觀。與鉻酸鹽氧化法不同的是處理液溫度低，裝飾效果好。此法以氫氧化鈉為基礎，以無機硫化物一種或兩種組合，硫化物的分解不外乎硫化反應。試驗用下列溶液進行黑色處理，生成硫化物。配方如下： 

9、;               氫氧化鈉            50g            氯化鈉         &

10、#160;  1g                    硫氰酸鈉            l0g            水 

11、60;          lOOg                    硫代硫酸鈉            5g     

12、0;      溫度            l00120             添加石灰能促進反應進行。前處理可按常規除油，接著用硫酸或王水進行處理，除去鈍化膜使表面呈活性，再浸入上述溶液即可。此法所得到的黑色膜使硫化鐵，鉻、鎳金屬鹽也可能存在。反應方程式如下：2Fe3NaCNSFe2S33NaC

13、N2Fe3Na2S2033Hz0Fe2S33Na2S043H22Fe2S33022Fe2036S美麗的黑色膜發生褪色時，最初是點狀腐蝕，然后逐漸擴大，生成氧化鐵的褐色物質，要防止這種情況發生，可涂罩光涂料來阻止大氣氧化。但不銹鋼用這種方法并不是必要的。美國鋼鐵黑色處理規定中，關于不銹鋼的黑色處理，黑色硫化著色法不包括在內。這一點，應引起我們的注意。4低溫氧化法不銹鋼有較好的耐蝕性，不僅表面易生成超薄鈍化膜，而且不銹鋼本身結構緊密，不易氧化。此鈍化膜厚3060A（1A-0.1nm），因材質不同而有差異，一般以鉻及鎳的氧化物為主。18-8系奧氏體不銹鋼是（FeNi）Cr04，Fe0·Cr

14、203·Ni0，Cr203·Ni0·Fe203等。l3或18鉻鋼是FeCr04或Fe0·Cr203。因材料加工及其他情況不同，表面狀態稍有出入。如前所述，在鉻酸鹽氧化法、電解著色法、硫化著色法等所有方法處理前，都必須除去鈍化膜，以得到能參與反應的表面活性膜，才能生成結合力好的氧化膜或硫化膜。本法與一般處理法不同：在鈍態不銹鋼中，若用先除鈍化膜再氧化的方法與自然生成的超薄氧化膜比較，若干性能都要差一些。而此法特點是利用自然成長的薄膜，再生長氧化膜，因此得到了使用價值高的評價。此法還在于氧化膜的著色過程，著色時金屬表面呈現氧化反應的特有色彩，這是氧化膜反射光

15、干涉色的現象。最初無色，隨著氧化膜的逐漸增厚，色彩即逐漸加深，見表6。表6氧化膜的增厚與色彩的變化                氧化鐵            氧化鎳             

16、;       厚度/Å            色澤            厚度/Å            色澤   &

17、#160;                490    540    570    600    760    1120    1200    1266

18、0;           微褐色    暗褐色    藏青    暗黑紫    暗藍黑    銀綠    黃綠    黃色       &#

19、160;    460    520    580    630    680    720                    草黃色  

20、;  紅黃    紅褐色    藏青    紫    藍                 注：lÅ-0.1nm。低溫氧化法與鉻酸鹽氧化法比較，能在較低溫度（100120）生成著色膜，它是穩定的氧化物。即原鈍化膜進一步氧化，隨氧化膜增厚而著上色。因此，

21、從表3-6中可以看出，鎳與鐵有完全相同的傾向：最初黃色，再藍色，至深藏青色，若過分氧化，最后至生成黃褐色而結束。不銹鋼著色用下列方法：氫氧化鈉130150g/L，磷酸三鈉30g/L，少量的硝酸鈉或亞硝酸鈉。此外，用過氧化鉛作促進劑效果更好。在液溫l03108進行處理。開始先進行除油洗凈，接著進行酸洗，然后在上述溶液中著色處理，處理時間隨材質及加工條件的不同而異，一般有2030min就足夠了。18-8系的材質易著色；l3鉻鋼即不含鎳的鋼種呈藍色，而不生成淡黑色。低溫氧化法對裝飾目的的工件完全能達到要求，在操作時，只要材質稍好就無故障。一般來講，不論是l3鉻不銹鋼或18-8鎳鉻不銹鋼在各行業都逐漸

22、擴大了應用，期望今后得到更大發展。5黑色化學氧化法本法適用于海洋艦艇、在高熱潮濕環境下使用的儀器中不銹鋼工件的著色。事前只需將油洗凈即可氧化。配方如下：                重鉻酸鉀            300350g/L       &

23、#160;    （鉻不銹鋼）            100110                    硫酸           

24、; 300350ml/L            時間            515min                    溫度（鎳鉻不銹鋼）&#

25、160;           95102                                     

26、60; 一般工件氧化后為藍色、深藍色、藏青色，經過拋光，工件呈黑色。厚度小于1弘m，操作簡便。6因科法隨著不銹鋼用途的多樣化、高級化，對不銹鋼著色（尤其著彩色）就成為迫切的事。因科法是當前一種最實用的著色處理技術，這種技術的著色控制容易，著色膜的耐磨性較高，適宜大規模生產。著色的不銹鋼是以lCrl8Ni9奧氏體不銹鋼為最佳材料，鐵素體系列不銹銀經著色處理后得到的色彩表面就沒有奧氏體系列材料那樣光彩奪目，但也能得到較好的藍、金、紅、綠、黑等色彩。至于馬氏體系列及其他雜牌不銹鋼，著色后的色彩很不理想。因此，對基體的要求是：鐵含量大于50%，鉻含量至少為l3%，最佳為17%l9%，鎳含量在12%左右

27、，這是保證不銹鋼著色質量的一個不銹鋼除了材質種類繁多外，毛坯工件外觀表面情況也不同，既有精軋鏡面板又有粗制鑄件，對產品要求也不相同，因此要根據產品要求來確定工藝。因科法著色工藝分成三個部分：預處理工藝著色工藝后處理工藝。（1）預處理工藝不銹鋼預處理不僅是使表面潔凈的除油除氧化膜常規工序，而且既要消除工件在加工中造成的晶格變形，還要使工件有個活化表面，加速著色處理速度，保證彩色膜鮮艷均勻。預處理工藝流程：前處理機械拋光除油清洗化學拋光（或電懈拋光） 清洗活化。前處理包括固熔熱處理與酸洗。a固熔熱處理不銹鋼經過加工變形后，晶格完整發生破壞，使著色膜色澤不均勻，光亮也不均勻。可通過退火處理，恢復原有

28、顯微組織。方法是升溫至l05，15min，然后慢慢自然冷卻。b酸洗在不銹鋼材料中鐵含量最多，所以，不銹鋼并非不生銹，在一定環境下，表面會生成一層氧化膜，環境條件惡劣，仍會生成像鐵銹一樣的厚氧化膜層，酸洗的目的就是除去這層氧化膜。配方：（體積分數）                硝酸            l20150m

29、l/L            溫度            室溫                    氫氟酸    &#

30、160;       6070ml/L            時間            510min               

31、0;    鹽酸            95llOml/L                                

32、;       經酸洗后表面會有一層浮灰，在后道工序中會除去。機械拋光根據產品要求進行。除油為了清除不銹鋼表面的油污或機械拋光的油膩，需要進行除油處理。除油的常規方法有：有機溶劑除油、堿性化學除油、電解除油、超聲波除油及乳化劑除油等均可采用，并無特殊要求。化學拋光與電解拋光為提高表面光潔度可用化學拋光或電解拋光。不銹鋼的高耐蝕性決定了化學拋光溶液必定由侵蝕性很強的活性介質所組成。它的基本組成包括腐蝕劑、氧化劑、添加劑和水。氧化劑和添加劑可抑制腐蝕過程，使反應朝有利于拋光的方向進行。化學拋光溶液成分與工藝條件見表7。表7化學拋光溶液成分

33、與工藝條件                溶液成分與工藝條件            配方l            配方2      

34、0;     溶液成分與工藝條件            配方l            配方2                  &

35、#160; 磷酸/（ml/L）    硫酸/（ml/L）    鹽酸/（ml/L）            150200    80120                 230&#

36、160;   70            硝酸/（ml/L）    溫度/    時間/min            5060    6080    35 &#

37、160;          40    5080    320             在上述配方中可加入抑制腐蝕并增光的添加劑如甘油、硫脲或明膠等，還可考慮加入有較強增光作用的添加劑如苯甲酸或水楊酸等。加入量的質量分數0.5%2%。化學拋光的突出優點是不需外加電源，可處理小工件及形狀復雜的工件，操

38、作簡便。但其拋光的光亮度一般。電解拋光的質量比化學拋光的質量好很多，能達到很高的光潔度，經電解拋光的表面對著色特別有利，易上色且均勻。當以不銹鋼制品為陽極進行電解拋光時，陽極溶解速度大，溶解產物就會在陽極表面附近積累，形成一層電阻比較大的黏性膜，由于凸處黏膜薄，電阻小，相對電流大，溶解速度快；而凹處黏膜厚，電阻大，電流小，溶解緩慢。隨著電解拋光時間的延續，陽極表面上凸起處逐步被削平，而使表面平滑光亮。電解拋光溶液成分與工藝條件見表8。電解拋光溶液成分與工藝條件對拋光的影響如下。a磷酸對不銹鋼腐蝕較差，在電解時能促使陽極產生一層黏膜，提高陽極極化，使拋光面獲得鏡面光澤。在電解拋光中損耗較少。表8

39、電解拋光溶液成分與工藝條件                溶液成分與工藝條件            配方l            配方2（粗拋）    

40、0;       配方3（精拋）                    磷酸/（ml/L）    硫酸/（ml/L）    鉻酐/（g/L）    甘油/（g/L）    

41、;糖精/（g/L）    溫度/    陽極電流密度/（A/dm2）    時間/min            500    300    40    24    4060  &#

42、160; 1030    45            650    150    6075    3060    510            500

43、    300    50    30    6080    3050    510             b硫酸硫酸是強電解質，主要起導電作用。能促使陽極工件較快溶解。硫酸含量低時，拋光速度慢，光亮度差；含量高時，拋光速度快，光亮度好。

44、太高會使表面粗糙。c鉻酐強氧化劑。六價鉻在電解氧化時生成一層鈍化膜，促使工件逐步整平，表面趨向光亮。鉻酐含量低時不光亮，高時光亮。太高會降低拋光速度。d甘油甘油能吸附在陽極表面，對陽極溶解起一定阻化作用，使拋光表面非常光亮細致。含量低時，拋光面光亮但粗糙；含量高時，拋光面光亮細致；太高時，產生大量泡沫。e糖精有光亮及整平作用。f陽極電流密度電流密度低，表面光潔度低，在適當的電流密度，陽極極化作用迅速升高，表面可達到最高的光潔度。過分提高電流密度，會造成陽極表面過熱，發生電化學腐蝕，表面光潔度下降。若有攪拌可加大電流。g溫度在一定溫度下，能得到較快的拋光速度。溫度逐步升高，整平速度也緩慢提高。若

45、溫度偏低，整平速度放慢。h時間拋光時間長短取決于工件表面狀態及工件質量要求。以達到質量要求為前提，拋光時間越短越好。活化不銹鋼在化學拋光或電勰拋光后表面往往會生成一層薄的灰膜，將其在磷酸或硫酸中浸漬即可除去。也有在磷酸中電解活化的，效果更好。活化后表面呈現不銹鋼的晶體結構，可提高著色的均勻性和提高著色的速度。活化溶液成分與工藝條件見表9。表9活化溶液成分與工藝條件                溶液成分與工藝條件  

46、          配方l            配方2            配方3（電解）              

47、;      磷酸/（ml/L）    硫酸/（ml/L）    溫度/    時間/min    陽極電流密度/（A/dm2）            5070    室溫    

48、510                      50200    4050    510                 100

49、    室溫    510    1             工件經活化、清洗，浸入著色液中。（2）著色工藝工業上常用的著色法是酸性著色法，配方如下：                鉻酐 &

50、#160;          250g/L            溫度            7090             &

51、#160;      硫酸            490g/L                              

52、;         不銹鋼浸入后，隨氧化膜厚度的增加，色彩變化為：棕藍金黃紅綠。這層彩色膜是一層氧化膜層，它本身是無色的，由于它對光的干涉作用形成彩色，隨著膜的增厚，內表面和外表面反射光線的相互干涉形成色彩變化。但是，在批量生產中很難控制色彩的一致。因為各種不銹鋼的電化學性能不一致，著色的溫度、濃度和時間也有變化，使色彩隨之變化。當前，控制色彩的一致性有兩個方法：溫度時間控制法在嚴格控制濃度的情況下，用恒溫設備來固定溫度，讓時間變化來使色彩一致。如有一奧氏體不銹鋼管材，經固熔熱處理、酸洗及拋光，然后進行著色，色彩變

53、化如下：藍（75，l4min） 金（70，l8min） 金黃（70，20min） 紅（70，21min） 綠（75，22min）這種控制溫度和時間，得到一致性色彩的方法在實際生產中問題仍很多，對著色液濃度變化及溫度、時間的嚴格精密管理也困難重重，色彩難以一致。電位差控制法用控制電位差來大批生產色澤一致的不銹鋼工件的方法就是因科法。工業生產的過程為：以飽和甘汞電極或鉑電極作為參比電極，測量著色過程中不銹鋼的電位，若以A為起始著色電位；B為某種顏色著色電位，那么A-B就是電位差，單位是毫伏（mV），一定的電位差就是一定的顏色。如某工件用因科法控制電位差色澤情況如下：6mV，藍色；13mV，金黃色；

54、16.5mY，紅色；l9.5mV，綠色。當然還有很多中間色彩。若電位差再大時，膜層會發生溶解，得到質量很差的膜層。由于因科法是用電位差來控制色澤的，而電位差不隨著色液的組成和溫度的稍微變化而變化，因而色澤一致性很可靠。（3）后處理工藝不銹鋼經著色處理后，雖然生成了鮮艷美觀的彩色膜，但其多孔、疏松和柔軟的氧化層非常不耐腐，必須進一步處理來提高抗蝕性和耐磨性能。后處理工藝流程如下：著色處理一堅膜一清洗一封閉一干燥一成品堅膜堅膜是在堅膜溶液中進行電解處理的，電解時大量的氫氣將細孔中殘留的六價鉻還原成三價鉻，生成Cr203、Cr（OH）3等沉淀物埋人細孔中，使膜減少孔隙而且硬化。電解堅膜溶液成分與工藝

55、條件見表10。表l0電解堅膜溶液成分與工藝條件                溶液成分與工藝條件            配方l            配方2   

56、0;        溶液成分與工藝條件            配方l            配方2               &

57、#160;    鉻酐/（g/L）    硫酸/（g/L）    磷酸/（g/L）            250    2.5                &

58、#160;250    25            溫度/    陰極電流密度/（A/din2）    時間/min            2040    12    510            3040