1 彩色不銹鋼的興起  經過著彩色的不銹鋼，由于更具有美感，且其使用、觀賞價值比較高，因而受到人們的普遍歡迎。彩色不銹鋼除有美麗的外觀，作為裝飾外，還可以提高不銹鋼的耐磨性和耐蝕性，因此，不銹鋼著彩色技術開發了表面處理又一新領域。彩色不銹鋼可廣泛應用于建筑裝璜、廚房用具、家用電器、儀器儀表、汽車工業、化工設備、標牌印刷、藝術品及宇航軍工等行業。   2 彩色不銹鋼技術在國內的發展   近20年來對不銹鋼著色工藝有不少單位的人進行了研究，取得了不少實驗成果。但是，不銹鋼著色的色彩重現性不好，是國內研究工作中存在的難題，雖然已經取得初步成果，該項工作尚需深入實際大規模生產加以解決。上海鋼鐵研究所對因科（In—co）工藝在實驗室基礎上進行了大量的探索，掌握了較全面的各類數據，解決色彩重現差的難題，成功地研制出多種規則的單一色彩的藍色、金黃、紅色、綠色、黑色等板材、管材、表殼等彩色不銹鋼材。其色彩可與進口日本國新日鐵公司的彩色不銹鋼材相比美。    不銹鋼由于含鉻量高，在其表面形成了極其致密的保護膜，所以不銹鋼電鍍關鍵在于前處理，除去氧化膜并防止其再生，普通的工藝為：拋光、除油、活化、預鍍、電鍍，不能在其表面形成結合力良好的鍍層。    3 彩色不銹鋼著色原理   (1)不銹鋼在化學著色液中經過表面氧化著色處理后，顯示出各種色彩，并非形成有色的表面覆蓋層，而是由于光的干涉所致。    (2)膜層厚度與顯示色彩的關系 當不銹鋼表面氧化膜的折射率n一定時.   實驗證明，在有效著色范圍內，膜層厚度隨著著色進程進行而持續增長，最初薄氧化膜顯示藍色、棕色，進而膜為中等厚度顯示金黃色、紅色、后來膜為厚膜則顯示綠色，共4種主色，加上中間色彩共約十幾種色。           (3)表面氧化膜的成分改變的影響表面氧化膜的成分改變，就會改變氧化膜的折射率n的大小，即使表面厚度相同，干涉色的色彩也會發生變化。        4、不銹鋼因科化學著色法           1972年英國國際鎳公司歐洲研究和發展中心提出因科（Inco）工藝法。該工藝是將拋光后的不銹鋼浸入80~90℃的鉻酸—硫酸混合液中，隨著時間的延長，表面生成不同厚度的氧化膜，由于光的干涉而產生不同的顏色。當溶液的組成和溫度在工作過程中不可避免的稍有變化時，就不能得到重現性好的顏色。為了克服這個問題，因科公司在伊萬斯（Evans）的研究基礎上采用控制電位差法，從此彩色不銹鋼著色工藝走上了工業化的發展道路。目前因科技術專利已為英國、美國、德國、意大利、法國和澳大利亞等國家的十多家公司所采用，形成了規模生產。由于解決了一系列難題，終于使所獲的彩色不銹鋼具有色彩鮮艷，耐紫外線照射、耐磨、耐腐蝕和加工性能良好等突出優點。使得彩色不銹鋼在1976年以后得到了真正的發展。在國外彩色不銹鋼已成為有廣泛實際應用的材料。一些國家的公司紛紛設基地投入生產，掌握因科工藝的生產商以最大的商業潛力建立起一整套的不銹鋼表面掛飾、花樣和色彩的應用。1980年英國克寧公司年產彩色不銹鋼10萬平方米，日本達到17萬平方米（合1000t）處于彩色不銹鋼生產領先地位。        (1)因科法INCO化學著色溶液組成和工藝條件      溶液成分：硫酸（h2SO4,d=1.84）490g/L           鉻酸（CrO3）        250g/L           著色液溫度          70~90℃            時間 隨著浸漬時間的不同，產生的顏色順序是：青銅色、藍色、金黃色、紅色和綠色。       著色的控制方法有下列兩種          (2)時間控制著色法 將不銹鋼浸在著色液中浸漬一定時間后，就能得到一定的顏色。如溫度70℃時，著色15min可得藍色，18min可得金黃色，20~22min可得紫色或綠色。這種根據時間控制的方法不能得到重復的顏色。這是因為著色溶液的溫度稍微有些變化，控制不會很準確，而化學著色液的化學組成由于水分蒸發也可能有變化，這兩個因素都能影響獲得顏色的重現性。           (3)電位控制著色法 當不銹鋼和鉑電極同浸在著色液中，見圖1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，在兩者之間聯上導線，由于不銹鋼和鉑電極電位不同，產生了電位差，隨著不銹鋼的著色過程化學反應，氧化膜的厚度逐漸增長，電位隨著發生變化。在著色整個過程中，即測得著色電位一時間曲線。  3            圖1 不銹鋼著色裝置示意圖   圖2 不銹鋼著色的電位—時間曲線      電位—時間曲線上的B點表示不銹鋼的電位達到最負點。B點稱為起色電位。起色是指不銹鋼表面開始出現黑色斑痕，說明已形成一層引起光干涉的氧化膜，開始向有色方向變化。從B點起色電位起，隨著時間的延長，不銹鋼電位逐漸下降到C點，C點稱為著色電位。B—C=Δψ，稱為著色電位差。      各種顏色的著色電位差Δψ如下：      藍色 Δψ=8~11mv,膜厚0.09μm      黃色 Δψ=13.5~16mv,膜厚0.15μm      紅色 Δψ=17.8~18.5mv,膜厚0.18μm      綠色 Δψ=20.8~21.6mv,膜厚0.22μm           某一電位差出現一定的顏色，此關系不隨著色液的溫度和溶液組成的變化而變化，這是可用控制電位差法進行著色的原因，此控制時間的重現性好，用著色電位差控制顏色的重現性是國際鎳公司因科法的專利。          (4)不銹鋼著色過程微機控制設備各種顏色相鄰的電位差距很小，只有幾毫伏，需用精密電壓表（如TH—V數字電壓表）才能分辨。這就給實際操作帶來很大的不便，這要求儀器設備有很高精度和抗干擾性，否則儀器本身的誤差就會導致控制出錯。如果大批量生產，更要考慮采用微機自動控制。采用電子計算機自動控制，當達到某一電位差時，符合一定的顏色要求，即時發出指令，啟動升降機，取出已著色的不銹鋼，見圖3。           目前我國與先進國家相比，主要差距是著色的電子監測設備。國外已將這種設備用于工業生產，可以得到重復的顏色，而國內尚未見報導使用，所以研制著色用電子監測設備是當務之急。        圖3 不銹鋼著色過程微機控制設備系統圖   1—染色液；2—P1參比電極；3—不銹鋼試樣；    4—數字毫伏計；5—微型計算機；6—數模轉換器；7—模擬記錄器  4      5、影響因科法著色的因素           (1)材料成分與著色關系 常用不銹鋼中，18—8型奧氏體不銹鋼是最適合的著色材料，能得到令人滿意的彩色外觀。因其在著色液中較耐腐蝕，故可得到鮮艷的色彩。鐵素體不銹鋼不含鎳，在著色液中增加了腐蝕傾向，得到的色彩不如奧氏體不銹鋼鮮艷光彩奪目。低鉻馬氏體不銹鋼由于其耐蝕性更差，只能得到灰暗的或黑色的表面膜。          (2)材料加工狀態與著色關系當不銹鋼經過冷加工變形后，晶格完整性發生破壞，使形成的著色膜不均勻，色澤紊亂，耐蝕性也下降，失去原有光澤。但可通過退火處理，恢復原來的顯微組織，仍然得到良好的彩色膜。                (3)前處理對著色的影響      著色工藝流程：不銹鋼試樣機械拋光、堿除油、電解拋光、浸酸、化學著色、后處理、熱風干燥 著色前處理：前處理的目的在于徹底清除試樣表面的污垢層和氧化層。為了使試樣表面更光澤, 還必須進行拋光處理。暴露在空氣中的不銹鋼表面會被彌漫在空氣中的灰塵或油脂等粘附而形成污垢層。而不銹鋼加工過程中也易被加工用機油所砧污形成表面污垢物, 著色時必須除凈。  不銹鋼由于含鉻量高，在其表面形成了極其致密的保護膜，所以不銹鋼電鍍關鍵在于前處理，除去氧化膜并防止其再生，普通的工藝為：拋光、除油、活化、預鍍、電鍍，不能在其表面形成結合力良好的鍍層。      a. 拋光 要求表面光潔度一致，避免色差造成，最好達到鏡面光亮，可得最鮮艷均勻的色彩。機械拋光后應即進行著色處理，若拋光后在空氣中放置一段時間，表面會形成一層厚度1～10nm的氧化膜，與著色膜結構不同，在著色液中不易除去，影響新的著色膜形成，使著色時間延長，形成的色澤變深變暗。電化學拋光也能使不銹鋼表面形成鈍化膜，如不除去鈍化膜，能使著色速率變慢，但電拋光能形成均勻平整表面，使色澤光亮，均勻性改善。          b.活化 凡是能使不銹鋼基體表面活化的因素，均可加速著色過程，一切自然形成的肉眼不可見的氧化膜是著色的大敵，是著色成敗的隱患，在著色前應該去除。為了消除不銹鋼表面鈍化膜，獲得新鮮表面，活化程度應恰當，以出現小氣泡后10～15s為宜，若活化不足，著色的起色電位時間延長，活化過度，表面發生過腐蝕，使著色膜變得暗淡無光?；罨脧娝岣g方法會造成表面腐蝕活化，影響著色后色澤鮮艷性。用下面兩種方法處理，能得到較好的結果。           電解活化：磷酸（H3PO4）10%，不銹鋼的陽極電流密度1A/dm2，室溫，時間3～5分，陰極鉛板。            化學活化：硫酸（H2SO4）10%（體積）、鹽酸（HCl37%）10%（體積），余為水，室溫，時間5～10分。         (4)著色液濃度對著色的影響 著色液濃度對電位一時間關系的影響見圖4  5          圖4 著色液濃度對電位一時間關系的影響[77] 圖5 后處理對不銹鋼腐蝕電位的影響 a— 正常的著色液濃度；b—減小H2SO4 a.為正常著色濃度。     b．當鉻酐濃度不變（CrO3250g/L），減少硫酸濃度（H2SO4<490g/L），曲線右移，起色電位推遲，彩色膜色差較明顯。     c.當硫酸濃度不變（H2SO4490g/L）增大鉻酐濃度（CrO3>250g/L），曲線左移，縮短到達所需顏色的時間，使化學著色顏色變得難以控制，在獲得深色彩時，色澤不夠光亮。  試樣1 僅進行機械拋光而未著色，電位最低，腐蝕最嚴重     試樣2 著巧克力色，但未后處理     試樣3 著巧克力色，化學封閉，腐蝕電位高于試樣2，腐蝕程度比試樣2小     試樣4 著巧克力色，電解固膜處理，腐蝕電位高于試樣3，具有最佳耐蝕性。其表面形成尖晶石結構的鉻氧化物，填充了多孔的著色膜，使氧化膜變得致密、增厚和硬化。       (5)著色液溫度對化學著色的影響 隨著著色液溫度的升高，離子的擴散速度加快，從而加速著色的形成。溫度過高如在90℃以上，會使水分蒸發，改變著色液成分。溫度過低，在70℃以下，會明顯降低著色膜形成速度。          (6)著色液均勻性的影響 著色液成分和溫度的不均勻是由于隨著著色的進行而造成著色液溫度和成分的變化。因此必須加強攪拌，及時調整補充著色液成分。著色液溫度的波動，著色液濃度的變化，著色時間的長短，所有這些不均勻性，都對著色色彩有影響，這就是國內在不銹鋼著色普遍存在的待解難題，也是因科工藝專利中對外絕對保密的關鍵。         （7）后處理對著色膜的影響 后處理是在不銹鋼著色后填充氧化膜空隙，加固氧化膜以提高膜的耐磨性、耐蝕性的耐污性。           后處理方法有：熱水封閉、水玻璃封閉，對表面顏色影響不大。而電解法，固膜處理效果最好，但會改變表面顏色。后處理對著色膜耐蝕性影響見圖5，在0.2mol/L鹽酸溶液中，測定下列4種試樣的腐蝕電位， 評定其耐蝕性。