專利名稱：不銹鋼著色液及著色方法
技術領域：
本發明涉及一種無鉻無鉛的環保型不銹鋼的著色液及著色方法。
背景技術：
不銹鋼具有獨特的強度、較高的耐磨性、優越的防腐性能及不易生銹等優良的特性。故廣泛應用于化工行業、食品機械、機電行業、環保行業、家用電器行業及家庭裝潢、精飾行業，給予人們以華麗高貴的感覺。不銹鋼著色不僅賦予不銹鋼制品各種顏色，增加產品的花色品種，而且提高產品耐磨性和耐腐蝕性。由于不銹鋼氧化膜表面的發射光線與通過表面氧化膜折射后的光干涉現象，而呈現出各種不同的顏色。表面氧化膜成分不同，則光線的折射率也不相同，就會顯出不同顏色。如硫化鎳(黑色)、氧化鐵(紅色)、二氧化錳(黑色)、硫化錳(肉色)、氧化鉻(綠色)，這些化合物的形成和金屬材質元素含量有關，如SUS304不銹鋼，主要含鎳、鉻及鐵元素；而SUS201不銹鋼主要含錳、鉻、鎳(0.5-2%)鐵；SUS430不銹鋼則主要含鉻及鐵及極小量鑰；含量的不同，氧化膜層的顏色也不同。同時，即使表面氧化膜成分相同同，則光線的折射率相同，如果改變氧化膜的厚度，也會顯出不同顏色。例如:Ni+O2 — NiO (早綠);6Fe+402 — 2Fe304 (黑色);Mn+02 — MnO2 (黑色);4Cr+302 — 2Cr203 (綠色)。
不銹鋼著色的研究，最早可追溯到1926年Hatfield W.H.和Green H.公開的第一個專利(GB19260019004)，但真正應用于生產的工藝是1972年因科歐洲有限公司(Inc0.Europe.Ltd)提出的“ Inco”法，該工藝是將拋光后的不銹鋼進入80-90°C的鉻酐-硫酸混合液中，在不銹鋼表面形成不同厚度氧化膜，由于光的干涉作用產生不同的顏色。這種方法及其衍生的方法也是應用最多的化學著色法。化學著色法包括酸性化學著色法和堿性化學著色法，但這兩種方法都會對環境造成嚴重的污染，特別是酸性化學著色法，其采用含有濃度很高的六價鉻的著色液，對操作工人和環境有很大的危害。清潔化環保化的生產才是一條可以持續發展的唯一道路。不銹鋼著色技術的另一種方法是真空離子鍍，此方法，一般投資都比較大，能耗比較高；同時當完成了一種顏色后，要更換另一種顏色，就得徹底清洗真空爐，操作耗時長。此夕卜，此方法實際上也是真空濺射性質，如果說產品和金屬靶之間有“死角”，則不容易鍍上，所以一些形狀比較復雜的產品還是無法用此方法進行電鍍，比如，鍍產品內腔等。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種無鉻無鉛的環保型不銹鋼著色液，使不銹鋼表面得到香檳色和黑色色澤。為了實現以上目的，本發明人進行多個正交實驗，對著色液中的主要組分的濃度進行優化配置，得出所述著色液由植酸、硫酸、連二硫酸鈉和水組成；其中，植酸的終濃度范圍是100-250克/升，硫酸的終濃度范圍是150-400克/升，連二硫酸鈉的終濃度范圍是80-200 克 / 升。作為以上技術方案的一種補充，優選地，所述植酸的終濃度范圍是100-150克/升，硫酸的終濃度范圍是250-400克/升，連二硫酸鈉的終濃度范圍是90-180克/升。在本發明的著色液中，植酸，也稱為“肌醇六磷酸”、“環己六醇磷酸酯”，由于其含比較多的羥基(-0H)，所以其可以在強酸的條件下，和金屬離子配合，形成配位化合物，從而在金屬表面形成鈍化膜層，從而阻止強酸對金屬表面的腐蝕，有利于原子氧和金屬離子形成有色氧化物；同時由于其和金屬離子能夠形成穩定的配位化合物，對溶液的PH值起到穩定作用，對著色的顏色的重現性有穩定作用。硫酸，主要起氧化劑作用，提供原子氧及硫，也有對金屬表面進行凈化作用，以利于表面著色氧化膜的形成。濃度低時，不能形成厚的氧化膜，只能得到淺的色調；濃度太高，溶液粘稠度太高，金屬離子移動受阻礙，表面得不到均勻顏色。活性劑連二硫酸鈉主要是促進植酸和硫酸在金屬表面氧化還原反應的進行，促進原子氧的形成，加速氧化膜形成速度，從而在不銹鋼表面得到均勻的香檳色及黑色。為了獲得良好的著色不銹鋼，在各優選的著色液組分濃度范圍內進行正交試驗，可以優化出得到香檳色或黑色色澤的最優試驗條件，因此，本發明的另一個目的是提供一種不銹鋼著色的方法，其中，對不銹鋼件著色之前，需要經過一系列的步驟進行處理。除油步驟是本領域技術人員所熟知的堿性除油或電解除油，其中堿性除油主要利用氫氧化鈉、碳酸鈉和磷酸鈉的混合物，在40-65°C的溫度下進行；其中電解除油采用例如，氫氧化鈉、碳酸鈉和硅酸鈉的混合液，不銹鋼件位于陰極，通入5A/dm2的電流進行。化學拋光液可以是王水型、硫酸型、磷酸型、醋酸型、過氧化物型。優選地，本發明中采用更為環保的無鉻酐電化學拋光，詳見(馮紹斌，電鍍清潔生產工藝[M]，北京:化學工業出版社，2005.)。 活化的目的在于為著色做準備，將氧化膜去掉以獲得新鮮表面。活化的程度應恰當，若活化不足，著色的起色時間就會延長，活化過度，表面發生過腐蝕，使著色膜變得暗淡無光。著色的成敗與多種因素有關，例如，著色的時間、著色的溫度以及著色液中各組分的濃度等。也是本專利解決的技術問題。溫度對著色的速度有很大影響，當低于70°C時表面基本無法上色，主要是提供原子氧的化學反應，無法進行，所以金屬有色氧化物無法生成，所以得不到顏色；當溫度高于90°C時，由于金屬表面產生了輕微腐蝕，所以顏色的形成是部份被阻止了，所以溶液溫度高于90°C時，不銹鋼表面得到的色調是不均勻的；同時由于溫度高，放氧反應快速進行，形成的氧化膜是粗糙無光的。不銹鋼著色的方法步驟包括:a)除油、清洗:用金屬去污劑除去不銹鋼件表面的油，用70_90°C的熱水清洗；b)拋光:對不銹鋼件進行機械拋光或電化學拋光；c)除油、清洗:重復步驟a)；d)活化、清洗:在5%_8%硫酸中，對陽極不銹鋼件進行活化，之后用蒸餾水清洗不鎊鋼件；e)著色:不銹鋼件浸入80°C _90°C的上述著色液，通入空氣攪拌，著色10_30分鐘；f)清洗、干燥:用蒸餾水清洗，室溫下風干，即可得到成品。更優選地，所述著色步驟中，將不銹鋼件浸入75_85°C的著色液中。作為以上技術方案的一種補充，優選地，所述著色步驟中，將不銹鋼件浸入80°C的著色液，著色15-20分鐘，可以得到黑色色調。作為以上技術方案的一種補充，優選地，所述著色步驟中，將不銹鋼件浸入80°C的著色液，著色10分鐘，可以得到香檳色色調。本發明的優點在于，著色液中不含鉻、鉛元素，在規模化生產方面無環境污染方面的限制，同時有利于生態環境的保護；著色膜的抗氧化性能、耐光性能優良，抗酸堿能力好，適合室內外及接觸酸堿鹽環境情形使用；本發明方法所用原料成本低，原料易購，使用大規模的生產，同時生產的能耗低、重復性好。
具體實施例方式下面通過實例對本發明進一步闡明，本發明并不限于所述實施例。以下各實施例中所使用的不銹鋼件尺寸相同。實施例1將不銹鋼件著淺香檳色色調，其步驟包括:a)除油、清洗:用金屬去污劑除去不銹鋼件表面的油，用70°C的熱水清洗；b)拋光:對不銹鋼件進行機械拋光或電化學拋光；c)除油、清洗:重復步驟a)；d)活化、清洗:在5%硫酸中，對陽極不銹鋼件進行活化，之后用蒸餾水清洗不銹鋼件；e)著色:不銹鋼件浸入75°C的著色液中，通入空氣攪拌，著色10分鐘，其中，該著色液由植酸(100克/升)、硫酸(150克/升)、連二硫酸鈉(90克/升)和水組成；f)清洗、干燥:用蒸餾水清洗，室溫下風干，即可得到淺香檳色的成品。實施例2將不銹鋼件著香檳色色調，其步驟包括:a)除油、清洗:用金屬去污劑除去不銹鋼件表面的油，用75°C的熱水清洗；b)拋光:對不銹鋼件進行機械拋光或電化學拋光；c)除油、清洗:重復步驟a)；d)活化、清洗:在7%硫酸中，對陽極不銹鋼件進行活化，之后用蒸餾水清洗不銹鋼件；e)著色:不銹鋼件浸入85°C的著色液中，通入空氣攪拌，著色10分鐘，其中，該著色液由植酸(120克/升)、硫酸(250克/升)、連二硫酸鈉(120克/升)和水組成；f)清洗、干燥:用蒸餾水清洗，室溫下風干，即可得到香檳色的成品。實施例3
將不銹鋼件著香檳色色調，其步驟包括:
a)除油、清洗:用金屬去污劑除去不銹鋼件表面的油，用80°C的熱水清洗；b)拋光:對不銹鋼件進行機械拋光或電化學拋光；c)除油、清洗:重復步驟a)；d)活化、清洗:在8%硫酸中，對陽極不銹鋼件進行活化，之后用蒸餾水清洗不銹鋼件；e)著色:不銹鋼件浸入80°C的著色液中，通入空氣攪拌,著色10分鐘,其中，該著色液由植酸(150克/升)、硫酸(350克/升)、連二硫酸鈉(150克/升)和水組成；f)清洗、干燥:用蒸餾水清洗，室溫下風干，即可得到香檳色的成品。實施例4將不銹鋼件著黑色色調，其步驟包括:a)除油、清洗:用金屬去污劑除去不銹鋼件表面的油，用75°C的熱水清洗；b)拋光:對不銹鋼件進行機械拋光或電化學拋光；c)除油、清洗:重復步驟a)；d)活化、清洗:在8%硫酸中，對陽極不銹鋼件進行活化，之后用蒸餾水清洗不銹鋼件；e)著色:不銹鋼件浸入80°C的著色液中，通入空氣攪拌，著色20分鐘，其中，該著色液由植酸(250克/升)、硫酸(400克/升)、連二硫酸鈉(200克/升)和水組成；f)清洗、干燥:用蒸餾水清洗，室溫下風干，即可得到黑色的成品。為了研究著色液中各組分以及反應條件對著色顏色的影響，以下試驗采用尺寸相同的不銹鋼件，并且除所研究的試驗條件(著色液成分、反應溫度、反應時間等)外，其他試驗條件與實施例1相同。植酸植酸含量對顏色的影響試驗，得出以下結果:
權利要求
1.一種不銹鋼著色液，其特征在于，所述著色液由植酸、硫酸、連二硫酸鈉和水組成；其中，植酸的終濃度范圍是100-250克/升，硫酸的終濃度范圍是150-400毫升/升，連二硫酸鈉的終濃度范圍是90-200克/升。
2.根據權利要求1所述的著色液，其特征在于，所述植酸的終濃度范圍是100-150克/升，硫酸的終濃度范圍是250-400毫升/升，連二硫酸鈉的終濃度范圍是90-180克/升。
3.一種不銹鋼著色的方法，其步驟包括: 除油、清洗:用金屬去污劑除去不銹鋼件表面的油，用70-90°C的熱水清洗； 拋光:對不銹鋼件進行機械拋光或電化學拋光； 除油、清洗:重復步驟a); 活化、清洗:在5%-8%硫酸中，對陽極不銹鋼件進行活化，之后用蒸餾水清洗不銹鋼件； 著色:不銹鋼件浸入80-90°C的上述著色液，通入空氣攪拌，著色10-30分鐘； 清洗、干燥:用蒸餾水清洗，室溫下風干，即可得到成品。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述著色步驟中，將不銹鋼件浸入75-85°C的著色液中。
5.根據權利要求3所述的方法，其中，所述著色步驟中，將不銹鋼件浸入80°C的著色液，著色15-20分鐘。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述著色步驟中，將不銹鋼件浸入80°C的著色液，著色10分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種不銹鋼著色液，其特征在于所述著色液由植酸、硫酸連二硫酸鈉和水組成；其中，植酸的終濃度范圍是100-250克/升，硫酸的終濃度范圍是150-500克/升，連二硫酸鈉的終濃度范圍是80-200克/升。本發明著色液中不含鉻元素，在規模化生產方面無環境污染方面的限制，同時有利于生態環境的保護；著色膜的抗氧化性能、耐光性能優良，抗酸堿能力好，適合室內外及接觸酸堿鹽環境情形使用；此外所使用的原料成本低，原料易購，使用大規模的生產，同時生產的能耗低、重復性好。
文檔編號C23C22/50GK103114283SQ20131004794
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月6日 優先權日2013年2月6日
發明者梁偉平 申請人:江門市福斯特金屬表面處理技術發展有限公司