金屬著色技術

關于金屬著色技術第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六6.1概述有色金屬通常指除鐵（有時也除去錳和鉻）和鐵基合金以外的所有金屬。有色金屬可分為一下四類：重金屬一般密度在4.5g/cm3以上，如銅、鉛、鋅等；輕金屬密度?。?.53-0.45g/cm3），化學性質活潑，如鋁、鎂等；貴金屬地殼中含量少，提取困難，價格較高，密度大，化學性質穩(wěn)定，如金、銀、鉑等；稀有金屬如鎢、鉬、鍺、鋰、鑭、鈾等。第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六6.2金屬表面著色原理

金屬表面著色，是金屬通過化學浸漬、電化學和熱處理法等在金屬表面形成一層帶有某種顏色，并且具有一定抗蝕能力的化合物。生成的化合物通常為具有相當化學穩(wěn)定性的氧化物、硫化物、氫氧化物和金屬鹽類。這些化合物具有一定的顏色，同時由于生成化合物厚度不同及結晶大小不同等原因，對光線有反射、干涉等效應而呈現(xiàn)不同的顏色。作為表處理技術的一個分支，金屬表面著色技術已經得到廣泛應用，成為表面科學技術一個非常活躍的領域。廣義而言，所有的表面覆蓋都可以賦予金屬表面不同的色彩。金屬著色不僅改善了制件的外觀，而且也提高了制件的耐蝕性，因此可以作為服裝配件、建筑裝潢等的防護裝飾性處理。第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六6.3有色金屬著色技術分類電解發(fā)色技術電解著色技術化學著色技術第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六6.3.1電解發(fā)色技術電解發(fā)色是陽極氧化和著色過程在同一溶液中完成，在鋁合金上直接形成彩色的氧化膜。因此，電解發(fā)色也稱為電極著色一步法。發(fā)色體在多空層的夾壁中或發(fā)色體的膠體粒子分布在多孔層的夾壁中，如圖上所示。電解發(fā)色是由于光線被膜層選擇吸附了某些特定的波長，剩余波長部分反射引起的。選擇吸收與合金元素在膜層中的氧化狀態(tài)或電解液成分與氧化膜中物質結合的狀態(tài)有關。電解發(fā)色與材料成分、溶液種類、氧化膜厚度以及操作條件等對它有重要影響。第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六6.3.2電解著色法（電解著色二部法）電解著色技術是將被著色的金屬制件置于適當的電解液中，被著色制作為一個電極，當電流通過時，金屬微粒、金屬氧化物或金屬微粒與氧化物的混合體電解沉積于金屬的表面，從而達到金屬表面著色的目的，其實質是將金屬或其合金的制品放在熱堿液中進行處理。電解著色方法很多，有直流陰極電流法、交直流疊加法、脈沖氧化法、直流周期換向法等。優(yōu)點顏色的可控性好，受制品表面狀況的影響較小，而且處理溫度低，有些工藝可以在室溫下進行，污染程度較低。鋁及鋁合金經過陽極氧化后，浸入更貴的金屬鹽溶液里，通過使用交流電進行極化或用直流電進行陰極極化來進行著色。在電場作用下，使金屬離子在氧化膜款空隙的底部被還原沉積，結果使鋁及其合金著色。所以，金屬發(fā)色體沉積在多孔層的空隙底部。如圖所示。第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六電解著色法產生顏色的原因是由于氧化膜孔里沉積的鎳、鈷、錫、銅、銀等金屬顆粒直徑不均勻造成。顆粒的分布寬，使得散射光的波長范圍很寬，氧化膜呈棕色；著色時間較長時，有更多的金屬沉積，且金屬膠體的粒徑分布更廣，氧化膜呈黑色。在金屬膠體粒徑分布很狹窄時，產生像藍、綠或紅這樣的基色。鋁在較低電壓下進行硫酸陽極氧化時，阻擋層薄，阻擋層厚度差別也小，這時電沉積的粒度均勻，散射光的波長范圍很窄，氧化膜呈粉紅、紅、綠或藍色。第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六不同著色方法發(fā)色體沉積的部位

第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六電解著色過程示意圖

第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六

6.2鋁及鋁合金的表面著色

隨著著色氧化鋁在輕工業(yè)、建筑等方面應用激增，從而促進了著色技術的迅速發(fā)展，以提供色彩鮮艷、耐光、耐候等的精飾表面，根據著色物質和色素體在氧化膜中分布的不同，可以把鋁陽極氧化膜著色方法分為三類:

吸附染色法整體發(fā)色法電解著色法著色的工藝流程：著色前表面預處理（去油、去污、拋光）→陽極氧化處理→著色→著色后處理（水洗、封閉）→成品，其中陽極氧化是金屬鋁著色的關鍵。第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六6.2.1化學染色（吸附染色法）為使鋁制品獲得良好染色效果，氧化膜應該具有以下條件:①有一定的孔隙率合吸附性；②有適當的厚度，厚度不同所染出的色調就不一樣。③氧化膜本身是無色透明的；④膜層不應有劃痕、洞穴等弊病。實踐證明，用硫酸或硫酸和草酸混合酸所得陽極氧化膜：孔隙多，吸附性能強，膜層無色透明，故最適合化學染色，可染成各種鮮艷的色彩；用草酸所得陽極氧化膜:由于本身略帶黃色，且孔隙率低，故只能染深色；用鉻酸所得陽極氧化膜：孔隙少，且本身帶灰色或深灰色，而且膜薄，故很少用來染色。第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六6.2.1.1化學染色處理染色應在氧化處理以后立即進行，不得將已氧化好的工件浸泡在水中，染色前不允許用熱水清洗（以免氧化膜被封閉），不允許用手觸摸氧化膜，任何污染都會影響染色質量。氧化好的工件上若殘留有未洗凈的酸性溶液，可在體積分數1～2％的稀氨水中進行中和0.5～1分鐘，經冷水洗凈后再染色。染色過程中，染色液宜加熱到一定溫度。溫度較高有利于溶液中離子向膜孔深處擴散，提高色牢度和深色調，但不宜超過70℃。溫度過高對膜孔起封閉作用，不利于著色的順利進行。染色后要徹底清洗干凈，然后封孔處理。把有機涂料或無機涂料滲入并吸附于鋁氧化膜空隙的表面，從染色牢固、上色速度、顏色種類、操作簡便以及色彩鮮艷程度等方面比較，有機染料比無機顏料優(yōu)越得多。有機染料染色可得到厚度均勻和再現(xiàn)性好且色調范圍寬廣的各種顏色。長期以來，有機染料一直被用于陽極氧化鋁的染色。有機染料的耐光保色性能沒有無機顏料好，因而僅有機染料染色就滿足不了現(xiàn)代建筑的使用要求。第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六1.化學染色的染料

氧化膜的染色可以用有機染料，也可以用無機染料。它們各有特點：<1>有機染料：從品種種類，色澤鮮艷程度，染色的牢固程度，上色速度和操作方法等方面考慮，有機染料都比無機染料優(yōu)越得多，因此，實際生產中大多使用有機染料。使用時應選用耐磨，耐曬，色牢度好的染料。對氧化膜有破壞作用的硫化染料不易使用，陽離子型染料不易上色也不宜使用。第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六

<2>無機染料：色澤鮮艷度較差，而且因染料的顆粒度較大，不易進入膜孔深處，難以染成較深色澤。此外，無機染料的透明度差，對膜層表面光亮度有一定的影響，故應用面不廣，但無機染料的耐曬性比有機染料好，因此在建筑材料鋁型材陽極氧化膜的染色上得到一定作用。大多數無機染料需經過兩次互浸才能顯色。首先將已氧化好的鋁制品浸入第一種無機鹽溶液中，該溶液借毛細作用進入膜孔中，再將鋁制品轉移到第二種溶液中，在膜孔中進行化學反應，生成帶顏色的難溶于水的無機化合物色素體，積聚于膜孔中而顯色。第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六

將經過常規(guī)硫酸陽極氧化的工件再浸入含有貴金屬鹽的溶液中進行交流電解著色處理，在電場的作用下，使金屬離子在氧化膜孔隙的底部還原沉積。金屬的鹽類不同，所得的顏色也不同；電解著色的時間、電流和電壓不同，顏色的深淺也不一樣。6.2.2.2電解著色法(電解著色二步法)

第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六電解著色的特性表面具有與硫酸陽極氧化膜相同的硬度和耐磨性等；膜層具有特別好的耐紫外線照射性；耐熱性好；耐蝕性好；缺陷性（孔蝕點）比吸附染色膜大，也與電解著色時阻擋層的厚度有關。第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六電解著色工藝流程鋁制件→除油→清洗→電解拋光或化學拋光→清洗→硫酸陽極氧化→清洗→中和→清洗→電解著色→清洗→光亮→成品檢驗第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六單錫鹽著色色調與著色電壓和時間的關系

著色電壓（AC）/V著色時間/min色調100.5-1香檳色161.0青銅色162-4深青銅色164-8古銅色1610黑色第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六

所以，我們可采用保持恒電壓和恒溫的情況下控制著色時間來實現(xiàn)色調控制。著色一定時間后，切斷電源，提起工件，用標準色板對照，若色淺可再繼續(xù)通電著色一段時間；若色深，放回鍍槽不通電靜置一會兒，讓金屬沉淀物溶解掉一部分，使色變淺。在電解著色液中，必須加入添加劑，主要穩(wěn)定電解著色液，促進著色膜色澤均勻，延長電解液著色壽命。廣泛應用的有：硫酸鋁、葡萄糖、EDTA、硫酸銨，酒石酸、鄰苯三酚，以及市場供應組合添加劑GKC等。第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六①溫度：隨著溶液溫度升高，離子擴散速度加快，色調加深；溫度低，則著色速度慢。但溫度過高，會加速亞錫鹽水解。②攪拌：采用機械攪拌，色調均勻性和重現(xiàn)性要好。不宜采用空氣攪拌，它將導致亞錫鹽氧化和沉渣泛色，影響著色穩(wěn)定性。操作條件的影響：第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六6.3不銹鋼的著色

不銹鋼由于具有高的力學強度，硬度，耐磨性，耐蝕性以及易加工等優(yōu)良性能，在各行各業(yè)中被廣泛采用，隨著其用途的多樣化，高級化，并不斷向裝飾性和藝術性方向發(fā)展，不銹鋼的彩色化受到了人們的重視，其較高的裝飾功能正得到日益廣泛的應用。在不銹鋼表面形成彩色的技術很多，大體有以下六種：化學著色法、電化學著色法、高溫氧化法、有機物涂覆法、氣相裂解法及離子沉積法。下面將著重介紹不銹鋼的化學著色法。第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六

化學著色法就是將不銹鋼零件浸在一定的溶液（如熱的鉻酸-硫酸溶液）中，發(fā)生化學反應而使不銹鋼表面呈現(xiàn)出色彩的方法?；瘜W著色法制備彩色不銹鋼的過程包括前處理、化學著色和后處理等三部分。工藝流程為：清洗→堿性除油→清洗→電解拋光→清洗→活化→清洗→堅膜→清洗→封閉→清洗→熱風吹干→成品。不銹鋼化學氧化前的預處理非常重要，預處理的好壞將明顯影響到彩色氧化膜的結合力，色彩的均勻性和制件的光潔程度。

第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六1.不銹鋼黑色氧化

硫酸180mL

重鉻酸鉀50mL

水200mL溫度90～100℃

時間

20～30min不銹鋼黑色氧化工藝第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六

不銹鋼彩色化學著色的發(fā)色機理是：經氧化后使不銹鋼表面形成透明氧化膜，由于光線通過不銹鋼表面氧化膜發(fā)生折射后，入射光與反射光在膜層中會產生干涉，從而顯示出某種色光。膜的顏色隨著氧化時間的不同而不同。這是由于氧化時間不同，氧化膜的厚度不同，所以對光線的折射也不一樣，因而產生不同的顏色。2.不銹鋼的彩色化學氧化第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六不銹鋼酸性著色法的配方和工藝條件

名稱配方/g·L-1

123

硫酸490550-6401100-1200鉻酐250//重鉻酸鉀/300-640/偏釩酸鈉//130-150溫度/℃70-9095-10280-90時間/min10-205-155-10第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期六1.堅膜處理不銹鋼經化學著色處理后，雖然獲得了鮮艷的彩色膜，但獲得