彩色不锈钢

2023年12月4日发(作者：五岁孩子)

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彩色不锈钢及其生产技术简介

经过冶炼得到的不锈钢还不能真正达到保护金属免受腐蚀的作用。还必须经过除油、酸洗、磨、抛光清除氧化皮的预处理和最后的钝化处理等表面处理后，才能使不锈钢在环境介质中保持热力学的稳定性质。譬如生产上采用不锈钢电化学抛光技术来增强不锈钢的耐蚀性。这种方法是把不锈钢作为阳极，铅板作为阴极，放在由磷酸、硫酸、聚乙二醇和甘油组成的电解液中通以直流电，使不锈钢的表面Fe2O3减少Cr2O3增加，结果生成富铬钝化膜以达到增强耐蚀性的目的。而钝化则是用硝酸或硝酸－重铬酸盐等氧化剂或氢氧化钠－磷酸钠碱性溶液化学法钝化，以及电化学方法、热处理方法钝化等等。

彩色不锈钢，既不是在钢铁上刷上油漆来获得色彩，也不是像彩铝一样通过染料染色来获得色彩。彩色不锈钢本身是无色的，色彩的获得是由于表面有一层无色透明的致密的氧化物薄膜，当光线照射到薄膜上时，其反射光与通过薄膜的折射光发生光的干涉现象的结果。这个现象与水面油膜的七彩效应的道理是一样的。彩色不锈钢表面呈现什么颜色取决于表面氧化膜的化学成分、组织结构、光洁度、膜的厚度以及入射光线等。其中起决定作用的是膜的厚度。氧化膜的厚度一般在200~400nm。氧化膜较薄，呈现兰色或棕色；中等厚度的氧化膜，呈现金黄色或红色；较厚的氧化膜，呈现绿色甚至是黑色。膜层厚度与显示色彩的关系如下表所示：

序号

1

2

3

4

5

6

柠檬黄

玫瑰红

240

260

560~580

650~750

颜色

蓝

金黄

玫瑰红

墨绿

膜厚h(nm) 波长λ（nm）

80

110

140

190

450~480

580~600

650~750

500~560

彩色不锈钢的出现，大大增强了不锈钢的应用范围。比如美国德克萨斯州休斯敦市一幢21层的大楼，用彩色不锈钢装饰外墙和窗框，由于阳光的照射角度不同，呈现出五彩斑斓的颜色。太阳在一天之中升起又落下，更使得整幢大楼的色彩处于不断变化之中。人们观察欣赏的角度迥异，又会获得不同的色彩感受。

彩色不锈钢的着色工艺一般分为氧化成膜（又称为着色处理）、电解固化、封闭处理三个阶段。

不锈钢的着色方法有离子沉积氧化物或氢氧化物法、高温氧化法、化学氧化法、电化学氧化法、气相裂解法。

彩色不锈钢化学着色工艺流程如下（单色着色工艺）：

不锈钢制品→机械抛光→清洗→碱性除油→清洗→电解抛光→清洗→活化→清洗→化学着色→着色膜固化处理→清洗→封闭→清洗→干燥→成品

例如，不锈钢着黑色可以采用硫酸锰、硝酸钾、重铬酸钾、硫酸铵、硫酸组成的溶液，温度98℃左右，5~15min，进行化学着黑。或者在硫酸锰、重铬酸钾、硫酸铵、硼酸组成的电解液中进行电解着黑。硫酸锰起着黑剂的作用，硝酸钾、重铬酸钾起氧化剂的作用，硫酸铵在溶液中通过络合作用控制反应速度，硫酸、硼酸用来调节pH值。

离子沉积氧化物或氢氧化物法就是将不锈钢工件放在真空镀膜机中进行真空蒸发镀。

高温氧化法是在特定的熔盐中，浸入不锈钢工件保持在一定的工艺范围，形成一定厚度的氧化膜。

化学氧化法就是在特定的溶液中，浸入不锈钢制件，通过化学氧化形成氧化膜。

电化学氧化法就是将不锈钢制件放在特定的电解质溶液中进行电解，形成氧化膜。

以不锈钢因科（Inco）酸浴氧化法为例介绍不锈钢的化学着色处理。在热的铬酸和硫酸溶液中对不锈钢进行化学着色，是经英国因科公司发展而得，称为因科法

1、氧化成膜

氧化成膜是生产彩色不锈钢的最关键环节。是利用氧化反应，在不锈钢的表面生成氧化膜，通过控制浸渍氧化时间来调节氧化膜的厚度，以获得理想的色彩效果。

不锈钢在浸入着色液之前，必须经过酸洗、抛光等预处理。

着色液组成：

硫酸（H2SO4）（d＝1.84） 4.9mol/L

铬酐（CrO3） 2.5mol/L

温度： 80℃左右

时间 随浸渍时间的不同，膜的厚度也就不同，产生的颜色顺序是：青铜色→蓝色→金黄色→红色→绿色。

反应：3Fe＋2CrO3＋6H+＝Cr2O3

＋3Fe2+＋3H2O

18-8型奥氏体不锈钢是最适合着色的材料，能得到令人满意的鲜艳的彩色外观，这是因为它在着色溶液中比较耐腐蚀。

2、电解固化

着色处理后的不锈钢氧化膜比较柔软是一层不够致密的疏松结构，存在微小的孔隙，不耐磨容易剥落，且很容易被沾污，没有实用价值。因此还需要进行硬膜处理，以提高氧化膜的耐磨性、耐蚀性和耐热性。 固化处理是将着色后的不锈钢放入含有铬酐和反应促进剂的溶液中，彩色不锈钢作阴极，铅板作阳极，进行电解处理。在电解过程中，阴极上析出的氢把六价铬（Cr6+）还原成三价铬(Cr3+)，并形成稳定的三价铬络合物沉积在着色膜上，达到封孔的目的。随着电解的进行，膜表面微孔中的pH值上升，得Cr3+水解产生Cr2O3 、Cr(OH)3以及铬化物，填充在膜孔中。

电解液组成：磷酸（H3PO4） 铬酐（CrO3）

阴极：（不锈钢）2CrO3＋6H+＋6e－＝Cr2O3＋3H2O

CrO3 ＋3H＋＋3e－＝Cr(OH)3

阳极：（铅板） 3Pb－6e－＋2PO43－＝Pb3(PO4)2

温度：30~40℃

时间：10分钟左右

经固膜处理后，颜色会有一定程度的改变。因此在着色阶段应该考虑到这一点，通过浸渍的时间来进行调整，同时尽量缩短固膜处理的时间。在固膜液中适当加入钼酸钠（Na2MoO4），可提高着色层的光亮度而且不会对颜色产生影响。

3、封闭处理

经过电解固化处理的着色膜仍然有少量孔隙存在。还需要对其进行封闭处理。一般可以采用以下方法对膜进行封闭。

3．1．蒸气封闭：

把经固膜处理后的彩色不锈钢制品悬挂在水面上，加热沸腾30min，高温蒸气老化使孔隙封闭。

3．2．水玻璃封闭：

把经固膜处理后的彩色不锈钢制品浸渍入饱和硅酸钠（Na2SiO3）溶液中加热至沸5min。取出干燥后表面被水玻璃封闭。这种封闭方法会降低成品的光泽。

3．3．重铬酸钾封闭

把经固膜处理后的彩色不锈钢制品浸渍入重铬酸钾（K2Cr2O7）和(NaOH)组成的溶液中，调节pH值6.5~7.5，控制温度60~80℃，加热2~3min。用重铬酸钾封闭的彩色不锈钢，着色膜颜色无变化，耐脏性能比较好。

彩色不锈钢产品介绍

1．1 产品特点

彩色不锈钢并不是彩色涂层钢板，表面无任何涂料、无任何毒性。它是在银白色的不锈钢表面形成一层透明的氧化膜，通过该氧化膜对光的干涉作用而形成不同的色彩。

不同厚度的氧化膜可以产生不同的色彩。同样厚度的氧化膜，随着光线入射角度不同，即使同种光也会显示不同的颜色。当天气变化(空气湿度变化)时，表面氧化膜也会变化，颜色也随之改变，因此，其色彩是神幻无比。但是，每一厚度的氧化膜都对应着一种基本颜色，当表面膜上的湿气消去，氧化膜即复原，颜色也恢复到原来的本色。通常的色彩系列有：茶色、黑色、深茶红色、紫蓝色、藏青色、宝石蓝色、蓝色、灰色、淡黄色、金黄色、金红色、紫红色、天蓝色、绿色、黄绿色等。

该产品因其装饰效果和耐腐蚀性能都远远优于普通不锈钢，其耐磨、抗刻划、耐擦洗性能也很强，可加工性能及其他各方面性能都与普通不锈钢一样，因此，它将成为普通不锈钢产品的替代品，进入所有使用不锈钢的行业。

1．2 产品性能

(1) 耐蚀性

a)在0.5ml/L的盐酸中长期浸泡保持钝态电位，不腐蚀。

b)模拟GB4334.1(2、3、4、5、6、7、8)-84，GB4334．5-90，GB5776-86，GBl0124-88，GBl0125-88，以及在10％FeCl3溶液中外加电流，加速对原材料不锈钢和彩色不锈钢进行腐蚀，结果，其耐蚀性能远高于同种原材料不锈钢。

(2)耐热性：在沸水中浸渍28天；在200℃以下暴露五个星期：在250℃以下长期暴露：加热到400℃，膜层色泽均无明显变化。

(3)耐磨性和抗刻划性能：能承受在500g/cm2的压强下，橡皮摩擦20000次以上不变色，用300g的钢针刻划不划穿。

(4)加工性能：能承受常规的模压加工、深拉延、弯曲加工以及加工硬化，进行180℃弯曲试验和8mm的杯突试验后，氧化膜均完好。

(5)耐擦洗性能：该产品表面若有污垢，可用任何有机溶剂、中性洗涤剂及水洗涤。

(6)耐污性能：表面被沾污后，经清洗后能还原如初。

(7)光洁度：达到8k镜面以上光洁度。

(8)焊接性能：可进行电弧焊、点焊等多种形式的焊接。

(9)抗老化性能：在阳光、大气、雨水下长期暴露不老化。无论是置于工厂的化学气氛、厨房的油烟气氛，还是在山区的潮湿空气、海边的海洋气候下，其抗老化性能都优于普通不锈钢。这一性能也大大优于有机涂层钢板。

2 彩色不锈钢生产工艺介绍并与传统工艺及镀“钛金”工艺比较

2．1工艺流程

HWR新技术着色工艺流程：板材或工件-抛光-清洗-除油-中和-清洗-着色-清

洗-固膜-清洗-烘干-涂布-清洗-烘干-检查-贴膜-剪切-包装

2．2彩色不锈钢生产工艺与传统工艺及镀“钛金”工艺比较 (1) 与传统工艺比较

新型HWR着色工艺与传统工艺比较

项 目

着色温度

表面膜耐磨性

国内外资料报道

70～90℃

500g橡皮摩擦200次不擦穿

本工艺

常温60℃

500g橡皮摩擦20000次以上不变色表面光洁度完好。

表面可达光亮度

膜抗污性

工艺步骤

环保设施

成本

(2)与镀“钛金”工艺比较

①真空镀“钛金”技术要求

a)条件非常苛刻(一定的真空度、清洁度、轰击能量„„)达不到要求，很易出废品，出了废品难复原再利用。

b)生产速度非常缓慢，必须一张一张地镀。

c)不便于加工管道等异型材，而且加工尺寸严格受真空镀膜机尺寸限制。

d)能源消耗大、费时多：投资回收期长、相对成本高。

②HWR着色工艺要求

a)条件简单，只要放入溶液即可。

b)废品率低，出了废品马上可以把彩色膜去掉重新着色。

c)生产速度较快，一批产品可以是一张板，也可以是多张板，还可以实行连续自动化生产。

d)适于加工任何异型材，只要浸泡在溶液中的地方就可以着上彩色，加工尺寸可根据用户要求，设计成为可加工的任何尺寸、形举。

e)相对能源消耗小，费时费工少、投资回收期短、相对成本低。

机械工业表面覆盖层产品质量监督检测中心报告

受检单位

样品名称

样品规格类型

样品编号

样品状态

检测项目

检测数据

山西太原钢城企业公司

WH-2不锈钢氧化着色板

50mm*50mm 304、430不锈钢

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试样表面无明显缺陷

见检测结果栏

见检测结果栏

检测类别

样品数量

送样日期

中心编号

检测日期

环境条件

委托检测

21片

2005年3月23日

2005-038-1＃～12＃

2005/03/24～04/08

T=17℃；RH=65％

镜面(6＃～8＃)

好

主要工序三步

投资较大

成本高，难打开市场

镜面(6＃～8＃)

好

主要工序可缩短为两步

排放少，污染少，投资小

成本比统方法小，易推广

主要检测仪器设备名称及型号

GK-60D光泽计、NUS-ISO-1磨耗试验机、SQ-500-S盐雾箱、QUV荧光紫外箱、G型杯突试验仪等

检 测 结 果

检测项目

外观

光泽性(60℃)

耐热性

耐磨性

耐蚀性

耐光老化性

杯突试验

弯曲试验

焊接性

检测结论

304-WH-2不锈钢氧化着色板

色彩鲜艳、光亮、均匀；膜层平整、连续

145.3-157.8

经400℃暴露，膜层无明显变化

负荷500g；橡皮轮往复摩擦3万次，未露基体

经200h中性盐雾试验，膜层无腐蚀

无腐蚀；色差为0

杯突高度8mm，膜层无破裂

180o弯曲，膜层无裂

可焊接

参考检测结果

检测依据

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GB/T1743

参照GB/T1735

GB/T5932

GB/T10125

GB/T12967.4

GB/T9753

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——

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