1、第六部分 有色金属表面着色技术,6.1 概 述,有色金属通常指除铁（有时也除去锰和铬）和铁基合金以外的所有金属。有色金属可分为一下四类： 重金属 一般密度在4.5g/cm3以上，如铜、铅、锌等； 轻金属 密度小（0.53-0.45g/cm3），化学性质活泼，如铝、镁等； 贵金属 地壳中含量少，提取困难，价格较高，密度大，化学性质稳定，如金、银、铂等； 稀有金属 如钨、钼、锗、锂、镧、铀等。,6.2 金属表面着色原理,金属表面着色，是金属通过化学浸渍、电化学和热处理法等在金属表面形成一层带有某种颜色，并且具有一定抗蚀能力的化合物。生成的化合物通常为具有相当化学稳定性的氧化物、硫化物、氢氧化物和金
2、属盐类。这些化合物具有一定的颜色，同时由于生成化合物厚度不同及结晶大小不同等原因，对光线有反射、干涉等效应而呈现不同的颜色。作为表处理技术的一个分支，金属表面着色技术已经得到广泛应用，成为表面科学技术一个非常活跃的领域。广义而言，所有的表面覆盖都可以赋予金属表面不同的色彩。金属着色不仅改善了制件的外观，而且也提高了制件的耐蚀性，因此可以作为服装配件、建筑装潢等的防护装饰性处理。,6.3 有色金属着色技术分类,电解发色技术 电解着色技术 化学着色技术,6.3.1 电解发色技术,电解发色是阳极氧化和着色过程在同一溶液中完成，在铝合金上直接形成彩色的氧化膜。因此，电解发色也称为电极着色一步法。发色体
3、在多空层的夹壁中或发色体的胶体粒子分布在多孔层的夹壁中，如图上所示。 电解发色是由于光线被膜层选择吸附了某些特定的波长，剩余波长部分反射引起的。选择吸收与合金元素在膜层中的氧化状态或电解液成分与氧化膜中物质结合的状态有关。 电解发色与材料成分、溶液种类、氧化膜厚度以及操作条件等对它有重要影响。,6.3.2 电解着色法（电解着色二部法）,电解着色技术是将被着色的金属制件置于适当的电解液中，被着色制作为一个电极，当电流通过时，金属微粒、金属氧化物或金属微粒与氧化物的混合体电解沉积于金属的表面，从而达到金属表面着色的目的，其实质是将金属或其合金的制品放在热碱液中进行处理。电解着色方法很多，有直流阴极
4、电流法、交直流叠加法、脉冲氧化法、直流周期换向法等。优点颜色的可控性好，受制品表面状况的影响较小，而且处理温度低，有些工艺可以在室温下进行，污染程度较低。 铝及铝合金经过阳极氧化后，浸入更贵的金属盐溶液里，通过使用交流电进行极化或用直流电进行阴极极化来进行着色。在电场作用下，使金属离子在氧化膜款空隙的底部被还原沉积，结果使铝及其合金着色。所以，金属发色体沉积在多孔层的空隙底部。如图所示。,电解着色法产生颜色的原因是由于氧化膜孔里沉积的镍、钴、锡、铜、银等金属颗粒直径不均匀造成。 颗粒的分布宽，使得散射光的波长范围很宽，氧化膜呈棕色； 着色时间较长时，有更多的金属沉积，且金属胶体的粒径分布更广，
5、氧化膜呈黑色。 在金属胶体粒径分布很狭窄时，产生像蓝、绿或红这样的基色。 铝在较低电压下进行硫酸阳极氧化时，阻挡层薄，阻挡层厚度差别也小，这时电沉积的粒度均匀，散射光的波长范围很窄，氧化膜呈粉红、红、绿或蓝色。,不同着色方法发色体沉积的部位,电解着色过程示意图,6.2 铝及铝合金的表面着色,随着着色氧化铝在轻工业、建筑等方面应用激增，从而促进了着色技术的迅速发展，以提供色彩鲜艳、耐光、耐候等的精饰表面，根据着色物质和色素体在氧化膜中分布的不同，可以把铝阳极氧化膜着色方法分为三类:吸附染色法整体发色法电解着色法 着色的工艺流程：着色前表面预处理（去油、去污、抛光）阳极氧化处理着色 着色后处理（水
6、洗、封闭） 成品，其中阳极氧化是金属铝着色的关键。,6.2.1 化学染色（吸附染色法）,为使铝制品获得良好染色效果，氧化膜应该具有以下条件: 有一定的孔隙率合吸附性； 有适当的厚度，厚度不同所染出的色调就不一样。 氧化膜本身是无色透明的； 膜层不应有划痕、洞穴等弊病。实践证明，用硫酸或硫酸和草酸混合酸所得阳极氧化膜：孔隙多，吸附性能强，膜层无色透明，故最适合化学染色，可染成各种鲜艳的色彩；用草酸所得阳极氧化膜:由于本身略带黄色，且孔隙率低，故只能染深色；用铬酸所得阳极氧化膜：孔隙少，且本身带灰色或深灰色，而且膜薄，故很少用来染色。,6.2.1.1 化学染色处理,染色应在氧化处理以后立即进行，不
7、得将已氧化好的工件浸泡在水中，染色前不允许用热水清洗（以免氧化膜被封闭），不允许用手触摸氧化膜，任何污染都会影响染色质量。氧化好的工件上若残留有未洗净的酸性溶液，可在体积分数12的稀氨水中进行中和0.51分钟，经冷水洗净后再染色。 染色过程中，染色液宜加热到一定温度。温度较高有利于溶液中离子向膜孔深处扩散，提高色牢度和深色调，但不宜超过70。温度过高对膜孔起封闭作用，不利于着色的顺利进行。染色后要彻底清洗干净，然后封孔处理。 把有机涂料或无机涂料渗入并吸附于铝氧化膜空隙的表面，从染色牢固、上色速度、颜色种类、操作简便以及色彩鲜艳程度等方面比较，有机染料比无机颜料优越得多。有机染料染色可得到厚度
8、均匀和再现性好且色调范围宽广的各种颜色。长期以来，有机染料一直被用于阳极氧化铝的染色。有机染料的耐光保色性能没有无机颜料好，因而仅有机染料染色就满足不了现代建筑的使用要求。,1.化学染色的染料 氧化膜的染色可以用有机染料，也可以用无机染料。它们各有特点： 有机染料：从品种种类，色泽鲜艳程度，染色的牢固程度，上色速度和操作方法等方面考虑，有机染料都比无机染料优越得多，因此，实际生产中大多使用有机染料。使用时应选用耐磨，耐晒，色牢度好的染料。对氧化膜有破坏作用的硫化染料不易使用，阳离子型染料不易上色也不宜使用。,无机染料：色泽鲜艳度较差，而且因染料的颗粒度较大，不易进入膜孔深处，难以染成较深色泽。
9、此外，无机染料的透明度差，对膜层表面光亮度有一定的影响，故应用面不广，但无机染料的耐晒性比有机染料好，因此在建筑材料铝型材阳极氧化膜的染色上得到一定作用。大多数无机染料需经过两次互浸才能显色。首先将已氧化好的铝制品浸入第一种无机盐溶液中，该溶液借毛细作用进入膜孔中，再将铝制品转移到第二种溶液中，在膜孔中进行化学反应，生成带颜色的难溶于水的无机化合物色素体，积聚于膜孔中而显色。,将经过常规硫酸阳极氧化的工件再浸入含有贵金属盐的溶液中进行交流电解着色处理，在电场的作用下，使金属离子在氧化膜孔隙的底部还原沉积。金属的盐类不同，所得的颜色也不同；电解着色的时间、电流和电压不同，颜色的深浅也不一样。,6
10、.2.2.2 电解着色法(电解着色二步法),电解着色的特性 表面具有与硫酸阳极氧化膜相同的硬度和耐磨性等； 膜层具有特别好的耐紫外线照射性； 耐热性好； 耐蚀性好； 缺陷性（孔蚀点）比吸附染色膜大，也与电解着色时阻挡层的厚度有关。,电解着色工艺流程,铝制件除油清洗 电解抛光或化学抛光 清洗 硫酸阳极氧化 清洗 中和 清洗 电解着色清洗 光亮 成品检验,单锡盐着色色调与着色电压和时间的关系,所以，我们可采用保持恒电压和恒温的情况下控制着色时间来实现色调控制。着色一定时间后，切断电源，提起工件，用标准色板对照，若色浅可再继续通电着色一段时间；若色深，放回镀槽不通电静置一会儿，让金属沉淀物溶解掉一部
11、分，使色变浅。在电解着色液中，必须加入添加剂，主要稳定电解着色液，促进着色膜色泽均匀，延长电解液着色寿命。广泛应用的有：硫酸铝、葡萄糖、EDTA、硫酸铵，酒石酸、邻苯三酚，以及市场供应组合添加剂GKC等。,温度：随着溶液温度升高，离子扩散速度加快，色调加深；温度低，则着色速度慢。但温度过高，会加速亚锡盐水解。 搅拌：采用机械搅拌，色调均匀性和重现性要好。不宜采用空气搅拌，它将导致亚锡盐氧化和沉渣泛色，影响着色稳定性。,操作条件的影响：,6.3 不锈钢的着色,不锈钢由于具有高的力学强度，硬度，耐磨性，耐蚀性以及易加工等优良性能，在各行各业中被广泛采用，随着其用途的多样化，高级化，并不断向装饰性和
12、艺术性方向发展，不锈钢的彩色化受到了人们的重视，其较高的装饰功能正得到日益广泛的应用。 在不锈钢表面形成彩色的技术很多，大体有以下六种：化学着色法、电化学着色法、高温氧化法、有机物涂覆法、气相裂解法及离子沉积法。下面将着重介绍不锈钢的化学着色法。,化学着色法就是将不锈钢零件浸在一定的溶液（如热的铬酸-硫酸溶液）中，发生化学反应而使不锈钢表面呈现出色彩的方法。化学着色法制备彩色不锈钢的过程包括前处理、化学着色和后处理等三部分。 工艺流程为：清洗碱性除油清洗电解抛光清洗活化清洗坚膜清洗封闭清洗热风吹干成品。 不锈钢化学氧化前的预处理非常重要，预处理的好坏将明显影响到彩色氧化膜的结合力，色彩的均匀性
13、和制件的光洁程度。,1.不锈钢黑色氧化,不锈钢黑色氧化工艺,不锈钢彩色化学着色的发色机理是：经氧化后使不锈钢表面形成透明氧化膜，由于光线通过不锈钢表面氧化膜发生折射后，入射光与反射光在膜层中会产生干涉，从而显示出某种色光。膜的颜色随着氧化时间的不同而不同。这是由于氧化时间不同，氧化膜的厚度不同，所以对光线的折射也不一样，因而产生不同的颜色。,2.不锈钢的彩色化学氧化,不锈钢酸性着色法的配方和工艺条件,1.坚膜处理不锈钢经化学着色处理后，虽然获得了鲜艳的彩色膜，但获得的彩色膜层组织疏松、多孔（孔隙率为2030），膜层也很薄，且柔软而不耐磨，容易被污物玷污，所以，必须进行坚膜处理，使着色后松散的膜层硬化，提高其耐磨性，耐蚀性和耐污性。为尽量避免膜层污损，最好在着色后立即进行硬化处理。应注意的是：电解坚膜时要及时调整电流密度，防止在端部和棱角部位析出金属。另外，切勿对溶液进行剧烈搅拌，并需注意保持均一的温度。,不锈钢彩色化学氧化后处理工艺,2. 封闭处理着色膜经坚膜处理后，其硬度、耐磨、耐蚀性能得到改善，但表面仍为多孔，容易被污物沾污。若着色后，先经电解坚膜处理，随后再用1的硅酸盐水溶液在沸腾条件下浸渍5分钟，将使多孔膜封闭，且耐磨性能得到进一步提高。坚膜和封闭处理是使彩色不锈钢具备耐磨、耐蚀和耐沾污等性能的重要步骤。,
