[發明專利]一種激光氧化著色制備大面積高性能彩色不銹鋼的方法

無效

• 申請號: 201010107718.2
• 申請日: 2010-02-09
• 公開（公告）號: CN101775570A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 崔承云;張永康;崔熙貴;張朝陽;魯金忠;管海兵;錢曉明
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23C8/14
• 分類號: C23C8/14
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及材料表面改性領域，特指一種激光氧化著色制備大面積高性能彩色不銹鋼的 方法。

背景技術

不銹鋼在現代工業中是一種重要的應用材料，因其具有高強度、抗腐蝕、易加工和表面 具有光澤等許多優異的特性，在航空航天、石油化工、汽車、機械、儀器儀表、醫藥、能源 以及建筑裝飾等方面得到了廣泛的應用。隨著社會進步和各行各業經濟的迅速發展以及人民 生活水平的提高，不銹鋼單一的色調已不能滿足需求，不銹鋼的色彩多樣性已成必然。為此， 人們積極研究著色處理技術，力求得到色彩豐富的不銹鋼，以擴大其使用范圍。

彩色不銹鋼的研究最早可追溯到1927年由W.H.Hatfield和H.Green提出的第一個專利，但 該專利在當時沒有進入實用化階段。而真正有實用價值的工藝是1972年由英國歐洲有限公司 提出的酸性水溶液浸漬法，又稱酸性氧化法，俗稱“Inco”法，主要用于金屬材料的表面著 色。該工藝是將拋光后的不銹鋼浸入鉻酐-硫酸混合溶液中，隨時間的變化，在不銹鋼表面氧 化生成不同厚度的氧化膜，這層透明薄膜由于光的干涉能夠產生不同的顏色，因而主要用于 制造彩色不銹鋼。然而，當溶液的組成和溫度稍有變化時，通過控制時間來控制氧化膜的厚 度，不能得到重現性很好的氧化膜顏色。為了對著色過程的顏色進行有效的控制，T.E.Evans 等用飽和甘汞電極作參比電極，測量了著色過程中不銹鋼試樣的電位-時間曲線，可以得到重 現性好的顏色。

國內的彩色不銹鋼生產目前處于起步階段，據國內期刊的有關報道，不少技術問題尚處 于探討研究階段，在著色方法上大多采用Inco法。雖然Inco法工藝成熟、溶液配方簡單、使用 廣泛，但由于使用大量的CrO₃和H₂SO₄，六價鉻有致癌作用，H₂SO₄具有相當強的腐蝕性，其 廢液的排放對環境造成極大危害。另外，現有的表面著色方法(包括化學著色法和電化學著色 法)均存在一定的缺陷，如：(1)表面膜耐磨性能不夠強；(2)反應溫度比較高，能源消耗大， 顏色易不均勻，酸霧揮發大；(3)必須三道工序：化學著色、電解固膜、封閉以及(4)耗電多 等，這都導致彩色不銹鋼的生產在我國及國際上發展比較緩慢，而且較高表面光潔度的要求 也是限制其應用的主要障礙之一。基于種種原因，眾多表面精飾學者一直在尋找其他使不銹 鋼著色的研究方法，也有必要尋求一種新的綠色環保技術對不銹鋼進行著色處理。

中國發明專利200310103374.8公開的陽極氧化著色，該制備方法是將經前處理好的金屬 或合金放入陽極氧化著色溶液中，著色一定時間獲得的帶有色澤的氧化膜層。但是這種方法 只能生成單一的著色效果，而且當不同厚度的氧化膜疊加時會造成色澤不均勻，給后續氧化 膜的固著和使用帶來了困難。

激光由于具有良好的單色性、方向性和相干性等特點，所以自從其產生以來就得到了廣 泛的應用。其中，激光氧化技術干凈無污染、工藝參數便于調節以及后處理簡單等獨特的優 勢，使其成為近幾年氧化領域最為活躍的分支之一。本發明利用激光的光-熱-化學效應在不 銹鋼表面氧化生成不同種類與不同厚度的氧化物薄膜，通過氧化物本身的顏色與薄膜的干涉 作用共同使不銹鋼表面著色，同時通過連續激光工藝參數的改變與光斑能量的調制，采用特 制的旋轉激光頭制備大面積的曲面或平面彩色不銹鋼。本發明制得的大面積彩色不銹鋼色膜 層比較穩定，色彩豐富，重現性好，硬度高，耐磨性好，而且工藝簡單、易操作，無污染， 適于大規模批量生產。目前，國內外尚無采用連續激光氧化對不銹鋼進行著色處理制備大面 積高性能彩色不銹鋼的相關報道。

發明內容

本發明的目的是為克服現有表面著色技術的不足，提供一種激光氧化著色制備大面積高 性能彩色不銹鋼的方法，其特征在于利用激光的光-熱-化學效應在不銹鋼表面氧化生成不同 種類與不同厚度的氧化物薄膜，通過氧化物本身的顏色與薄膜的干涉作用共同使不銹鋼表面 著色，同時通過連續激光工藝參數的改變與光斑能量的調制，采用特制的旋轉激光頭制備大 面積的曲面或平面彩色不銹鋼。該方法包括如下步驟：

1)將線切割后的不銹鋼采用280-1400號水磨砂紙打磨至粗糙度小于Ra3.0μm，再用金相砂紙 對上述處理后的不銹鋼進行精細研磨至粗糙度小于Ra2.0μm，然后用酒精在20℃-60℃的 超聲波中清洗10min-25min，取出后在熱空氣中快速干燥；