[发明专利]一种激光氧化着色制备大面积高性能彩色不锈钢的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面改性领域，特指一种激光氧化着色制备大面积高性能彩色不锈钢的 方法。

背景技术

不锈钢在现代工业中是一种重要的应用材料，因其具有高强度、抗腐蚀、易加工和表面 具有光泽等许多优异的特性，在航空航天、石油化工、汽车、机械、仪器仪表、医药、能源 以及建筑装饰等方面得到了广泛的应用。随着社会进步和各行各业经济的迅速发展以及人民 生活水平的提高，不锈钢单一的色调已不能满足需求，不锈钢的色彩多样性已成必然。为此， 人们积极研究着色处理技术，力求得到色彩丰富的不锈钢，以扩大其使用范围。

彩色不锈钢的研究最早可追溯到1927年由W.H.Hatfield和H.Green提出的第一个专利，但 该专利在当时没有进入实用化阶段。而真正有实用价值的工艺是1972年由英国欧洲有限公司 提出的酸性水溶液浸渍法，又称酸性氧化法，俗称“Inco”法，主要用于金属材料的表面着 色。该工艺是将抛光后的不锈钢浸入铬酐-硫酸混合溶液中，随时间的变化，在不锈钢表面氧 化生成不同厚度的氧化膜，这层透明薄膜由于光的干涉能够产生不同的颜色，因而主要用于 制造彩色不锈钢。然而，当溶液的组成和温度稍有变化时，通过控制时间来控制氧化膜的厚 度，不能得到重现性很好的氧化膜颜色。为了对着色过程的颜色进行有效的控制，T.E.Evans 等用饱和甘汞电极作参比电极，测量了着色过程中不锈钢试样的电位-时间曲线，可以得到重 现性好的颜色。

国内的彩色不锈钢生产目前处于起步阶段，据国内期刊的有关报道，不少技术问题尚处 于探讨研究阶段，在着色方法上大多采用Inco法。虽然Inco法工艺成熟、溶液配方简单、使用 广泛，但由于使用大量的CrO₃和H₂SO₄，六价铬有致癌作用，H₂SO₄具有相当强的腐蚀性，其 废液的排放对环境造成极大危害。另外，现有的表面着色方法(包括化学着色法和电化学着色 法)均存在一定的缺陷，如：(1)表面膜耐磨性能不够强；(2)反应温度比较高，能源消耗大， 颜色易不均匀，酸雾挥发大；(3)必须三道工序：化学着色、电解固膜、封闭以及(4)耗电多 等，这都导致彩色不锈钢的生产在我国及国际上发展比较缓慢，而且较高表面光洁度的要求 也是限制其应用的主要障碍之一。基于种种原因，众多表面精饰学者一直在寻找其他使不锈 钢着色的研究方法，也有必要寻求一种新的绿色环保技术对不锈钢进行着色处理。

中国发明专利200310103374.8公开的阳极氧化着色，该制备方法是将经前处理好的金属 或合金放入阳极氧化着色溶液中，着色一定时间获得的带有色泽的氧化膜层。但是这种方法 只能生成单一的着色效果，而且当不同厚度的氧化膜叠加时会造成色泽不均匀，给后续氧化 膜的固着和使用带来了困难。

激光由于具有良好的单色性、方向性和相干性等特点，所以自从其产生以来就得到了广 泛的应用。其中，激光氧化技术干净无污染、工艺参数便于调节以及后处理简单等独特的优 势，使其成为近几年氧化领域最为活跃的分支之一。本发明利用激光的光-热-化学效应在不 锈钢表面氧化生成不同种类与不同厚度的氧化物薄膜，通过氧化物本身的颜色与薄膜的干涉 作用共同使不锈钢表面着色，同时通过连续激光工艺参数的改变与光斑能量的调制，采用特 制的旋转激光头制备大面积的曲面或平面彩色不锈钢。本发明制得的大面积彩色不锈钢色膜 层比较稳定，色彩丰富，重现性好，硬度高，耐磨性好，而且工艺简单、易操作，无污染， 适于大规模批量生产。目前，国内外尚无采用连续激光氧化对不锈钢进行着色处理制备大面 积高性能彩色不锈钢的相关报道。

发明内容

本发明的目的是为克服现有表面着色技术的不足，提供一种激光氧化着色制备大面积高 性能彩色不锈钢的方法，其特征在于利用激光的光-热-化学效应在不锈钢表面氧化生成不同 种类与不同厚度的氧化物薄膜，通过氧化物本身的颜色与薄膜的干涉作用共同使不锈钢表面 着色，同时通过连续激光工艺参数的改变与光斑能量的调制，采用特制的旋转激光头制备大 面积的曲面或平面彩色不锈钢。该方法包括如下步骤：

1)将线切割后的不锈钢采用280-1400号水磨砂纸打磨至粗糙度小于Ra3.0μm，再用金相砂纸 对上述处理后的不锈钢进行精细研磨至粗糙度小于Ra2.0μm，然后用酒精在20℃-60℃的 超声波中清洗10min-25min，取出后在热空气中快速干燥；