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彩色及花纹不锈钢
来源: | 作者:Emma | 发布时间: 2024-05-07 | 1301 次浏览 | 分享到:



    提到不锈钢,大多数人都会想到它“光洁、闪亮、银色”。但你知道不锈钢不只是银色外观吗?彩色和花纹不锈钢是令设计师和建筑师十分兴奋的材料选择。与塑料或阳极氧化铝相比,不锈钢除了高质量、美观的彩色表面外,还有更多耐热、耐光、耐磨和耐腐蚀的优势,可全面提升耐用性和性能,延长使用寿命。

图1 维多利亚州韦斯特菲尔德唐卡斯特购物中心

    本文回顾了彩色不锈钢的研发历程,详细介绍了电化学着色和PVD涂层工艺,探索各种可实现的表面花纹。

    历史与发展

    早在20世纪60年代末,INOX开发了一种均匀着色于光滑不锈钢表面的工艺。颜色源于硫酸和含铬混酸中氧化膜的均匀生长。颜色变化受氧化膜外表层和膜下金属反射的相互作用,类似于肥皂泡或油膜中的颜色,而且INOX膜的厚度非常均匀。这得益于在氧化膜的生长过程中严格控制化学成分、均匀的温度和流动条件。由于这些颜色是减色的而不是加色的,它与彩虹光谱不同,当薄膜从20nm增加到360nm时,颜色由青铜色、蓝色、黑色、炭灰色、金色、紫色和绿色依次变化。受着色过程的影响,颜色也随视角略有变化。

    最初,彩色不锈钢的应用有两个限制条件和两个注意事项。首先,涂层容易磨损,因此不宜在交通拥挤地区使用,因为任何机械损伤都将无法修复。其次,它最初只能在304不锈钢表面涂覆。注意事项呢?严格的覆膜厚度限制意味着批次之间的颜色可以有轻微的色调变化,这使得彩钢可用于更加柔和的色彩图案。

    电化学着色

    近十年,研究人员开发了一种更耐磨的电化学着色两步法工艺。澳大利亚的研究表明,对于304不锈钢基材,覆膜的耐腐蚀性尽管变化不如钝化工艺提升显著,也略有提升。进一步研究表明,彩色覆膜也可以用于316不锈钢。工厂处理必须使薄膜均匀,所以这种工艺仅限于板材或球形表面,如钢管。尽管如此,仍用于建筑外墙、购物中心和光滑表面的艺术作品,展示各种不同的不锈钢颜色,包括已经被小心地弯曲成各种形状的彩色不锈钢。

    这些颜色保持持久,即使在澳大利亚也不会因紫外线照射而褪色,而且在涂鸦盛行的城市中,可用溶剂去除彩色表面和招牌上的标记和其它不必要的附着物。但如果不锈钢被划伤,则无法修复,只能通过机械方式修复,因为局部焊接会破坏彩色薄膜。

    表面黑化

    挡风玻璃雨刮器的黑色刮臂是否使用此着色工艺?嗯,不是。过去,不锈钢在400℃的重铬酸钠、重铬酸钾熔融液中浸泡约30分钟后,会产生富有光泽的黑色,但现在通常会用180℃涂覆有机涂层取代。尽管用于太阳能热水器表面处理时浸泡工艺时间更短,虽然黑铬合金处理工艺在市场上仍然占有一席之地,但现在它们要么采用涂层方式,要么改为塑料材质。

图2带彩色氧化铝扶手的公交车站座椅

    物理气相沉积(PVD)涂层

    不锈钢着色的第二种主要方法是PVD或称为气相的物理沉积,即PVD。这一工艺是在一个有少量氩气(常用)的真空室完成的。气体被设定的高负压电压电离,形成的电子和正离子等离子体轰击金属本体并喷射(或溅射)金属离子或原子,它们在清洁产品上沉积形成一层薄涂层(通常300nm)。涂层表面必须无污染物这一点至关重要,否则涂层无附着力。PVD工艺通常用于涂层小物体,如钻头,也生产更大的彩色家具或物体,但涂件尺寸受真空室的限制。涂层较大的物体和板材时,需要更高功率的电子电离等离子体,且等离子体磁场与目标表面平行。

    源金属也可以通过加热汽化生成,但不太常用。与电化学INOX工艺不同,PVD涂层的颜色由源材料决定,下1给出了一些示例,其颜色也不随视角变化。PVD涂层比INOX系统更耐磨,但并非坚不可摧。

表1 源材料决定PVD涂层的颜色

    图案化不锈钢的花纹及效果

    现有系列压花、图案和花纹不锈钢饰面可供选择。热轧饰面通常过于粗糙,不利于饰面美观。而机械性能相同的冷轧表面较光滑,有无光泽(2B)或非常光亮(BA光亮退火)的不同基本表面可供选择。这两种表面的耐腐蚀性能均明显优于修磨表面。

    磨砂

    尽管表面修磨粗糙至标准粗糙度Ra0.5微米时,被认为会降低耐腐蚀性,但磨砂或抛丸可改变表观,产生特色表面,对颜色和机械性能影响也小。

图3 马来西亚吉隆坡石油大厦

图4 佛罗里达大学尚兹儿童健康医院

    轧制奥氏体钢饰面上的机械压花可能会降低可清洁性,但也会因冷加工强化而提升强度,并保持母材的耐腐蚀性。这种强化意味着使用材料薄化,例如工具箱中使用的薄格子板——有良好的视觉效果和更轻的重量,并保证了工具安全性。因其强度高,外观明亮且无眩光,另一种钢板薄化应用在室外公共座椅,采用了压花钢板。

    高磨损区域,如机场行李托运区或医院走廊,通常使用强化和硬化的通长异形不锈钢制作,既美观又大方。异形表面的另一优势是划痕仅影响凸点,所以划痕不连续不明显。马来西亚吉隆坡石油大厦采用了更高级的材料,是一种基于316 BA板基础上制作的更为复杂的细麻布异形饰面,通过在316表面修磨处理以防眩目反射,具有最佳的耐腐蚀性。