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。
