黃銅件表面仿金色熱著色工藝

張道權(quán),胡萬(wàn)明,朱軍岷

(1. 杭州朱炳仁文化藝術(shù)有限公司，浙江 杭州 311100；2. 杭州金星銅工程有限公司，浙江 杭州 311100)

0 前 言

金色是國(guó)內(nèi)外金屬、非金屬材料表面裝飾的一大流行色，其使用和觀賞價(jià)值都比較高，因而受到普遍歡迎，仿金物品在首飾、工藝品、標(biāo)牌、燈具等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前有電鍍、真空鍍膜等方法對(duì)黃銅件表面進(jìn)行仿金處理。前者通常采用氰化物體系，不但技術(shù)要求較高，且對(duì)環(huán)境不友好，廢水治理比較困難，鍍層色澤也難以一致；后者設(shè)備投資大，技術(shù)要求也較高[1-3]。

本工作從企業(yè)實(shí)際情況出發(fā)，開發(fā)了一種黃銅件表面仿金色熱著色工藝和相應(yīng)的化學(xué)著色液配方，對(duì)工藝參數(shù)的確定及影響質(zhì)量的因素進(jìn)行了一定的探討。

1 試 驗(yàn)

1.1 仿金化學(xué)著色液典型配方

仿金化學(xué)著色液典型配方見表1。

表1 仿金化學(xué)著色液配方表[4]

1.2 試驗(yàn)材料

以常規(guī)黃銅作為基材，由于常規(guī)黃銅(H56-H68)本身顏色與金色比較接近，以其作為基材比較容易通過表面著色形成較好的仿金效果。

1.3 工藝流程

工藝流程分為前處理、著色工藝和后處理3個(gè)階段，具體工藝流程為：表面噴砂處理→百潔布進(jìn)一步打磨清潔→清洗→加熱著色→清洗→表面吹干→加熱烘干→表面油漆或打蠟封閉→檢驗(yàn)→包裝。

1.4 膜層性能測(cè)試

1.4.1 氧化膜層耐磨試驗(yàn)

用脫脂棉蘸取適量無(wú)水酒精在著色試樣表面用適中的力量來回擦拭，記錄露出銅底色時(shí)擦試的次數(shù)。

1.4.2 3M膠帶附著力試驗(yàn)

用美工刀在著色試樣表面劃出1 mm×1 mm的正方形格子，劃線應(yīng)露出銅色，橫向豎向各至少10條，然后用3M附著力測(cè)試膠帶緊緊粘貼在試樣劃出了格子的表面上，然后在約90°方向迅速將膠帶剝離試樣表面。

1.4.3 90°折彎試驗(yàn)

按GB/T 6742要求進(jìn)行90°折彎試驗(yàn)，彎心半徑6 mm。測(cè)試時(shí)將著色試樣著色氧化膜層朝外進(jìn)行90°折彎，觀察90°折彎處著色氧化膜層的變化情況。

1.4.4 3%硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)

參照QB/T 3824要求進(jìn)行3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硫酸銅點(diǎn)滴試驗(yàn)，在著色試樣不同位置點(diǎn)滴3～4滴3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硫酸銅水溶液在著色氧化膜上，記錄表面出現(xiàn)銅色的時(shí)間。

1.4.5 5%氯化鈉溶液浸泡試驗(yàn)

參照GB 10124要求進(jìn)行5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氯化鈉溶液浸泡試驗(yàn)，將著色試樣浸入5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氯化鈉溶液中，記錄表面顏色層變色的時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面前處理

如果不消除或處理不好銅制品表面上的毛刺、砂眼、氣泡、焊疤、劃痕、氧化皮和各種宏觀缺陷會(huì)導(dǎo)致氧化膜著色不均勻、與基材結(jié)合力不好、著色效果不佳等問題。因此有必要對(duì)銅制品表面進(jìn)行前處理。一般前處理包括打磨、拋光、噴砂等機(jī)械加工以及除油、酸洗或化學(xué)拋光。通過提高銅制品表面的平整度和清潔度、降低粗糙度，為取得良好的表面著色效果打下基礎(chǔ)，也為后續(xù)獲得包漿效果良好和結(jié)合力優(yōu)良的著色層提供有利的條件和保障[3，4]。

實(shí)踐表明，熱著色工藝對(duì)于工件表面前處理的技術(shù)要求不如電鍍高，因此在滿足企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)和產(chǎn)品著色技術(shù)要求的前提下，熱著色工藝的前處理工序摒棄了傳統(tǒng)金屬表面前處理工藝所常規(guī)采用的除油、預(yù)腐蝕、化學(xué)拋光、酸活化等工藝，而是采用機(jī)械打磨、拋光、噴砂和塑料百潔布打磨相結(jié)合的處理工藝。噴砂采用常規(guī)工藝，介質(zhì)為200～250目的石英砂，噴砂壓力在0.3～0.6 MPa。這種處理方式一方面簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的前處理工藝，提高了生產(chǎn)效率；另一方面也減少了前處理過程中水和酸堿等化學(xué)藥劑的使用，減少了環(huán)境污染，相對(duì)傳統(tǒng)前處理工藝更為環(huán)保。采用常規(guī)塑料百潔布在流水下對(duì)工件進(jìn)行整體的人工打磨清潔，主要是為了獲得均一的表面清潔度和粗糙度。

2.2 仿金色熱著色工藝

仿金色熱著色工藝直接影響到銅件表面仿金氧化膜形成質(zhì)量的優(yōu)劣，是至關(guān)重要的工序。該工序主要涉及確定化學(xué)著色液配方和著色工藝2個(gè)方面。

2.2.1 化學(xué)著色液的配制

針對(duì)仿金熱著色工藝，設(shè)計(jì)了以水性黃色金屬配合染料為主要原料的化學(xué)著色液，配方見表1。常規(guī)情況下，水性黃色金屬配合染料主要用于涂料產(chǎn)品，選擇該化學(xué)原料主要是考慮到其與黃銅材質(zhì)的結(jié)合能力、在銅表面展現(xiàn)的顏色以及其本身的耐熱變色性能。該水性黃色金屬配合染料不僅環(huán)保性能好，而且適用于黃銅件表面的仿金熱著色加工；另外其與黃銅基材的結(jié)合力比較好，能與銅基材產(chǎn)生比較溫和的配位反應(yīng)而形成氧化膜。表1配方中的重鉻酸鈉為強(qiáng)氧化劑，能加快氧化膜的形成速率并提高氧化膜與銅件的結(jié)合力，同時(shí)，其對(duì)仿金色有進(jìn)一步強(qiáng)化作用；配方中酒石酸、檸檬酸對(duì)銅有輕微腐蝕作用，從而加速配位反應(yīng)和氧化膜的附著力；配方中還加入了少許乙醇，可進(jìn)一步增加金屬配合染料在水中的溶解性，能夠改善著色染料的展色性和均勻性[3]。

2.2.2 熱著色工藝

熱著色工藝采用液化氣噴火槍加熱的方式，使化學(xué)著色液在高溫下與銅器發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)。其操作流程如下：利用液化氣噴火槍火焰加熱銅制品表面到一定溫度，然后用噴壺或毛刷、毛筆等工具將化學(xué)著色溶液均勻噴涂或涂刷、點(diǎn)刷、點(diǎn)蘸在銅制品表面，同時(shí)均勻加熱其表面，并觀察表面顏色變化，直至出現(xiàn)一定氧化膜著色層或花紋著色層，再用軟海綿蘸清水輕輕擦去其表面浮灰，最后吹干或烘干[4]。

在仿金熱著色工藝中，著色工藝的選擇、著色溫度的控制以及著色時(shí)間對(duì)銅件表面氧化膜的顏色、附著力等因素起著關(guān)鍵的作用。

首先是著色工藝的確定。為了能獲得仿金效果比較好的著色氧化膜，采用噴涂或用毛筆或毛刷在不著底色的工件表面均勻噴涂或刷涂著色液的方式來獲得均一的著色氧化膜。具體為將前處理后的黃銅制品用液化氣金字牌噴火槍均勻加熱并維持其表面在一定溫度，通過開關(guān)控制液化氣噴出的火焰的壓力在0.6～1.0 MPa，并以其火焰中心加熱工件表面，用噴壺或者毛刷將化學(xué)著色液在黃銅制品表面均勻噴涂或刷涂多次，直到黃銅制品表面出現(xiàn)均勻的金黃色著色層為止。試樣表面采用氣壓噴涂方式一般比采用毛筆或毛刷刷涂方式更能獲得比較均一的仿金著色氧化膜，著色也更為高效，這是因?yàn)椴捎妹P或毛刷刷涂方式著色會(huì)在工件表面留下一定的刷涂著色的紋路。另外，若工件先著底色，那么最后呈現(xiàn)的仿金效果會(huì)由于底色顏色而有所不同。實(shí)驗(yàn)表明若是先著底色(一般為黑色)再進(jìn)行仿金熱著色，最后工件的仿金效果會(huì)顯現(xiàn)出一些底色顏色，并且由于工件凹處部分的底色會(huì)使得工件最后的效果有一定的顏色層次感。

其次，著色時(shí)工件表面溫度的控制也很重要。過低或過高的溫度都會(huì)導(dǎo)致著色氧化膜結(jié)合力不好，過高還會(huì)導(dǎo)致氧化膜仿金顏色不佳。一般溫度的控制應(yīng)以著色液在其表面快速揮發(fā)而不流淌、不流掛為佳，一般控制在120～200 ℃。

最后，著色時(shí)間控制也很重要，著色時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致氧化膜層過厚，顏色也會(huì)偏紅色，另外氧化膜附著力也會(huì)下降。著色時(shí)間過短則容易引起氧化膜附著力不足、仿金顏色不佳等。試驗(yàn)表明著色時(shí)間控制在15～30 min比較適宜，即重復(fù)噴涂或者刷涂30～50次。

2.2.3 材質(zhì)因素

仿金顏色一般接近于18K金色。銅工件表面仿金顏色決定于2個(gè)方面，一是黃銅材料本身的顏色。銅含量與制品最終的顏色效果、氧化膜顏色層的均勻性和氧化膜附著力有關(guān)。由于組成黃銅的銅與鋅的比例不同,其顏色存在一定的差異,因此選擇黃銅牌號(hào)的銅含量為58%～68%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)之間為宜，銅含量在此范圍的其本身材質(zhì)顏色相差比較小且本身與仿金顏色比較接近，更有利于制作仿金顏色；二是著色藥劑配方中主著色劑的確定，主著色劑應(yīng)能與銅形成具有良好附著力的仿金氧化膜層，又可耐受一定的熱著色工藝所需溫度而不變色。

針對(duì)銅含量在95%以上的紫銅材質(zhì)用上述的配方和著色工藝進(jìn)行了著色試驗(yàn)。試驗(yàn)表明該著色工藝也完全可以應(yīng)用于紫銅件的表面熱著色，不過由于紫銅材質(zhì)本身顏色的緣故，最終顯現(xiàn)的顏色為透有紫銅紅的紅黃顏色，與仿金顏色相差較大。

2.3 后處理

著色后處理包括干燥以及用石蠟或涂料封閉。干燥一般用液化氣噴火槍加熱烘干工件表面，加熱時(shí)火焰氣壓控制在0.3～0.6 MPa，加熱工件表面5～10 s，使其表面溫度控制在70 ℃以下。用石蠟封閉時(shí)采用毛刷蘸取一些石蠟在加過溫的工件表面(通常為50～70 ℃)完成刷涂，并在其完全冷卻至常溫后用干凈毛巾將其表面擦拭至透亮。清漆或透明色漆封閉則通常采用綜合性能較好的丙烯酸類或氟碳改性類雙組分涂料，采用噴涂的方式上漆后放入80～150 ℃烘房中烘烤1～3 h。噴涂時(shí)工件應(yīng)處于室溫狀態(tài)，漆膜的干膜厚度大致在15～25 μm。

著色后處理一方面是對(duì)氧化膜著色層的表面封閉，以提高氧化膜著色層的抗腐蝕和抗氧化變色性能；另一方面可以提高氧化膜著色層的光澤，獲得溫潤(rùn)光亮和通透的著色效果，進(jìn)一步提升顏色的層次，使得制品表面的顏色有一種從制品內(nèi)部自然透出來的效果[4]。

2.4 氧化膜著色層的綜合性能

經(jīng)上述著色工藝著色的試片的仿金氧化膜著色層性能測(cè)試見表2。各項(xiàng)綜合性能測(cè)試說明氧化膜著色層具有良好的耐蝕性和一定的耐磨性。

2.5 仿金熱著色銅制品

經(jīng)上述的著色工藝著色的仿金銅制品表面色澤透亮，黃銅基材經(jīng)上述著色工藝著色后表面呈透明金黃色，紫銅基材經(jīng)上述著色工藝著色后表面呈透明橙色。

3 結(jié) 論

黃銅件表面仿金色熱著色工藝可以在黃銅制品表面得到裝飾性和防護(hù)性良好且與基材結(jié)合力強(qiáng)的仿金色氧化膜，工件表面氧化膜透明，顏色金黃，金屬質(zhì)感強(qiáng)，色澤類似于18K金。試驗(yàn)表明該工藝制作的氧化膜著色層具有良好的耐蝕性和一定的耐磨性。相比化學(xué)鍍金工藝，該工藝具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、相對(duì)環(huán)保的特點(diǎn)，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。另外該工藝也可應(yīng)用于銅含量在95%以上的紫銅材料上。