铜表面着油墨色及古铜色的研究

曰-．『J曩学院学报 1995；v。I 14 N。 2 62～65 U- ， f 一6 铜表面着油墨色及古铜色的研究 苗丕峰 金属及热处理教研室 摘 要 本文改进了在纯锅表面着油墨色以及古铜色的传统方法，使着上的油墨色更亮、膜 层的耐磨性更好。在保证色泽．耐磨性不变的情况下 ．缩短了在纯锅表面着古铜色的时 间，并对形状较为复杂的构 件初步研究了其着色方法 关键词： 及台金i塞 坚 童粤 中囝分类号 ：TG177 0 前 言 考庙要色 ．善 f砸 金属表面着色技术是表面装饰技术的重要组成部分 。常用的着色技术包括化学着色技术以及 电解着色技术两大类别。化学着色主要利用氧化膜表面的吸附作用，将染料或有色粒子吸附在膜 层的孔隙内，’或利用金属表面与溶液进行反应，生成有色粒子而沉积在金属表面，使金属呈现出 所要求的色彩 。这类技术对设备要求不高、操作简便、不耗电、成本低 ，适用于一般的室内 装饰、美化要求以及耐磨性要求不高的仪器、仪表的生产。 化学着邑技术在铜表面以及铜镀层表面的着邑中有着重要的应用。铜及其 合金能与一些物质 (主要是无机物)反应 ，生成带色的，致密的化 台物覆盖铜表面，它同时也阻止了铜及其台金在潮 湿的环境中因氧化而变色．因而 ，铜的着色具有装饰——保护的双重作用。铜的化合物较多．常 见的有 CuB、C．u S、Cu0、Cu 20、CuCt 2、C．uCo 3、Cu(OH)2、Cu(CNS)!、CuCO J·Cu(0H)2 以及 Cu LFe(cN) ]等 ．这些化台物具有不同的颜色，使铜表面的色泽相当丰富．可满足大部 分的装饰、美化要求。 但是 ．利用传统的化学着邑方法．铜的着邑还存在一些较难解决的问题 。主要在于着上去的 颜包其光泽感不强．耐磨性较差．颜 邑易被攘掉 ．而影响了铜的化学着色技术的应用。本项试验 用纯铜作哥材．通过研究出适当的化学着邑配方及方法．较好地解决了着油墨色以及着古铜 色的 问题 。 收刊 日期 ：l+94年 11月 3日 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1 4卷第 2期 苗丕峰：铜表面着油墨色及古铜色的研究 63 1 材料选用及着色工艺 选用 T 铜 (99．70 cot．Cu)为被着色母材并将其加工成直径为 D20mm 的圆柱试样 ，按照如 下的工艺流程分别对其着油墨色以及古铜色。 机械抛光一清洗一化学除油一清洗一预腐蚀一清洗一化学抛光一清洗一出光一清洗一活化一 着色一清洗一烘干一质检 在纯铜表面着油墨色的研究 2．1 着色原理 油墨色，其颜色近于黑色，给人以庄重、典雅、大方的感觉，较适合于现代建筑的室内装饰 要求。着色时，可用过硫酸钠 (Na S O )为氧化剂 ，将铜氧化成为CuO且致密地附着于铜表面， 形成光泽性较好的油墨色．其化学反应方程式 如下。 Na2S2oa+2NaOH=2Na 2SO +H2o+ [o] Cu+2NaOH+ EO]=Na CuO +H2O Na2CuO2+ H2O=CuO+2NaOH 2．2 试验特点及着色效果 本试验所获得的着色液成份较之传统的着色液成份有较大的不同 增加了 NaOH的含量 ，以 促进 Na S O 的分解速度，使着色膜厚而致密 在着色液中加入适量的醋酸铜或醋酸铅缓冲剂 ，用 以调和颜色，起到润色作用，增加了着上去的油墨色的光泽感。 着色时．将着色温度予以升高 ，较之传统方法的着色温度升高 10~C～20℃，使其达到 80℃～ 90"C的范国。它使 Na S O 分解加速．提高着色膜的光泽感并大大缩短着色时间。在 4～5分钟的 时间内就可使铜试样表面上的着色膜达到满意的效果。 本试验所研制出的在纯铜表面着油墨色的着色方法较之传统方法着上的油墨色 ，目测观察其 光泽更好。将经着色的试样放置 l8月个之后 ，目测观察试验所用方法所着之油墨色的光泽仍然好 于用传统方法着上的油墨色之光泽。放置期问多次用粗布长时间反复揩撩试样 (用试验中研制出 的着色方法着上油墨色的试样)，其耐磨性较好．未见油墨色被擦掉的现象。试验中所着上的油墨 色，在着色完毕之后并未i曼涂上罩漆，如果施以该道工序，其耐磨性会更进一步提高。 3 在纯铜表面着古铜色的研究 3．I 着色原理 古铜 色，其色泽为干褐 色．而部份又显露出铜的本色，给人以古色古香的感觉．适用于现代 的仿古装饰要求 。可用过硫酸钠作氧化剂．把铜氧化而生成附着于纯铜表面的结构细密的古铜色 膜层，其化学反应 过程如下。 Na!S!O 一2NaOH=2Na 2SO 一H ()T [()] Cu 2NaOHT [O]一Na 2CuO2+H O Na 2CuO2+ H2O=CuO_一2NaOH 维普资讯 http://www.cqvip.com 四 j『『工业学院学报 1995在 3．2 着色特点及应注意的问题 传统工艺着古铜色时，所用之着色液中常加A的是 KzS Oe⋯，考虑到K与 Na同为碱金属 ，其 物理性质与化学性质基本相同。因此，试验中用 Na S。O 代替 K：s O 作为着色液的基本成份之一 用该着色液在铜表面上着出的古铜色 目测观察其颜色、光泽 、耐磨性均与用含 K s O。的传统着色 液所着之古铜色的颜色、光泽 、耐磨性基本相同。 着色过程中，着色时间的确定非常重要。时间过长，使氧化铜膜厚度增加而使颜色偏离古铜 色。试验中采用 4～5分钟的着色时间就能在纯铜表面获得理想的古铜色，它较之于着古铜色的传 统着色工艺时间缩短了一半左右。经缩短时间而着色的试样 (并未罩漆)，用粗布反复磨擦其表面， 目测观察可见其耐磨性能与传统方法着上古铜色的试样之耐磨性能没有明显的不同。即使将经着 色的试样放置 18个月，其间多次反复磨擦 (用粗布)其着色面，目测观察也未见这两种方法着上 之古铜色的色泽有明显的的不同。 配制着色液时，要注意溶}葭中Na S：O 的含量，含量过高，氧化速度加快 ，膜层不均匀而使 色泽受到影响并有彩红色出现，同时还会影响着色后着色膜的耐磨性能 ，严重时甚至会导致膜层 脱落 若溶液中的 Na：S O 含量过低 ，将会使得铜试样的氧化速度大大降低，对提高着色效率不 利。 要注意使 NaOH的含量处在合适的范围之 中，若在着色}葭中其含量过高 ，会加速 Na S O 的 分解速度而使膜层不均匀 ；若其含量过低，生成的氧化膜质量差，呈微绿色或微红色并使得贮存 易变色 。 着色时，着色的温度不宜过高，否则会使氧化剂分解加速、膜层发花。当然，着色时的温度 也不能过低 ．温度降低后 ，氧化时间增加，并在铜试样表面生成彩色膜而达不到在铜试样表面着 古铜色的目的。 4 讨 论 试验中着油墨色以及古铜色的着色液主要原料基本相同 之所以表现出不同的色彩来，主要 在于 CuO膜厚度的不同。因此 ，着色过程中媪度与时间的控制就显得尤为重要。温度升高，时间 增加．易在纯铜上生成油墨色膜，反之，则易在纯铜上形成古铜色膜 传统上，对试样——即被着色体要求具有光滑的表面与简单的形状，这样易于使被着色件着 上要求的均一的色彩来。而对于实际的装饰业需要，其大量需要的被着色件的形状较为复杂，其 上存在有拐角。在这些部位不易着上所要求的颜色 作者研究认为，出现这种情况是因为拐角处 在活化时活化程度低于其它部位．在着色时因为拐角的形状使得着色液成份得不到及时补充所致。 若使被着色件在拐角处的活性提高而使该部位化学反应加速 ．并加强对着色液的搅拌，通过扩散、 对流等办法使该部位的着色液得以及时的补充，就可以使拐角处的颜色与其它部位的颜 色均匀一 致 。 为使被着色件在拐角部位的活性提高 。可先对着色件整体活化 ，然后再对拐 角部位局部单独 活化。试验表明．经过这样的处理 ，在纯铜表面着上去的颜色均一性有了较大程度的改善。进一 步地提高着邑件的色彩均一性问题有待更深入的研究 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 l 4卷第 2期 苗丕峰：铜表面着油墨色及古铜色的研究 参 考 文 献 [1 3表面处理工艺手册编审委员会编 ．表面处理工艺手册 ．上梅科学技术出艟社 ．1991 [2]Palmer H．Ldn on etc．Metal Finishing Guidebook and Directory．Metal and PaJstic*Public洲ti s Inc．，1984 [33车鸿年等 ．实用电镀工艺 ．置防工业出版杜，1990 [43曾华粱等 ．电镀工艺手册 ．机械工业出版杜 ．1989 · M · On Tinting the Surface of Copper into Printing Ink and Bronze M iao Pifeng Metallic M ateTials Teaching Group Abstract：Traditional method on tinting the surface of copper into printing ink and bronze was im proved-W ith the method improved，the film of printing ink stained on the surface of copper shows more bright．and has higher wearability．The time of tint on copper surface is decreased without changing the color，lustre and wearability of the film．The tint on the suHace with more complicated shape was also studied primarily． Key W ords：tint；copper and copper alloy；sorface treatm ent 维普资讯 http://www.cqvip.com