[发明专利]一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于彩色不锈钢技术领域，具体涉及一种基于离子注入的彩色不锈钢及其制备方法。

背景技术

不锈钢具有优越的耐蚀性、耐磨性、强韧性和工艺性能，因而广泛应用于宇航、海洋、能源、建筑、家用器具等领域。不锈钢表面的自然色彩可以提供美和清洁的印象。随着经济的发展和生活水平的提高，人们迫切要求不锈钢的颜色多样化。因此，不锈钢表面处理技术得到广泛关注。自1972年国际镍公司(INCO)宣布研制出世界上第1块由不锈钢化学着色而得到的彩色不锈钢时起，各国纷纷开始了不锈钢着色的研究，并迅速进入工业化生产。

化学着色法的优点是着色工件的形状可以很复杂，而且得到的颜色均匀，但较难控制的是颜色的重现性，着色温度也较高。目前对于化学着色法的研究工作基本上是在INCO法的基础上进行一些改进，着色基础液的组成为CrO₃和H₂SO₄，温度80～90℃。不锈钢浸在这种溶液中，表面就会被氧化形成铬、铁、镍的氧化物，颜色随着表面膜厚度的改变而变化。例如“彩色不锈钢制作方法及所得产品”(CN200610123981.4)专利技术，着色溶液为铬酸酐和硫酸体系，将不锈钢电极与参考电极分别用导线连接至模数转换电路，并将两极电位差以数值形式输入电脑，研究不同电位差值下不锈钢的着色情况。实验证明所获得的转化膜具有良好的附着性和延展性。可通过电脑控制程序监控电位差的变化，当电位差值达到预定值时，将不锈钢从着色池中取出来得到特定厚度的色膜，从而达到控制颜色的目的。采用此方法，颜色的重现性虽有所提高，但是所得表面彩色膜颜色不均匀，容易剥落，且反应在铬酸酐和硫酸体系下75～90℃之间进行，酸雾发挥大，生产环境恶劣，环境污染严重。

“一种激光氧化着色制备大面积高性能彩色不锈钢的方法(”CN201010107718.2)发明专利技术，利用激光的光-热-化学效应在不锈钢表面氧化生成彩色薄膜。激光着色技术是在高温条件下进行，其能量消耗大，具有热辐射危害，在给物质着色同时也会因为高热而使物质受损；此技术处理速度以及光-热-化学效应不易控制，颜色重现性差，所处理的工件形状不能太复杂，否则受热不均匀，就会导致颜色的不均匀。

离子注入技术已经在很多领域里获得了广泛的应用，取得了明显的经济效益和技术成果。离子注入技术研究可以注入各种金属离子以及气体离子，元素种类不受冶金学的限制。注入元素数量可精确控制和测量，注入的深度可控制；注入束在注入表面上均匀分布；离子注入具有直进性、横向扩展小的特点，也适合微细加工的要求；注入时的靶温可控制在低温、室温及高温；可注入离子团和多种离子；离子注入能消除膜与基体间连接较弱的界面，附着力强，镀层牢固，不易脱落且镀层均匀，致密；绕射性好，可在材料上成膜，镀各种硬质膜，抗磨损性强。但目前尚未采用离子注入技术制备彩色不锈钢。

发明内容

本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、环境洁净的基于离子注入的彩色不锈钢的制备方法，用该方法制备的彩色不锈钢膜层均匀牢固、颜色种类多、重现性好、美观耐用、无脱落现象、耐腐蚀性强和硬度高。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

或将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行离子注入，离子注入的加速电压为10～100KV，离子注入剂量为1×10¹⁷～1×10¹⁹ions/cm²，制得彩色不锈钢。

或将待着色的不锈钢置入离子注入机真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10^-5Pa，在不锈钢表面进行离子注入，离子注入的加速电压为10～100KV，离子注入剂量为5×10¹⁵～5×10¹⁹ions/cm²；取出后进行热处理，随炉冷却至室温，制得彩色不锈钢。

其中的热处理的工艺是：热处理温度为200～1000℃，热处理时间为0.5～24h，热处理气氛或为空气或为氧气或为含氧的混合气体；含氧的混合气体或为氧气和氮气的混合物，或为氧气和氩气混合物，或为氧气、氮气和氩气的混合物，其中的氧气体积含量为5％以上。

在本发明所采用的技术方案中：

离子或为金属离子中的1～3种，或为非金属离子中的1～3种，或为金属离子中的1～2种和非金属离子中的1～2种；

待着色的不锈钢是经除油除尘和清洗干燥后的不锈钢。