[发明专利]一种色度变化测量法检测骨质瓷器釉面耐化学腐蚀性能的方法

摘要

本发明公开了一种色度变化测量法检测骨质瓷器釉面耐化学腐蚀性能的方法，包括样品制备及前处理；室温试验；加热试验；试验结果计算；数据修约；性能判定等步骤；本发明应用分光测色仪对以色度变化(|ΔL*|+|ΔCab*|)表征的骨质瓷器釉面耐化学腐蚀性能进行精准定量检测，并计算其色度变化(|ΔL*|+|ΔCab*|)数值；本发明规定经不同种类、不同浓度的化学溶液腐蚀后，在特定温度的腐蚀周期内，测定骨质瓷样品受蚀前后的色度变化(|ΔL*|+|ΔCab*|)；参考国际公认颜色差异判定准则，实现对骨质瓷器釉面耐蚀性的精准定量测试。本发明提高了陶瓷釉面耐化学腐蚀性能检测的技术水平，达到现代化和定量化，为实现检测结果的精准化奠定了仪器设备硬件基础。

主权项

一种色度变化测量法检测骨质瓷器釉面耐化学腐蚀性能的方法，其特征在于，应用分光测色仪对以色度变化（|ΔL*|+|ΔCab*|）表征的骨质瓷器釉面耐化学腐蚀性能进行精准定量检测，具体步骤如下：（1）样品制备及前处理1.1骨质瓷样品的数量及规格 将同一厂家、同一生产批次，器型、规格、尺寸相同，表面无裂纹、无疵点、无彩饰、无缺釉、无针孔等缺陷的骨质白瓷平盘作为测试样品，以取自不同样品的3个骨质瓷试样作为一组；平盘样品提取应满足室温试验及加热试验所用试样数量要求；1.2 室温试验的试样数量及规格对于室温试验方法，试样数量为11组，每组试样只用于一种试剂的侵蚀试验，每个试样的切割尺寸为(60±3)mm×(60±3)mm，厚度不大于6mm；应确保试样待测部位覆有釉面且平整，平坦部位的面积应大于盖子的直径；1.3 加热试验的试样数量及规格对于加热试验方法，试样数量为8组，每组试样只用于一种试剂的侵蚀试验，每个试样的切割尺寸为(80±4)mm×(80±4)mm, 厚度不大于6mm；1.4 试样前处理试验前应将试样充分洗净，先用中性洗涤剂清洗，然后分别用自来水和蒸馏水冲洗干净；将洗净后的试样用清洁毛巾吸干，放入温度为100℃±5℃的干燥箱内烘烤60min，并将烘干后的试样移入硅胶干燥器中冷却2h以上；（2）室温试验2.1 对骨质瓷样品进行化学腐蚀实验前，首先在符合标准QB/T 1503‑2011《日用陶瓷白度测定方法》规定的实验条件下，采用经检定合格的陶瓷标准白板对仪器进行校准，同时将分光测色仪的测量模式设定为连续测量3次、自动求算术平均值；2.2 按照图1所示，在每个试样的待测釉面上依次选取五个测量点，其中测点A的位置为试样的几何中心，测点B、C、D、E的位置分别为该试样正方形表面两条对角线长度的四分之一点处；测量并记录各测点的位置；2.3 使用仪器分别测定A、B、C、D、E五个测点位置处的三刺激值X、Y、Z，取其算术平均值作为该试样承受化学腐蚀前釉面颜色的平均分布数据；2.4 用移液枪移取3.0ml±0.3ml表1中所列的11种试验溶液，分别滴加于11组骨质瓷试样的釉面上，用L棒将试样表面的化学溶液涂抹均匀，并完全覆盖A、B、C、D、E五个测点位置，然后迅速将盖子倒扣在试样上，使其盖住整个试验区域；2.5 在整个试验过程中试剂作用时间和环境温湿度条件应符合表1的规定，并满足遮光要求；表1 室温试验用化学试剂及试验条件2.6 每隔2h±2min移除盖子，用蒸馏水将试验区域冲洗干净并用无氟滤纸吸干，重复上述2.3操作步骤，使用分光测色仪分别测定各试样A、B、C、D、E五个测点位置处的三刺激值X、Y、Z；取其平均值作为该试样经某种化学试剂腐蚀特定时间后釉面颜色的平均分布数据；2.7待室温溶液腐蚀时间满足10h±10min后，终止试验；（3）加热试验3.1 对骨质瓷试样进行加热试验前，重复上述室温试验中第2.1～2.4操作步骤，使用分光测色仪分别测定各试样A、B、C、D、E五个测点位置处的三刺激值X、Y、Z，取其算术平均值作为该试样承受化学腐蚀前釉面颜色的平均分布数据；3.2 加热试验所用装置为平底圆形反应器，结构见图2；按照图示连接试验装置，将待测试样放入反应容器底部，使其釉面待测试验区域朝上；3.3 将1000mL符合表2规定的试验溶液由回流冷凝器的接口处注入反应容器内，使溶液充分浸没试样；安装好回流冷凝器，用橡胶塞密封试验装置；表2 加热试验用化学试剂及试验条件3.4 通入冷却水，接通电热圈电源，用温度计测量试验温度，温度计的水银球应处于试验溶液液面高度一半的位置；在整个试验过程中，溶液温度应符合表2规定并保持恒定，从试验溶液达到规定的温度范围开始计时；3.5 在试验期间，对于处于沸腾状态的试验溶液，应将冷凝液收集器的收集速度控制在8mL/3min～10mL/3min；3.6 每隔2h±2min停止加热一次，待反应瓶内的试验溶液冷却后，用长柄夹取出试样，然后用蒸馏水充分冲洗并用滤纸吸干试样表面的水分；3.7 使用分光测色仪分别测定各试样A、B、C、D、E五个测点位置处的三刺激值X、Y、Z；取其平均值作为该试样经某种化学试剂在加热条件下腐蚀特定时间后釉面颜色的平均分布数据；3.8 到达表2规定的试验周期后，停止加热并终止试验；（4）结果计算由于分光测色仪能够测定并直接读取三刺激值X、Y、Z，因此骨质瓷试样受蚀前后釉面色度变化的数值，可利用下列公式计算得出；以分光测色仪测量的各组骨质瓷试样受蚀前后的三刺激值X、Y、Z为基础数据，计算CIE 1976(L*a*b*)色空间中的色品坐标x、y、z以及色品指数a*、b*的数值，根据GB/T 11942‑1989中的明度差ΔL*和彩度差ΔCab*公式计算各组骨质瓷试样经不同类别、不同温度的化学试剂侵蚀前后的色度变化值|ΔL*|+|ΔCab*|；具体计算公式如下：x=X/(X+Y+Z)…………………………………………………………………(1)y=Y/(X+Y+Z)…………………………………………………………………(2)骨质瓷试样的明度指数L*按公式（3）计算：L*=116/(Y/Yn)1/3………………………………………………………………(3)a*=500[(X/Xn)1/3‑(Y/Yn)1/3]…………………………………………………(4)b*=200[(Y/Yn)1/3‑(Z/Zn)1/3]…………………………………………………(5)骨质瓷试样的彩度Cab*较按公式（6）计算：Cab*=(a*2+b*2)1/2………………………………………………………………(6)骨质瓷试样的色调角hab按公式（7）计算：hab=arcctg(b*/a*)……………………………………………………………(7)骨质瓷试样承受化学腐蚀前后釉面的明度差ΔL*、彩度差ΔCab*和色调差ΔHab按公式（8）～（10）计算：ΔL*=L*‑L*′…………………………………………………………………(8)ΔCab*=Cab*‑Cab*′………………………………………………………………(9)ΔHab=hab‑hab′………………………………………………………………(10)式中:X——X刺激值；Y——Y刺激值；Z——Z刺激值；x、y——色品坐标；a*、b*——均匀色品指数；Xn、Yn、Zn——CIE 1964标准照明体D65的三刺激值；Xn=94.81, Yn=100.00, Zn=107.32；ΔL*——同一个骨质瓷试样受蚀前后的明度差；L*——同一个骨质瓷试样受化学腐蚀后的明度指数计算值；L*′——同一个骨质瓷试样受化学腐蚀前的明度指数计算值;ΔCab*——同一个骨质瓷试样受蚀前后的彩度差；Cab*——同一个骨质瓷试样受化学腐蚀后的彩度计算值；Cab*′——同一个骨质瓷试样受化学腐蚀前的彩度计算值;ΔHab——同一个骨质瓷试样受蚀前后的色调差；hab——同一个骨质瓷试样受化学腐蚀后的色调角计算值；hab′——同一个骨质瓷试样受化学腐蚀前的色调角计算值；（5）数据修约测量结果的数据修约应符合GB/T 4739‑2015《日用陶瓷颜料色度测定方法》中第8.1～8.3有关规定,每个试样的三刺激值X、Y、Z由仪器直接读取，每组试样的三刺激值分别以该组3个试样三刺激值的算术平均值表示，精确到小数点后一位；试样的色品坐标计算结果修约至小数点后四位,色品指数修约至小数点后两位；试样受蚀前后的明度指数、彩度和色调角计算结果修约至小数点后一位；（6）性能判定6.1骨质瓷釉面耐化学腐蚀性能评价指标的确定基于性能评价标准的科学性和规范性要求，针对骨质瓷试样在不同实验温度的条件下，经不同类别、不同浓度的化学试剂持续作用一定时间后，釉面色度的变化趋势呈现互不相同的特点；在参考借鉴美标ASTM C 283‑2013《Standard Test Methods for Resistance of Porcelain Enameled Utensils to Boiling Acid搪瓷器皿耐沸腾酸腐蚀的标准试验方法》对搪瓷釉面耐沸腾酸液腐蚀性能相关评价规定的基础上；针对室温和加热两种不同的试验温度条件，在每种酸性、碱性及中性化学试剂对骨质瓷试样的持续腐蚀过程中，选取特定周期内每间隔2h所测得试样较其承受化学侵蚀之前相比釉面色度变化绝对值|ΔL*|+|ΔCab*|的最大值作为该试样承受这一试剂化学腐蚀性能的评价指标；每组骨质瓷样品耐该试剂化学腐蚀性能的评价指标为其3个试样蚀后色度变化绝对值|ΔL*|+|ΔCab*|最大值的算术平均值；6.2 骨质瓷釉面耐化学腐蚀性能的判定依据根据实验数据统计分析结果和国际通用颜色判定准则，采取以下分级判定标准：6.2.1 结果判定指标|ΔL*|+|ΔCab*|的计算原则6.2.1.1 |ΔL*|≤0.2且|ΔCab*|≤0.2时：如果|ΔHab|≠0，则|ΔL*|+|ΔCab*|=|ΔHab|；否则|ΔL*|+|ΔCab*|数值不变；6.2.1.2 当|ΔHab|≤1.5时：如果ΔL*=ΔCab*，则|ΔL*|+|ΔCab*|=（|ΔL*|+|ΔCab*|）÷2；如果ΔL*≠ΔCab*且3.0≤(|ΔCab*|/|ΔL*|)≤4.0，则|ΔL*|+|ΔCab*|=（|ΔL*|+|ΔCab*|）÷3；如果ΔL*≠ΔCab*且(|ΔCab*|/|ΔL*|)＞4.0，则|ΔL*|+|ΔCab*|=（|ΔCab*|/|ΔL*|）×0.1+1.0；6.2.1.3 当7.5≥ΔHab＞1.5时：|ΔL*|+|ΔCab*|=|ΔHab|；6.2.1.4 当ΔHab＞7.5时：|ΔL*|+|ΔCab*|=（|ΔL*|+|ΔCab*|）÷|ΔHab|;6.2.2 结果判定标准（|ΔL*|+|ΔCab*|）≤0.5为颜色无变化，耐化学腐蚀性能良好；1.5≥（|ΔL*|+|ΔCab*|）＞0.5为颜色变化不明显，耐化学腐蚀性能一般；（|ΔL*|+|ΔCab*|）＞1.5为颜色变化明显，耐化学腐蚀性能较差；6.3 每组骨质瓷样品釉面耐化学腐蚀性能评价结果的判定取自每组不同骨质瓷样品的3个试样经同一种化学试剂持续侵蚀特定周期后，当某个试样色度变化绝对值|ΔL*|+|ΔCab*|的最大值大于此组试样色度变化绝对值|ΔL*|+|ΔCab*|最大值算术平均值的10%时；需要重新提取一组样品重复上述实验步骤；计算前后两组骨质瓷样品经这一试剂侵蚀特定周期后各个试样色度变化绝对值|ΔL*|+|ΔCab*|最大值的算术平均值，如果某个试样色度变化绝对值|ΔL*|+|ΔCab*|的最大值大于这两组6个样品色度变化绝对值|ΔL*|+|ΔCab*|最大值算术平均值的10%，则弃之；取剩余试样色度变化绝对值|ΔL*|+|ΔCab*|最大值的算术平均值作为该批次骨质瓷样品耐此化学试剂侵蚀性能的判定参数，并按照6.2给出的性能判定依据进行评价。