趙林梅 章澤杰

廣東省深圳市公明華圣達(dá)拉鏈有限公司工程開發(fā)部 518107

銅及其合金的化學(xué)表面處理著紅古銅色新工藝研究

趙林梅 章澤杰

廣東省深圳市公明華圣達(dá)拉鏈有限公司工程開發(fā)部 518107

闡述了銅及其合金的化學(xué)表面處理著紅古銅色的原理，重點(diǎn)介紹了采用一種新工藝及配方著古銅色，對(duì)著色后的色膜牢度、結(jié)合強(qiáng)度、耐腐蝕性能等做了相應(yīng)的檢測(cè)和評(píng)估。

化學(xué)表面處理 ; 紅古銅 ;拉鏈 ;銅及其合金

前言

銅及其合金的化學(xué)著色法與普通金屬著色方法相同, 即把銅及其合金試樣放入事先配制的著色液中, 利用氧化膜表面的吸附作用, 將染料或有色粒子吸附在膜層的空隙內(nèi)?；蚴广~及其合金表面與溶液進(jìn)行反應(yīng), 生成有色粒子而沉積在金屬表面, 使試樣呈現(xiàn)所要求的色彩 。古銅色澤雅致，近來(lái)是一種頗受歡迎的裝飾性鍍層，隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)著裝搭配上越來(lái)越關(guān)注，特別是仿古銅色在拉鏈行業(yè)的應(yīng)用，使得這種用拉鏈來(lái)裝飾服裝的新概念有了新的創(chuàng)意元素，同時(shí)這種仿古銅色也成為一種頗為流行的色澤。常用的銅及其合金的化學(xué)表面處理著紅古銅色為分2步進(jìn)行：（1）.化學(xué)鍍銅：常以還原效果好且價(jià)格便宜的甲醛作還原劑。 但甲醛是環(huán)境有害物質(zhì)。（2）.在鍍銅完成之后采用發(fā)黑效果后處理。用此方法進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)存在很多不利因素，如鍍銅溶液穩(wěn)定性差，同時(shí)往往在完成鍍銅作業(yè)以后達(dá)不到想要的古銅喑啞之色澤，而發(fā)黑處理后色澤不一，還有鍍層銅溶解的現(xiàn)象?，F(xiàn)采用另一種化學(xué)處理方法，此法所用化學(xué)配方能達(dá)到溶液穩(wěn)定、著色均勻、易清洗等優(yōu)點(diǎn)。

1、著色工藝及配方

1.1 主要材料

用85銅（銅鋅合金）為鏈牙材料的拉鏈

1.2 主要工藝

金屬銅(合金)著色工藝一般分為前處理、金屬著色和后處理三個(gè)階段, 工藝流程為:機(jī)械打磨拋光→除油→熱水洗→清水洗→著色→清水洗→鈍化→晾干或烘干→性能檢測(cè)→上油打蠟

1.2.1 機(jī)械打磨拋光，將待處理的拉鏈先機(jī)械打磨，精修拋光

1.2.2 除油，除布帶及拉鏈上的油污，配方及工藝條件：

1.2.3 著色，用自來(lái)水清洗干凈拉鏈，然后再將其放入著富鋅層溶液中進(jìn)行前處理工序，待表面形成一層淡黃色富鋅膜層后拿出清洗干凈，后放入化學(xué)著色液中進(jìn)行成色處理，直到形成一種仿古銅色膜層拿出清洗干凈，再用后處理工序?qū)ζ溥M(jìn)行鈍化處理。再清洗一遍方可甩干或烘干處理。

（1）預(yù)成色處理，金屬表面形成富鋅膜層，配方：

（3） 固色處理工序，起鈍化的效果，能有效控制金屬表面短時(shí)間內(nèi)發(fā)生色變。配方：

2.2.4 烘干后的拉鏈還需經(jīng)過(guò)過(guò)嚦架和打蠟，過(guò)嚦架就是將嚦架油均勻的涂抹于鏈牙表面，可以防止變色。打蠟可以增加拉鏈的順滑度。

3、工藝原理探討：

圖1

圖2

碳酸鈉，呈弱堿性，有一定的皂化能力和對(duì)除油溶液的緩沖作用，在一定程度上能控制溶液的PH值（因?yàn)镻H < 8.5, 皂化反應(yīng)不能進(jìn)行，PH < 10.2則皂化發(fā)生水解），是鋁、鎂、鋅、錫、銅及其合金化學(xué)除油液的主要成分。

磷酸三鈉，呈弱堿性，有一定的皂化能力、乳化能力和對(duì)除油溶液的緩沖作用，磷酸三鈉的溶解性好，洗去性好，能使水玻璃溶液從拉鏈表面洗去。

水玻璃，分子式為Na2SiO3，呈弱堿性，有一定的皂化能力和較強(qiáng)的乳化能力，對(duì)鋁、鎂、鋅等有色金屬有一定的緩蝕能力，但它不易從金屬表面洗去，因此它的含量不宜過(guò)高，且應(yīng)與磷酸三鈉配合使用，清洗時(shí)必須使用熱水，否則容易在后續(xù)的酸性介質(zhì)中發(fā)生中和反應(yīng)而影響PH值的穩(wěn)定，且生成的鹽也會(huì)造成對(duì)著色液的污染而使著色液失去活性。

OP，乳化劑，離子表面活性劑。有較強(qiáng)的乳化能力。加入OP能使金屬拐角和尖角處更易清洗干凈。

3.2 著色原理探討

富鋅膜層的形成，(NH4)2SO4對(duì)某些金屬具有一定的刻蝕效果，當(dāng)銅鋅合金被放入(NH4)2SO4較高的溶液中時(shí)，銅被溶解成銅離子，而使得金屬表面留下含量較高的鋅，此時(shí)微量的亞硒酸與鋅反應(yīng)則又在金屬表面生成少許硒化鋅。

當(dāng)將此拉鏈再浸入含較高濃度的亞硒酸和較低濃度的過(guò)硫酸銨的溶液內(nèi)時(shí)，銅離子被大量的亞硒酸被刻蝕處氧化成硒化銅，而被刻蝕處的金屬銅同樣被氧化成氧化銅和硒化銅的混合物，因?yàn)樽罱K的色澤需要紅里帶黑、黑里帶紅的古銅效果，故我們選擇的是含銅量為85%的銅材，而硒化鋅這種帶有黃色且透明的物質(zhì)在銅含量高的情況下也是與紅色近似的色澤。

成色后必須對(duì)其進(jìn)行固色鈍化處理，有機(jī)物苯并三氮唑?qū)饘偌敖饘倩衔镉泻芎玫拟g化效果，是常用的金屬防銹劑和緩蝕劑。溶于熱水中，也溶于甲醇、乙醇等有機(jī)溶劑。

4、熒光測(cè)試分析

4.1 設(shè)備

熒光檢測(cè)儀E D X-G P

4.2 方法

配制好所需的藥水，用85黃銅片在著色工藝這個(gè)環(huán)節(jié)的預(yù)成色處理工藝、成色、固色處理工序分別取出一條黃銅片，清洗干凈后烘干，并做好相應(yīng)的標(biāo)識(shí)。用熒光檢測(cè)儀對(duì)其表面化學(xué)成分進(jìn)行分析檢測(cè)。

4.3 檢測(cè)數(shù)據(jù)

（1） 材料85黃銅片測(cè)試結(jié)果（見圖1）

從圖1數(shù)據(jù)我們可以看出，材料85黃銅片Cu：84.588%，Zn：14.737%

（2）預(yù)成色處理后將銅片烘干，測(cè)試結(jié)果（見圖2）

從圖2數(shù)據(jù)我們可以看出，材料85黃銅片預(yù)成色處理后Cu：84.145%，Zn：15. 181%

其中Zn的含量從14.737%上升到15. 181%，說(shuō)明金屬表層Zn含量的增加。

（3）成色處理后將銅片烘干，測(cè)試結(jié)果（見圖3）

從圖3數(shù)據(jù)可以看出只增加了一種元素Se，說(shuō)明紅古銅色主要以銅的硒化物形式體現(xiàn)。

5、性能測(cè)試

5.1 酵素洗水檢測(cè)

主要用來(lái)檢測(cè)拉鏈的耐磨性能和耐腐蝕性能。

5.1.1 設(shè)備：工業(yè)洗水機(jī)

5.1.2 酵素洗水方法：

（1）加水50KG，加入4KG浮石，酵素200G，100G枧油，拉鏈若干，升溫至40℃，打開測(cè)試機(jī)洗30分鐘，取出拉鏈測(cè)試樣。將洗水機(jī)清洗干凈。

（2）對(duì)測(cè)試樣進(jìn)行清洗，130℃烘干，加水50KG,40G高錳酸鉀，55G草酸，把測(cè)試樣放進(jìn)測(cè)試機(jī)中開機(jī)洗15分鐘，取出拉鏈測(cè)試樣進(jìn)行清洗。將洗水機(jī)清洗干凈。

（3）在測(cè)試機(jī)中加水50KG，焦亞硫酸鈉60G，開機(jī)常溫下讓測(cè)試樣洗15分鐘，之后取出測(cè)試?yán)湗舆M(jìn)行清洗。將洗水機(jī)清洗干凈。

（4）將測(cè)試樣在130℃下烘干，觀察測(cè)試樣的變化情況

5.1.3 結(jié)果描述：拉鏈表層牙色有被均勻磨掉的跡象，鏈牙邊緣處尤為明顯，但是牙色依然呈古銅色，色澤深淺也無(wú)較大變化，故結(jié)論為色牢度較強(qiáng)，為合格產(chǎn)品。

表一

圖3

5.2 拉鏈耐磨次數(shù)測(cè)試

5.2.1 方法：將成品拉鏈用對(duì)應(yīng)型號(hào)的拉頭來(lái)回拉動(dòng)，來(lái)回各拉動(dòng)一次計(jì)算為拉動(dòng)次數(shù)1，觀察拉鏈的耐磨性能。

5.2.2 數(shù)據(jù)列表：（如表一所示）

5.2.3 結(jié)果描述：當(dāng)拉動(dòng)次數(shù)在120以上時(shí)開始出現(xiàn)鏈牙邊沿處輕微磨損痕跡，而牙頭和平面處并無(wú)磨損現(xiàn)象。直到拉動(dòng)500次現(xiàn)象一致，這完全是由機(jī)械摩擦造成的磨損現(xiàn)象?？梢詰{定為合格產(chǎn)品。

6、結(jié)論

本工藝配方具有一般銅制品著紅古銅液所不具有的膜層結(jié)合力好、堅(jiān)固耐磨、色度純正且有光澤性等特點(diǎn)。經(jīng)廣東某廠的生產(chǎn)實(shí)踐表明,能夠滿足批量生產(chǎn)的要求,具有工藝及著色質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，具有推廣和應(yīng)用前景。

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[2] 張忠誠(chéng), 張紅兵. 黃銅表面的發(fā)黑處理研究[ J ]. 中國(guó)表面工程. 2003(1): 41- 43.

[3] 奚兵. 常溫快速黃銅件著色應(yīng)用工藝[ J ]. 腐蝕與防護(hù). 2002,23(4) : 176- 177.

趙林梅（1981-10）.女.廣西桂林人，雙學(xué)士，主要從事銅及其合金表面處理研究；

章澤杰（1985-08）.男.廣東揭陽(yáng)人.中南大學(xué)在讀碩士研究生。