銅及其合金的化學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拉鏈有限公司工程開發部 518107

銅及其合金的化學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拉鏈有限公司工程開發部 518107

闡述了銅及其合金的化學表面處理著紅古銅色的原理，重點介紹了采用一種新工藝及配方著古銅色，對著色后的色膜牢度、結合強度、耐腐蝕性能等做了相應的檢測和評估。

化學表面處理 ; 紅古銅 ;拉鏈 ;銅及其合金

前言

銅及其合金的化學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。或使銅及其合金表面與溶液進行反應, 生成有色粒子而沉積在金屬表面, 使試樣呈現所要求的色彩 。古銅色澤雅致，近來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，人們對著裝搭配上越來越關注，特別是仿古銅色在拉鏈行業的應用，使得這種用拉鏈來裝飾服裝的新概念有了新的創意元素，同時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表面處理著紅古銅色為分2步進行：（1）.化學鍍銅：常以還原效果好且價格便宜的甲醛作還原劑。 但甲醛是環境有害物質。（2）.在鍍銅完成之后采用發黑效果后處理。用此方法進行大規模的生產存在很多不利因素，如鍍銅溶液穩定性差，同時往往在完成鍍銅作業以后達不到想要的古銅喑啞之色澤，而發黑處理后色澤不一，還有鍍層銅溶解的現象。現采用另一種化學處理方法，此法所用化學配方能達到溶液穩定、著色均勻、易清洗等優點。

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階段, 工藝流程為:機械打磨拋光→除油→熱水洗→清水洗→著色→清水洗→鈍化→晾干或烘干→性能檢測→上油打蠟

1.2.1 機械打磨拋光，將待處理的拉鏈先機械打磨，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，用自來水清洗干凈拉鏈，然后再將其放入著富鋅層溶液中進行前處理工序，待表面形成一層淡黃色富鋅膜層后拿出清洗干凈，后放入化學著色液中進行成色處理，直到形成一種仿古銅色膜層拿出清洗干凈，再用后處理工序對其進行鈍化處理。再清洗一遍方可甩干或烘干處理。

（1）預成色處理，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間內發生色變。配方：

2.2.4 烘干后的拉鏈還需經過過嚦架和打蠟，過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除油溶液的緩沖作用，在一定程度上能控制溶液的PH值（因為PH < 8.5, 皂化反應不能進行，PH < 10.2則皂化發生水解），是鋁、鎂、鋅、錫、銅及其合金化學除油液的主要成分。

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的乳化能力，對鋁、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高，且應與磷酸三鈉配合使用，清洗時必須使用熱水，否則容易在后續的酸性介質中發生中和反應而影響PH值的穩定，且生成的鹽也會造成對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對某些金屬具有一定的刻蝕效果，當銅鋅合金被放入(NH4)2SO4較高的溶液中時，銅被溶解成銅離子，而使得金屬表面留下含量較高的鋅，此時微量的亞硒酸與鋅反應則又在金屬表面生成少許硒化鋅。

當將此拉鏈再浸入含較高濃度的亞硒酸和較低濃度的過硫酸銨的溶液內時，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，因為最終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。

成色后必須對其進行固色鈍化處理，有機物苯并三氮唑對金屬及金屬化合物有很好的鈍化效果，是常用的金屬防銹劑和緩蝕劑。溶于熱水中，也溶于甲醇、乙醇等有機溶劑。

4、熒光測試分析

4.1 設備

熒光檢測儀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環節的預成色處理工藝、成色、固色處理工序分別取出一條黃銅片，清洗干凈后烘干，并做好相應的標識。用熒光檢測儀對其表面化學成分進行分析檢測。

4.3 檢測數據

（1） 材料85黃銅片測試結果（見圖1）

從圖1數據我們可以看出，材料85黃銅片Cu：84.588%，Zn：14.737%

（2）預成色處理后將銅片烘干，測試結果（見圖2）

從圖2數據我們可以看出，材料85黃銅片預成色處理后Cu：84.145%，Zn：15. 181%

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

（3）成色處理后將銅片烘干，測試結果（見圖3）

從圖3數據可以看出只增加了一種元素Se，說明紅古銅色主要以銅的硒化物形式體現。

5、性能測試

5.1 酵素洗水檢測

主要用來檢測拉鏈的耐磨性能和耐腐蝕性能。

5.1.1 設備：工業洗水機

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℃，打開測試機洗30分鐘，取出拉鏈測試樣。將洗水機清洗干凈。

（2）對測試樣進行清洗，130℃烘干，加水50KG,40G高錳酸鉀，55G草酸，把測試樣放進測試機中開機洗15分鐘，取出拉鏈測試樣進行清洗。將洗水機清洗干凈。

（3）在測試機中加水50KG，焦亞硫酸鈉60G，開機常溫下讓測試樣洗15分鐘，之后取出測試拉鏈樣進行清洗。將洗水機清洗干凈。

（4）將測試樣在130℃下烘干，觀察測試樣的變化情況

5.1.3 結果描述：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，色澤深淺也無較大變化，故結論為色牢度較強，為合格產品。

表一

圖3

5.2 拉鏈耐磨次數測試

5.2.1 方法：將成品拉鏈用對應型號的拉頭來回拉動，來回各拉動一次計算為拉動次數1，觀察拉鏈的耐磨性能。

5.2.2 數據列表：（如表一所示）

5.2.3 結果描述：當拉動次數在120以上時開始出現鏈牙邊沿處輕微磨損痕跡，而牙頭和平面處并無磨損現象。直到拉動500次現象一致，這完全是由機械摩擦造成的磨損現象。可以憑定為合格產品。

6、結論

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合力好、堅固耐磨、色度純正且有光澤性等特點。經廣東某廠的生產實踐表明,能夠滿足批量生產的要求,具有工藝及著色質量穩定、生產成本低、無環境污染等優點，具有推廣和應用前景。

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

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

章澤杰（1985-08）.男.廣東揭陽人.中南大學在讀碩士研究生。