铜表面抛光着色技术研究本科

1、铜表面抛光、着色技术研究摘要铜及其合金具有优异的机械加工性能而广泛地应用于各种工业。 为了提高铜及铜合 金的抗蚀性及装饰性能 , 进行表面着色处理是非常有效的处理方法。本次毕业设计的课题是铜表面抛光、着色技术研究。着色预处理过程主要包括铜表 面打磨，机械抛光，碱洗工序和酸洗工序等方 面 。预处理后进行着色及后处理。本次试 验的方案是按照预处理，着色及后处理的工艺流程来试验的，试验内容是重点分析预处 理各工序对着色效果的影响。研究结果表明：预处理中碱洗时间的判定很重要。根据本实验的配方，黄铜一般清 洗十秒钟左右即可。碱洗时间短，除油不尽 ; 时间过长 , 黄铜失光。此外，酸的浓度要合 适，要能够

2、把铜上的氧化物除尽。 本实验配方一采用 10%的硫酸溶液浸渍 3分钟; 配方二， 配方三采用 10%的硝酸分别酸洗 5分钟和 3 分钟。实验证明这三种配方效果较好。着色 后用XRD SEM等对其进行检测，发现表面形貌比较均匀统一。关键词： 黄铜;碱洗; 酸洗; 检测Research on polishing and coloring technology of copper surfaceAbstractCopper and its alloy has been widely used in many fields for their favorable physical and mecha

3、ni cal performa nce.To enhance the corrosi on resista nee and decorati on ,it,s n ecessary to color the surface.The topic of this graduati on desig n is polish ing and colori ng tech no logy of copper surface.Coloring pretreatment process mainly include the copper surface polishing, mechanical polis

4、hing, alkaline cleaning process and pickling process, etc. After pretreatment ,Copper need staining and post-treatment. This test plan is according to the preprocessing, coloring and post-treatment . Test content mainly analyzes the impacts of pretreatme nt in each process on colori ng effect.The re

5、sults prove that : Pretreatme nt of alkali ne clea ning time on determ in atio n is importa nt.Accordi ng to the experime nt formula, brass gen erally clea n about ten sec on ds. If alkaline washinging time is short, Brass can't completely remove oil. Inversely, Brass can completely remove oil.

6、Moreover, the concentration of the acid is suitable to be able to put off the oxide film on the copper surface. Formula one use 10% sulfuric acid washi ng 3 minu tes. Formula two and formula three prepares 10% n itric acid for dippi ng 5 minu tes and 3 mi nu tes respectively. Experimental results sh

7、ow that three kinds of formula effect is better. After sta ining, the XRD and SEM for in spect ing found the surface morphology of brass is uni form.Key words: brass;alkali wash in g;acid wash ing ; in spect ing目录第 1 章 绪论1.1 表面技术 11.1.1 表面技术概述 11.1.2 表面技术的分类 11.1.2 表面技术的发展和应用 21.2 铜和铜合金的着色技术 21.2.1

8、铜和铜合金着色技术的发展现状及发展趋势 21.2.2 铜和铜合金着色工艺 31.3 铜及铜合金简述 41.3.1 铜的物理性质 41.3.2 铜合金的种类及应用 51.4 课题的研究内容及研究意义 51.4.1 课题的研究内容 51.4.2 课题的研究意义 51.5 本章小结 5第 2 章 实验材料及方法 62.1 实验材料及设备 62.1.1 原材料 62.1.2 实验所用化学试剂 62.1.3 实验设备 72.2 实验方法 82.2.1 工艺流程 82.2.2 试样的前处理 92.2.3 着色 92.2.4 后处理 102.3 着色预处理抛光工艺 102.3.1 各种试剂对抛光效果的影响

9、102.3.2 各种工艺参数对抛光效果的影响 112.4 本章小结 11第 3 章 黄铜化学着色工艺的研究 123.1 配方一的实验过程及结果分析 133.2 配方二的实验过程及结果分析 173.3 配方三的实验过程及结果分析 193.4 本章小结 22第 4 章 着色后黄铜的质量控制及检测 234.1 对着色后的试样进行外观检验、耐蚀性检验，结合力检验 234.2 用场发射扫描电子显微镜（ SEM ）对试样扫描 234.3用X射线衍射仪（XRD）对试样扫描 254.4 本章小结 2728结论致 谢 30参考文献 31附录 A ：外文文献及其译文 32附录B:主要参考文献及摘要41插图清单图

10、2-1 碱洗药品图 6图 2-2配方一药品图 6图 2-3配方二药品图 7图 2-4配方三药品图 7图 2-5 数显恒温水浴锅图 7图 2-5 JB-5 定时双向数显恒温磁力搅拌器图 7图 2-7 抛光机 8图 2-8 场发射扫描电子显微镜图 8图 2-9 着色工艺流程 8图 4-1 原始黄铜试样 15图 4-2配方一实验三的黄铜着色试样 15图 4-3配方一实验四的黄铜着色试样 17图 4-4配方二实验二的黄铜着色试样 19图 4-5 黄铜原始着色试样 21图 4-6配方三实验二的黄铜着色试样 21图 4-7 配方三实验一，实验二的纯铜片着色试样 22图5-1配方一黄铜着蓝青色膜层 SEM微

11、观表面形貌 23图5-2配方一黄铜着蓝黑色膜层 SEM微观表面形貌 24图5-3配方一黄铜端面着蓝青色膜层 SEM微观表面形貌 24图5-4配方二黄铜着黑色膜层 SEM微观表面形貌 25图5-5配方一黄铜着蓝青色 XRD图谱25图5-6配方一黄铜着蓝黑色XRD图谱26图5-7配方二黄铜着黑色XRD图谱26图5-8配方三黄铜着古铜黄色XRD图谱27表格清单表 1-1 铜的主要物理性质 4表 1-2 铜的主要力学性能参数 4表 4-1 配方一第一次实验黄铜着色过程主要工艺参数 13表 4-2 配方一第二次实验黄铜着色过程主要工艺参数 14表 4-3 配方一第三次实验黄铜着色过程主要工艺参数 15表

12、 4-4 配方一第四次实验黄铜着色过程主要工艺参数 16表 4-5 配方二第一次实验黄铜着色过程主要工艺参数 18表 4-6 配方二第二次实验黄铜着色过程主要工艺参数 19表 4-7 配方三第一次实验黄铜着色过程主要工艺参数 20表 4-8 配方三第二次实验黄铜着色过程主要工艺参数 21引言金属着色是使金属表面上产生一层既防锈又美观、 带色泽的防护层。 3 000 年前（即 青铜器时代 ） ，我们的祖先已将青铜器用烈火烧烤，让其表面氧化成绿褐色的保护层， 使青铜器表面层晶体略有变化，达到长期保存而不生锈、又改变青铜器色泽的目的。铜着色，可利用铜在硫化物溶液中易生成棕黑色硫化铜的特性，让铜件与着

13、色液中 K2S 直接作用；也可让硫代硫酸钠等盐类化合物在强酸性的着色液中首先分解出 S 和 S02然后由S与铜件反应生成棕黑色的硫化铜吸附在铜件表面；还可向碱性溶液中加 入氧化剂，使其在较高温度下自然析出氧化能力很强的原子态氧 O ，将铜件表面氧化 成铜盐，而这种铜盐会立即被水解成棕黑色氧化铜吸附在铜件表面。其他色泽的生成与 投入着色液中的盐类有关，但基本原理相似。市场上出售的各种金属工艺品、家具，以及建筑材料上用的装饰材料，基本上都属 于铜及铜合金表面着色件。铜的化合物很多，其中黑色化合物有硫化亚铜、硫化铜、氧 化铜及硫氧化铜；呈蓝色的化合物有氢氧化铜、碳酸铜及碱式碳酸铜；呈红色的化合物 有

14、亚铁氰化铜、氧化亚铜等。因此，利用铜化合物色泽丰富的特性，可在其他金属（ 如黑色金属）的表面先电沉积一层8卩m以上的铜或铜合金镀层，再进行相关的金属着色处 理。建筑、装潢及美术工艺品上着色，基本色泽有古铜色、古绿色、褐色、黑色等。着 色方法有硫化法、氧化法及电化学法三大类。硫化法和氧化法无需直流电源等设施，故 比较方便，成本又低，很受用户青睐。市场上出售的浓缩着色液，其组成基本上是无机盐类色素化合物，此类化合物在一 定条件下与液内其他化合物发生分解或复分解反应，在着色液中生成带色单晶体化合 物，沉淀或吸附在物件表面，完成着色过程。第 1 章 绪论各种仿金色、 仿古铜色等是近几年发展起来的流行色

15、 , 它使电镀与涂装有机地结合 而形成广阔的领域 , 使表面装饰进入了灿烂多彩的电镀时代。 古铜色具有古色古香 , 色 泽稚致、色调庄重之特点 , 给人以美的享受 , 因此, 深受国内外消费者的欢迎。铜及其合金表面着色实际上就是使金属铜与着色溶液作用， 形成金属表面的氧化物 层、硫化物层及其它化合物膜层。选择不同的着色配方和条件可得出不同的着色效果。 例如，硫基溶液可被利用的有：硫化物 （如硫化钾、硫化铵等 ）、硫代硫酸纳、多硫化 物（如过硫酸钾 ）等，其着色原理都是基于硫与铜产生硫化铜的特性反应，在不同的反 应条件和配方中其它成份的参与下，可以形成黑、褐、棕、深古铜、兰、紫等颜色。铜 与氨的

16、络合作用及配方中其它离子参与反应， 在不同的反应条件下也可以形成多种着色 效果。在着色配方中氧化剂的加入能促进反应，但过多的氧化物会影响氧化膜的质量。 通常的着色配方都需要经过多次使用的实践检验后，才可投入正式使用1.1 表面技术1.1.1 表面技术概述表面技术主要是通过各种方法或途径来改变固体金属表面或非金属表面的形态、 化 学成分和组织结构 , 提高材料抵御环境作用能力和赋予材料表面某种功能特性 , 以满 足人类各种需要的一项技术 1 。表面技术不仅是一门广博精深和具有极高实用价值的基础技术 , 还是一门新兴的 边缘性学科。在学术上丰富了材料科学、冶金学、机械学、电子学、物理学、化学等学

17、科, 开辟了一系列新的研究领域。表面技术是产品加工工艺的重要工序之一。先进的表 面技术改善了产品质量、增加花色品种、提高产品的附加值 , 对拓宽国内外市场有重要 意义1 。随着我国工业现代化的发展，对各种设备零部件表面性能的要求越来越高，特别是 在高速度、高温、高压、重载、腐蚀介质条件下工作的零件，其材料的破坏往往自表面 开始，诸如磨损、腐蚀、高温氧化等，表面的局部损坏又往往造成整个零件的失效，最 终导致设备停产。表面技术最大的优势就是使零件具有更高的耐磨性、耐蚀性和耐高温 性等，采用表面技术的平均效益高达 5-20 倍以上1 。1.1.2 表面技术的分类表面技术有着广泛的涵义 , 综合来看

18、, 大致可分为以下几个部分（1）表面技术的基础和应用理论。（2）表面处理技术。包括表面镀覆技术、表面改性技术和复合表面处理技术。（3）表面加工技术。（4）表面分析和测试技术。（5）表面工程技术设计。表面镀覆技术涉及的范围很广 , 包括传统的电镀以及近几十年迅速发展起来的电 刷镀技术、摩擦电喷镀技术、非金属刷镀技术、化学镀技术和复合镀技术等。随着科学 技术的发展 , 尤其是纳米材料和纳米技术的发展 , 这些镀覆技术的内容将进一步扩展 ,镀覆层性能也将大幅提高1.1.2 表面技术的发展和应用表面技术的应用所包含的内容十分广泛 , 可以用于耐蚀、耐磨、修复、强化、装饰 等。也可以是在光、电、磁、声、

19、热、化学、生物等方面的应用。表面技术所涉及的基 体材料不仅有金属材料 , 也包括无机非金属材料、有机高分子材料及复合材料。表面技 术的种类很多 , 把这些技术恰当地应用于构件、零部件和元器件 , 可以获得巨大的效益 应用表面工程技术 , 有可能在广阔的领域中生产各种新材料和新器件。目前表面技 术已在制备高Tc（临界温度）、超导膜、金刚石膜、纳米镀层膜、纳米粉末、纳米晶体材 料、多孔硅、碳 -60 等新型材料上起着关键作用。同时也是许多光学、光电子、微电子、 磁性、量子、热工、声学、化学、生物等功能器件的研究和生产上最重要的基础之一。1.2 铜和铜合金的着色技术1.2.1 铜和铜合金着色技术的发

20、展现状及发展趋势1. 研究现状：（1）国内研究现况铜的着色，作为一种防腐技术和装饰技术可以追溯到 3000年前的青铜时代，那时我 们的祖先已经采用高温氧化和化学氧化的方法对金属着色。随着科学技术的发展，国内也有了各种方法对金属着色。总体来说，可以分为化学 着色法和电化学着色法。CD化学着色法：铜及合金的化学着色法与普通金属着色方法相同， 即把铜及其合金试样放入事先配 好的着色液中，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空隙 内，或利用铜和铜合金表面与溶液进行反应，生产有色粒子而沉积在金属表面，使试样 呈现出所要求的色彩。目前，国内常用的化学着色方法有以下几种：油墨色、古铜色

21、和 黑色。C2 电化学着色法 ：（a）阴极电解沉积着色法该方法是将被着色器物置于适当的电解液中，被着色物作为阴极，当电流通过时， 金属微粒、金属黑色氧化物和金属微粒和氧化物的混合体，便沉积于阴极金属的表面。（b）阳极氧化着色法电解含氢氧化钠的水时，铜片作阳极，铁片作阴极，作为阳极的黄铜工件和电解产 生的氧发生反应生成橙红色的氧化亚铜和黑色的氧化铜。 黄铜表面所生成的颜色和电解 时的电流密度、 水的温度及碱的浓度等因素有关， 通过调节这些因素便可控制着色过程。（2）国外研究现况国外的着色技术发展较早 , 在上世纪年代美国就有采用化学氧化法在黄铜和青铜 上着古铜色的专利报道 。近年来 ,美国一化学

22、工业公司研制了一种化学处理剂 , 加上特 殊的施工技巧 , 适合于规模化生产 , 但对操作者要求较高 , 应用范围有限。 日本在铜及 其合金的着色上研究较多 , 大多为硫化物着色 , 在着色方法上分为液相和气相着色。 其中气相法着色采用硫化氢气体直接与铜件表面反应 , 获得的古铜色膜层均匀、色调 统一, 但设备要求高 , 成本较高。 韩国最近也有关于着古铜色方法的专利 , 该方法利用 氨水的易挥发性 , 将铜制品放置于密闭的装有氨水或钱盐与碱混合的过饱和溶液中 , 利 用其饱和蒸汽进行反应 , 从而获得着色均匀的膜层。2. 发展趋势： 由于铜具有良好的导电性和导热性已被广泛应用于机械、轻工、仪

23、表及民用等领域 中。但其在空气中不稳定，容易氧化，在含有二氧化硫，硫化氢等腐蚀介质的大气中， 易受到强烈的腐蚀。今年来，随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，以及产 品更新换代及出口的需要，采用铜本色直接用于产品已越来越不能满足需要，并且人们 对一些日用生活用品的外观色彩也有了进一步要求， 已不能满足过去那种单调的镀铬或 黄金色镀层作为表面装饰色调，而且更趋于色泽更加丰富、格调更加高雅别致的表面装 饰。因此铜表面着色技术具有很好的发展前景。1.2.2 铜和铜合金着色工艺 1(1) 预处理：内容主要包括化学脱脂、表面打磨、抛光等平整光洁处理和表面活化二个 方面。化学抛光是预处理最关键的一步

24、 , 直接影响着着色效果。金属制件预处理的质量要求： 制件表面光整度的质量评定，首先是外观检查，也就是用肉眼或放大镜对表面检查最基本的要求，认真查看表面是否有划痕、缺陷鼓泡、斑块、麻点、针孔等等，并初步 估计是否合乎要求。然后在进行仪器检测，检测的项目有表面显微组织形貌、表面粗糙 度以及表面光亮度等。a. 表面光洁处理 即通过机械抛光、脱脂、水洗、等过程除去表面上的润滑油，毛刺、砂眼、气泡、 划痕、氧化皮和各种宏观缺陷 , 提高表面的平整度和降低粗糙度 , 可保证着色处理后工 艺品的质量。b. 电化学抛光、化学抛光电化学抛光是金属制品表面的阳极电化学浸蚀过程。 在特定的溶液中进行阳极电解 使金

25、属表面平滑并产生金属光泽的工艺过程就称为电化学抛光。电化学抛光时 , 零件接 阳极 , 通电时零件表面会产生电阻率高的稠性粘膜 , 其厚度在零件表面是不均匀的 , 表面微观凸出部分较薄 , 电流密度较大 , 金属溶解较快。 表面微观下凹处较厚 , 电流密 度较小, 金属溶解较慢。 由于稠性粘膜和电流密度分布的不均匀性 , 微观凸出处尺寸减 少快 , 微观下凹处尺寸减少慢 , 使零件表面粗糙度降低 , 从而达到整平的目的。 电化学 抛光, 除用于金属表面精饰加工的预处理 , 还常作为金属表面精饰加工的主要过程。化学抛光是金属制品表面在特定条件下的化学浸蚀过程。 把零件放在合适的化学介 质中 ,

26、利用化学介质对金属表面的尖峰区域溶解速度比凹谷区域溶解速度快的特点 , 实现材料表面的抛光 , 就称为化学抛光。化学抛光适合复杂形状和各种尺寸的零件，生 产效率高 1 。C.表面活化由于稀硫酸溶液能使铜的氧化物很好地溶解而容易发生过腐蚀现象 , 因此 , 通常 选用的活化液是采用3%- 5%勺硫酸或5%-10%勺硝酸，并在其浸数分钟，温度：30 。C70。C ，其目的是出除去氧化膜，以保证着色层与金属的牢固结合。(2 )铜和铜合金的着色方法有多种如化学着色法，电化学着色等，本实验采用化学着 色法。(3) 后处理着色后用湿布或毛刷擦拭，有利于除去着色过程中制件表面上产生的沉渣及浮灰 使着色膜光亮

27、美观。由于着色膜薄，其耐候性及稳定性差，表面涂覆一层有机清漆保护 膜，提高着色效果。1.3铜及铜合金简述.1.3.1铜的物理性质.k LL审的上要物理性腕Table L 1 Thephysical property of copper性就敌值63.54晶格常a, nm0. 360758品格纳脚面心虫方0,256熔点，刚，r1083鴻点，bt. t2595密度，kg/m890-850热腾眯系r XT16,5x10 *比霍(20匸).kJ他K)0. 588导却車住吒).W；r(m2 -K)39L比电锻(23C), nOm17421屯阳温). nOm/rO.OfifiO表1-2铜的主要力学性能参数状

28、态d /MPad 0.2/MPa工-1/MPad /MPa/%*/%HB退火2407090110000507545冷加工4503801201200006351201.3.2 铜合金的种类及应用常用的铜合金分为黄铜、青铜、白铜 3大类，其特点如下：黄铜 以锌作主要添加元素的铜合金，具有美观的黄色，统称黄铜。铜锌二元合金 称普通黄铜或称简单黄铜。三元以上的黄铜称特殊黄铜或称复杂黄铜。含锌低于36%的黄铜合金由固溶体组成，具有良好的冷加工性能，如含锌30%的黄铜常用来制作弹壳，俗称弹壳黄铜或七三黄铜。青铜 原指铜锡合金，后除黄铜、白铜以外的铜合金均称青铜，并常在青铜名字前 冠以第一主要添加元素的名。

29、 锡青铜的铸造性能、减摩性能好和机械性能好，适合於制 造轴承、蜗轮、齿轮等。铅青铜是现代发动机和磨床广泛使用的轴承材料。铝青铜强度 高，耐磨性和耐蚀性好，用於铸造高载荷的齿轮、轴套、船用螺旋桨等。 / 和磷青铜的 弹性极限高，导电性好，适於制造精密弹簧和电接触元件。白铜 以镍为主要添加元素的铜合金。铜镍二元合金称普通白铜；加有锰、铁、锌 、铝等元素的白铜合金称复杂白铜。工业用白铜分为结构白铜和电工白铜两大类。结构 白铜的特点是机械性能和耐蚀性好，色泽美观。 这种白铜广泛用於制造精密机械、化工 机械和船舶构件。电工白铜一般有良好的热电性能。锰铜、康铜、考铜是含锰量不同的 锰白铜，是制造精密电工仪

30、器、变阻器、精密电阻、应变片、热电偶等用的材料。1.4 课题的研究内容及研究意义1.4.1 课题的研究内容 本次毕业设计的课题是铜表面抛光、着色技术研究。着色预处理过程主要包括铜表面打磨，机械抛光，碱洗工序和酸洗工序等方 面。预处理后进行着色及后处理。本次试 验的方案是按照预处理，着色及后处理的工艺流程来试验的，试验内容是重点分析预处 理各工序对着色效果的影响。1.4.2 课题的研究意义 铜的着色技术得到的各种工艺品一直是人们所喜爱的装饰品和实用品。 但铜及铜合金在大气环境下性质活泼 , 容易氧化产生铜锈 , 严重影响工艺品观赏性 ,因而对铜及合 金进行表面防腐装饰处就理显得非常必要。和金银首

31、饰不同 , 铜一般的采用转化膜着色 技术。着色是指金属在特定介质中采用化学或电化学方法使其表面生成带色的膜层 , 或 将具有一定隙率的氧化膜与染色溶液中的颜料相互作用 , 使金属表面呈现所需要的颜 色。通过表面着色技术 , 可以使铜得到黑色、古铜色、棕色、仿金色等高雅别致的流行 色, 有利于提高产品档次 , 增强产品竞争力。 此外, 在铜表面着色不仅有很装饰作用 , 而 且有很好的耐腐蚀、耐磨保护功能。1.5 本章小结 本章介绍了表面技术的定义，分类应用，铜合金的现今发展现状和发展趋势等，同时介绍铜的物理性质，铜合金的应用范围及本次着色实验的着色理论依据。第2章实验材料及方法2.1实验材料及设

32、备2.1.1原材料抛光原材料：砂纸，抛光机，黄铜着色原材料：黄铜(10mm*10mm*55mm)，铜片2.1.2实验所用化学试剂(1)碱洗所用化学试剂NaOHNa2CO3 NasPO。 5H2O NazSiOs图2-1碱洗药品图(2) 酸洗所用化学试剂HSO HNO3(3) 着色所用化学试剂a.配方一所用化学试剂H 2SO CuSQ5H2O SeO过硫酸铵乙酸聚丙烯酸钠图2-2配方一药品图b.配方二所用化学试剂K 2S NaOH图2-5数显恒温水浴锅图图2-6 JB-5定时双向数显恒温磁力搅拌器图图2-3配方二药品图c.配方三所用化学试剂K 2S NHaCl图2-4配方三药品图2.1.3实验设

33、备及仪器图2-8场发射扫描电子显微镜图图2-7抛光机X射线衍射仪，电子天平，烧杯，玻璃棒，绳子，镊子，勺子等2.2实验方法2.2.1工艺流程图2-9着色工艺流程机械打磨化学除油水洗酸洗后处理2.2.2 试样的前处理（1）砂纸打磨 将黄铜用不同型号的砂纸打磨（由于在购买黄铜时，黄铜表面上的锈迹及大部分夹 杂物已被处理掉，故而不需机械打磨） ，以使其表面光洁，无杂物及无划痕等表面缺陷。 将打磨后的黄铜用清水冲洗，然后用吹风机将其干燥。（2）化学除油 铜及其合金零件一般用碱性除油的方式，其目的要是出去铜合金表面上的油污，保 证在后续的着色能顺利进行。本实验采用碱性除油，其配方如下：NaOH1015g

34、/LMa2CO32 3 g/LNa3PO4.12H2O57 g/LNa2SiO30.5 1 g/L（3）酸洗由于黄铜经除油后， 在空气中会很快生产一层很薄的氧化物薄膜， 故而采用 3% 10%的硫酸溶液或 5% 10%的硝酸溶液对碱洗后的黄铜酸洗以去除黄铜表面上的氧化膜， 以便于下一步着色。（4） 水洗 将酸洗后的黄铜放在蒸馏水中把其表面上的酸液洗掉以免与下一步的着色液发生 反应从而影响着色效果。2.2.3 着色 黄铜着古铜色主要是通过化学反应在其表面生成一层带有黑色或深褐色的氧化膜，然后在将其洗净，干燥以得到良好的效果。本实验使用硫化处理和过硫化物处理来对其 着色。a.配方一（过硫化物着色）

35、：H2SO35 10g/LCuSO 5H2O25 40g/LSeO20.51.5g/L过硫酸铵4 5g/L乙酸10 15g/L聚丙烯酸钠0 2 g/LT室温可稀释至 2 3 倍PH<2(硫酸调）b. 配方二（硫化物着色） ：K2S3 20g/LNaOH>60g/LT室温PH>=1412.5g/L200g/L数分钟c. 配方三（硫化物着色） ： K2S5NH4cl20t 2.2.4 后处理着色后用湿布或毛刷擦拭，有利于除去着色过程中制件表面上产生的沉渣及浮灰， 使着色膜光亮美观。由于着色膜薄，其耐候性及稳定性差，表面涂覆一层有机清漆保护 膜，能提高着色效果 1 。2.3 着色预

36、处理抛光工艺金属的化学抛光是金属在特定条件下的一种腐蚀 ,其结果是使金属获得细致光亮的 表面 ,为此 ,所用溶液必须能抑制金属由于表面状态和结晶组织所制约的选择性溶解,故溶液的性能选择起着决定的作用。在常用的溶液中一般认为 :一是在金属与溶液的界 面间由溶液和腐蚀产物形成粘度较大的所谓粘膜层。 当本体溶液扩散到金属表面进行腐 蚀时 ,由于粘膜的存在以及它对金属表面微观凹凸不平部分的阻碍不同 ,腐蚀的速度也不 同。凸起部分粘膜薄 ,腐蚀速度较大 ,凹陷部分粘膜厚 ,腐蚀速度较小 ,因而使金属表面得到 整平或抛光。 属于这一类的溶液一般都含有粘度较大的磷酸以及能直接溶解铜的氧化性 酸等的混合液 ,

37、二是金属表面被溶液的氧化剂氧化 ,生成一层完整、 但并不结实的氧化膜。 由于金属表面微观不平的差异 ,凸处溶液的扩散速度快 ,氧化膜的生成和溶解速度也快 ;凹 处氧化膜的生成和溶解慢从而使金属表面达到整平或抛光 2 。2.3.1 各种试剂对抛光效果的影响a. 硫酸含量对抛光效果的影响硫酸抛光效果主要作用是溶解工件上的氧化皮 , 硫酸含量过低时 , 则去除氧化皮能 力很差,含量过高时,亮度低,表面发麻。所以,硫酸含量以20 一 30ml为宜3。另外，硫 酸含量过高时会加速黄铜的腐蚀，所以要注意控制其含量 . 过氧化氢含量对抛光效果的影响根据化学方程式2缶02=2出0+02 T ,可知过氧化氢含量

38、越大，生成的氧气越多，越 易与铜反应生产黑色的氧化铜， 但含量过多时能够让着色液的稳定性下降从而影响溶液 的稳定性及铜表面的着色效果。在酸一过氧化氢一脂肪醇的体系中 , 溶液的粘度低 , 铜亦不溶于单独的酸中 , 抛光过 程形成棕色的氧化膜 ,而且凡抛光效果优良的表面在过程中所生成的氧化膜都完整、均 匀, 可见氧化膜在其中的作用是明显的。 由由子脂肪醇在铜表面的吸附 , 溶液中的过氧化 氢在酸性介质中将铜氧化成氧化铜而且成膜。 所生成的氧化膜又处于活化和钝化状态之 间, 它既能使铜的氧化速度减慢 , 又可溶于溶液的酸中。 同时在金属表面微观凹凸部分保 持着明显的差异 , 不像在酸度高的溶液。

39、由于氧化和溶解几乎同时进行 , 金属表面不易成 膜2b. 过氧化氢含量对抛光效果的影响根据化学方程式2H2O2=2H2O+O2 T ,可知过氧化氢含量越大，生成的氧气越多，越易 与铜反应生产黑色的氧化铜， 但含量过多时能够让着色液的稳定性下降从而影响溶液的 稳定性及铜表面的着色效果。在酸一过氧化氢一脂肪醇的体系中 , 溶液的粘度低 , 铜亦不溶于单独的酸中 , 抛光过 程形成棕色的氧化膜 , 而且凡抛光效果优良的表面在过程中所生成的氧化膜都完整、均 匀, 可见氧化膜在其中的作用是明显的。 由由子脂肪醇在铜表面的吸附 , 溶液中的过氧化 氢在酸性介质中将铜氧化成氧化铜而且成膜。 所生成的氧化膜又

40、处于活化和钝化状态之 间, 它既能使铜的氧化速度减慢 , 又可溶于溶液的酸中。 同时在金属表面微观凹凸部分保 持着明显的差异 , 不像在酸度高的溶液。 由于氧化和溶解几乎同时进行 , 金属表面不易成膜2C.冰醋酸含量对抛光含量的影响随着HAC含里的增加，可提升反应速度与亮度试硷表明，当含量增到150ml时，亮度 变化不大。因此，控制在110一 120ml.若使用乙酸（含量36%）,便增加了溶液中的水份，反 应速度加快（在相同条件下，抛光速度递增1339g/min.dm,温度30C,时间3min的条件下 测定）整平性保持不变 ,亮度偏低 ,使铅黄铜、青铜抛光面略发麻。 所以,最好使用冰醋酸 32

41、.3.2 各种工艺参数对抛光效果的影响a.抛光时间对抛光效果的影响 依工件材料、表面状态和公差要求的不同而定。在工艺规范内,时间越长 ,整平性及光亮度越好。时间不易过长（否则影响光亮度） 。一般情况下随时间的延长而加快 3 。适 当的抛光时间有助于使铜表面变得光亮。b.抛光次数对抛光效果的影响 抛光次数对抛光效果有很明显的效果不可忽视,实验证明抛光次数越多,铜表面上 的杂物越少,因此黄铜越光亮。因而在前期处理时应多用砂纸打磨,抛光机打磨,多观 察等,待打磨后放到碱洗液中除油。2.4 本章小结 本章主要介绍了实验所用的原材料,化学试剂 ,实验设备 ,实验的工艺流程,前处理, 着色,后处理,实验的

42、配方等相关内容,并介绍了抛光的基本知识,各种化学试剂对黄 铜的抛光效果以及一些工艺参数如抛光次数,抛光时间等对黄铜的抛光效果。这些知识 为实验的顺利进行提供了丰富的理论基础。第 3 章 黄铜化学着色工艺的研究3.1 配方一的实验过程及结果分析a. 第一次实验：（1）根据第 2 章所给的配方对碱洗液，酸洗溶液和着色溶液进行配制。 配制碱洗溶液：首先，用勺子从放药品的瓶子中依次取出药品放在天平上称取后放入烧杯中，记录的数据如下：NaOH1.04 gNa2CO 32.14gNa3PO4 12H2O5.20 gNa2SiO30.9 g向烧杯中倒入蒸馏水直至100mL溶液,并用玻璃棒不断搅拌或放在搅拌器

43、中搅拌直 至溶液均匀。其次，配制 5%的 H2SO3 溶液：取硫酸30mL放入烧杯中，并向烧杯中加水得到 600mLL容液。最后，配制着色溶液，根据碱洗溶液的配制方法，详细数据如下：着色配方：CuSO4 5H2O2.96gSeO20.1 g过硫酸铵0.43 g聚丙烯酸钠0.1 gH2SO30.9 g乙酸1.26gPH<=2同理，通过加水可得到100mL淡蓝色的着色溶液（2）配制好上述溶液后，取一块原始黄铜，然后用一块稍微粗一些的砂纸对黄铜的四个 侧面及两个端面打磨，待磨的有些光亮后用细砂纸对其打磨，最后用抛光机抛光，得到 光亮的黄铜表面。（3）将碱洗液放入水浴锅中并将水浴锅调到七十度，保

44、温一段时间。（4）用夹子夹着黄铜放入上面所配的碱洗溶液中并计时，碱洗三分钟后将其取出，发 现黄铜表面失光且有些腐蚀。 （此步目的是除油）（5）将碱洗后的黄铜放入蒸馏水中清洗一下，以洗去表面上的碱液及沉渣等。（6）再将黄铜取出放入 5%的硫酸中， 让其浸没三分钟， 观察发现铜表面基本上无变化。 （由于碱洗后仍会留下微量的氧化物， 此步的目的是除去这些氧化物同时可以活化铜表 面，使着色液容易附着使得铜表面着色均匀。 ）（7）将黄铜取出用细绳拴着将其放入着色液中使其能悬浮在着色液中。（8）往着色液中放入转子，将放着色液的烧杯放在磁力搅拌器上，调节搅拌速度，对 黄铜溶液进行不间断的双向搅拌。（9）在室

45、温下着色 5分钟，发现铜表面有点局部发蓝， 1 0分钟后局部黑中带蓝， 20分钟后无多大变化将上述主要参数列表如下:表4-1配方一第一次实验黄铜着色过程主要工艺参数步骤 类别、碱洗酸洗着色时间(mi n)3320温度(°C)70室温室温实验结果及分析：由于着色后黄铜表面仅有局部变蓝黑色，所以本次实验不是很理想。在前面的碱洗 中，碱洗3分钟黄铜表面失光且有少量腐蚀，说明可能黄铜碱洗过度，酸洗中无气泡或 微量气泡说明酸的浓度不够或酸洗时间不够，酸的种类等这些因素均可能影响实验结 果，下面主要从酸的种类，酸洗，碱洗方便改良并再次实验。b.第二次实验：250mL的碱洗溶液查阅参考文献4,采用

46、的配方为：硝酸300400g/L浸渍时间2030s 溶液温度2030。C。于是，称取了 92.72g的纯硝酸溶液，通过加水得到了 300mL的硝 酸溶液（浓度30.9%）。在此过程中，打开盛硝酸的瓶盖时，发现从瓶内冒出一股稍带 刺激性气味的白烟，并且当向放硫酸的烧杯中注水时，烧杯壁发热。重新配制的碱洗配方如下：NaOH3gNa2CO30.5gNa3PO412H2O1.48 gNa2SiO30.14g同理，通过向盛上述混合药品的烧杯中注入水，得到O重配的着色液配方如下：CuSO4 5H2O8.4gSeO20.29g过硫酸铵1.08g聚丙烯酸铵0.1 gH2SO42.01 g乙酸3.17g同理，通

47、过向盛上述混合药品的烧杯中注入水，得到250mL的着色溶液实验步骤可参考实验一步骤（2）（8）,其中在步骤（3）中，碱洗液温度为四十 度，且碱洗后黄铜失光，变得更黄，在步骤（6）中，黄铜浸渍在30.9%的硝酸溶液中 酸洗时，有大量气泡从黄铜表面冒出，用刷子将其表面刷下，在用清水冲洗一下。在步 骤（9）中，将黄铜放在着色液中着色，在室温下着色 4min左右，发现黄铜稍微开始变 黑。着色15分钟左右，黄铜由黑开始变得有些紫，着色 30分钟后将试样取出，用吹风 机将其吹干，发现黄铜部分成紫色，着色不是太均匀。实验中主要工艺参数如下表：表4-2配方一第二次实验黄铜着色过程主要工艺参数步骤类别碱洗酸洗着

48、色时间(mi n)0.50.5330温度(° C)40室温室温实验结果及分析：本次实验黄铜着成紫色和上次实验黄铜的蓝黑色有明显的不同，但仍然着色不是太均匀。在实验过程中步骤（3）碱洗时，碱洗液温度为四十度，碱洗后黄铜失光，变得 更黄，这说明碱洗液温度太高或时间太长，导致碱洗过度。在30.9%的硝酸溶液中酸洗时，有大量气泡从黄铜表面冒出，这说明黄铜酸洗过度，这可能由于硝酸浓度太高或酸 洗时间太长造成的。黄铜的变色可能与使用硝酸有关。调整碱洗温度，把实验一的硫酸 配方和配方二的硝酸配方混合在一起，再次探索。C.第三次实验：本次实验使用实验二的碱洗溶液配方，着色液配方，其中混合酸洗配方中，

49、硫酸配 方为实验一中5%勺"SO溶液100mL硝酸为实验二中30.9%的硝酸溶液300mL实验步骤可参考实验一步骤（2）（8）,其中步骤（3）的碱洗液温度调为三十度， 碱洗后黄铜变化不大，碱洗后放入清水中，清洗过程中发现水能够均匀的铺满黄铜的侧 面。而原来未碱洗时，铜表面仅有水珠附着。在步骤（6）中，黄铜浸渍混合酸溶液中 酸洗时，铜表面上有一些气泡产生。在步骤（9）中，将黄铜放在着色液中着色，在室 温下着色3min左右，发现黄铜稍微开始变紫。着色10分钟左右，黄铜由紫开始变得有 些紫中代些蓝，着色30分钟后将试样取出，用吹风机将其吹干，发现黄铜变成蓝色稍 微有点青色。实验中主要工艺参

50、数见下表:表4-3配方一第三次实验黄铜着色过程主要工艺参数步骤类别'碱洗酸洗着色时间(mi n)0.22130温度（。30室温室温原始的黄铜试样见下图:图4-1原始黄铜试样着色后的黄铜试样见下图:图4-2配方一实验三的黄铜着色试样实验结果及分析：本次实验相较前两次实验有了较好的实验效果， 但黄铜为蓝青色，没有变成蓝黑色。 同时也直接推翻了实验一所提出的假设即酸的种类影响铜的着色均匀性。同时也直接印证了实验二的结论即碱洗温度不能太高，酸的浓度不能太高。在此配方下，根据实验二 的推测，硝酸有可能会影响铜表面的着色情况。下面仅用硫酸酸洗并结合前面做实验的 分析尤其是实验三的分析对配方一再次改

51、良。C.第四次实验：本次实验使用实验二的碱洗溶液配方，着色液配方，硫酸配方为10%勺HSO溶液300mL步骤仍可参考第三次实验的步骤（2）（8）。其中步骤（3）的碱洗液温度调 为室温，碱洗后黄铜稍微有一点发黄。碱洗后放入清水中，清洗过程中发现水能够均匀 的铺满黄铜的侧面。在步骤（6）中，黄铜浸渍在10%§液中酸洗时，铜表面上有一些气 泡产生，用刷子将其上的杂物除去。在步骤（8）中，要对黄铜溶液进行间断性的双向 搅拌。在步骤（9）中，将黄铜放在着色液中着色，在室温下着色 10min左右，发现黄 铜无任何变化仍保持原来的黄色，于是进行间断性的双向搅拌，着色13分钟左右，黄铜开始迅速变黑，

52、着色17分钟后达到了所期望的颜色，将其取出后用蒸馏水洗去杂物 并用吹风机将吹干，观察发现黄铜的侧面和断面变成均匀的蓝黑色。实验中的主要工艺参数见下表：表4-4配方一第四次实验黄铜着色过程主要工艺参数步骤类别碱洗酸洗着色时间(mi n)0.23317温度(° C)室温室温室温着色后的黄铜试样见下图:图4-3配方一实验四的黄铜着色试样实验结果及分析：本次实验结合了前三次实验的研究成果进行实验取得了良好的效果。其中。其中步 骤（3）的碱洗液温度调为室温，碱洗后黄铜稍微有一点发黄。碱洗后放入清水中，清 洗过程中发现水能够均匀的铺满黄铜的侧面，说明碱洗温度合适。在步骤（6）中，黄铜浸渍在10%

53、§液中酸洗时，铜表面上有一些气泡产生，说明酸的浓度合适，把铜上的 氧化物除去。在步骤（8）中，要对黄铜溶液进行间断性的双向搅拌，说明在静止溶液 中便于着色，搅拌为了使溶液均匀。综合前面所做的四次实验，得出配方一的一些关键参数如碱洗时间，酸洗时间，酸 液浓度，着色时间，搅拌速度等对实验结果的影响，为后续其他配方的尝试，起到了借 鉴作用。3.2配方二的实验过程及结果分析根据第2章所给的配方对碱洗液，酸洗溶液和着色溶液进行配制 a.第一次实验：（1）配制碱洗溶液配方：NaOH3.23gNa2CO30.72 gNa3PO4 12H2O1.28 gNa2SiO30.22 g将通过向盛上述混合药

54、品的烧杯中注水得到250mL的碱洗溶液。（2）配制酸洗溶液配方：用实验一的方法配得10%的硝酸溶液配方，其中溶质40g,溶液400mL（3）配制着色溶液配方：K2S1.74gNaOH16.34gPH>=14同理，可获得250mL的黄色着色溶液。实验步骤参考配方一的第一次实验的步骤（2）（8）,其中步骤（3）的碱洗液温 度调为室温，碱洗后黄铜稍微有一点发黄，碱洗后放入清水中，清洗过程中发现水能够 均匀的铺满黄铜的侧面。在步骤（6）中，黄铜浸渍在10%§液中酸洗时，铜表面上有少 量气泡产生，用刷子将其上的杂物除去。在步骤（8）中，要对黄铜溶液进行间断性的 双向搅拌。在步骤（9）中，

55、将黄铜放在着色液中着色，在室温下着色 3min左右，发现 黄铜稍微开始变紫。着色7分钟左右，黄铜由黑开始变得有些黑，着色 28分钟后黄铜 变成黑色，将试样取出，清洗去杂物，用吹风机将其吹干，发现黄铜大部分成黑色，着 色不是太均匀且易掉色。实验中的主要工艺参数见下表：表4-5配方二第一次实验黄铜着色过程主要工艺参数步骤 类别碱洗酸洗着色时间(mi n)0.13323温度(° C)室温室温室温实验结果及分析：本次实验效果不太理想，由于碱洗后黄铜稍微有一点发黄，碱洗后放入清水中，清 洗过程中发现水能够均匀的铺满黄铜的侧面说明碱洗的时间和碱洗浓度合适，浸渍在 10%溶液中酸洗时，铜表面上有少量气泡产生，这可能说明酸洗的时间不够。下面从酸 洗时间方面再次尝试。b.第二次实验：碱洗配方，酸洗配方和着色液配方均采用第一次实验所用的配方（但