專利名稱：一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于彩色不銹鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于離子注入的彩色不銹鋼及 其制備方法。
背景技術(shù)：
不銹鋼具有優(yōu)越的耐蝕性、耐磨性、強(qiáng)韌性和工藝性能，因而廣泛應(yīng)用于宇 航、海洋、能源、建筑、家用器具等領(lǐng)域。不銹鋼表面的自然色彩可以提供美和清潔的 印象。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們迫切要求不銹鋼的顏色多樣化。因此， 不銹鋼表面處理技術(shù)得到廣泛關(guān)注。自1972年國(guó)際鎳公司(INCO)宣布研制出世界上第 1塊由不銹鋼化學(xué)著色而得到的彩色不銹鋼時(shí)起，各國(guó)紛紛開始了不銹鋼著色的研究，并 迅速進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)?；瘜W(xué)著色法的優(yōu)點(diǎn)是著色工件的形狀可以很復(fù)雜，而且得到的顏色均勻，但較 難控制的是顏色的重現(xiàn)性，著色溫度也較高。目前對(duì)于化學(xué)著色法的研究工作基本上 是在INCO法的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些改進(jìn)，著色基礎(chǔ)液的組成為CrO3和H2SO4,溫度80 90°C。不銹鋼浸在這種溶液中，表面就會(huì)被氧化形成鉻、鐵、鎳的氧化物，顏色隨著表 面膜厚度的改變而變化。例如“彩色不銹鋼制作方法及所得產(chǎn)品”(CN200610123981.4) 專利技術(shù)，著色溶液為鉻酸酐和硫酸體系，將不銹鋼電極與參考電極分別用導(dǎo)線連接至 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，并將兩極電位差以數(shù)值形式輸入電腦，研究不同電位差值下不銹鋼的著 色情況。實(shí)驗(yàn)證明所獲得的轉(zhuǎn)化膜具有良好的附著性和延展性?？赏ㄟ^(guò)電腦控制程序監(jiān) 控電位差的變化，當(dāng)電位差值達(dá)到預(yù)定值時(shí)，將不銹鋼從著色池中取出來(lái)得到特定厚度 的色膜，從而達(dá)到控制顏色的目的。采用此方法，顏色的重現(xiàn)性雖有所提高，但是所得 表面彩色膜顏色不均勻，容易剝落，且反應(yīng)在鉻酸酐和硫酸體系下75 90°C之間進(jìn)行， 酸霧發(fā)揮大，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，環(huán)境污染嚴(yán)重。“一種激光氧化著色制備大面積高性能彩色不銹鋼的方法 (” CN201010107718.2)發(fā)明專利技術(shù)，利用激光的光-熱-化學(xué)效應(yīng)在不銹鋼表面氧化 生成彩色薄膜。激光著色技術(shù)是在高溫條件下進(jìn)行，其能量消耗大，具有熱輻射危害， 在給物質(zhì)著色同時(shí)也會(huì)因?yàn)楦邿岫刮镔|(zhì)受損；此技術(shù)處理速度以及光-熱-化學(xué)效應(yīng)不 易控制，顏色重現(xiàn)性差，所處理的工件形狀不能太復(fù)雜，否則受熱不均勻，就會(huì)導(dǎo)致顏 色的不均勻。離子注入技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域里獲得了廣泛的應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和 技術(shù)成果。離子注入技術(shù)研究可以注入各種金屬離子以及氣體離子，元素種類不受冶金 學(xué)的限制。注入元素?cái)?shù)量可精確控制和測(cè)量，注入的深度可控制；注入束在注入表面上 均勻分布；離子注入具有直進(jìn)性、橫向擴(kuò)展小的特點(diǎn)，也適合微細(xì)加工的要求；注入時(shí) 的靶溫可控制在低溫、室溫及高溫；可注入離子團(tuán)和多種離子；離子注入能消除膜與基 體間連接較弱的界面，附著力強(qiáng)，鍍層牢固，不易脫落且鍍層均勻，致密；繞射性好， 可在材料上成膜，鍍各種硬質(zhì)膜，抗磨損性強(qiáng)。但目前尚未采用離子注入技術(shù)制備彩色不銹鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服已有技術(shù)缺陷，目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境潔凈的基于離 子注入的彩色不銹鋼的制備方法，用該方法制備的彩色不銹鋼膜層均勻牢固、顏色種類 多、重現(xiàn)性好、美觀耐用、無(wú)脫落現(xiàn)象、耐腐蝕性強(qiáng)和硬度高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是或?qū)⒋牟讳P鋼置入離子注入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa， 在不銹鋼表面進(jìn)行離子注入，離子注入的加速電壓為10 100KV，離子注入劑量為 1 X IO17 1 X 1019ions/cm2,制得彩色不銹鋼?；?qū)⒋牟讳P鋼置入離子注入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa， 在不銹鋼表面進(jìn)行離子注入，離子注入的加速電壓為10 100KV，離子注入劑量為 5X1015 5X1019ionS/Cm2;取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得彩色不銹鋼。其中的熱處理的工藝是熱處理溫度為200 1000°C，熱處理時(shí)間為0.5 24h,熱處理氣氛或?yàn)榭諝饣驗(yàn)檠鯕饣驗(yàn)楹醯幕旌蠚怏w；含氧的混合氣體或?yàn)檠鯕夂偷?氣的混合物，或?yàn)檠鯕夂蜌鍤饣旌衔铮驗(yàn)檠鯕?、氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌衔?，其中的氧氣體 積含量為5%以上。在本發(fā)明所采用的技術(shù)方案中離子或?yàn)榻饘匐x子中的1 3種，或?yàn)榉墙饘匐x子中的1 3種，或?yàn)榻饘匐x子 中的1 2種和非金屬離子中的1 2種；待著色的不銹鋼是經(jīng)除油除塵和清洗干燥后的不銹鋼。由于采用上述方案，本發(fā)明利用離子注入技術(shù)，在不銹鋼表面注入金屬離子或 非金屬離子，制得彩色不銹鋼；或在不銹鋼表面注入金屬離子或非金屬離子，再經(jīng)過(guò)熱 處理制得彩色不銹鋼。注入離子在基體中與基體原子混合，無(wú)明顯截面，不易脫落， 此薄膜反射光與通過(guò)表面透明膜的折射光的干涉光共同使不銹鋼表面著色，并且通過(guò)調(diào) 控加速電壓、注入劑量、熱處理時(shí)間、熱處理溫度和熱處理氛圍，獲得各種顏色的不銹 鋼。故本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明工藝步驟簡(jiǎn)單，工藝環(huán)境潔凈，沒有環(huán)境污染；2)本發(fā)明不改變不銹鋼制品的表面形狀和尺寸，能保持原有材料的尺寸精度和 表面粗糙度，并且可對(duì)大面積、形狀復(fù)雜的不銹鋼制品進(jìn)行彩色處理；3)本發(fā)明工藝參數(shù)可精確控制，通過(guò)調(diào)控加速電壓、注入劑量、熱處理時(shí)間、 熱處理溫度及熱處理氣氛，制備的彩色不銹鋼顏色種類多，顏色重現(xiàn)性高；4)本發(fā)明直接對(duì)不銹鋼進(jìn)行表面改性，彩色膜層為金屬或金屬化合物，硬度 高，耐腐蝕性強(qiáng)，且附著均勻牢固，無(wú)凸起或凹陷區(qū)域，非常平滑，無(wú)脫落現(xiàn)象；5)本發(fā)明制備的彩色不銹鋼美觀耐用。因此，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境潔凈和工藝參數(shù)可精確控制；所制備的彩色不 銹鋼顏色種類多、重現(xiàn)性好、色澤均勻、無(wú)色差現(xiàn)象和美觀耐用，彩色膜層與不銹鋼基 體結(jié)合均勻牢固、無(wú)凸起或凹陷區(qū)域且無(wú)脫落現(xiàn)象，其表面硬度和耐腐蝕性能與制備前 的不銹鋼相比有明顯提高，表面硬度亦明顯高于化學(xué)著色、電化學(xué)著色法所得的彩色涂層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具有實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對(duì)其保護(hù)范圍的限制。為避免重復(fù)，先將本具體實(shí)施方式
所涉及的技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下待著色的 不銹鋼是經(jīng)除油除塵和清洗干燥后的不銹；表面硬度為維氏硬度。實(shí)施例1一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Au離子注入；Au離子 注入的加速電壓為60 90KV，Au離子注入劑量為5X1017 lX1018ions/cm2，制得色 度值位于L 85 99，a: -17 0，b 60 100的黃色不銹鋼。本實(shí)施例所制得的黃色不銹鋼的表面硬度為HV317 397，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV200 230。實(shí)施例2—種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行O離子注入；O離子注 入的加速電壓為80 100KV，O離子注入劑量為IXlO17 3X1017ions/cm2，制得色度 值位于L 90 99，a _7 0，b 40 60的淺黃色不銹鋼。本實(shí)施例所制得的淺黃色不銹鋼的表面硬度為HV377 473，制備前的不銹鋼 表面硬度為HV243 278。實(shí)施例3一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Ti和Ag離子注入；Ti和 Ag離子注入的加速電壓為40 60KV，Ti和Ag離子注入劑量為1 X IO18 6X 1018ions/ cm2,制得色度值位于L 30 60，a -35 -15，b -40 -5的藍(lán)色不銹鋼。本實(shí)施例所制得的藍(lán)色不銹鋼的表面硬度為HV513 703，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV257 287。實(shí)施例4一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行N和C離子注入；N和C 離子注入的加速電壓為60 80KV，N和C離子注入劑量為5 X IO18 1 X 1019ions/cm2， 制得色度值位于L:0 5，a:0 3，b:_5 0的黑色不銹鋼。本實(shí)施例所制得的黑色不銹鋼的表面硬度為HV673 856，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV226 259。實(shí)施例5一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Ag和Ar離子注入；Ag 和Ar離子注入的加速電壓為20 60KV，Ag和Ar離子注入劑量為3 X IO17 8 X 1017ions/ cm2,制得色度值位于L 20 50，a 30 80，b -70 -50的紫色不銹鋼。
本實(shí)施例所制得的紫色不銹鋼的表面硬度為HV292 474，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV140 183。實(shí)施例6一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行V、Zn和S離子注入； V、Zn和S離子注入的加速電壓為40 60KV，V、Zn和S離子注入劑量為1 X IO17 6X1017ions/cm2，制得色度值位于L 70 80，a 6 — 30, b 43 80的橙色不銹鋼。本實(shí)施例所制得的橙色不銹鋼的表面硬度為HV337 417，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV173 200。實(shí)施例7一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Ta、Se和B離子注入； Ta、Se和B離子注入的加速電壓為40 60KV，Ta、Se和B離子注入劑量為1X IO18 4X1018ions/cm2，制得色度值位于L 6 30，a 10 30，b 15 45的棕色不銹鋼。本實(shí)施例所制得的棕色不銹鋼的表面硬度為HV482 658，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV241 275。實(shí)施例8一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行V、Ni和Y離子注入； V、Ni和Y離子注入的加速電壓為50 70KV，V、Ni和Y離子注入劑量為6 X IO18 1 X 1019ions/cm2，制得色度值位于L 35 55，a -55 -35，b 40 60的綠色不銹 鋼。本實(shí)施例所制得的綠色不銹鋼的表面硬度為HV329 446，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV165 195。實(shí)施例9一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行C、B和N離子注入； C、B和N離子注入的加速電壓為40 60KV，C、B和N離子注入劑量為1 X IO17 5X 1017ions/cm2，制得色度值位于L 55 86，a 1 5，b -I 11的灰色不銹鋼。本實(shí)施例所制得的灰色不銹鋼的表面硬度為HV498 674，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV280 334。實(shí)施例10一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Cu、Fe、Si和O離子注 入；Cu、Fe、Si和O離子注入的加速電壓為10 50KV，Cu、Fe、Si和O離子注入劑 量為IXlO18 5X1018ions/cm2，制得色度值位于L 29 49，a 36 73，b 26 65的紅色不銹鋼。本實(shí)施例所制得的紅色不銹鋼的表面硬度為HV247 432，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV120 150。
實(shí)施例11一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Co離子注入；Co離子 注入的加速電壓為10 30KV，Co離子注入劑量為5X IO15 5X 1016ions/cm2 ；取出后 進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L : 60 100，a: -10 5，b -30 0的藍(lán)色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為700 1000°C，熱處理時(shí)間為4 10h，熱處理
氣氛為氧氣。本實(shí)施例所制得的藍(lán)色不銹鋼的表面硬度為HV384 456，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV240 278。實(shí)施例12一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Sn離子注入；Sn離子注 入的加速電壓為40 60KV，811離子注入劑量為1\1016 1\1017丨0113/0112;取出后進(jìn) 行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L 85 95，a -6 3，b 40 80的 黃色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為300 600°C，熱處理時(shí)間為3 8h，熱處理氣
氛為空氣。本實(shí)施例所制得的黃色不銹鋼的表面硬度為HV324 466，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV180 210。實(shí)施例13一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離 子注入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Cr和Mg離子注 入；Cr和Mg離子注入的加速電壓為50 70KV，Cr和Mg離子注入劑量為1 X IO17 6X1017ions/cm2；取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L 70 85，
a -117 -55，b 25 50的綠色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為200 500°C，熱處理時(shí)間為10 15h，熱處理 氣氛為含氧的混合氣體；含氧的混合氣體為氧氣和氬氣混合物，其中的氧氣體積含量為 30 60%。本實(shí)施例所制得的綠色不銹鋼的表面硬度為HV343 557，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV200 235。實(shí)施例14一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行C和Si離子注入；C和 Si離子注入的加速電壓為80 100KV，C和Si離子注入劑量為5X IO18 1 X 1019ions/ cm2；取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L 3 15，a: 4 13，
b 3 22的褐色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為400 800°C，熱處理時(shí)間為0.5 3h，熱處理 氣氛為氧氣和氮?dú)獾幕旌衔?，其中的氧氣體積含量為10 20%。
本實(shí)施例所制得的褐色不銹鋼的表面硬度為HV612 772，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV245 281。實(shí)施例15一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Cu和O離子注入；Cu 和O離子注入的加速電壓為20 60KV，Cu和O離子注入劑量為5 X IO17 1 X 1018ions/ cm2;取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L 20 70，a 60 90，
b 40 85的紅色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為350 550°C，熱處理時(shí)間為15 24h，熱處理
氣氛氧氣。本實(shí)施例所制得的紅色不銹鋼的表面硬度為HV284 418，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV123 157。實(shí)施例16一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Fe、Zn和B離子注入； Fe、Zn和B離子注入的加速電壓為40 60KV，F(xiàn)e、Zn和B離子注入劑量為5 X IO17 5X1018ions/cm2；取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L 41 79， a: 25 40，b 40 89的橙色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為600 1000°C，熱處理時(shí)間為7 12h，熱處理
氣氛為氧氣和氮?dú)獾幕旌衔?，其中的氧氣體積含量為25 35%。本實(shí)施例所制得的橙色不銹鋼的表面硬度為HV364 614，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV158 192。實(shí)施例17—種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子 注入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Ti、Si和O離子注 入；、Si和O離子注入的加速電壓為10 60KV，Ti、Si和O離子注入劑量為5 X IO17 lX1018ions/cm2；取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L 13 31， a: 30 69，b -113 -56的藍(lán)色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為400 700°C，熱處理時(shí)間為6 10h，熱處理
氣氛為氧氣和氬氣混合物，其中的氧氣體積含量為25 35%。本實(shí)施例所制得的藍(lán)色不銹鋼的表面硬度為HV394 695，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV200 230。實(shí)施例18一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Zr、Ta和Hf離子注入； Ta、Ta和Hf離子注入的加速電壓為40 60KV，Zr、Ta和Hf離子注入劑量為6 X IO18 lX1019ions/cm2；取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L 20 40，
a 0 20，b 5 60的褐色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為550 850°C，熱處理時(shí)間為1 5h，熱處理氣氛氧氣和氬氣混合物，其中的氧氣體積含量為60%以上。本實(shí)施例所制得的褐色不銹鋼的表面硬度為HV610 960，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV334 390。實(shí)施例19一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Si、C和N離子注入； Si、B和S離子注入的加速電壓為70 90KV，Si、C和N離子注入劑量為IX IO19 5X1019ions/cm2；取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L 0 9，a 0 3，b 0 5的黑色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為200 400°C，熱處理時(shí)間為1 3h，熱處理氣 氛為氧氣和氮?dú)獾幕旌衔?，其中的氧氣體積含量為10 30%。本實(shí)施例所制得的黑色不銹鋼的表面硬度為HV960 1218，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV372 410。實(shí)施例20一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Co、Ti、B和N離子注 入；Co、Ti、B和N離子注入的加速電壓為30 80KV，Co、Ti、C和N離子注入劑 量為lX1018 5X1018ionS/Cm2;取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于 L 22 52，a: 17 50，b -53 -16的靛色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為650 800°C，熱處理時(shí)間為5 10h，熱處理 氣氛為氧氣、氮?dú)夂蜌鍤獾幕旌衔铮渲械难鯕怏w積含量為5 15%。本實(shí)施例所制得的靛色不銹鋼的表面硬度為HV1120 1505，制備前的不銹鋼 表面硬度為HV270 326。實(shí)施例21一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa IX 10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Mo、C和S離子注入； Mo、C和S離子注入的加速電壓為50 70KV，Mo、C和S離子注入劑量為5 X IO17 lX1018ions/cm2；取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L 39 60，
a -40 -17，b 10 15的灰色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為400 700°C，熱處理時(shí)間為6 10h，熱處理
氣氛為氧氣和氬氣混合物，其中的氧氣體積含量為15 35%。本實(shí)施例所制得的灰色不銹鋼的表面硬度為HV502 789，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV229 260。實(shí)施例22一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa IX 10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Mn和P離子注入；Mn 和O離子注入的加速電壓為60 80KV，Mn和P離子注入劑量為5 X IO16 5 X 1017ions/ cm2；取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L 46 55，a _7 14，
b -30 -12的淺藍(lán)色不銹鋼。
熱處理的工藝是熱處理溫度為550 850°C，熱處理時(shí)間為7 12h，熱處理
氣氛為空氣。本實(shí)施例所制得的淺藍(lán)色不銹鋼的表面硬度為HV310 507，制備前的不銹鋼 表面硬度為HV165 195。實(shí)施例23一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Ni、Co、Te和Se離子 注入；Ni、Co、Te和Se離子注入的加速電壓為50 90KV，Ni、Co、Te和Se離子注 入劑量為5X1017 lX1018ionS/Cm2;取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值 位于L 80 95，a -24 -10，b 63 93的綠色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為400 700°C，熱處理時(shí)間為5 10h，熱處理
氣氛為氧氣和氮?dú)獾幕旌衔铮渲械难鯕怏w積含量為40 60%。本實(shí)施例所制得的藍(lán)色不銹鋼的表面硬度為HV494 695，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV236 267。實(shí)施例24一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Ag離子注入；Ag離子注 入的加速電壓為50 70KV，八§離子注入劑量為1\1017 6\1017丨01^/0112;取出后進(jìn) 行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L 22 50，a 55 75，b -80 -50 的紫色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為350 550°C，熱處理時(shí)間為4 8h，熱處理氣 氛氧氣和氮?dú)獾幕旌衔?，其中的氧氣體積含量為10 30%。本實(shí)施例所制得的紫色不銹鋼的表面硬度為HV314 530，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV156 187。實(shí)施例25一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。將待著色的不銹鋼置入離子注 入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行Ce和S離子注入；離子 注入的加速電壓為60 80KV，06和8離子注入劑量為5\1017 1\1018丨01^/0112;取出 后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得色度值位于L : 15 31，a : 30 45，b : 10 25的褐色不銹鋼。熱處理的工藝是熱處理溫度為300 600°C，熱處理時(shí)間為5 10h，熱處理 氣氛為氧氣、氮?dú)夂蜌鍤饣旌衔?，其中的氧氣體積含量為20 35%。本實(shí)施例所制得的褐色不銹鋼的表面硬度為HV498 702，制備前的不銹鋼表 面硬度為HV293 337。本具體實(shí)施方式
工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境潔凈和工藝參數(shù)可精確控制；所制備的彩色不 銹鋼顏色種類多、重現(xiàn)性好、色澤均勻、無(wú)色差現(xiàn)象和美觀耐用。本具體實(shí)施方式
所制得的彩色不銹鋼經(jīng)金相顯微鏡觀察表明，不銹鋼膜層非常 平滑，無(wú)凸起或凹陷區(qū)域；采用干、濕膠帶實(shí)驗(yàn)測(cè)定不銹鋼表面著色膜與基體的結(jié)合性 能，結(jié)果表明彩色膜層與不銹鋼基體結(jié)合非常牢固，無(wú)脫落現(xiàn)象；采用電化學(xué)工作站測(cè)量不銹鋼耐腐蝕性能，結(jié)果表明彩色不銹鋼耐腐蝕性能與制備前的不銹鋼耐腐蝕性 能相比有明顯提高；本具體實(shí)施方式
的制品經(jīng)顯微硬度計(jì)檢測(cè)，其表面硬度為HV247 1505，分別與制備前的不銹鋼的表面硬度相比有明顯提高，且明顯高于化學(xué)著色、電化 學(xué)著色法所得的彩色涂層。
權(quán)利要求
1.一種基于離子注入的彩色不銹鋼的制備方法，其特征在于將待著色的不銹鋼置入 離子注入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行離子注入，離子注 入的加速電壓為10 100KV，離子注入劑量為！父川17 ！※^)19^!^/^2，制得彩色不 銹鋼；所述的離子或?yàn)榻饘匐x子中的1 3種，或?yàn)榉墙饘匐x子中的1 3種，或?yàn)榻饘匐x 子中的1 2種和非金屬離子中的1 2種。
2.一種基于離子注入的彩色不銹鋼的制備方法，其特征在于將待著色的不銹鋼置入 離子注入機(jī)真空室中，抽真空至O.lPa lX10_5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行離子注入，離子注 入的加速電壓為10 100KV，離子注入劑量為5 X IO15 5X 1019ions/cm2 ；取出后進(jìn)行 熱處理，隨爐冷卻至室溫，制得彩色不銹鋼；熱處理的工藝是熱處理溫度為200 1000°C，熱處理時(shí)間為0.5 24h，熱處理氣 氛或?yàn)榭諝饣驗(yàn)檠鯕饣驗(yàn)楹醯幕旌蠚怏w；含氧的混合氣體或?yàn)檠鯕夂偷獨(dú)獾幕旌衔铮?或?yàn)檠鯕夂蜌鍤饣旌衔?，或?yàn)檠鯕狻⒌獨(dú)夂蜌鍤獾幕旌衔?，其中的氧氣體積含量為5%以 上；所述的離子或?yàn)榻饘匐x子中的1 3種，或?yàn)榉墙饘匐x子中的1 3種，或?yàn)榻饘匐x 子中的1 2種和非金屬離子中的1 2種。
3.如權(quán)利要求1和2項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的基于離子注入的彩色不銹鋼的制備方法，其特 征在于所述的待著色的不銹鋼是經(jīng)除油除塵和清洗干燥后的不銹鋼。
4.如權(quán)利要求1和3項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的基于離子注入的彩色不銹鋼的制備方法所制備 的彩色不銹鋼。
5.如權(quán)利要求2和3項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的基于離子注入的彩色不銹鋼的制備方法所制備 的彩色不銹鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于離子注入的彩色不銹鋼及其制備方法。其技術(shù)方案是將待著色的不銹鋼置入離子注入機(jī)真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10-5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行離子注入，離子注入的加速電壓為10～100KV，離子注入劑量為1×1017～1×1019ions/cm2，制得彩色不銹鋼；或?qū)⒋牟讳P鋼置入離子注入機(jī)真空室中，抽真空至0.1Pa～1×10-5Pa，在不銹鋼表面進(jìn)行離子注入，離子注入的加速電壓為10～100KV，離子注入劑量為5×1015～5×1019ions/cm2；取出后進(jìn)行熱處理，隨爐冷卻至室溫，得到彩色不銹鋼。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、環(huán)境潔凈，所制得的彩色不銹鋼顏色種類多、重現(xiàn)性好、色澤均勻、美觀耐用和無(wú)脫落現(xiàn)象；其表面硬度和耐腐蝕性能與制備前的不銹鋼相比有明顯提高。
文檔編號(hào)C23C14/48GK102021525SQ20101057523
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者倪紅衛(wèi), 詹瑋婷, 邰軍凱, 陳榮生 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)