铜及其合金的化学表面处理着红古铜色新工艺研究

赵林梅 章泽杰

广东省深圳市公明华圣达拉链有限公司工程开发部 518107

铜及其合金的化学表面处理着红古铜色新工艺研究

赵林梅 章泽杰

广东省深圳市公明华圣达拉链有限公司工程开发部 518107

阐述了铜及其合金的化学表面处理着红古铜色的原理，重点介绍了采用一种新工艺及配方着古铜色，对着色后的色膜牢度、结合强度、耐腐蚀性能等做了相应的检测和评估。

化学表面处理 ; 红古铜 ;拉链 ;铜及其合金

前言

铜及其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制的着色液中, 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。或使铜及其合金表面与溶液进行反应, 生成有色粒子而沉积在金属表面, 使试样呈现所要求的色彩 。古铜色泽雅致，近来是一种颇受欢迎的装饰性镀层，随着人们生活水平的不断提高，人们对着装搭配上越来越关注，特别是仿古铜色在拉链行业的应用，使得这种用拉链来装饰服装的新概念有了新的创意元素，同时这种仿古铜色也成为一种颇为流行的色泽。常用的铜及其合金的化学表面处理着红古铜色为分2步进行：（1）.化学镀铜：常以还原效果好且价格便宜的甲醛作还原剂。 但甲醛是环境有害物质。（2）.在镀铜完成之后采用发黑效果后处理。用此方法进行大规模的生产存在很多不利因素，如镀铜溶液稳定性差，同时往往在完成镀铜作业以后达不到想要的古铜喑哑之色泽，而发黑处理后色泽不一，还有镀层铜溶解的现象。现采用另一种化学处理方法，此法所用化学配方能达到溶液稳定、着色均匀、易清洗等优点。

1、着色工艺及配方

1.1 主要材料

用85铜（铜锌合金）为链牙材料的拉链

1.2 主要工艺

金属铜(合金)着色工艺一般分为前处理、金属着色和后处理三个阶段, 工艺流程为:机械打磨抛光→除油→热水洗→清水洗→着色→清水洗→钝化→晾干或烘干→性能检测→上油打蜡

1.2.1 机械打磨抛光，将待处理的拉链先机械打磨，精修抛光

1.2.2 除油，除布带及拉链上的油污，配方及工艺条件：

1.2.3 着色，用自来水清洗干净拉链，然后再将其放入着富锌层溶液中进行前处理工序，待表面形成一层淡黄色富锌膜层后拿出清洗干净，后放入化学着色液中进行成色处理，直到形成一种仿古铜色膜层拿出清洗干净，再用后处理工序对其进行钝化处理。再清洗一遍方可甩干或烘干处理。

（1）预成色处理，金属表面形成富锌膜层，配方：

（3） 固色处理工序，起钝化的效果，能有效控制金属表面短时间内发生色变。配方：

2.2.4 烘干后的拉链还需经过过呖架和打蜡，过呖架就是将呖架油均匀的涂抹于链牙表面，可以防止变色。打蜡可以增加拉链的顺滑度。

3、工艺原理探讨：

图1

图2

碳酸钠，呈弱碱性，有一定的皂化能力和对除油溶液的缓冲作用，在一定程度上能控制溶液的PH值（因为PH < 8.5, 皂化反应不能进行，PH < 10.2则皂化发生水解），是铝、镁、锌、锡、铜及其合金化学除油液的主要成分。

磷酸三钠，呈弱碱性，有一定的皂化能力、乳化能力和对除油溶液的缓冲作用，磷酸三钠的溶解性好，洗去性好，能使水玻璃溶液从拉链表面洗去。

水玻璃，分子式为Na2SiO3，呈弱碱性，有一定的皂化能力和较强的乳化能力，对铝、镁、锌等有色金属有一定的缓蚀能力，但它不易从金属表面洗去，因此它的含量不宜过高，且应与磷酸三钠配合使用，清洗时必须使用热水，否则容易在后续的酸性介质中发生中和反应而影响PH值的稳定，且生成的盐也会造成对着色液的污染而使着色液失去活性。

OP，乳化剂，离子表面活性剂。有较强的乳化能力。加入OP能使金属拐角和尖角处更易清洗干净。

3.2 着色原理探讨

富锌膜层的形成，(NH4)2SO4对某些金属具有一定的刻蚀效果，当铜锌合金被放入(NH4)2SO4较高的溶液中时，铜被溶解成铜离子，而使得金属表面留下含量较高的锌，此时微量的亚硒酸与锌反应则又在金属表面生成少许硒化锌。

当将此拉链再浸入含较高浓度的亚硒酸和较低浓度的过硫酸铵的溶液内时，铜离子被大量的亚硒酸被刻蚀处氧化成硒化铜，而被刻蚀处的金属铜同样被氧化成氧化铜和硒化铜的混合物，因为最终的色泽需要红里带黑、黑里带红的古铜效果，故我们选择的是含铜量为85%的铜材，而硒化锌这种带有黄色且透明的物质在铜含量高的情况下也是与红色近似的色泽。

成色后必须对其进行固色钝化处理，有机物苯并三氮唑对金属及金属化合物有很好的钝化效果，是常用的金属防锈剂和缓蚀剂。溶于热水中，也溶于甲醇、乙醇等有机溶剂。

4、荧光测试分析

4.1 设备

荧光检测仪E D X-G P

4.2 方法

配制好所需的药水，用85黄铜片在着色工艺这个环节的预成色处理工艺、成色、固色处理工序分别取出一条黄铜片，清洗干净后烘干，并做好相应的标识。用荧光检测仪对其表面化学成分进行分析检测。

4.3 检测数据

（1） 材料85黄铜片测试结果（见图1）

从图1数据我们可以看出，材料85黄铜片Cu：84.588%，Zn：14.737%

（2）预成色处理后将铜片烘干，测试结果（见图2）

从图2数据我们可以看出，材料85黄铜片预成色处理后Cu：84.145%，Zn：15. 181%

其中Zn的含量从14.737%上升到15. 181%，说明金属表层Zn含量的增加。

（3）成色处理后将铜片烘干，测试结果（见图3）

从图3数据可以看出只增加了一种元素Se，说明红古铜色主要以铜的硒化物形式体现。

5、性能测试

5.1 酵素洗水检测

主要用来检测拉链的耐磨性能和耐腐蚀性能。

5.1.1 设备：工业洗水机

5.1.2 酵素洗水方法：

（1）加水50KG，加入4KG浮石，酵素200G，100G枧油，拉链若干，升温至40℃，打开测试机洗30分钟，取出拉链测试样。将洗水机清洗干净。

（2）对测试样进行清洗，130℃烘干，加水50KG,40G高锰酸钾，55G草酸，把测试样放进测试机中开机洗15分钟，取出拉链测试样进行清洗。将洗水机清洗干净。

（3）在测试机中加水50KG，焦亚硫酸钠60G，开机常温下让测试样洗15分钟，之后取出测试拉链样进行清洗。将洗水机清洗干净。

（4）将测试样在130℃下烘干，观察测试样的变化情况

5.1.3 结果描述：拉链表层牙色有被均匀磨掉的迹象，链牙边缘处尤为明显，但是牙色依然呈古铜色，色泽深浅也无较大变化，故结论为色牢度较强，为合格产品。

表一

图3

5.2 拉链耐磨次数测试

5.2.1 方法：将成品拉链用对应型号的拉头来回拉动，来回各拉动一次计算为拉动次数1，观察拉链的耐磨性能。

5.2.2 数据列表：（如表一所示）

5.2.3 结果描述：当拉动次数在120以上时开始出现链牙边沿处轻微磨损痕迹，而牙头和平面处并无磨损现象。直到拉动500次现象一致，这完全是由机械摩擦造成的磨损现象。可以凭定为合格产品。

6、结论

本工艺配方具有一般铜制品着红古铜液所不具有的膜层结合力好、坚固耐磨、色度纯正且有光泽性等特点。经广东某厂的生产实践表明,能够满足批量生产的要求,具有工艺及着色质量稳定、生产成本低、无环境污染等优点，具有推广和应用前景。

[1] 忙子丹, 孙淑云, 赵静敏. 黄铜器表面着色方法的研究 [J ].文物保护与考古科学.1995,7(2):370- 373

[2] 张忠诚, 张红兵. 黄铜表面的发黑处理研究[ J ]. 中国表面工程. 2003(1): 41- 43.

[3] 奚兵. 常温快速黄铜件着色应用工艺[ J ]. 腐蚀与防护. 2002,23(4) : 176- 177.

赵林梅（1981-10）.女.广西桂林人，双学士，主要从事铜及其合金表面处理研究；

章泽杰（1985-08）.男.广东揭阳人.中南大学在读硕士研究生。