简介概要

铜金粉的颜色及其影响因素

来源期刊：中国有色金属学报2003年第5期

论文作者：赵麦群张颢苏小娟

文章页码：1232 - 1237

关键词：铜金粉；颜色；色相；明度；纯度

Key words：bronze powder; color; hue; brightness; chromatic value

摘要：利用分光光度计对国内外铜金粉的颜色进行了测试，研究了铜金粉的成分、微观状态对颜色的影响。结果表明：铜金粉颜色可以用色彩三要素进行描述，其中铜金粉的色相只与合金成分有关，而与铜金粉片的大小、形状及粒度分布无关；明度和纯度与铜金粉片在油墨层中定向排列状态、片的大小、形状及粒度分布有关，而与成分无关；合金成分的微小波动不会引起铜金粉色相的明显改变。

Abstract: Spectrophotometer was used to measure the color of the bronze powders made in home and abroad, and some factors that have influence on color were analyzed. The results show that the three factors in color are suitable to the colorful description about bronze powder. The pigment’s hue is more relative to the composition of alloy than the particle diameter, shape, and size distribution; however, the particles’ morphologies and location have great influence on the brightness and chromatic value. Besides, it is found that the metallic pigment’s hue is insensitive to the variation of the composition of alloy.

中国有色金属学报 2003,(05),1232-1237 DOI:10.19476/j.ysxb.1004.0609.2003.05.036

铜金粉的颜色及其影响因素

赵麦群张颢苏小娟

摘要：

利用分光光度计对国内外铜金粉的颜色进行了测试 ,研究了铜金粉的成分、微观状态对颜色的影响。结果表明 :铜金粉颜色可以用色彩三要素进行描述 ,其中铜金粉的色相只与合金成分有关 ,而与铜金粉片的大小、形状及粒度分布无关 ;明度和纯度与铜金粉片在油墨层中定向排列状态、片的大小、形状及粒度分布有关 ,而与成分无关 ;合金成分的微小波动不会引起铜金粉色相的明显改变。

关键词：

铜金粉;颜色;色相;明度;纯度;

中图分类号： TB44

作者简介：赵麦群(1960),男,副教授,博士.;

收稿日期：2002-11-28

基金：西安理工大学青年科学基金资助项目 (2 10 0 0 1);

Color of bronze powder and its influence factors

Abstract：

Spectrophotometer was used to measure the color of the bronze powders made in home and abroad, and some factors that have influence on color were analyzed. The results show that the three factors in color are suitable to the colorful description about bronze powder. The pigments hue is more relative to the composition of alloy than the particle diameter, shape, and size distribution; however, the particles'morphologies and location have great influence on the brightness and chromatic value. Besides, it is found that the metallic pigments hue is insensitive to the variation of the composition of alloy.

Keyword：

bronze powder; color; hue; brightness; chromatic value;

Received： 2002-11-28

铜金粉又称金粉, 它是以铜锌为主的合金, 经过特殊的球磨加工和表面化学处理制得的具有鳞片状结构、能够在粘结料中漂浮、呈现金属光泽的一类金属颜料 ^[1,2,3] 。铜金粉由于具有高的金属光泽和丰富的色相, 使被涂装的物品绚丽多彩, 用量在逐年递增 ^[4] 。近些年, 我国在铜金粉的研究和生产方面已取得了较大的进展, 但与国际先进水平相比, 国产铜金粉在质量、品种等方面还存在很大的不足, 使得我国在印刷行业中所用的高档铜金粉几乎全部依赖进口。国产铜金粉没有被大量用于印刷行业的2个关键影响因素是: 光泽度低和色差大 ^[5] 。因此在国内开展高档铜金粉的生产研究, 对提高国产铜金粉的质量具有重要意义。作者主要对国内外铜金粉的颜色进行了测试, 分析探讨铜金粉的成分、微观状态等因素对铜金粉颜色三要素的影响。

1 实验

1.1 材料

选用进口铜金粉和西安理工大学最新研制的铜金粉作为实验材料, 材料编号、品名、平均粒径和产地见表1。

1.2 实验方法

称取铜金粉样品1.0 g放在玻璃板上, 加入0.5 mL稀料(醋酸乙脂)搅拌分散后, 再加入1.0 mL的调金油(聚酰胺树脂), 经调墨刀搅拌成金墨后, 用专用刮板在铜版纸上刮样, 待自然干燥后, 进行相应的测试。具体步骤为: 先在KGI-IC型光泽仪上进行样品光泽度的测量, 依次在4个不同的位置测量光泽度, 取其平均值作为该样品的光泽度值。然后直接用干净的剪刀从刮样上剪一块尺寸为5 mm×5 mm的方块样, 放在U-3501型分光光度计下测试铜金粉颜料的颜色。样品各成分含量用能谱仪测试, 粒度分布用扫描电镜照片测量(显微镜法) ^[1] 。刮样的表面微观形貌在JSM-840型扫描电镜上观察, 即从刮样上剪一块尺寸为10 mm×10 mm的方样, 用双面胶带纸粘在试样台上, 喷金后观测试样的正面和横截面。

2 结果与分析

2.1 国内外铜金粉的色相

图1所示为2号和5号红光粉在可见光波长400~700 nm范围内的光谱反射曲线。图2所示为1号青光粉、 4号青光粉和3号光粉在同一波长范围内的光谱反射曲线。由图1可见: 红光粉在波长

400~550 nm范围内的反射率较低, 随着波长的增加, 反射率在逐渐增大, 但增幅缓慢, 说明样品对紫光和蓝光的反射微弱; 在波长550~600 nm之间, 红光粉反射率的增幅明显加快; 在波长600~700 nm之间, 光谱的反射率的增幅又趋于平缓, 但明显大于其他各波段。由此可见, 2种样品在整个可见光波长范围内, 主要反射集中在波长600~700 nm范围内, 即这2种铜金粉主要反射橙光和红光, 因此, 2种样品表现出的色相均为淡红色。由图2可见: 3种样品的反射率曲线形状相似, 但反射率大小不同, 即曲线的高低不同。与红光粉相比, 青光粉的光谱反射率在绿光波谱480~550 nm范围内开始明显增大, 在红橙黄光波谱范围内的反射率最大, 因而样品表现出的色相为金黄色。

对铜金粉的颜色可从颜色的色相、明度和纯度三要素进行准确的描述 ^[6,7,8] 。色相是指可见光照射到测量刮样, 经过选择吸收后, 反射到接受装置的光谱。利用分光光度计可以测出色相, 但图1和图2所示的光谱反射曲线, 由于颗粒大小、分布、定向性、成分等的影响, 使样品接受到可见光的总能量不同, 即曲线表现出有高有低。为了准确地描述铜金粉的色相, 将所有光谱的反射率之和作归一化处理, 分别考虑各波段在总光谱反射率中所占的百分数, 以此来消除接受光总量不同的影响。图3和图4是经过上述方法处理后的相对光谱反射曲线。由图3可以看出, 2号样品和5号样品由具有完全相同的可见光谱组成, 说明英国红光粉和国产红光粉具有完全相同的色相。由图4可以看出, 1号、 3号和4号样品也具有完全相同的可见光谱组成, 说明德国青光粉和国产青光粉也都具有同一种色相。

图5所示为4号样品和5号样品的相对反射曲线。由图5可见, 这2种铜金粉的相对光谱反射曲线存在着明显的差异。在波长小于480 nm的可见光波段内, 青光粉(4号样品)的相对反射率小于红光粉的, 但其反射率的增幅却恰恰相反。当波长为480 nm时, 这2种铜金粉的反射率相等; 此后, 随着波长的继续增加, 即在480~590 nm的范围内, 青光粉的相对反射率又强于红光粉的, 但由于二者的增加幅度并不相同, 当λ为590 nm时, 两者的反射率又达到相等。最后, 在590~700 nm的波段内, 虽然两者的相对反射率都达到最大, 但红光粉较青光粉的相对反射率大。由此可见, 正是红光粉与青光粉在可见光波长范围内不同的反射率, 才形

成了二者各不相同的色相。

通过以上分析可见, 铜金粉的色相取决于粉末在可见光范围内的相对反射率与波长的关系。绝对反射率与波长的关系不仅包含着色相, 同时也包含明度和纯度参量。对于品名相同的进口样品和国产样品, 无论其各自的粒度大小如何, 都具有相同的色相。红光粉和青光粉的相对光谱反射曲线有各自明显的特点, 因而表现出2种不同的色相。

2.2 国内外铜金粉的明度

铜金粉明度是指可见光波长范围所有光波反射率对波长的积分。测量刮样的光泽度, 可以定性地反映出铜金粉的明度的高低。表2所列为各样品的光泽度测量结果, 可以看出, 不同样品的光泽度差别很大, 一般来说, 粗粉末的光泽度较高。光泽度的大小与分光光度计所测的光谱反射率曲线的高低完全一致。说明刮样的反射率越高, 光泽度越高, 其明度也越大。

图6和图7所示分别是2号和3号样品刮样正面和横截面的微观形貌。从图6可以看出: 2号样品的铜金粉片在油墨的表层呈整齐的定向排列, 表面平整, 正面形貌反映出片径大小比较均一, 排列整齐、明暗一致, 所以呈现出良好的反光性能, 即高的明度 ^[9,10,11] 。从图7可以看出: 3号样品的铜金粉片在油墨表层的排列没有2号样品的整齐, 表面起伏不平, 正面形貌表现为片径大小不等, 互相交叠、明暗不一, 所以呈现出较差的反光性能, 即低的明度。

以上结果分析表明: 铜金粉片在油墨表层中的定向排列状况对铜金粉的明度产生了重要影响, 整齐、紧密的定向排列是获得高明度的首要条件; 另外, 片径大小均一、光滑、无卷曲也可以提高铜金粉的明度。

2.3铜金粉的成分、粒度对其颜色的影响

为了进一步研究其他因素对铜金粉颜色的影响, 分别对研究样品的成分和粒度进行了测试。表3列出各样品的能谱分析结果。其中, 红光粉和青光粉的标准成分分别为92%Cu-8%Zn和70%Cu-30% Zn, 但实测成分都与标准成分有偏差, 铝是主加元素, 钒和硫可能是随原料带入的杂质元素。实测不同产地红光粉的成分也有一定的差别, 青光粉也是如此。说明铜金粉成分在小范围内的波动, 并不明显影响铜金粉颜色的色相。

图8所示为1号、 2号和3号样品的粒度分布柱状图。 3种样品的平均片径分别为4.8, 6.7, 6.2 μm。由图8可见: 各样品的粒度分布存在较大的差别, 1号样品片径相对集中, 主要分布在3~5 μm的范围, 整个分布范围为2~8 μm; 2号样品片径分布较宽, 主要在4~7 μm的范围, 整个分布范围为2~12 μm; 3号样品片径分布明显加宽, 主要在1~14 μm的范围。由于2号样品片径较大, 主要铜金粉片分布峰比1号样品偏右, 大片比例较大, 表现出很强的反光性能, 因而光泽度在3种样品中最高, 相应的明度也高。 3号样品不但片径分布宽, 没有明显的峰值, 且过小铜金粉片所占的比例过

高, 使得3号样品在3种试样中光泽度最低, 其明度也最低。

片径大小、定向好坏对铜金粉颜色的影响可用光反射原理说明, 如图9所示 ^[12] 。可以看出, 定向优良的金粉片使光达到有效的定向反射, 而不与刮样墨层面平行的片将改变光的反射方向。此外, 片的边沿部分一般是发生漫反射的集中区。显然, 随着片径减小, 金粉片的边沿增多, 相应的漫反射量也增加, 进而导致铜金粉的明度下降, 纯度降低。因此, 为了提高铜金粉的明度, 不仅要改善铜金粉

片的定向性能, 而且要特别注意控制小片径粉末的比例, 使其尽量小。