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不可思议的幻彩不锈钢


2020-05-15 11:39:02


    

提到不锈钢这种耐腐蚀能力强的金属材料,建筑师总是会想到它银白色、镜面的效果。这些我们在之前的文章最常见的不锈钢在建筑表皮中的应用》、《 光怪陆离——高反光度、高成像度的不锈钢外墙》已经有所介绍。

美国芝加哥市格兰特公园的云门(Cloud Gate).jpg

©Terence Faircloth  CC BY-NC-ND 2.0

美国芝加哥市格兰特公园的云门(Cloud Gate)

镜面不锈钢的反射成像效果

美国密歇根州立大学Eli and Edythe Broad美术馆.jpg

©Yvette Wohn  (CC BY-NC 2.0)

美国密歇根州立大学Eli and Edythe Broad美术馆
建筑师:扎哈.哈迪德事务所

本色哑光不锈钢结合锯齿形折面组合形成的效果。

实际上,除了本身不锈钢外,各种工艺处理的彩色不锈钢也早已走入日常生活,这些色彩甚至完全超越了我们的想象力。建筑中,彩色不锈钢的应用在室内装饰最为常见,如电梯轿厢、门框、装饰墙面。

彩色不锈钢日用品.jpg

彩色不锈钢日用品

不锈钢本身呈银灰色,可以通过表面树脂涂层(类似于涂层钢板)、化学及电化学着色、PVD真空镀膜等技术可以形成各种色彩的彩色不锈钢。表面树脂涂层相当于在金属表面涂饰了一层漆面,掩藏了金属的质感,同时耐候性也不比不锈钢本身,因此这种工艺现在已基本被淘汰。现在实际应用的以PVD真空镀膜及各种氧化膜为主。

PVD真空镀膜技术(Physical Vapor Deposition,物理气相沉积)是在真空条件下采用物理方法,将某种材料气化成原子、分子或部分电离成离子并经多种反应后,进而使其在基板表面沉积为一层功能性的薄膜。

使用PVD技术可获得的颜色(涂层成分)主要有:金(TiN)、玫瑰金(ZrN)、青铜(TiAlN)、蓝色(TiAlN)、黑色(TiAlCN)、酒红色(ZrN)。这些涂层非常薄,完全可以显示底层基板的质感。

在国内最常见的PVD真空镀膜不锈钢以“金色系”最多,如下图所示。

上海外滩复星艺术中心.jpg

上海外滩复星艺术中心

建筑师:Foster事务所+Heatherwick 工作室

上海外滩金融中心.jpg
上海外滩金融中心

建筑师:Foster事务所

©ctj71081 (CC BY-SA 2.5).jpg
©ctj71081 (CC BY-SA 2.5
美国西雅图流行文化博物馆(2000).jpg
©Adrian Carey    (CC BY-NC 2.0
美国西雅图流行文化博物馆(2000)
建筑师:弗兰克·盖里Frank . Gehry

采用多种相近颜色的镀膜哑光不锈钢形成的斑驳效果。(注意其和后图——同一项目的电化着色幻彩不锈钢的视觉效果差异。


化学及电化学氧化膜着色工艺,是采用各种酸液并通过电解作用,在不锈钢表面形成一层极薄的无色透明的铬氧化膜(后续还有固化工艺等),通过膜层的光干涉作用(类似于棱镜作用,感兴趣的建筑师可以找“度娘”问问原理),形成不同波长的色调。这些色调受基材抛光度、膜层(电解着色液)成分及厚度、环境以及光线入射角影响,这与路边油膜形成的彩色同等原理。因此,即使同样的膜层,用于建筑中的电化学着色不锈钢给我们的感觉是色彩变换的,即我们常说的幻彩色。如果有意识控制板面不同部分膜层厚度的变化,甚至可以形成更为艺术化的色彩效果。

不同厚度膜层形成的色彩.jpg

不同厚度膜层形成的色彩(图片来源于www.researchgate.net)

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绚烂色彩的油膜    ©John  (CC BY-SA 2.5

这种彩色不锈钢氧化膜同样可以通过高温(如喷枪火焰)氧化形成,这种工艺一般适合于小批量DIY工作。
钢经过不同温度下的氧化后形成的色彩(不锈钢氧化类似原理).jpg
钢经过不同温度下的氧化后形成的色彩(不锈钢氧化类似原理)
膜层均匀统一的电化学着色彩色不锈钢效果更为整体,只是在不同角度显示出一定色彩的变化。
图  ©Erik Drost(CC BY 2.0).jpg
图  ©Erik Drost(CC BY 2.0)
美国克利夫兰当代艺术博物馆MOCA(2012).jpg
    图  ©Erik Drost(CC BY 2.0)
美国克利夫兰当代艺术博物馆MOCA(2012)
建筑师:FMA建筑师事务所(FarshidMoussavi)

黑色镜面不锈钢(电化处理,单一色彩)反射着周边的景色,时移景换,完全没有常见黑色材料的压抑感,同时又不似本色镜面不锈钢的反射效果。

当选用膜层厚度不一、甚至同一板块不同部位膜层不一的板材组合应用时,墙面能显示出更为绚丽的色彩效果。

美国得克萨斯州Wylie市政综合体中的幻彩镜面不锈钢。.jpg
©City of Wylie  (CC BY-NC 2.0
美国得克萨斯州Wylie市政综合体中的幻彩不锈钢。

某建筑外墙面多种色彩的幻彩镜面不锈钢组合。.jpg

©magnoid  (CC BY-SA 2.0

某建筑外墙面多种色彩的幻彩不锈钢组合。
©Athena Iluz (CC BY 2.0).jpg
©Athena Iluz (CC BY 2.0)
©Joel Mann   (CC BY-NC-ND 2.0).jpg
©Joel Mann   (CC BY-NC-ND 2.0
美国西雅图流行文化博物馆中的同色系幻彩镜面不锈钢(2000).jpg

©joevare     CC BY-ND 2.0

美国西雅图流行文化博物馆中的同色系幻彩不锈钢(2000)

建筑师:弗兰克·盖里Frank . Gehry

© David J. Thomas(CCBY-NC 2.0).jpg
  © David J. Thomas(CCBY-NC 2.0)
美国堪萨斯州Overland公园Prairiefire博物馆(2014).jpg

 © David J. Thomas(CC BY-NC 2.0)

美国堪萨斯州Overland公园Prairiefire博物馆(2014)

建筑师:Verner Johnson股份有限公司

采用平咬接构造的、多种色彩(膜层厚度不一)的电化处理镜面不锈钢板形成了光怪陆离的效果,据称构思来源于堪萨斯草原上熊熊燃烧的大火。(图中大块板材为另一种特殊的材料——二色玻璃(幻彩玻璃))

图  © Maurits Verbiest(CCBY 2.0).jpg
图  © Maurits Verbiest(CCBY 2.0)
荷兰海牙ZUIDER公园运动中心(2017).jpg
 © Roel Wijnants(CC BY-NC 2.0)
荷兰海牙ZUIDER公园运动中心(2017)
建筑师:FaulknerBrowns 建筑师事务所

金色-红铜色电解着色彩色抛光不锈钢的组合在不同的角度、不同的天气里呈现出不同的色彩。

英国伦敦Aloft 酒店.jpg

©Gabrielle Ludlow  (CC BY-NC-ND 2.0)

英国伦敦Aloft 酒店

采用多种色彩组合的特殊花纹的彩色不锈钢板形成的立面效果,反光不似镜面不锈钢强烈。
PVD镀膜与化学或电解着色不锈钢的差异在于其色彩更为均匀一致、更耐刮擦,但不会因角度差异显示变换的色彩,因此效果相对机械。当然PVD镀膜可以通过多种镀膜形成彩色效果。

不锈钢着色同样可以和其它金属表面加工工艺叠加形成更为丰富的板面效果。例如:着色前,对不锈钢进行各种抛光、研磨、拉丝、蚀刻、轧花等加工,进而形成彩色的纹理不锈钢板;着色后的加工(如凸起部打磨去除膜层、蚀刻膜层、轧花等)也能形成其它更为复杂特殊效果。
彩色不锈钢不仅具有多样性的色彩,一般还因为表面涂层的作用在一定程度上增强了不锈钢的耐腐蚀性能及耐磨性能。
彩色不锈钢外墙板的构造和常规不锈钢板完全一样,由于不锈钢优异的耐腐蚀性能,常采用类似于锌板铜板钛板的薄皮构造,相关构造知识请参阅《建筑师,你该了解的薄平板金属墙面系统!》。
彩色不锈钢对于建筑表皮来讲不仅是一种优秀的耐腐蚀材料,更给建筑带来了许多不可思议的色彩表现。
更多经典材料及构造知识请参阅“热门干货”专辑。

本文作者介绍:

褚智勇,东南大学建筑系工学学士,北京建筑工程学院建筑学硕士,教授级高级建筑师,一级注册建筑师。曾著有建筑材料与构造类畅销书《建筑设计的材料语言》,现为北京工业大学建筑与城市规划学院讲师。



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