不銹(xiu)鋼(gang)電化(hua)學(xue)著彩色酸(suan)性溶液成分和(he)工藝條件見(jian)表9-9。配方6 (見(jian)表9-9)的(de)說明 。本(ben)配方由上(shang)海電力(li)學(xue)院電化(hua)學(xue)研究室(shi)國家電力(li)公司熱(re)力(li)設備腐蝕與防護重點實驗(yan)室(shi) 張俊喜、周國定及浙江大學(xue)化(hua)學(xue)系 喬亦(yi)男、曹楚南、張鑒清(qing)提出(chu)。

1. 載波(bo)鈍化著(zhu)色法的應用

  提出一種新的不銹鋼(gang)著色方法－載波鈍化著色，即在無鉻的硫酸溶液中用載波鈍化的電化學方法得到各種色彩的不銹鋼表面。傳統的因科法著色，是將不銹鋼浸入熱的硫酸＋鉻酸溶液中進行的，由于著色液中含有大量的六價鉻離子，廢液的排放對環境造成極大的危害，因此，需用一種無鉻的不銹鋼著色工藝來取代。曹楚南等研究發現，在交變電場的作用下可以使不銹鋼表面鈍化膜得以增厚。已知不銹鋼表面產生色彩是由于其表面膜層對光的干涉所致。根據這一原理，用載波鈍化的方法，在硫酸溶液中使不銹鋼表面鈍化膜的厚度增加，并通過膜層厚度的變化來改變不銹鋼表面的色彩，以取代原來含鉻酐的著色體系。

2. 著色裝置

   所(suo)用電(dian)(dian)場為信號(hao)(hao)發生(sheng)器產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)方波(bo)疊(die)加(jia)在一(yi)直(zhi)流(liu)(liu)信號(hao)(hao)上，調節(jie)方波(bo)的(de)(de)(de)頻率(lv)、占(zhan)空比、幅值及直(zhi)流(liu)(liu)信號(hao)(hao)電(dian)(dian)壓，并(bing)通(tong)過恒(heng)(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)來控(kong)制所(suo)需的(de)(de)(de)載(zai)波(bo)電(dian)(dian)場。由恒(heng)(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)輸出(chu)(chu)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)(liu)信號(hao)(hao)，通(tong)過數模轉換板用計算(suan)機采(cai)集，電(dian)(dian)流(liu)(liu)信號(hao)(hao)值以I-t的(de)(de)(de)形式(shi)記錄。恒(heng)(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)輸出(chu)(chu)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)位信號(hao)(hao)由示波(bo)儀(yi)進(jin)行監測。

  著色(se)液(ye)為2.5mol/L(相當(dang)于245g/L)硫酸(suan)溶液(ye)，溫度(du)為70℃,由(you)恒溫水浴控制溫度(du)。電(dian)解槽(cao)采(cai)用單槽(cao)，參比(bi)電(dian)極(ji)為飽(bao)和甘汞(gong)電(dian)極(ji)（SCE),鉑片(pian)為輔(fu)助(zhu)電(dian)極(ji)。在調節好所需的電(dian)源條件(jian)后，將(jiang)304不銹鋼樣品(pin)移(yi)人著色(se)液(ye)中(zhong)后接通(tong)電(dian)源進行著色(se)。

3. 膜(mo)層(ceng)厚度與色彩的關系(xi)

  不銹鋼表面膜(mo)層色(se)彩(cai)的(de)(de)不同(tong)是由于光干涉效應的(de)(de)程差不同(tong)所致的(de)(de)。程差R=2nd,其中n為膜(mo)的(de)(de)折射率(lv)，d為膜(mo)層厚(hou)度。實驗(yan)測得真聯(lian)折射率(lv)，顏色(se)以及公式計算程差見表9-23.

 在同(tong)樣的載波鈍化條(tiao)件下，折射率相對不(bu)變，程差(cha)主要(yao)由(you)厚度(du)(du)來決定，也就(jiu)是說(shuo)，改變膜層的厚度(du)(du)，就(jiu)可得到(dao)不(bu)同(tong)色彩的不(bu)銹鋼。

4. 著色膜顏(yan)色的色度圖(tu)

  實驗中(zhong)(zhong)采用(yong)色(se)差(cha)計(ji)對載波鈍化著色(se)膜(mo)的(de)(de)(de)色(se)彩進行測量。色(se)度(du)(du)(du)圖(tu)(tu)采用(yong)CIE 1931色(se)度(du)(du)(du)圖(tu)(tu)。根(gen)據顏(yan)色(se)匹配原(yuan)(yuan)理(li)，任(ren)一顏(yan)色(se)都可(ke)(ke)以(yi)(yi)(yi)用(yong)三原(yuan)(yuan)色(se)以(yi)(yi)(yi)適當的(de)(de)(de)比(bi)例(li)相加來(lai)實現。圖(tu)(tu)9-12為膜(mo)層的(de)(de)(de)色(se)彩與(yu)厚度(du)(du)(du)關系(xi)的(de)(de)(de)色(se)度(du)(du)(du)坐(zuo)標(biao)圖(tu)(tu)。圖(tu)(tu)9-12中(zhong)(zhong)x色(se)度(du)(du)(du)坐(zuo)標(biao)相當于紅原(yuan)(yuan)色(se)的(de)(de)(de)比(bi)例(li)，y色(se)度(du)(du)(du)坐(zuo)標(biao)則(ze)相當于綠原(yuan)(yuan)色(se)的(de)(de)(de)比(bi)例(li)，圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)沒(mei)有z坐(zuo)標(biao)，因為x+y+z=1,所以(yi)(yi)(yi)z可(ke)(ke)由(you)1-(x+y) 得(de)到(dao)。色(se)度(du)(du)(du)圖(tu)(tu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)圓弧是光(guang)譜(pu)(pu)軌跡，光(guang)譜(pu)(pu)軌跡曲線以(yi)(yi)(yi)及(ji)連(lian)接光(guang)譜(pu)(pu)軌跡兩端所形(xing)成的(de)(de)(de)馬蹄形(xing)內可(ke)(ke)包(bao)括(kuo)一切物理(li)上可(ke)(ke)能實現的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)，E 是等能白光(guang)。運(yun)用(yong)色(se)差(cha)計(ji)和(he)色(se)度(du)(du)(du)圖(tu)(tu)能較準確地反映不銹鋼著色(se)膜(mo)色(se)彩的(de)(de)(de)變化。從圖(tu)(tu)9-12可(ke)(ke)見(jian)，隨著厚度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)增加，膜(mo)層的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)是周期(qi)性(xing)變化的(de)(de)(de)，符合牛頓序列產(chan)生的(de)(de)(de)規律，這(zhe)說(shuo)明膜(mo)層的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)主(zhu)要(yao)是由(you)光(guang)的(de)(de)(de)干涉所致的(de)(de)(de)。

5. 膜層的結構與形貌(mao)

  SS304不銹鋼載波鈍化著色膜測試所用儀器為JEOL透射電子顯微鏡（TEM),測試條件為120kV.測試時須將膜層從基體上脫離下來，將完成著色的待測樣品在E=1100mV(SCE)的電位下極化10s,膜層即可用水沖下來。經漂洗、以銅網撈取晾干，即可進行分析。從TEM照片可以看出膜層是由細小的晶粒組成的，晶粒尺寸在10~20nm之間，晶粒大小比較一致。電子經膜層的衍射是較寬的環狀，說明膜層是處于微晶和非晶態之間的結構。中凹的部位是晶界的交叉處，在電子束的轟擊下，由于膜層含有水而發生崩裂，崩裂的裂紋總是在沿晶界的膜層上，可以看出這些部位的膜層較薄。還可看到膜層上分布有一些小圓坑，直徑約100nm,這些小坑有的是隨機分布在膜層中的，有的則依次排列連接，可以認為膜層中沿晶界的溝壕是由一個個的小坑發展連接起來的，膜層中的小坑則是由點蝕造成的，在膜層中，點蝕首先在薄弱的位置發生。總之，可以看出，整個膜層的表面是不均勻的。

6. 膜層的導電性(xing)

  圖9-13是(shi)不銹鋼載(zai)波鈍化(hua)膜層的(de)安(an)－伏（J-V)曲(qu)線。伏安(an)法對膜層的(de)導電性測試表明，載(zai)波鈍化(hua)著(zhu)色膜有半(ban)導體(ti)性質(zhi)，膜層的(de)導電具有整(zheng)流性。