不銹鋼(gang)電(dian)化學(xue)(xue)著彩(cai)色酸性溶液(ye)成分和工藝條件見(jian)表(biao)9-9。配方(fang)6 (見(jian)表(biao)9-9)的(de)說(shuo)明 。本配方(fang)由上海電(dian)力(li)學(xue)(xue)院電(dian)化學(xue)(xue)研(yan)究室國(guo)家電(dian)力(li)公司(si)熱力(li)設備腐蝕與(yu)防護重點實驗室 張俊喜、周國(guo)定及(ji)浙江大學(xue)(xue)化學(xue)(xue)系 喬亦男、曹楚南、張鑒(jian)清(qing)提(ti)出。
1. 載(zai)波鈍(dun)化(hua)著(zhu)色法的應用
提出一種新的不銹鋼著色方法－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(bu)銹(xiu)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(zhuang)置
所用電(dian)場(chang)為信號發(fa)生器產生的(de)方波疊加在(zai)一直流信號上，調節(jie)方波的(de)頻率(lv)、占空比、幅值及直流信號電(dian)壓，并(bing)通過恒電(dian)位(wei)儀(yi)來(lai)控制所需的(de)載波電(dian)場(chang)。由恒電(dian)位(wei)儀(yi)輸出的(de)電(dian)流信號，通過數模轉(zhuan)換板用計算機(ji)采集，電(dian)流信號值以I-t的(de)形(xing)式(shi)記錄(lu)。恒電(dian)位(wei)儀(yi)輸出的(de)電(dian)位(wei)信號由示(shi)波儀(yi)進(jin)行監測。
著色液(ye)為2.5mol/L(相(xiang)當于(yu)245g/L)硫酸(suan)溶液(ye)，溫(wen)度為70℃,由恒(heng)溫(wen)水浴控制(zhi)溫(wen)度。電(dian)解槽(cao)采用單槽(cao)，參比電(dian)極為飽和甘(gan)汞電(dian)極（SCE),鉑片為輔助電(dian)極。在調節好所(suo)需的電(dian)源(yuan)條件后(hou)，將304不銹鋼(gang)樣(yang)品移人著色液(ye)中后(hou)接(jie)通電(dian)源(yuan)進行著色。
3. 膜層厚度與(yu)色彩的關(guan)系(xi)
不銹鋼表面膜(mo)層色彩(cai)的不同是由于光干(gan)涉(she)效應的程(cheng)差(cha)不同所致的。程(cheng)差(cha)R=2nd,其(qi)中n為膜(mo)的折(zhe)(zhe)射率，d為膜(mo)層厚度。實驗(yan)測得(de)真聯折(zhe)(zhe)射率，顏色以及公式計算程(cheng)差(cha)見表9-23.
在同(tong)樣的載波鈍化條件下，折(zhe)射率(lv)相對不(bu)變(bian)，程差主(zhu)要由厚度來決定，也就(jiu)是說，改(gai)變(bian)膜層(ceng)的厚度，就(jiu)可得(de)到不(bu)同(tong)色(se)彩的不(bu)銹(xiu)鋼。
4. 著色(se)膜顏色(se)的色(se)度圖(tu)
實驗中(zhong)采用色(se)(se)(se)差計對載(zai)波鈍化著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)(mo)的(de)(de)色(se)(se)(se)彩(cai)進行(xing)測量。色(se)(se)(se)度(du)圖(tu)(tu)采用CIE 1931色(se)(se)(se)度(du)圖(tu)(tu)。根據顏(yan)色(se)(se)(se)匹(pi)配(pei)原理，任一(yi)顏(yan)色(se)(se)(se)都可以(yi)用三原色(se)(se)(se)以(yi)適(shi)當(dang)(dang)的(de)(de)比(bi)(bi)例相加來實現。圖(tu)(tu)9-12為(wei)膜(mo)(mo)層的(de)(de)色(se)(se)(se)彩(cai)與厚度(du)關系的(de)(de)色(se)(se)(se)度(du)坐標圖(tu)(tu)。圖(tu)(tu)9-12中(zhong)x色(se)(se)(se)度(du)坐標相當(dang)(dang)于紅原色(se)(se)(se)的(de)(de)比(bi)(bi)例，y色(se)(se)(se)度(du)坐標則相當(dang)(dang)于綠原色(se)(se)(se)的(de)(de)比(bi)(bi)例，圖(tu)(tu)中(zhong)沒有z坐標，因為(wei)x+y+z=1,所(suo)以(yi)z可由(you)1-(x+y) 得到(dao)。色(se)(se)(se)度(du)圖(tu)(tu)中(zhong)的(de)(de)圓弧是光(guang)譜(pu)軌跡(ji)，光(guang)譜(pu)軌跡(ji)曲線以(yi)及(ji)連(lian)接光(guang)譜(pu)軌跡(ji)兩端所(suo)形(xing)成的(de)(de)馬蹄(ti)形(xing)內(nei)可包(bao)括一(yi)切物理上(shang)可能實現的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)，E 是等能白光(guang)。運用色(se)(se)(se)差計和色(se)(se)(se)度(du)圖(tu)(tu)能較準確地(di)反映不銹鋼著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)(mo)色(se)(se)(se)彩(cai)的(de)(de)變化。從圖(tu)(tu)9-12可見，隨著(zhu)厚度(du)的(de)(de)增加，膜(mo)(mo)層的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)是周期(qi)性變化的(de)(de)，符合牛頓序(xu)列產生的(de)(de)規(gui)律，這說明(ming)膜(mo)(mo)層的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)主要是由(you)光(guang)的(de)(de)干涉(she)所(suo)致的(de)(de)。
5. 膜層的結構與形貌
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
圖9-13是不銹鋼載(zai)波鈍(dun)化膜層的安－伏(fu)（J-V)曲線。伏(fu)安法對(dui)膜層的導電(dian)性測試(shi)表明(ming)，載(zai)波鈍(dun)化著色膜有(you)半(ban)導體(ti)性質，膜層的導電(dian)具有(you)整流性。
