不銹鋼(gang)電化學(xue)著彩色酸性溶液成(cheng)分和(he)工藝條件見(jian)表9-9。配(pei)方6 (見(jian)表9-9)的說明 。本配(pei)方由上(shang)海電力學(xue)院電化學(xue)研究室(shi)國家電力公司熱力設備(bei)腐蝕與防護(hu)重點(dian)實(shi)驗室(shi) 張俊喜、周國定及浙江大學(xue)化學(xue)系(xi) 喬亦(yi)男(nan)、曹楚南、張鑒(jian)清提出(chu)。

1. 載波鈍化著色法的應用

  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(zhu)色裝置

   所用(yong)電(dian)(dian)場為信號(hao)發生器產生的(de)方波(bo)(bo)疊(die)加在一直(zhi)(zhi)流(liu)信號(hao)上，調節方波(bo)(bo)的(de)頻率、占空比、幅(fu)值(zhi)及直(zhi)(zhi)流(liu)信號(hao)電(dian)(dian)壓(ya)，并通(tong)過(guo)(guo)恒電(dian)(dian)位(wei)儀(yi)來控制(zhi)所需的(de)載波(bo)(bo)電(dian)(dian)場。由(you)恒電(dian)(dian)位(wei)儀(yi)輸出的(de)電(dian)(dian)流(liu)信號(hao)，通(tong)過(guo)(guo)數模轉換板(ban)用(yong)計算(suan)機(ji)采(cai)集，電(dian)(dian)流(liu)信號(hao)值(zhi)以I-t的(de)形(xing)式記錄。恒電(dian)(dian)位(wei)儀(yi)輸出的(de)電(dian)(dian)位(wei)信號(hao)由(you)示波(bo)(bo)儀(yi)進行監測。

  著色(se)(se)液(ye)為(wei)(wei)2.5mol/L(相(xiang)當于(yu)245g/L)硫酸溶(rong)液(ye)，溫度(du)為(wei)(wei)70℃,由(you)恒溫水浴控(kong)制溫度(du)。電解(jie)槽采用單(dan)槽，參(can)比電極為(wei)(wei)飽和甘汞電極（SCE),鉑片(pian)為(wei)(wei)輔(fu)助電極。在調節(jie)好所需的電源條件(jian)后(hou)，將(jiang)304不銹鋼(gang)樣(yang)品移(yi)人著色(se)(se)液(ye)中(zhong)后(hou)接(jie)通電源進行著色(se)(se)。

3. 膜層(ceng)厚度與色彩的(de)關(guan)系(xi)

  不銹(xiu)鋼表面膜層色(se)彩的不同(tong)(tong)是由于光干涉效應(ying)的程(cheng)差不同(tong)(tong)所致的。程(cheng)差R=2nd,其中n為膜的折射(she)率，d為膜層厚(hou)度(du)。實驗測得(de)真(zhen)聯折射(she)率，顏色(se)以(yi)及公式計算程(cheng)差見表9-23.

 在同(tong)樣的(de)(de)載波(bo)鈍化(hua)條件下，折射率相對不(bu)變，程差主要由厚度來(lai)決定，也(ye)就是(shi)說，改變膜層的(de)(de)厚度，就可(ke)得到不(bu)同(tong)色彩的(de)(de)不(bu)銹(xiu)鋼。

4. 著色(se)膜(mo)顏(yan)色(se)的色(se)度圖

  實(shi)驗中(zhong)采用(yong)(yong)色(se)(se)(se)差計對載波鈍化著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)的(de)色(se)(se)(se)彩進(jin)行(xing)測量。色(se)(se)(se)度(du)(du)圖(tu)(tu)(tu)(tu)采用(yong)(yong)CIE 1931色(se)(se)(se)度(du)(du)圖(tu)(tu)(tu)(tu)。根據顏(yan)色(se)(se)(se)匹配原(yuan)理(li)，任一(yi)顏(yan)色(se)(se)(se)都可(ke)以(yi)(yi)用(yong)(yong)三原(yuan)色(se)(se)(se)以(yi)(yi)適當(dang)的(de)比例(li)相加(jia)來實(shi)現(xian)。圖(tu)(tu)(tu)(tu)9-12為膜(mo)層(ceng)的(de)色(se)(se)(se)彩與厚(hou)度(du)(du)關系(xi)的(de)色(se)(se)(se)度(du)(du)坐(zuo)標圖(tu)(tu)(tu)(tu)。圖(tu)(tu)(tu)(tu)9-12中(zhong)x色(se)(se)(se)度(du)(du)坐(zuo)標相當(dang)于(yu)紅(hong)原(yuan)色(se)(se)(se)的(de)比例(li)，y色(se)(se)(se)度(du)(du)坐(zuo)標則(ze)相當(dang)于(yu)綠原(yuan)色(se)(se)(se)的(de)比例(li)，圖(tu)(tu)(tu)(tu)中(zhong)沒(mei)有(you)z坐(zuo)標，因(yin)為x+y+z=1,所以(yi)(yi)z可(ke)由1-(x+y) 得(de)到。色(se)(se)(se)度(du)(du)圖(tu)(tu)(tu)(tu)中(zhong)的(de)圓(yuan)弧是光譜(pu)軌跡(ji)，光譜(pu)軌跡(ji)曲線以(yi)(yi)及連接(jie)光譜(pu)軌跡(ji)兩端所形成的(de)馬蹄形內可(ke)包括(kuo)一(yi)切物理(li)上可(ke)能(neng)實(shi)現(xian)的(de)顏(yan)色(se)(se)(se)，E 是等能(neng)白光。運(yun)用(yong)(yong)色(se)(se)(se)差計和色(se)(se)(se)度(du)(du)圖(tu)(tu)(tu)(tu)能(neng)較準確地反映不銹鋼著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)色(se)(se)(se)彩的(de)變化。從圖(tu)(tu)(tu)(tu)9-12可(ke)見，隨著(zhu)厚(hou)度(du)(du)的(de)增加(jia)，膜(mo)層(ceng)的(de)顏(yan)色(se)(se)(se)是周(zhou)期性變化的(de)，符(fu)合牛頓序列產(chan)生的(de)規律，這(zhe)說明膜(mo)層(ceng)的(de)顏(yan)色(se)(se)(se)主要(yao)是由光的(de)干涉(she)所致的(de)。

5. 膜層的(de)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(ceng)的導電性

  圖9-13是不銹鋼(gang)載波(bo)(bo)鈍化(hua)膜(mo)層(ceng)的(de)安(an)－伏(fu)（J-V)曲線。伏(fu)安(an)法對(dui)膜(mo)層(ceng)的(de)導(dao)電性測試表明，載波(bo)(bo)鈍化(hua)著色膜(mo)有半導(dao)體性質，膜(mo)層(ceng)的(de)導(dao)電具有整(zheng)流性。