不銹(xiu)鋼電(dian)化學(xue)(xue)著彩色酸(suan)性溶液成分和工藝條件見(jian)表9-9。配(pei)方6 (見(jian)表9-9)的說明 。本配(pei)方由(you)上海(hai)電(dian)力學(xue)(xue)院(yuan)電(dian)化學(xue)(xue)研(yan)究室(shi)國家電(dian)力公司熱力設備腐蝕與(yu)防護重點實(shi)驗室(shi) 張俊(jun)喜(xi)、周國定及浙江大學(xue)(xue)化學(xue)(xue)系 喬亦男、曹楚南、張鑒清提(ti)出。

1. 載(zai)波鈍化著(zhu)色法(fa)的應用

  提出一種新的不銹鋼著色(se)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(gang)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(yong)電(dian)(dian)(dian)場(chang)為(wei)信號(hao)(hao)(hao)發(fa)生器產生的(de)方波(bo)疊加(jia)在一直(zhi)流(liu)(liu)信號(hao)(hao)(hao)上，調節方波(bo)的(de)頻率、占空比、幅值(zhi)及直(zhi)流(liu)(liu)信號(hao)(hao)(hao)電(dian)(dian)(dian)壓，并(bing)通過(guo)恒電(dian)(dian)(dian)位(wei)儀(yi)來控制(zhi)所(suo)需的(de)載波(bo)電(dian)(dian)(dian)場(chang)。由(you)(you)恒電(dian)(dian)(dian)位(wei)儀(yi)輸出(chu)的(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)信號(hao)(hao)(hao)，通過(guo)數模(mo)轉換板用(yong)計算機采集(ji)，電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)信號(hao)(hao)(hao)值(zhi)以(yi)I-t的(de)形式(shi)記錄。恒電(dian)(dian)(dian)位(wei)儀(yi)輸出(chu)的(de)電(dian)(dian)(dian)位(wei)信號(hao)(hao)(hao)由(you)(you)示波(bo)儀(yi)進行監(jian)測。

  著色(se)液為2.5mol/L(相當于(yu)245g/L)硫酸溶液，溫(wen)度為70℃,由恒溫(wen)水(shui)浴控制(zhi)溫(wen)度。電解槽(cao)采用單(dan)槽(cao)，參比(bi)電極為飽(bao)和甘(gan)汞電極（SCE),鉑片為輔助電極。在調(diao)節好所需的(de)電源條件(jian)后，將304不銹鋼(gang)樣品移人著色(se)液中后接通(tong)電源進(jin)行著色(se)。

3. 膜層厚(hou)度與色(se)彩的關系(xi)

  不銹鋼表(biao)面膜(mo)(mo)層(ceng)色彩的不同(tong)(tong)是(shi)由(you)于(yu)光(guang)干涉效應的程(cheng)差(cha)不同(tong)(tong)所致的。程(cheng)差(cha)R=2nd,其(qi)中n為膜(mo)(mo)的折射(she)率(lv)，d為膜(mo)(mo)層(ceng)厚度。實驗測得真聯折射(she)率(lv)，顏(yan)色以及公式計算程(cheng)差(cha)見表(biao)9-23.

 在(zai)同(tong)樣的(de)載波鈍(dun)化條件(jian)下，折射率相對不(bu)變，程差主(zhu)要(yao)由厚度來(lai)決(jue)定，也就(jiu)是(shi)說，改變膜(mo)層的(de)厚度，就(jiu)可得到不(bu)同(tong)色彩(cai)的(de)不(bu)銹鋼。

4. 著色(se)(se)膜顏(yan)色(se)(se)的色(se)(se)度(du)圖

  實驗中采用(yong)色(se)(se)(se)(se)(se)差計對(dui)載(zai)波鈍化著(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)膜的(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)(se)彩(cai)進行測量。色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)采用(yong)CIE 1931色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)。根據顏色(se)(se)(se)(se)(se)匹配原理，任一顏色(se)(se)(se)(se)(se)都可(ke)以(yi)(yi)用(yong)三原色(se)(se)(se)(se)(se)以(yi)(yi)適當(dang)的(de)(de)(de)比例相(xiang)(xiang)加來實現。圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)9-12為(wei)(wei)膜層(ceng)的(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)(se)彩(cai)與厚(hou)度(du)(du)(du)關(guan)系的(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)。圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)9-12中x色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)相(xiang)(xiang)當(dang)于紅(hong)原色(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)(de)比例，y色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)則相(xiang)(xiang)當(dang)于綠原色(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)(de)比例，圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)中沒有(you)z坐(zuo)標(biao)(biao)(biao)，因為(wei)(wei)x+y+z=1,所以(yi)(yi)z可(ke)由1-(x+y) 得到。色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)中的(de)(de)(de)圓弧是(shi)光(guang)譜軌跡(ji)，光(guang)譜軌跡(ji)曲線(xian)以(yi)(yi)及連接光(guang)譜軌跡(ji)兩端(duan)所形成的(de)(de)(de)馬蹄形內可(ke)包括一切物理上可(ke)能(neng)實現的(de)(de)(de)顏色(se)(se)(se)(se)(se)，E 是(shi)等能(neng)白(bai)光(guang)。運用(yong)色(se)(se)(se)(se)(se)差計和色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)能(neng)較準確地(di)反(fan)映不銹鋼著(zhu)色(se)(se)(se)(se)(se)膜色(se)(se)(se)(se)(se)彩(cai)的(de)(de)(de)變化。從圖(tu)(tu)(tu)(tu)(tu)9-12可(ke)見，隨(sui)著(zhu)厚(hou)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)增加，膜層(ceng)的(de)(de)(de)顏色(se)(se)(se)(se)(se)是(shi)周期(qi)性變化的(de)(de)(de)，符合牛頓序列產生的(de)(de)(de)規律，這說明(ming)膜層(ceng)的(de)(de)(de)顏色(se)(se)(se)(se)(se)主(zhu)要是(shi)由光(guang)的(de)(de)(de)干涉所致的(de)(de)(de)。

5. 膜層的(de)結構與形(xing)貌

  SS304不銹鋼(gang)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(mo)層的導(dao)電(dian)性

  圖9-13是不銹鋼(gang)載波鈍化膜(mo)層(ceng)的(de)安(an)－伏（J-V)曲線。伏安(an)法(fa)對膜(mo)層(ceng)的(de)導(dao)電(dian)性(xing)(xing)測(ce)試表明，載波鈍化著(zhu)色膜(mo)有(you)(you)半導(dao)體性(xing)(xing)質(zhi)，膜(mo)層(ceng)的(de)導(dao)電(dian)具有(you)(you)整流(liu)性(xing)(xing)。