不銹(xiu)鋼電化(hua)(hua)學(xue)著彩色酸性(xing)溶液成分和工藝條件見表9-9。配方(fang)6 (見表9-9)的(de)說明 。本配方(fang)由上(shang)海電力(li)學(xue)院電化(hua)(hua)學(xue)研究室國家電力(li)公司(si)熱力(li)設備腐蝕與防護(hu)重點實驗室 張(zhang)俊喜、周國定(ding)及浙江大學(xue)化(hua)(hua)學(xue)系(xi) 喬亦男(nan)、曹楚南、張(zhang)鑒清提出。
1. 載(zai)波(bo)鈍化著色法的(de)應用
提出一種新的不(bu)銹(xiu)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
所用電(dian)(dian)場為信(xin)(xin)號(hao)發生(sheng)器(qi)產生(sheng)的(de)方波(bo)(bo)疊加(jia)在一(yi)直流信(xin)(xin)號(hao)上，調節(jie)方波(bo)(bo)的(de)頻率、占空比、幅值及直流信(xin)(xin)號(hao)電(dian)(dian)壓(ya)，并(bing)通過恒(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)(yi)來控制所需的(de)載(zai)波(bo)(bo)電(dian)(dian)場。由恒(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)(yi)輸(shu)出的(de)電(dian)(dian)流信(xin)(xin)號(hao)，通過數模(mo)轉換板用計算機采集，電(dian)(dian)流信(xin)(xin)號(hao)值以I-t的(de)形式記錄。恒(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)(yi)輸(shu)出的(de)電(dian)(dian)位信(xin)(xin)號(hao)由示波(bo)(bo)儀(yi)(yi)進行監測。
著色液(ye)為2.5mol/L(相當(dang)于245g/L)硫酸溶(rong)液(ye)，溫度(du)為70℃,由(you)恒溫水浴控(kong)制溫度(du)。電(dian)(dian)解槽(cao)采用單(dan)槽(cao)，參(can)比電(dian)(dian)極為飽和甘汞電(dian)(dian)極（SCE),鉑(bo)片為輔(fu)助電(dian)(dian)極。在調節好所需的電(dian)(dian)源(yuan)條件后，將304不銹鋼樣品(pin)移人著色液(ye)中后接通電(dian)(dian)源(yuan)進行著色。
3. 膜層厚度與(yu)色彩的關系
不(bu)(bu)銹鋼表面膜(mo)層色彩的(de)不(bu)(bu)同是由于光干涉效應(ying)的(de)程差(cha)不(bu)(bu)同所(suo)致(zhi)的(de)。程差(cha)R=2nd,其(qi)中n為(wei)膜(mo)的(de)折射率，d為(wei)膜(mo)層厚度。實(shi)驗(yan)測得真聯折射率，顏色以及公式計算程差(cha)見表9-23.
在同樣的(de)載波(bo)鈍化條(tiao)件下，折射率相(xiang)對(dui)不(bu)變，程差(cha)主要由厚度(du)來決(jue)定，也就是說，改變膜層的(de)厚度(du)，就可(ke)得到不(bu)同色彩(cai)的(de)不(bu)銹鋼(gang)。
4. 著色(se)膜顏色(se)的色(se)度圖
實(shi)驗(yan)中(zhong)采用色(se)(se)(se)(se)(se)差計對載波鈍化著色(se)(se)(se)(se)(se)膜(mo)(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)(se)彩進行(xing)測量。色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)(du)圖(tu)(tu)采用CIE 1931色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)(du)圖(tu)(tu)。根據顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)匹(pi)配原理，任(ren)一顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)都(dou)可(ke)以用三原色(se)(se)(se)(se)(se)以適當(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例(li)相(xiang)(xiang)加(jia)來實(shi)現(xian)。圖(tu)(tu)9-12為膜(mo)(mo)(mo)層的(de)(de)(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)(se)彩與厚(hou)度(du)(du)(du)(du)關系的(de)(de)(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)(du)坐標(biao)圖(tu)(tu)。圖(tu)(tu)9-12中(zhong)x色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)(du)坐標(biao)相(xiang)(xiang)當(dang)于(yu)(yu)紅原色(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例(li)，y色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)(du)坐標(biao)則相(xiang)(xiang)當(dang)于(yu)(yu)綠原色(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例(li)，圖(tu)(tu)中(zhong)沒(mei)有z坐標(biao)，因為x+y+z=1,所以z可(ke)由(you)1-(x+y) 得到。色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)(du)圖(tu)(tu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)圓弧是(shi)(shi)光譜(pu)軌(gui)跡，光譜(pu)軌(gui)跡曲線以及連接光譜(pu)軌(gui)跡兩端所形(xing)成的(de)(de)(de)(de)(de)馬蹄形(xing)內可(ke)包(bao)括(kuo)一切物理上(shang)可(ke)能實(shi)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)，E 是(shi)(shi)等能白光。運用色(se)(se)(se)(se)(se)差計和(he)色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)(du)(du)圖(tu)(tu)能較(jiao)準(zhun)確地(di)反映不銹鋼著色(se)(se)(se)(se)(se)膜(mo)(mo)(mo)色(se)(se)(se)(se)(se)彩的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化。從圖(tu)(tu)9-12可(ke)見，隨著厚(hou)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)，膜(mo)(mo)(mo)層的(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)是(shi)(shi)周期性變(bian)(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)，符合(he)牛頓序(xu)列產(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)規律，這(zhe)說明(ming)膜(mo)(mo)(mo)層的(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)主要是(shi)(shi)由(you)光的(de)(de)(de)(de)(de)干涉所致的(de)(de)(de)(de)(de)。
5. 膜層(ceng)的結構(gou)與形貌
SS304不銹(xiu)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(dao)電性
圖9-13是不銹鋼(gang)載(zai)波鈍(dun)化膜(mo)層的(de)安(an)－伏(fu)（J-V)曲線。伏(fu)安(an)法對膜(mo)層的(de)導電(dian)性測試表(biao)明，載(zai)波鈍(dun)化著色膜(mo)有(you)半導體性質，膜(mo)層的(de)導電(dian)具(ju)有(you)整(zheng)流性。
