不(bu)銹鋼電(dian)化(hua)(hua)學(xue)(xue)著彩色酸性溶液(ye)成分(fen)和工藝(yi)條件(jian)見(jian)表9-9。配(pei)方6 (見(jian)表9-9)的說(shuo)明 。本配(pei)方由上海(hai)電(dian)力學(xue)(xue)院電(dian)化(hua)(hua)學(xue)(xue)研究(jiu)室國家(jia)電(dian)力公(gong)司(si)熱力設備腐蝕與防護(hu)重點實驗室 張俊喜、周國定及浙江大(da)學(xue)(xue)化(hua)(hua)學(xue)(xue)系(xi) 喬(qiao)亦男(nan)、曹楚(chu)南、張鑒清提(ti)出。
1. 載波鈍化著色法的應用(yong)
提出一種新的不(bu)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)場(chang)為信(xin)號(hao)(hao)發(fa)生器(qi)產生的(de)方波(bo)疊加在(zai)一直流(liu)(liu)信(xin)號(hao)(hao)上，調節方波(bo)的(de)頻率、占空比、幅值及直流(liu)(liu)信(xin)號(hao)(hao)電(dian)(dian)壓，并通過恒(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)(yi)來控制所(suo)需的(de)載波(bo)電(dian)(dian)場(chang)。由恒(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)(yi)輸出的(de)電(dian)(dian)流(liu)(liu)信(xin)號(hao)(hao)，通過數模轉換(huan)板用(yong)計算機采集，電(dian)(dian)流(liu)(liu)信(xin)號(hao)(hao)值以I-t的(de)形(xing)式(shi)記錄。恒(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)(yi)輸出的(de)電(dian)(dian)位信(xin)號(hao)(hao)由示(shi)波(bo)儀(yi)(yi)進行監測。
著(zhu)色液為(wei)(wei)2.5mol/L(相當于245g/L)硫酸(suan)溶液，溫(wen)度為(wei)(wei)70℃,由恒溫(wen)水浴控制溫(wen)度。電(dian)(dian)解(jie)槽采用單槽，參比電(dian)(dian)極(ji)為(wei)(wei)飽(bao)和(he)甘汞電(dian)(dian)極(ji)（SCE),鉑片為(wei)(wei)輔(fu)助電(dian)(dian)極(ji)。在調節好所需的電(dian)(dian)源條(tiao)件后，將304不銹鋼樣品移(yi)人(ren)著(zhu)色液中后接通電(dian)(dian)源進行著(zhu)色。
3. 膜層厚(hou)度(du)與色彩的(de)關(guan)系
不(bu)銹鋼表(biao)面膜(mo)層(ceng)色彩(cai)的不(bu)同是由(you)于光干涉(she)效應(ying)的程(cheng)差(cha)不(bu)同所致的。程(cheng)差(cha)R=2nd,其中(zhong)n為膜(mo)的折(zhe)射(she)率，d為膜(mo)層(ceng)厚度。實驗(yan)測得真聯(lian)折(zhe)射(she)率，顏色以及公式計算程(cheng)差(cha)見表(biao)9-23.
在同樣的(de)載波鈍化(hua)條件下，折射率(lv)相對不(bu)變，程差(cha)主(zhu)要由厚度來決定，也就是說，改變膜(mo)層的(de)厚度，就可得到(dao)不(bu)同色(se)彩(cai)的(de)不(bu)銹鋼。
4. 著色(se)膜顏色(se)的色(se)度(du)圖
實(shi)(shi)驗(yan)中采(cai)用(yong)(yong)色(se)(se)(se)(se)(se)差(cha)計(ji)對(dui)載(zai)波(bo)鈍化(hua)著色(se)(se)(se)(se)(se)膜的(de)(de)(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)(se)彩(cai)進行測(ce)量(liang)。色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)圖(tu)(tu)采(cai)用(yong)(yong)CIE 1931色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)圖(tu)(tu)。根據顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)匹配(pei)原(yuan)理，任一顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)都(dou)可(ke)(ke)以用(yong)(yong)三原(yuan)色(se)(se)(se)(se)(se)以適當(dang)的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例相(xiang)(xiang)加來實(shi)(shi)現(xian)。圖(tu)(tu)9-12為膜層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)(se)彩(cai)與厚度(du)(du)關系的(de)(de)(de)(de)(de)色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)坐(zuo)(zuo)標(biao)圖(tu)(tu)。圖(tu)(tu)9-12中x色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)坐(zuo)(zuo)標(biao)相(xiang)(xiang)當(dang)于(yu)紅原(yuan)色(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例，y色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)坐(zuo)(zuo)標(biao)則相(xiang)(xiang)當(dang)于(yu)綠原(yuan)色(se)(se)(se)(se)(se)的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例，圖(tu)(tu)中沒(mei)有z坐(zuo)(zuo)標(biao)，因為x+y+z=1,所(suo)以z可(ke)(ke)由(you)1-(x+y) 得到。色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)圖(tu)(tu)中的(de)(de)(de)(de)(de)圓弧(hu)是光譜(pu)軌跡，光譜(pu)軌跡曲線以及連接(jie)光譜(pu)軌跡兩(liang)端所(suo)形成的(de)(de)(de)(de)(de)馬(ma)蹄形內可(ke)(ke)包括一切物理上(shang)可(ke)(ke)能實(shi)(shi)現(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)，E 是等能白光。運(yun)用(yong)(yong)色(se)(se)(se)(se)(se)差(cha)計(ji)和色(se)(se)(se)(se)(se)度(du)(du)圖(tu)(tu)能較準(zhun)確地反映不銹鋼著色(se)(se)(se)(se)(se)膜色(se)(se)(se)(se)(se)彩(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)。從(cong)圖(tu)(tu)9-12可(ke)(ke)見，隨著厚度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加，膜層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)是周期性(xing)變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)，符合牛頓序列產(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)規律，這說(shuo)明膜層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)(se)(se)主要是由(you)光的(de)(de)(de)(de)(de)干涉所(suo)致的(de)(de)(de)(de)(de)。
5. 膜層的結構(gou)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(de)導電性
圖9-13是不銹鋼載波鈍化膜(mo)層(ceng)(ceng)的(de)安－伏(fu)（J-V)曲線。伏(fu)安法(fa)對(dui)膜(mo)層(ceng)(ceng)的(de)導電性測(ce)試表明(ming)，載波鈍化著(zhu)色膜(mo)有半(ban)導體性質，膜(mo)層(ceng)(ceng)的(de)導電具有整流性。
