不(bu)銹鋼電化(hua)(hua)學著彩(cai)色酸性溶液成(cheng)分和工藝(yi)條(tiao)件見表(biao)9-9。配(pei)方6 (見表(biao)9-9)的(de)說明 。本(ben)配(pei)方由上海電力學院電化(hua)(hua)學研(yan)究室國家電力公(gong)司熱力設備腐蝕與(yu)防(fang)護重點實驗室 張俊喜(xi)、周國定及浙江大學化(hua)(hua)學系(xi) 喬亦男、曹(cao)楚南、張鑒清提出。

1. 載波鈍化著(zhu)色法的應(ying)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(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)(suo)用(yong)電(dian)場為(wei)信(xin)(xin)號(hao)發生器產(chan)生的(de)方(fang)波疊加在一直流(liu)信(xin)(xin)號(hao)上，調節方(fang)波的(de)頻率、占空(kong)比、幅值及直流(liu)信(xin)(xin)號(hao)電(dian)壓，并通過(guo)恒電(dian)位(wei)儀來控制(zhi)所(suo)(suo)需的(de)載波電(dian)場。由(you)恒電(dian)位(wei)儀輸出的(de)電(dian)流(liu)信(xin)(xin)號(hao)，通過(guo)數模轉(zhuan)換板用(yong)計算機采(cai)集，電(dian)流(liu)信(xin)(xin)號(hao)值以I-t的(de)形式記錄。恒電(dian)位(wei)儀輸出的(de)電(dian)位(wei)信(xin)(xin)號(hao)由(you)示波儀進行監測。

  著色(se)液為(wei)2.5mol/L(相當于245g/L)硫酸溶液，溫(wen)度為(wei)70℃,由恒(heng)溫(wen)水浴控制溫(wen)度。電解槽(cao)采用單(dan)槽(cao)，參比(bi)電極(ji)為(wei)飽和甘汞(gong)電極(ji)（SCE),鉑(bo)片為(wei)輔助(zhu)電極(ji)。在調節好所需的電源條件后，將(jiang)304不銹鋼樣品(pin)移人(ren)著色(se)液中(zhong)后接通電源進(jin)行(xing)著色(se)。

3. 膜層厚度與(yu)色彩的關系

  不(bu)銹鋼表面膜層(ceng)色(se)彩的(de)不(bu)同是由于光(guang)干涉效應的(de)程差不(bu)同所致的(de)。程差R=2nd,其(qi)中(zhong)n為(wei)(wei)膜的(de)折(zhe)射(she)率，d為(wei)(wei)膜層(ceng)厚度。實驗測得真聯折(zhe)射(she)率，顏色(se)以及公式計(ji)算程差見表9-23.

 在同樣(yang)的(de)載波鈍化條件(jian)下，折射率相對不變(bian)，程(cheng)差主要由(you)厚(hou)度來決(jue)定(ding)，也就是說，改變(bian)膜層的(de)厚(hou)度，就可(ke)得到不同色彩的(de)不銹鋼。

4. 著色(se)膜顏(yan)色(se)的色(se)度(du)圖

  實驗中(zhong)(zhong)采用(yong)(yong)色(se)(se)(se)差計對載波(bo)鈍(dun)化(hua)著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)的(de)(de)色(se)(se)(se)彩(cai)進行測量。色(se)(se)(se)度圖(tu)(tu)(tu)采用(yong)(yong)CIE 1931色(se)(se)(se)度圖(tu)(tu)(tu)。根(gen)據顏(yan)色(se)(se)(se)匹(pi)配(pei)原(yuan)理，任一(yi)顏(yan)色(se)(se)(se)都可以用(yong)(yong)三原(yuan)色(se)(se)(se)以適當的(de)(de)比(bi)例相加來(lai)實現。圖(tu)(tu)(tu)9-12為(wei)膜(mo)層的(de)(de)色(se)(se)(se)彩(cai)與厚度關系的(de)(de)色(se)(se)(se)度坐(zuo)(zuo)標圖(tu)(tu)(tu)。圖(tu)(tu)(tu)9-12中(zhong)(zhong)x色(se)(se)(se)度坐(zuo)(zuo)標相當于紅(hong)原(yuan)色(se)(se)(se)的(de)(de)比(bi)例，y色(se)(se)(se)度坐(zuo)(zuo)標則相當于綠原(yuan)色(se)(se)(se)的(de)(de)比(bi)例，圖(tu)(tu)(tu)中(zhong)(zhong)沒(mei)有z坐(zuo)(zuo)標，因為(wei)x+y+z=1,所以z可由1-(x+y) 得到。色(se)(se)(se)度圖(tu)(tu)(tu)中(zhong)(zhong)的(de)(de)圓弧是(shi)光譜(pu)(pu)軌(gui)(gui)跡，光譜(pu)(pu)軌(gui)(gui)跡曲線以及連接(jie)光譜(pu)(pu)軌(gui)(gui)跡兩(liang)端所形(xing)成的(de)(de)馬蹄形(xing)內(nei)可包括一(yi)切物(wu)理上(shang)可能實現的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)，E 是(shi)等能白光。運用(yong)(yong)色(se)(se)(se)差計和(he)色(se)(se)(se)度圖(tu)(tu)(tu)能較準(zhun)確地反映(ying)不銹鋼著(zhu)色(se)(se)(se)膜(mo)色(se)(se)(se)彩(cai)的(de)(de)變(bian)化(hua)。從(cong)圖(tu)(tu)(tu)9-12可見，隨(sui)著(zhu)厚度的(de)(de)增加，膜(mo)層的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)是(shi)周期性變(bian)化(hua)的(de)(de)，符合牛頓序(xu)列(lie)產(chan)生的(de)(de)規律，這說明膜(mo)層的(de)(de)顏(yan)色(se)(se)(se)主(zhu)要(yao)是(shi)由光的(de)(de)干涉所致的(de)(de)。

5. 膜層的(de)結(jie)構與形貌

  SS304不(bu)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(de)導電性

  圖9-13是不銹鋼載波(bo)鈍化膜(mo)層(ceng)的安－伏(fu)（J-V)曲線。伏(fu)安法(fa)對膜(mo)層(ceng)的導(dao)電性測試表(biao)明，載波(bo)鈍化著色膜(mo)有半導(dao)體(ti)性質，膜(mo)層(ceng)的導(dao)電具有整流性。