不銹鋼電化學(xue)(xue)著彩色酸性溶液成分和(he)工(gong)藝條件見表(biao)9-9。配(pei)(pei)方6 (見表(biao)9-9)的說明 。本(ben)配(pei)(pei)方由上海(hai)電力學(xue)(xue)院(yuan)電化學(xue)(xue)研究室國家電力公司熱力設備腐蝕與防(fang)護重點實驗室 張俊喜、周國定及(ji)浙江大學(xue)(xue)化學(xue)(xue)系 喬亦(yi)男(nan)、曹楚南、張鑒清(qing)提出。

1. 載波鈍化著色法的(de)應(ying)用(yong)

  提出一種新的不(bu)銹鋼(gang)著(zhu)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(xiu)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)號發(fa)生(sheng)器產(chan)生(sheng)的(de)方波疊(die)加在一直流(liu)信(xin)號上，調節(jie)方波的(de)頻率、占空比、幅值(zhi)及直流(liu)信(xin)號電(dian)(dian)壓(ya)，并通(tong)過(guo)恒(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)(yi)(yi)來控制所需的(de)載波電(dian)(dian)場。由恒(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)(yi)(yi)輸(shu)出的(de)電(dian)(dian)流(liu)信(xin)號，通(tong)過(guo)數模轉換板用計算機采集，電(dian)(dian)流(liu)信(xin)號值(zhi)以I-t的(de)形(xing)式記錄。恒(heng)電(dian)(dian)位儀(yi)(yi)(yi)輸(shu)出的(de)電(dian)(dian)位信(xin)號由示波儀(yi)(yi)(yi)進行(xing)監測。

  著(zhu)色(se)液(ye)為(wei)2.5mol/L(相當(dang)于245g/L)硫酸溶液(ye)，溫度為(wei)70℃,由恒(heng)溫水浴控(kong)制溫度。電(dian)(dian)解槽采用單(dan)槽，參比電(dian)(dian)極為(wei)飽和甘汞電(dian)(dian)極（SCE),鉑片為(wei)輔(fu)助(zhu)電(dian)(dian)極。在調節好(hao)所需的(de)電(dian)(dian)源條(tiao)件(jian)后，將304不銹(xiu)鋼(gang)樣品(pin)移人著(zhu)色(se)液(ye)中后接通電(dian)(dian)源進行著(zhu)色(se)。

3. 膜層(ceng)厚度與(yu)色(se)彩的關系

  不銹(xiu)鋼表面膜層(ceng)色彩(cai)的(de)不同是由于光干涉效應的(de)程(cheng)差(cha)不同所(suo)致的(de)。程(cheng)差(cha)R=2nd,其中n為膜的(de)折(zhe)射率(lv)，d為膜層(ceng)厚(hou)度。實驗測(ce)得真(zhen)聯折(zhe)射率(lv)，顏(yan)色以及(ji)公(gong)式計算程(cheng)差(cha)見表9-23.

 在同樣(yang)的(de)載波鈍化條件下(xia)，折射率相對不變(bian)，程差主要由厚度(du)來決定(ding)，也就是說，改變(bian)膜(mo)層的(de)厚度(du)，就可得到不同色彩的(de)不銹鋼。

4. 著色膜顏色的色度圖

  實驗中采用(yong)色(se)(se)(se)(se)差計(ji)(ji)對載波鈍化著色(se)(se)(se)(se)膜(mo)(mo)(mo)的(de)色(se)(se)(se)(se)彩進行測量。色(se)(se)(se)(se)度(du)圖采用(yong)CIE 1931色(se)(se)(se)(se)度(du)圖。根據顏色(se)(se)(se)(se)匹(pi)配(pei)原理，任一(yi)顏色(se)(se)(se)(se)都可(ke)(ke)以用(yong)三(san)原色(se)(se)(se)(se)以適(shi)當的(de)比例相(xiang)加(jia)來實現(xian)。圖9-12為膜(mo)(mo)(mo)層(ceng)的(de)色(se)(se)(se)(se)彩與厚(hou)度(du)關系(xi)的(de)色(se)(se)(se)(se)度(du)坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)圖。圖9-12中x色(se)(se)(se)(se)度(du)坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)相(xiang)當于(yu)紅原色(se)(se)(se)(se)的(de)比例，y色(se)(se)(se)(se)度(du)坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)則相(xiang)當于(yu)綠原色(se)(se)(se)(se)的(de)比例，圖中沒(mei)有(you)z坐(zuo)(zuo)(zuo)標(biao)(biao)，因為x+y+z=1,所以z可(ke)(ke)由1-(x+y) 得到。色(se)(se)(se)(se)度(du)圖中的(de)圓弧是光(guang)譜(pu)(pu)軌跡(ji)，光(guang)譜(pu)(pu)軌跡(ji)曲線以及(ji)連(lian)接(jie)光(guang)譜(pu)(pu)軌跡(ji)兩端所形(xing)成的(de)馬蹄(ti)形(xing)內可(ke)(ke)包(bao)括(kuo)一(yi)切物理上(shang)可(ke)(ke)能實現(xian)的(de)顏色(se)(se)(se)(se)，E 是等能白光(guang)。運用(yong)色(se)(se)(se)(se)差計(ji)(ji)和色(se)(se)(se)(se)度(du)圖能較準確(que)地反映不銹鋼著色(se)(se)(se)(se)膜(mo)(mo)(mo)色(se)(se)(se)(se)彩的(de)變化。從圖9-12可(ke)(ke)見，隨(sui)著厚(hou)度(du)的(de)增加(jia)，膜(mo)(mo)(mo)層(ceng)的(de)顏色(se)(se)(se)(se)是周期(qi)性(xing)變化的(de)，符合牛頓(dun)序列產生的(de)規律，這說明膜(mo)(mo)(mo)層(ceng)的(de)顏色(se)(se)(se)(se)主要是由光(guang)的(de)干涉所致的(de)。

5. 膜層的結構與形貌

  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. 膜層的導電性(xing)

  圖9-13是不(bu)銹鋼載(zai)波鈍化膜層的(de)安－伏（J-V)曲(qu)線。伏安法(fa)對膜層的(de)導(dao)電性(xing)測(ce)試表明，載(zai)波鈍化著色膜有半導(dao)體性(xing)質，膜層的(de)導(dao)電具有整流性(xing)。