不銹鋼電化學(xue)著彩色酸性溶液成分和(he)工藝條件見表(biao)9-9。配方6 (見表(biao)9-9)的說明 。本配方由(you)上(shang)海電力(li)學(xue)院電化學(xue)研究室國家電力(li)公司熱力(li)設備腐(fu)蝕與(yu)防護重點(dian)實驗室 張(zhang)俊喜、周國定(ding)及浙江大學(xue)化學(xue)系(xi) 喬亦男、曹楚(chu)南、張(zhang)鑒清提出。

1. 載波鈍化著色法的應用

  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)用電(dian)(dian)場為信(xin)號(hao)(hao)發生器產生的(de)(de)方(fang)波(bo)疊加在一直流(liu)(liu)(liu)信(xin)號(hao)(hao)上(shang)，調節(jie)方(fang)波(bo)的(de)(de)頻率、占空比、幅值及直流(liu)(liu)(liu)信(xin)號(hao)(hao)電(dian)(dian)壓，并(bing)通過恒電(dian)(dian)位儀(yi)來控制所(suo)需的(de)(de)載波(bo)電(dian)(dian)場。由恒電(dian)(dian)位儀(yi)輸(shu)出的(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)信(xin)號(hao)(hao)，通過數(shu)模轉換(huan)板用計(ji)算機采集(ji)，電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)信(xin)號(hao)(hao)值以I-t的(de)(de)形式記(ji)錄(lu)。恒電(dian)(dian)位儀(yi)輸(shu)出的(de)(de)電(dian)(dian)位信(xin)號(hao)(hao)由示波(bo)儀(yi)進行監測。

  著色(se)液(ye)為2.5mol/L(相(xiang)當于(yu)245g/L)硫(liu)酸溶(rong)液(ye)，溫度為70℃,由(you)恒(heng)溫水浴控制溫度。電解(jie)槽采用單槽，參(can)比電極(ji)為飽(bao)和甘(gan)汞電極(ji)（SCE),鉑(bo)片為輔助電極(ji)。在調(diao)節好所(suo)需的電源(yuan)(yuan)條件后，將304不銹鋼樣品移人(ren)著色(se)液(ye)中后接通(tong)電源(yuan)(yuan)進行(xing)著色(se)。

3. 膜(mo)層厚度與色彩的(de)關系

  不銹鋼表面膜(mo)層色彩的(de)(de)不同是由于光(guang)干涉效應的(de)(de)程差(cha)不同所致的(de)(de)。程差(cha)R=2nd,其中n為膜(mo)的(de)(de)折射(she)率，d為膜(mo)層厚(hou)度。實驗測(ce)得真聯折射(she)率，顏色以及公(gong)式計算程差(cha)見表9-23.

 在(zai)同樣(yang)的載波鈍化條(tiao)件下，折(zhe)射(she)率(lv)相對(dui)不(bu)變，程(cheng)差主要由厚(hou)度來(lai)決定，也就(jiu)是說，改變膜層的厚(hou)度，就(jiu)可得(de)到不(bu)同色彩的不(bu)銹(xiu)鋼。

4. 著色膜顏色的(de)色度圖

  實(shi)驗中采用(yong)色(se)(se)差計對載波(bo)鈍化(hua)著(zhu)色(se)(se)膜的(de)(de)(de)色(se)(se)彩(cai)進行測量(liang)。色(se)(se)度(du)圖(tu)采用(yong)CIE 1931色(se)(se)度(du)圖(tu)。根據顏(yan)色(se)(se)匹配原理，任(ren)一(yi)顏(yan)色(se)(se)都可(ke)(ke)(ke)以用(yong)三原色(se)(se)以適當(dang)的(de)(de)(de)比例相加(jia)來(lai)實(shi)現(xian)。圖(tu)9-12為膜層(ceng)的(de)(de)(de)色(se)(se)彩(cai)與厚度(du)關系(xi)的(de)(de)(de)色(se)(se)度(du)坐標圖(tu)。圖(tu)9-12中x色(se)(se)度(du)坐標相當(dang)于(yu)(yu)紅原色(se)(se)的(de)(de)(de)比例，y色(se)(se)度(du)坐標則相當(dang)于(yu)(yu)綠原色(se)(se)的(de)(de)(de)比例，圖(tu)中沒有z坐標，因為x+y+z=1,所以z可(ke)(ke)(ke)由(you)1-(x+y) 得到(dao)。色(se)(se)度(du)圖(tu)中的(de)(de)(de)圓弧是光(guang)(guang)譜軌(gui)跡(ji)，光(guang)(guang)譜軌(gui)跡(ji)曲線以及連(lian)接(jie)光(guang)(guang)譜軌(gui)跡(ji)兩(liang)端(duan)所形成的(de)(de)(de)馬蹄形內可(ke)(ke)(ke)包(bao)括一(yi)切(qie)物理上可(ke)(ke)(ke)能實(shi)現(xian)的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)，E 是等能白光(guang)(guang)。運用(yong)色(se)(se)差計和色(se)(se)度(du)圖(tu)能較(jiao)準確(que)地反(fan)映不(bu)銹(xiu)鋼著(zhu)色(se)(se)膜色(se)(se)彩(cai)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)。從圖(tu)9-12可(ke)(ke)(ke)見，隨(sui)著(zhu)厚度(du)的(de)(de)(de)增加(jia)，膜層(ceng)的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)是周期性(xing)變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)，符合牛(niu)頓序列產(chan)生的(de)(de)(de)規律，這說明膜層(ceng)的(de)(de)(de)顏(yan)色(se)(se)主要是由(you)光(guang)(guang)的(de)(de)(de)干涉所致的(de)(de)(de)。

5. 膜層的結(jie)構與(yu)形貌

  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. 膜層的(de)導(dao)電性

  圖9-13是不銹(xiu)鋼載波鈍化(hua)膜(mo)層(ceng)(ceng)的(de)安－伏（J-V)曲線。伏安法對膜(mo)層(ceng)(ceng)的(de)導(dao)電(dian)性測試表明，載波鈍化(hua)著色(se)膜(mo)有(you)半(ban)導(dao)體性質，膜(mo)層(ceng)(ceng)的(de)導(dao)電(dian)具有(you)整流性。