不銹鋼電化學(xué)著彩色酸性溶液成分和工藝條件見表9-9。配方6 (見表9-9)的說明 。本配方由上海電力學(xué)院電化學(xué)研究室國家電力公司熱力設(shè)備腐蝕與防護(hù)重點(diǎn)實驗室 張俊喜、周國定及浙江大學(xué)化學(xué)系 喬亦男、曹楚南、張鑒清提出。
1. 載波鈍化著色法的應(yīng)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(xué)方法得到各種色彩的不銹鋼表面。傳統(tǒng)的因科法著色，是將不銹鋼浸入熱的硫酸＋鉻酸溶液中進(jìn)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(huán)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(fā)現(xiàn)，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(chǎn)生色彩是由于其表面膜層對光的干涉所致。根據(jù)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
所用電場為信號發(fā)生器產(chǎn)生的方波疊加在一直流信號上，調(diào)節(jié)方波的頻率、占空比、幅值及直流信號電壓，并通過恒電位儀來控制所需的載波電場。由恒電位儀輸出的電流信號，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換板用計算機(jī)采集，電流信號值以I-t的形式記錄。恒電位儀輸出的電位信號由示波儀進(jìn)行監(jiān)測。
著色液為2.5mol/L(相當(dāng)于245g/L)硫酸溶液，溫度為70℃,由恒溫水浴控制溫度。電解槽采用單槽，參比電極為飽和甘汞電極（SCE),鉑片為輔助電極。在調(diào)節(jié)好所需的電源條件后，將304不銹鋼樣品移人著色液中后接通電源進(jìn)行著色。
3. 膜層厚度與色彩的關(guān)系
不銹鋼表面膜層色彩的不同是由于光干涉效應(yīng)的程差不同所致的。程差R=2nd,其中n為膜的折射率，d為膜層厚度。實驗測得真聯(lián)折射率，顏色以及公式計算程差見表9-23.
在同樣的載波鈍化條件下，折射率相對不變，程差主要由厚度來決定，也就是說，改變膜層的厚度，就可得到不同色彩的不銹鋼。
4. 著色膜顏色的色度圖
實驗中采用色差計對載波鈍化著色膜的色彩進(jìn)行測量。色度圖采用CIE 1931色度圖。根據(jù)顏色匹配原理，任一顏色都可以用三原色以適當(dāng)?shù)谋壤嗉觼韺崿F(xiàn)。圖9-12為膜層的色彩與厚度關(guān)系的色度坐標(biāo)圖。圖9-12中x色度坐標(biāo)相當(dāng)于紅原色的比例，y色度坐標(biāo)則相當(dāng)于綠原色的比例，圖中沒有z坐標(biāo)，因為x+y+z=1,所以z可由1-(x+y) 得到。色度圖中的圓弧是光譜軌跡，光譜軌跡曲線以及連接光譜軌跡兩端所形成的馬蹄形內(nèi)可包括一切物理上可能實現(xiàn)的顏色，E 是等能白光。運(yùn)用色差計和色度圖能較準(zhǔn)確地反映不銹鋼著色膜色彩的變化。從圖9-12可見，隨著厚度的增加，膜層的顏色是周期性變化的，符合牛頓序列產(chǎn)生的規(guī)律，這說明膜層的顏色主要是由光的干涉所致的。
5. 膜層的結(jié)構(gòu)與形貌
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(jīng)漂洗、以銅網(wǎng)撈取晾干，即可進(jìn)行分析。從TEM照片可以看出膜層是由細(xì)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(jīng)膜層的衍射是較寬的環(huán)狀，說明膜層是處于微晶和非晶態(tài)之間的結(jié)構(gòu)。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(fā)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(jī)分布在膜層中的，有的則依次排列連接，可以認(rèn)為膜層中沿晶界的溝壕是由一個個的小坑發(fā)展連接起來的，膜層中的小坑則是由點(diǎn)蝕造成的，在膜層中，點(diǎn)蝕首先在薄弱的位置發(fā)生。總之，可以看出，整個膜層的表面是不均勻的。
6. 膜層的導(dǎo)電性
圖9-13是不銹鋼載波鈍化膜層的安－伏（J-V)曲線。伏安法對膜層的導(dǎo)電性測試表明，載波鈍化著色膜有半導(dǎo)體性質(zhì)，膜層的導(dǎo)電具有整流性。
