不銹鋼電化學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院電化學研究室國家電力公司熱力設備腐蝕與防護重點實驗室 張俊喜、周國定及浙江大學化學系 喬亦男、曹楚南、張鑒清提出。

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(tǒng)的因科法著色，是將不銹鋼浸入熱的硫酸＋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(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行監(jiān)測。

  著色液為2.5mol/L(相當于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行著色。

3. 膜層厚度與色彩的關系

  不銹鋼表面膜層色彩的不同是由于光干涉效應的程差不同所致的。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?shù)谋壤嗉觼韺崿F(xiàn)。圖9-12為膜層的色彩與厚度關系的色度坐標圖。圖9-12中x色度坐標相當于紅原色的比例，y色度坐標則相當于綠原色的比例，圖中沒有z坐標，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。運用色差計和色度圖能較準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. 膜層的結構與形貌

  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(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(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(fā)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(fā)生?？傊?，可以看出，整個膜層的表面是不均勻的。

6. 膜層的導電性

  圖9-13是不銹鋼載波鈍化膜層的安－伏（J-V)曲線。伏安法對膜層的導電性測試表明，載波鈍化著色膜有半導體性質(zhì)，膜層的導電具有整流性。