热碱法彩色金相原理

用化学方法沉淀在金属上的膜使光产生的干涉效应是热碱法显现颜色的光学基础。

描述干涉现象形成的原理见图1。设想一束由连续光谱组成的白色光投射到一个空气-膜-金属系统上，投射到薄膜表面上的白光经过空气-薄膜及薄膜-金属两个界面，发生反射与折射，反射光与折射光各自经历的光程与位相不同。当两束光相遇时，反射光束发生薄膜干涉，使光的强度减弱或使某种波长的光消失，产生所谓消光效应。如果没有对某种波长的光产生吸收及消光效应，人们将看不到颜色。

图1  空气-膜-金属的干涉效应

光的位相对消光有重要作用，消光的位向条件除受金属组织固有的光学常数影响外，更重要决定于薄膜厚度。膜厚不问将产生不同的消光效应，例如在白色光照明条件下，金属组织中某一相的膜厚正好使蓝色波长（440μm）的光发生消失，于是，反射光的光谱则由蓝光以外的混合光组成。这时反射光已不再是白光，而是呈现出另一种波长颜色的光。同样原理，在相同的组织中由于偏析引起成分分布不均，造成膜厚不等，从而促使同一相分的不同位置处也显示出不同的颜色。

热碱法能使铸铁试样表面依成分、组织差异而形成厚度不同的薄膜。当金相试样浸入碱液之后，铸铁成分中的Si所形成的SiO₂会与NaOH按下式进行反应：

2NaOH+SiO₂=Na₂SiO₃·H₂O（胶体）

碱液中的苦味酸：C₆H₂(NO₂)₃OH  同时与NaOH反应：

C₆H₂(NO₂)₃OH+NaOH=C₆H₂(NO₂)₃ONa+H₂O

作为胶体的偏硅酸钠Na₂SiO₃·H₂O要吸附苦味酸钠沉积于试样表面，形成一层薄膜，含Si高的区域，SiO₂多，薄膜形成得快，膜容易长厚；Si低的区域膜薄，最后生成厚度不等的薄膜。除Si以外，其他元素的偏析也会加速不同厚度膜的形成。