Основним принципом анодування знебарвлення титанових трубок є контрольований електрохімічний процес, а не додавання барвників. Ми можемо думати про це як про «вирощування» прозорої та твердої оксидної плівки – діоксиду титану – на поверхні титану. Цей процес відбувається в електроліті з титановою трубкою, яка виконує роль анода (позитивного електрода) і постійної або імпульсної напруги.
Коли через неї проходить електричний струм, атоми титану на поверхні титанової трубки втрачають електрони та з’єднуються з іонами кисню в електроліті, створюючи дуже тонку та щільну плівку діоксиду титану. Сама плівка безбарвна і прозора, тож звідки береться насичений колір, який ми бачимо? В основному це пов’язано з «ефектом інтерференції тонкої плівки». Це схоже на масляну плівку на воді після дощу або мильну бульбашку, яка видувається і набуває барвистого кольору. Коли природне світло потрапляє на цю надзвичайно тонку оксидну плівку, частина світла відбивається безпосередньо на поверхні плівки, тоді як інша частина проникає через плівку та знову відбивається на стику плівки з титановою матрицею. Коли ці два пучки відбитого світла зустрічаються, виникає світлова інтерференція. Якщо два світлові гребені зустрічаються (в одній фазі), світло цієї довжини хвилі посилюється, і ми можемо побачити колір; І навпаки, якщо гребінь зустрічається з западиною (протилежна фаза), світло слабшає або навіть гаситься, і ми не можемо побачити колір. Оскільки товщина плівки діоксиду титану такого ж порядку, як і довжина хвилі видимого світла (приблизно 400-700 нм), цей ефект інтерференції є значним. Завдяки точному контролю товщини оксидної плівки можна контролювати, яка довжина хвилі світла підсилюється, а яка послаблюється, що призводить до певних кольорів. Напруга є найважливішим фактором контролю товщини плівки: чим вища напруга, тим сильніша рушійна сила електричного поля, тим товщі утворюється оксидна плівка, а колір перешкод змінюватиметься від синього, золотисто-жовтого та фіолетового до темніших відтінків (наприклад, темно-синій і зелений).
Аналіз стійкості кольорів
Стійкість кольору титанових труб після анодування є критичною проблемою, і на це впливає комбінація внутрішніх і зовнішніх факторів.
З точки зору внутрішніх факторів, сама ця плівка з діоксиду титану має надзвичайно високу хімічну інертність і механічну міцність. Він дуже міцно з’єднується з титановою матрицею і є частиною самої титанової трубки, а не адгезою, тому він менш схильний до проблем з відшаруванням, як-от фарба чи покриття. Ця плівка також може значно підвищити стійкість титанових труб до корозії, що є однією з причин її широкого застосування в хімічних і морських середовищах. Таким чином, у звичайному середовищі кімнатної температури, відсутності зносу та не-сильних кислот і лугів колір, отриманий анодуванням, є досить стабільним і може зберігатися протягом багатьох років без значного вицвітання.
Однак його стабільність також має певні обмеження. По-перше, колір менш термостабільний. Якщо титанову трубку постійно нагрівати вище 300 градусів за Цельсієм, структура оксидної плівки почне піддаватися трансформації кристалічної форми, що призведе до невеликих змін товщини плівки та показника заломлення, що призведе до «зміщення» кольору або потемніння. При більш високих температурах плівковий шар може навіть повністю вийти з ладу. По-друге, є механічний знос. Незважаючи на те, що оксидна плівка дуже тверда, якщо вона продовжує тертися та дряпати твердішими матеріалами, вона локально зменшить товщину шару плівки, що призведе до світлішого кольору та навіть виявлення справжнього кольору титану. Нарешті, хімічна атака. Незважаючи на стійкість до корозії, оксидна плівка все ще може піддаватися корозії та розчинятися в гарячій сильній кислоті (наприклад, плавиковій кислоті, концентрованій сірчаній кислоті) або сильному лужному середовищі, і колір природним чином зникне.
Ключові фактори, що впливають на зміну кольору
1. Напруга: це основний і найбільш прямий фактор контролю. Напруга в основному лінійно пропорційна товщині оксидної плівки, а товщина плівки безпосередньо визначає колір. Таким чином, у промисловому виробництві номер кольору кінцевого продукту точно контролюється шляхом встановлення таблиці відображення «напруги-колір». Наприклад, низька напруга (наприклад, 10-15 В) може створювати світло-золотий або синій колір, середня напруга (20-50 В) може створювати фіолетовий, темно-синій або зелений колір, а висока напруга (вище 60 В) може створювати темно-зелений, коричневий або навіть сірий ряд.
2. Склад електроліту: тип, концентрація та рН електроліту мають вирішальне значення. Найчастіше використовується розбавлений розчин сірчаної кислоти, який забезпечує хорошу електропровідність і помірну швидкість окислення. Однак різні кислоти (такі як фосфорна кислота, хромова кислота) або лужні розчини, і навіть органічні кислоти впливатимуть на швидкість росту, пористість і мікроструктуру шару плівки через каталітичну або інгібуючу дію їхніх аніонів на процес окислення. Навіть за однакової напруги оптичні властивості шарів, виготовлених у різних електролітах, можуть незначно відрізнятися, що призводить до незначних відмінностей у кінцевому кольорі.
3. Режим струму: традиційний метод постійної напруги простий у використанні, але більш просунуті методи постійного струму або імпульсні джерела живлення можуть забезпечити кращий контроль. Імпульсне окислення ефективно розсіює тепло, що утворюється під час реакції, і дає реакційноздатним іонам час для диффузії, в результаті чого утворюється більш щільний і рівномірний шар плівки, що особливо важливо для отримання продукту з великою площею і рівномірного кольору.
4. Час окислення: час головним чином впливає на цілісність росту плівки. На початковому етапі потрібен достатній час, щоб шар плівки виріс до стабільної товщини відповідної напруги. Однак, якщо час занадто довгий, плівка може розчинитися або стати шорсткою в деяких електролітах, що вплине на рівномірність і яскравість кольору.
5. Сама титанова трубка: обробка поверхні титанової трубки є основою. Добре полірована дзеркальна поверхня та піскоструминна матова обробка створять зовсім інший візуальний ефект після того самого анодування. Поверхня дзеркальної поверхні яскрава і яскрава, як фарба металік; Матова поверхня м'яка і елегантна, більше схожа на властивий колір. Крім того, склад сплаву та мікроструктура титану також мало помітно впливають на рівномірне зростання оксидної плівки.
Таким чином, анодування титанових трубок є високо{0}}технологічною технологією обробки поверхні, яка точно «гравірує» товщину поверхневої оксидної плівки за допомогою електрохімічних методів і використовує принцип інтерференції світла для надання кольору. Його колір блискучий і міцно з’єднаний з матрицею, забезпечуючи чудову щоденну стабільність. Однак досягнення бажаного рівномірного й тривалого -результату кольору вимагає систематичного й точного контролю ряду факторів, таких як напруга, електроліт, час і стан поверхні матеріалу.
