Основният принцип на анодизиращото обезцветяване на титаниеви тръби е контролиран електрохимичен процес, а не добавянето на багрила. Можем да си представим това като "отглеждане" на прозрачен и твърд оксиден филм - титанов диоксид - върху повърхността на титан. Този процес протича в електролит с титаниева тръба, действаща като анод (положителен електрод) и постоянно или импулсно напрежение.
Когато през нея преминава електрически ток, титановите атоми на повърхността на титановата тръба губят електрони и се комбинират с кислородните йони в електролита, създавайки много тънък и плътен филм от титанов диоксид. Самият филм е безцветен и прозрачен, така че откъде идва наситеният цвят, който виждаме? Това се дължи главно на "ефекта на смущения от тънък филм". Това е като маслен филм върху водата след дъжд или мехур от сапун, който се издухва и придобива цветен цвят. Когато естествената светлина удари този изключително тънък оксиден филм, част от светлината се отразява директно върху повърхността на филма, докато другата част прониква през филма и се отразява отново на кръстовището на филма с титановата матрица. Когато тези два лъча отразена светлина се срещнат, възниква светлинна интерференция. Ако два светлинни гребена се срещнат с гребените (в една и съща фаза), светлината с тази дължина на вълната се засилва и можем да видим цвета; Обратно, ако гребенът срещне дъното (противоположна фаза), светлината е отслабена или дори изчезнала и не можем да видим цвета. Тъй като дебелината на филма от титанов диоксид е от същия порядък като дължината на вълната на видимата светлина (около 400-700 nm), този ефект на смущение е значителен. Чрез прецизно контролиране на дебелината на оксидния филм е възможно да се контролира кои дължини на вълната на светлината се усилват и кои се отслабват, което води до специфични цветове. Напрежението е най-критичният фактор при контролиране на дебелината на филма: колкото по-високо е напрежението, толкова по-силна е движещата сила на електрическото поле, толкова по-дебел е образуваният оксиден филм и цветът на смущението ще се промени от синьо, златистожълто и лилаво до по-тъмни нюанси (като тъмно синьо и зелено).
Анализ на стабилността на цветовете
Стабилността на цвета на титаниевите тръби след анодизиране е критична грижа и се влияе от комбинация от вътрешни и външни фактори.
От гледна точка на вътрешните фактори, самият филм от титанов диоксид има изключително висока химическа инертност и механична якост. Той се свързва много здраво с титановата матрица и е част от самата титаниева тръба, а не адхезия, така че е по-малко склонен към проблеми с отлепване като боя или покритие. Този филм може също значително да подобри устойчивостта на корозия на титаниеви тръби, което е една от причините за широкото му приложение в химическа и морска среда. Следователно, в конвенционалната среда на стайна температура, без износване и не-силна киселина и основи, цветът, получен чрез анодизиране, е доста стабилен и може да се поддържа в продължение на много години без значително избледняване.
Неговата стабилност обаче също има определени ограничения. Първо, цветът е по-малко термично стабилен. Ако титановата тръба се нагрява непрекъснато над 300 градуса по Целзий, структурата на оксидния филм ще започне да претърпява трансформация на кристална форма, което води до малки промени в дебелината на филма и индекса на пречупване, което води до "отклоняване" или потъмняване на цвета. При по-високи температури филмовият слой може дори да се повреди напълно. Второ, има механично износване. Въпреки че оксидният филм е много твърд, ако продължи да се търка и драска с по-твърди материали, той локално ще намали дебелината на слоя филм, което ще доведе до по-светъл цвят и дори ще разкрие истинския цвят на титана. И накрая, химическа атака. Въпреки устойчивостта на корозия, оксидният филм все още може да бъде корозирал и разтворен в гореща силна киселина (напр. флуороводородна киселина, концентрирана сярна киселина) или силна алкална среда и цветът естествено ще изчезне.
Ключови фактори, които влияят върху промяната на цвета
1. Напрежение: Това е основният и най-директен контролен фактор. Напрежението е основно линейно пропорционално на дебелината на оксидния филм, а дебелината на филма директно определя цвета. Следователно в промишленото производство номерът на цвета на крайния продукт се контролира прецизно чрез създаване на таблица за картографиране на „напрежение-цвят“. Например ниско напрежение (като 10-15 V) може да произведе светло златисто или синьо, средно напрежение (20-50 V) може да произведе лилаво, тъмно синьо или зелено, а високо напрежение (над 60 V) може да произведе тъмно зелено, кафяво или дори сиво.
2. Състав на електролита: Типът, концентрацията и pH на електролита са от решаващо значение. Най-често използваният е разреден разтвор на сярна киселина, който осигурява добра електропроводимост и умерена степен на окисление. Въпреки това различни киселини (като фосфорна киселина, хромова киселина) или алкални разтвори и дори органични киселини ще повлияят на скоростта на растеж, порьозността и микроструктурата на филмовия слой поради каталитичния или инхибиращ ефект на техните аниони върху процеса на окисление. Дори при едно и също напрежение, оптичните свойства на слоевете, произведени в различни електролити, могат леко да варират, което води до леки разлики в крайния цвят.
3. Режим на ток: Традиционният метод с постоянно напрежение е лесен за работа, но по-усъвършенстваните методи с постоянен ток или импулсните захранвания могат да осигурят по-добър контрол. Импулсното окисляване ефективно разсейва топлината, генерирана по време на реакцията, и дава време на реактивните йони да дифундират, което води до по-плътен, по-равномерен филмов слой, което е особено важно за получаване на продукт с голяма площ и равномерен цвят.
4. Време на окисляване: Времето засяга главно целостта на растежа на филма. В началния етап е необходимо достатъчно време, за да нарасне филмовият слой до стабилна дебелина на съответното напрежение. Въпреки това, ако времето е твърде дълго, филмът може да се разтвори или да стане груб в някои електролити, което ще повлияе на равномерността и яркостта на цвета.
5. Самата титаниева тръба: Повърхностното покритие на титаниевата тръба е основата. Силно полирана огледална повърхност и пясъкоструйно матово покритие ще представят много различен визуален ефект след подлагане на същото анодиране. Повърхността на огледалната повърхност е ярка и ярка, като метална боя; Матовата повърхност е мека и елегантна, по-скоро като присъщ цвят. В допълнение, съставът на сплавта и микроструктурата на титана също имат фино въздействие върху равномерното нарастване на оксидния филм.
В обобщение, анодизирането на титанови тръби е високо-технологична технология за повърхностна обработка, която прецизно „гравира“ дебелината на повърхностния оксиден филм чрез електрохимични методи и използва принципа на светлинна интерференция за представяне на цвят. Цветът му е блестящ и здраво свързан с матрицата, осигурявайки отлична ежедневна стабилност. Въпреки това, постигането на желаните равномерни и дълготрайни-цветни резултати изисква систематичен и прецизен контрол на набор от фактори като напрежение, електролит, време и състояние на повърхността на материала.
