Kärnprincipen för anodisering av missfärgning av titanrör är en kontrollerad elektrokemisk process snarare än tillsats av färgämnen. Vi kan tänka på det som att "odla" en transparent och hård oxidfilm – titandioxid – på ytan av titan. Denna process sker i en elektrolyt, med ett titanrör som fungerar som en anod (positiv elektrod) och en DC- eller pulsad spänning.
När en elektrisk ström passerar genom den förlorar titanatomerna på ytan av titanröret elektroner och kombineras med syrejonerna i elektrolyten, vilket skapar en mycket tunn och tät film av titandioxid. Själva filmen är färglös och genomskinlig, så var kommer den rika färgen vi ser ifrån? Detta beror främst på "tunnfilmsinterferenseffekten". Det är som en oljefilm på vattnet efter regn, eller en såpbubbla som blåser ut, som får en färgstark färg. När naturligt ljus träffar denna extremt tunna oxidfilm reflekteras en del av ljuset direkt på filmens yta, medan den andra delen penetrerar filmen och reflekteras igen vid filmens förbindelse med titanmatrisen. När dessa två strålar av reflekterat ljus möts uppstår ljusinterferens. Om två ljustoppar möter topparna (i samma fas) förstärks ljuset av den våglängden och vi kan se färgen; Omvänt, om krönet möter tråget (motsatt fas), försvagas ljuset eller till och med släcks ut, och vi kan inte se färgen. Eftersom tjockleken på titandioxidfilmen är i samma storleksordning som våglängden för synligt ljus (ca 400-700 nm), är denna interferenseffekt signifikant. Genom att exakt kontrollera oxidfilmens tjocklek är det möjligt att kontrollera vilka våglängder av ljus som förstärks och vilka som försvagas, vilket resulterar i specifika färger. Spänning är den mest kritiska faktorn för att kontrollera filmtjockleken: ju högre spänning, desto starkare drivkraft av det elektriska fältet, desto tjockare bildas oxidfilmen, och färgen på interferensen kommer att ändras från blått, guldgult och lila till mörkare nyanser (som mörkblå och grön).
Stabilitetsanalys av färger
Stabiliteten av färgen på titanrör efter anodisering är en kritisk fråga, och den påverkas av en kombination av interna och externa faktorer.
Ur interna faktorers perspektiv har denna titandioxidfilm i sig extremt hög kemisk tröghet och mekanisk styrka. Den binder sig mycket stadigt till titanmatrisen och är en del av själva titanröret, inte en vidhäftning, så det är mindre benäget att få problem med skalning som färg eller plätering. Denna film kan också avsevärt förbättra korrosionsbeständigheten hos titanrör, vilket är en av anledningarna till dess breda tillämpning i kemiska och marina miljöer. Därför, i den konventionella miljön med rumstemperatur, inget slitage och icke-stark syra och alkali, är färgen som produceras genom anodisering ganska stabil och kan bibehållas i många år utan betydande blekning.
Men dess stabilitet har också vissa begränsningar. För det första är färgen mindre termiskt stabil. Om titanröret kontinuerligt värms över 300 grader Celsius, kommer strukturen av oxidfilmen att börja genomgå kristallformomvandling, vilket resulterar i små förändringar i filmtjocklek och brytningsindex, vilket resulterar i att färgen "drift" eller mörknar. Vid högre temperaturer kan filmskiktet till och med gå sönder helt. För det andra finns det mekaniskt slitage. Även om oxidfilmen är mycket hård, om den fortsätter att gnugga och repa med hårdare material, kommer den lokalt att minska tjockleken på filmskiktet, vilket resulterar i ljusare färg och till och med avslöjar titanets sanna färg. Slutligen kemisk attack. Trots korrosionsbeständighet kan oxidfilmen fortfarande korroderas och lösas i en varm stark syra (t.ex. fluorvätesyra, koncentrerad svavelsyra) eller stark alkalisk miljö, och färgen kommer naturligt att försvinna.
Viktiga faktorer som påverkar färgförändring
1. Spänning: Detta är kärnan och den mest direkta styrfaktorn. Spänningen är i princip linjärt proportionell mot oxidfilmtjockleken och filmtjockleken bestämmer direkt färgen. Därför, i industriell produktion, kontrolleras färgnumret för slutprodukten exakt genom att upprätta en "spännings-färg" kartläggningstabell. Till exempel kan låga spänningar (som 10-15V) producera ljust guld eller blått, mellanspänningar (20-50V) kan producera lila, mörkblått eller grönt, och höga spänningar (över 60V) kan producera mörkgröna, bruna eller till och med grå serier.
2. Elektrolytens sammansättning: Typen, koncentrationen och pH hos elektrolyten är avgörande. Den mest använda är en utspädd svavelsyralösning, som ger god elektrisk ledningsförmåga och en måttlig oxidationshastighet. Olika syror (såsom fosforsyra, kromsyra) eller alkaliska lösningar och till och med organiska syror kommer dock att påverka tillväxthastigheten, porositeten och mikrostrukturen hos filmskiktet på grund av den katalytiska eller hämmande effekten av deras anjoner på oxidationsprocessen. Även vid samma spänning kan de optiska egenskaperna hos de skikt som produceras i olika elektrolyter variera något, vilket resulterar i små skillnader i den slutliga färgen.
3. Strömläge: Den traditionella konstantspänningsmetoden är enkel att använda, men mer avancerade konstantströmsmetoder eller pulserande strömförsörjning kan ge bättre kontroll. Pulserad oxidation leder effektivt bort värme som genereras under reaktionen och ger de reaktiva jonerna tid att diffundera, vilket resulterar i ett tätare, mer enhetligt filmskikt, vilket är särskilt viktigt för att få en produkt med stor yta och enhetlig färg.
4. Oxidationstid: Tid påverkar huvudsakligen integriteten av filmtillväxt. I det inledande skedet krävs tillräcklig tid för att filmskiktet ska växa till en stabil tjocklek av motsvarande spänning. Men om tiden är för lång kan filmen lösas upp eller bli grov i vissa elektrolyter, vilket kommer att påverka färgens enhetlighet och ljushet.
5. Själva titanröret: Ytfinishen på titanröret är grunden. En högpolerad spegelyta och en sandblästrad matt yta ger en helt annan visuell effekt efter att ha genomgått samma anodisering. Ytan på spegelytan är ljus och ljus, som metallfärg; Den matta ytan är mjuk och elegant, mer som en inneboende färg. Dessutom har legeringssammansättningen och mikrostrukturen hos titan också en subtil inverkan på den enhetliga tillväxten av oxidfilmen.
Sammanfattningsvis är anodisering av titanrör en hög-teknologi för ytbehandling som exakt "graverar" tjockleken på ytoxidfilmen genom elektrokemiska metoder och använder principen om ljusinterferens för att presentera färg. Dess färg är lysande och fast bunden till matrisen, vilket ger utmärkt daglig stabilitet. För att uppnå de önskade enhetliga och långvariga färgresultaten krävs dock systematisk och exakt kontroll av en rad faktorer som spänning, elektrolyt, tid och materialyttillstånd.
