Titāna cauruļu anodēšanas krāsas maiņas pamatprincips ir kontrolēts elektroķīmisks process, nevis krāsvielu pievienošana. Mēs to varam uzskatīt par caurspīdīgas un cietas oksīda plēves - titāna dioksīda - "audzēšanu" uz titāna virsmas. Šis process notiek elektrolītā ar titāna cauruli, kas darbojas kā anods (pozitīvs elektrods), un ar līdzstrāvas vai impulsa spriegumu.
Kad caur to iet elektriskā strāva, titāna atomi uz titāna caurules virsmas zaudē elektronus un savienojas ar skābekļa joniem elektrolītā, radot ļoti plānu un blīvu titāna dioksīda plēvi. Pati plēve ir bezkrāsaina un caurspīdīga, tad no kurienes nāk bagātīgā krāsa, ko mēs redzam? Tas galvenokārt ir saistīts ar "plānās plēves traucējumu efektu". Tā ir kā eļļas plēve uz ūdens pēc lietus vai izpūš ziepju burbulis, kas iegūst krāsainu krāsu. Dabiskā gaisma saskaroties ar šo ārkārtīgi plāno oksīda plēvi, daļa gaismas tiek atstarota tieši uz plēves virsmas, bet otra daļa iekļūst plēvē un atkal atstarojas plēves savienojuma vietā ar titāna matricu. Kad šie divi atstarotās gaismas stari saskaras, rodas gaismas traucējumi. Ja divas gaismas virsotnes sastopas ar virsotnēm (vienā fāzē), šī viļņa garuma gaisma tiek pastiprināta un mēs varam redzēt krāsu; Un otrādi, ja cekuls saskaras ar sile (pretējā fāze), gaisma tiek vājināta vai pat izslēgta, un mēs nevaram redzēt krāsu. Tā kā titāna dioksīda plēves biezums ir vienāds ar redzamās gaismas viļņa garumu (apmēram 400–700 nm), šis traucējumu efekts ir ievērojams. Precīzi kontrolējot oksīda plēves biezumu, ir iespējams kontrolēt, kuri gaismas viļņu garumi tiek pastiprināti un kuri vājināti, kā rezultātā tiek iegūtas specifiskas krāsas. Spriegums ir vissvarīgākais plēves biezuma regulēšanas faktors: jo lielāks ir spriegums, jo spēcīgāks ir elektriskā lauka virzošais spēks, jo biezāka veidojas oksīda plēve, un traucējumu krāsa mainīsies no zilas, zeltaini dzeltenas un purpursarkanas uz tumšākiem toņiem (piemēram, tumši zilu un zaļu).
Krāsu stabilitātes analīze
Titāna cauruļu krāsas stabilitāte pēc anodēšanas ir kritiska problēma, un to ietekmē iekšēju un ārēju faktoru kombinācija.
No iekšējo faktoru viedokļa šai titāna dioksīda plēvei ir ārkārtīgi augsta ķīmiskā inerce un mehāniskā izturība. Tas ļoti cieši saistās ar titāna matricu un ir daļa no pašas titāna caurules, nevis pieķeršanās, tāpēc tā ir mazāk pakļauta lobīšanās problēmām, piemēram, krāsošanai vai pārklājumam. Šī plēve var arī ievērojami uzlabot titāna cauruļu izturību pret koroziju, kas ir viens no iemesliem tās plašajai izmantošanai ķīmiskajā un jūras vidē. Tāpēc parastajā vidē, kurā ir istabas temperatūra, bez nodiluma un ne-spēcīgām skābēm un sārmiem, anodēšanas rezultātā iegūtā krāsa ir diezgan stabila un to var saglabāt daudzus gadus bez būtiskas izbalēšanas.
Tomēr tā stabilitātei ir arī noteikti ierobežojumi. Pirmkārt, krāsa ir mazāk termiski stabila. Ja titāna caurule tiek nepārtraukti karsēta virs 300 grādiem pēc Celsija, oksīda plēves struktūra sāks pārveidoties par kristālisko formu, kā rezultātā plēves biezums un laušanas koeficients mainīsies nelielas, kā rezultātā krāsa "nobīdās" vai kļūst tumšāka. Augstākā temperatūrā plēves slānis var pat pilnībā sabojāt. Otrkārt, ir mehānisks nodilums. Lai gan oksīda plēve ir ļoti cieta, ja tā turpinās berzēties un skrāpēt ar cietākiem materiāliem, tā lokāli samazinās plēves slāņa biezumu, kā rezultātā krāsa kļūst gaišāka un pat atklāj patieso titāna krāsu. Visbeidzot, ķīmiskais uzbrukums. Neskatoties uz izturību pret koroziju, oksīda plēve joprojām var būt korozija un izšķīdināta karstā stiprā skābē (piemēram, fluorūdeņražskābē, koncentrētā sērskābē) vai stiprā sārmainā vidē, un krāsa dabiski izzudīs.
Galvenie faktori, kas ietekmē krāsu maiņu
1. Spriegums: šis ir galvenais un vistiešākais kontroles faktors. Spriegums būtībā ir lineāri proporcionāls oksīda plēves biezumam, un plēves biezums tieši nosaka krāsu. Tāpēc rūpnieciskajā ražošanā galaprodukta krāsas numurs tiek precīzi kontrolēts, izveidojot "sprieguma -krāsu" kartēšanas tabulu. Piemēram, zems spriegums (piemēram, 10–15 V) var radīt gaiši zeltu vai zilu krāsu, vidējais spriegums (20–50 V) var radīt violetu, tumši zilu vai zaļu krāsu, un augsts spriegums (virs 60 V) var radīt tumši zaļas, brūnas vai pat pelēkas sērijas.
2. Elektrolīta sastāvs: Elektrolīta veids, koncentrācija un pH ir ļoti svarīgi. Visbiežāk izmanto atšķaidītu sērskābes šķīdumu, kas nodrošina labu elektrovadītspēju un mērenu oksidācijas ātrumu. Tomēr dažādas skābes (piemēram, fosforskābe, hromskābe) vai sārmu šķīdumi un pat organiskās skābes ietekmēs plēves slāņa augšanas ātrumu, porainību un mikrostruktūru, pateicoties to anjonu katalītiskajai vai inhibējošajai iedarbībai uz oksidācijas procesu. Pat pie tāda paša sprieguma dažādos elektrolītos ražoto slāņu optiskās īpašības var nedaudz atšķirties, kā rezultātā var nedaudz atšķirties gala krāsa.
3. Strāvas režīms: tradicionālā pastāvīgā sprieguma metode ir vienkārši lietojama, taču uzlabotas pastāvīgās strāvas metodes vai impulsa barošanas avoti var nodrošināt labāku kontroli. Impulsu oksidēšana efektīvi izkliedē reakcijas laikā radušos siltumu un dod laiku reaktīvajiem joniem izkliedēties, kā rezultātā veidojas blīvāks, vienmērīgāks plēves slānis, kas ir īpaši svarīgi, lai iegūtu produktu ar lielu laukumu un viendabīgu krāsu.
4. Oksidācijas laiks: laiks galvenokārt ietekmē plēves augšanas integritāti. Sākotnējā stadijā ir nepieciešams pietiekams laiks, lai plēves slānis izaugtu līdz stabilam atbilstošā sprieguma biezumam. Tomēr, ja laiks ir pārāk garš, plēve var izšķīst vai kļūt raupja dažos elektrolītos, kas ietekmēs krāsas viendabīgumu un spilgtumu.
5. Titāna caurule pati: Titāna caurules virsmas apdare ir pamats. Augsti pulēta spoguļa virsma un ar smilšstrūklu apstrādāta matēta apdare radīs ļoti atšķirīgu vizuālo efektu pēc tādas pašas anodēšanas. Spoguļa virsmas virsma ir gaiša un spilgta, piemēram, metāliska krāsa; Matētā virsma ir maiga un eleganta, vairāk atgādina raksturīgu krāsu. Turklāt titāna sakausējuma sastāvam un mikrostruktūrai ir arī neliela ietekme uz vienmērīgu oksīda plēves augšanu.
Rezumējot, titāna cauruļu anodēšana ir augstas{0}tehnoloģijas virsmas apstrādes tehnoloģija, kas precīzi "iegravē" virsmas oksīda plēves biezumu, izmantojot elektroķīmiskas metodes, un krāsas iegūšanai izmanto gaismas traucējumu principu. Tā krāsa ir izcila un cieši saistīta ar matricu, nodrošinot lielisku ikdienas stabilitāti. Tomēr, lai sasniegtu vēlamos viendabīgos un{3}}noturīgos krāsu rezultātus, ir nepieciešama sistemātiska un precīza dažādu faktoru, piemēram, sprieguma, elektrolīta, laika un materiāla virsmas stāvokļa, kontrole.
