Principiul de bază al decolorării prin anodizare a tuburilor de titan este un proces electrochimic controlat, mai degrabă decât adăugarea de coloranți. Ne putem gândi la asta ca „creșterea” unui film de oxid transparent și dur – dioxid de titan – pe suprafața titanului. Acest proces are loc într-un electrolit, cu un tub de titan care acționează ca un anod (electrod pozitiv) și o tensiune DC sau pulsată.
Când un curent electric trece prin el, atomii de titan de pe suprafața tubului de titan pierd electroni și se combină cu ionii de oxigen din electrolit, creând o peliculă foarte subțire și densă de dioxid de titan. Filmul în sine este incolor și transparent, deci de unde vine culoarea bogată pe care o vedem? Acest lucru se datorează în principal „efectului de interferență al filmului subțire”. Este ca o peliculă de ulei pe apă după ploaie, sau un balon de săpun care suflă, care capătă o culoare colorată. Când lumina naturală lovește acest film de oxid extrem de subțire, o parte din lumină este reflectată direct pe suprafața filmului, în timp ce cealaltă parte pătrunde în film și se reflectă din nou la joncțiunea filmului cu matricea de titan. Când aceste două fascicule de lumină reflectată se întâlnesc, apare interferența luminii. Dacă două creste luminoase se întâlnesc cu crestele (în aceeași fază), lumina acelei lungimi de undă este sporită și putem vedea culoarea; În schimb, dacă creasta se întâlnește cu jgheabul (faza opusă), lumina este slăbită sau chiar anulată și nu putem vedea culoarea. Deoarece grosimea filmului de dioxid de titan este de același ordin de mărime cu lungimea de undă a luminii vizibile (aproximativ 400-700 nm), acest efect de interferență este semnificativ. Prin controlul precis al grosimii filmului de oxid, este posibil să se controleze ce lungimi de undă de lumină sunt îmbunătățite și care sunt slăbite, rezultând culori specifice. Tensiunea este factorul cel mai critic în controlul grosimii filmului: cu cât tensiunea este mai mare, cu atât forța motrice a câmpului electric este mai puternică, cu atât filmul de oxid format este mai gros, iar culoarea interferenței se va schimba de la albastru, galben auriu și violet la nuanțe mai închise (cum ar fi albastru închis și verde).
Analiza stabilității culorilor
Stabilitatea culorii tuburilor de titan după anodizare este o preocupare critică și este influențată de o combinație de factori interni și externi.
Din perspectiva factorilor interni, acest film de dioxid de titan în sine are o inerție chimică și rezistență mecanică extrem de ridicate. Se leagă foarte ferm de matricea de titan și face parte din tubul de titan în sine, nu o aderență, deci este mai puțin predispus la probleme de exfoliere, cum ar fi vopseaua sau placarea. De asemenea, această peliculă poate spori foarte mult rezistența la coroziune a tuburilor de titan, care este unul dintre motivele pentru aplicarea sa largă în medii chimice și marine. Prin urmare, în mediul convențional de temperatura camerei, fără uzură și acid și alcali ne-puternici, culoarea produsă prin anodizare este destul de stabilă și poate fi menținută mulți ani fără decolorare semnificativă.
Cu toate acestea, stabilitatea sa are și anumite limitări. În primul rând, culoarea este mai puțin stabilă termic. Dacă tubul de titan este încălzit în mod continuu peste 300 de grade Celsius, structura filmului de oxid va începe să sufere transformarea formei cristaline, ducând la mici modificări ale grosimii filmului și ale indicelui de refracție, ducând la „deriva” sau întunecarea culorii. La temperaturi mai ridicate, stratul de film poate chiar să cedeze complet. În al doilea rând, există uzura mecanică. Deși filmul de oxid este foarte dur, dacă continuă să se frece și să se zgârie cu materiale mai dure, va reduce local grosimea stratului de film, rezultând o culoare mai deschisă și chiar dezvăluind adevărata culoare a titanului. În sfârșit, atac chimic. În ciuda rezistenței la coroziune, filmul de oxid poate fi în continuare corodat și dizolvat într-un acid puternic fierbinte (de exemplu, acid fluorhidric, acid sulfuric concentrat) sau mediu alcalin puternic, iar culoarea va dispărea în mod natural.
Factori cheie care afectează schimbarea culorii
1. Tensiune: Acesta este principalul și cel mai direct factor de control. Tensiunea este practic proporțională liniar cu grosimea filmului de oxid, iar grosimea filmului determină direct culoarea. Prin urmare, în producția industrială, numărul de culori al produsului final este controlat cu precizie prin stabilirea unui tabel de mapare a „tensiunii-culorilor”. De exemplu, tensiunile joase (cum ar fi 10-15V) pot produce auriu deschis sau albastru, tensiunile medii (20-50V) pot produce violet, albastru închis sau verde, iar tensiunile înalte (peste 60V) pot produce serii de culoare verde închis, maro sau chiar gri.
2. Compoziția electrolitului: Tipul, concentrația și pH-ul electrolitului sunt cruciale. Cea mai des folosită este o soluție de acid sulfuric diluat, care oferă o conductivitate electrică bună și o rată moderată de oxidare. Cu toate acestea, diferiți acizi (cum ar fi acidul fosforic, acidul cromic) sau soluțiile alcaline și chiar acizii organici vor afecta rata de creștere, porozitatea și microstructura stratului de film datorită efectului catalitic sau inhibitor al anionilor lor asupra procesului de oxidare. Chiar și la aceeași tensiune, proprietățile optice ale straturilor produse în diferiți electroliți pot varia ușor, rezultând diferențe ușoare în culoarea finală.
3. Modul curent: Metoda tradițională de tensiune constantă este simplu de utilizat, dar metodele mai avansate de curent constant sau sursele de alimentare cu impulsuri pot oferi un control mai bun. Oxidarea în impulsuri disipează eficient căldura generată în timpul reacției și le dă timp ionilor reactivi să difuzeze, rezultând un strat de film mai dens, mai uniform, ceea ce este deosebit de important pentru obținerea unui produs cu o suprafață mare și o culoare uniformă.
4. Timpul de oxidare: Timpul afectează în principal integritatea creșterii filmului. În etapa inițială, este nevoie de timp suficient pentru ca stratul de film să crească la o grosime stabilă a tensiunii corespunzătoare. Cu toate acestea, dacă timpul este prea lung, filmul se poate dizolva sau deveni dur în unii electroliți, ceea ce va afecta uniformitatea și luminozitatea culorii.
5. Tubul de titan în sine: Finisajul suprafeței tubului de titan este fundația. O suprafață de oglindă foarte lustruită și un finisaj mat sablat vor prezenta un efect vizual foarte diferit după aceeași anodizare. Suprafața suprafeței oglinzii este strălucitoare și strălucitoare, ca vopseaua metalică; Suprafața mată este moale și elegantă, mai mult ca o culoare inerentă. În plus, compoziția aliajului și microstructura titanului au, de asemenea, un impact subtil asupra creșterii uniforme a filmului de oxid.
În rezumat, anodizarea tuburilor de titan este o tehnologie de-înaltă tehnologie de tratare a suprafeței care „gravează” cu precizie grosimea peliculei de oxid de suprafață prin metode electrochimice și utilizează principiul interferenței luminii pentru a prezenta culoarea. Culoarea sa este strălucitoare și ferm legată de matrice, oferind o stabilitate zilnică excelentă. Cu toate acestea, obținerea rezultatelor de culoare uniforme și de lungă durată-necesită un control sistematic și precis al unei game de factori, cum ar fi tensiunea, electrolitul, timpul și starea suprafeței materialului.
