Základním principem anodizačního odbarvování titanových trubek je řízený elektrochemický proces spíše než přidávání barviv. Můžeme si to představit jako „vypěstování“ průhledného a tvrdého oxidového filmu – oxidu titaničitého – na povrchu titanu. Tento proces probíhá v elektrolytu, přičemž titanová trubice funguje jako anoda (kladná elektroda) a stejnosměrné nebo pulzní napětí.
Když jím prochází elektrický proud, atomy titanu na povrchu titanové trubice ztrácejí elektrony a spojují se s ionty kyslíku v elektrolytu a vytvářejí velmi tenký a hustý film oxidu titaničitého. Samotný film je bezbarvý a průhledný, odkud se tedy bere ta sytá barva, kterou vidíme? Je to způsobeno především „interferenčním efektem tenkého filmu“. Je to jako olejový film na vodě po dešti nebo bublina mýdla, která vyfoukne, která získá barevnou barvu. Když přirozené světlo dopadá na tento extrémně tenký oxidový film, část světla se odráží přímo na povrchu filmu, zatímco druhá část proniká filmem a znovu se odráží v místě spojení filmu s titanovou matricí. Když se tyto dva paprsky odraženého světla setkají, dojde k interferenci světla. Pokud se dva světelné hřebeny setkají s hřebeny (ve stejné fázi), světlo této vlnové délky se zesílí a my můžeme vidět barvu; Naopak, pokud se hřeben setká s korytem (opačná fáze), světlo je oslabeno nebo dokonce zrušeno a barvu nevidíme. Protože tloušťka filmu oxidu titaničitého je ve stejném řádu jako vlnová délka viditelného světla (asi 400-700 nm), je tento interferenční efekt významný. Přesným řízením tloušťky oxidového filmu je možné řídit, které vlnové délky světla jsou zesíleny a které zeslabeny, což vede ke specifickým barvám. Napětí je nejdůležitějším faktorem při kontrole tloušťky filmu: čím vyšší je napětí, tím silnější je hnací síla elektrického pole, tím silnější je vytvořený oxidový film a barva interference se změní z modré, zlatožluté a fialové na tmavší odstíny (jako je tmavě modrá a zelená).
Analýza stability Barev
Stabilita barvy titanových trubek po eloxování je kritickým problémem a je ovlivněna kombinací vnitřních a vnějších faktorů.
Z hlediska vnitřních faktorů má tento film oxidu titaničitého sám o sobě extrémně vysokou chemickou inertnost a mechanickou pevnost. Velmi pevně se váže k titanové matrici a je součástí samotné titanové trubky, nikoli přilnavosti, takže je méně náchylný k problémům s odlupováním, jako je barva nebo pokovování. Tato fólie může také výrazně zvýšit odolnost titanových trubek proti korozi, což je jedním z důvodů pro její široké použití v chemickém a mořském prostředí. V běžném prostředí pokojové teploty, bez opotřebení a bez -silných kyselin a zásad je proto barva vytvořená eloxováním poměrně stabilní a může být zachována po mnoho let bez výrazného vyblednutí.
Jeho stabilita má však i určitá omezení. Za prvé, barva je méně tepelně stabilní. Pokud je titanová trubice nepřetržitě zahřívána nad 300 stupňů Celsia, struktura oxidového filmu začne podléhat transformaci krystalické formy, což má za následek malé změny v tloušťce filmu a indexu lomu, což má za následek „drift“ nebo ztmavnutí barvy. Při vyšších teplotách může vrstva filmu dokonce zcela selhat. Za druhé dochází k mechanickému opotřebení. Přestože je oxidový film velmi tvrdý, pokud se bude i nadále otírat a poškrábat tvrdšími materiály, lokálně sníží tloušťku vrstvy filmu, což povede ke světlejší barvě a dokonce k odhalení skutečné barvy titanu. Konečně chemický útok. Navzdory korozi může být oxidový film stále zkorodovaný a rozpuštěný v horké silné kyselině (např. kyselině fluorovodíkové, koncentrované kyselině sírové) nebo silném alkalickém prostředí a barva přirozeně zmizí.
Klíčové faktory, které ovlivňují změnu barvy
1. Napětí: Toto je hlavní a nejpřímější řídicí faktor. Napětí je v podstatě lineárně úměrné tloušťce oxidového filmu a tloušťka filmu přímo určuje barvu. Proto je v průmyslové výrobě číslo barvy konečného produktu přesně řízeno vytvořením mapovací tabulky „napětí-barvy“. Například nízké napětí (jako je 10-15V) může produkovat světle zlatou nebo modrou barvu, střední napětí (20-50V) může produkovat fialovou, tmavě modrou nebo zelenou barvu a vysoké napětí (nad 60V) může vytvářet tmavě zelené, hnědé nebo dokonce šedé série.
2. Složení elektrolytu: Rozhodující je typ, koncentrace a pH elektrolytu. Nejčastěji se používá zředěný roztok kyseliny sírové, který poskytuje dobrou elektrickou vodivost a mírnou rychlost oxidace. Nicméně různé kyseliny (jako je kyselina fosforečná, kyselina chromová) nebo alkalické roztoky a dokonce i organické kyseliny ovlivní rychlost růstu, poréznost a mikrostrukturu filmové vrstvy v důsledku katalytického nebo inhibičního účinku jejich aniontů na oxidační proces. I při stejném napětí se mohou optické vlastnosti vrstev vyrobených v různých elektrolytech mírně lišit, což má za následek nepatrné rozdíly ve výsledné barvě.
3. Režim proudu: Tradiční metoda konstantního napětí se snadno ovládá, ale pokročilejší metody konstantního proudu nebo pulzní napájecí zdroje mohou poskytnout lepší kontrolu. Pulzní oxidace účinně odvádí teplo generované během reakce a poskytuje reaktivním iontům čas na difuzi, což má za následek hustší, jednotnější vrstvu filmu, což je zvláště důležité pro získání produktu s velkou plochou a jednotnou barvou.
4. Doba oxidace: Doba ovlivňuje především integritu růstu filmu. V počáteční fázi je zapotřebí dostatek času, aby vrstva filmu narostla na stabilní tloušťku odpovídajícího napětí. Pokud je však doba příliš dlouhá, může se film v některých elektrolytech rozpustit nebo zdrsnit, což ovlivní rovnoměrnost a jas barvy.
5. Titanová trubka samotná: Základem je povrchová úprava titanové trubky. Vysoce leštěný zrcadlový povrch a pískovaný matný povrch budou představovat velmi odlišný vizuální efekt poté, co podstoupí stejnou anodizaci. Povrch zrcadlového povrchu je světlý a světlý, jako metalická barva; Matný povrch je měkký a elegantní, spíše jako vlastní barva. Kromě toho má složení slitiny a mikrostruktura titanu také jemný vliv na rovnoměrný růst oxidového filmu.
Stručně řečeno, eloxování titanových trubek je špičková-technologie povrchové úpravy, která elektrochemickými metodami přesně „vyryje“ tloušťku povrchového oxidového filmu a k zobrazení barvy využívá principu světelné interference. Jeho barva je brilantní a pevně spojená s matricí a poskytuje vynikající denní stabilitu. Dosažení požadovaných jednotných a dlouhotrvajících-barevných výsledků však vyžaduje systematickou a přesnou kontrolu řady faktorů, jako je napětí, elektrolyt, čas a stav povrchu materiálu.
