Kjerneprinsippet for anodisering av misfarging av titanrør er en kontrollert elektrokjemisk prosess i stedet for tilsetning av fargestoffer. Vi kan tenke på det som å "dyrke" en gjennomsiktig og hard oksidfilm – titandioksid – på overflaten av titan. Denne prosessen foregår i en elektrolytt, med et titanrør som fungerer som en anode (positiv elektrode) og en likespenning eller pulserende spenning.
Når en elektrisk strøm går gjennom den, mister titanatomene på overflaten av titanrøret elektroner og kombineres med oksygenionene i elektrolytten, og skaper en veldig tynn og tett film av titandioksid. Selve filmen er fargeløs og gjennomsiktig, så hvor kommer den rike fargen vi ser fra? Dette skyldes hovedsakelig "tynnfilminterferenseffekten". Det er som en oljefilm på vannet etter regn, eller en såpeboble som blåser ut, som får en fargerik farge. Når naturlig lys treffer denne ekstremt tynne oksidfilmen, reflekteres en del av lyset direkte på overflaten av filmen, mens den andre delen trenger gjennom filmen og reflekteres igjen ved overgangen mellom filmen og titanmatrisen. Når disse to strålene av reflektert lys møtes, oppstår lysinterferens. Hvis to lyse topper møter toppene (i samme fase), forsterkes lyset med den bølgelengden og vi kan se fargen; Omvendt, hvis toppen møter bunnen (motsatt fase), blir lyset svekket eller til og med kansellert, og vi kan ikke se fargen. Siden tykkelsen på titandioksidfilmen er i samme størrelsesorden som bølgelengden til synlig lys (ca. 400-700 nm), er denne interferenseffekten betydelig. Ved nøyaktig å kontrollere tykkelsen på oksidfilmen, er det mulig å kontrollere hvilke bølgelengder av lys som forsterkes og hvilke som svekkes, noe som resulterer i spesifikke farger. Spenning er den mest kritiske faktoren for å kontrollere filmtykkelsen: jo høyere spenningen er, jo sterkere er drivkraften til det elektriske feltet, desto tykkere blir oksidfilmen som dannes, og fargen på interferensen vil endre seg fra blå, gylden gul og lilla til mørkere nyanser (som mørk blå og grønn).
Stabilitetsanalyse av farger
Stabiliteten til fargen på titanrør etter anodisering er en kritisk bekymring, og den påvirkes av en kombinasjon av interne og eksterne faktorer.
Fra perspektivet til interne faktorer har denne titandioksidfilmen i seg selv ekstremt høy kjemisk inerthet og mekanisk styrke. Det binder seg veldig godt til titanmatrisen og er en del av selve titanrøret, ikke en vedheft, så det er mindre utsatt for avskallingsproblemer som maling eller plating. Denne filmen kan også forbedre korrosjonsmotstanden til titanrør, noe som er en av grunnene til dens brede bruk i kjemiske og marine miljøer. Derfor, i det konvensjonelle miljøet med romtemperatur, ingen slitasje og ikke-sterk syre og alkali, er fargen som produseres ved anodisering ganske stabil og kan opprettholdes i mange år uten betydelig falming.
Imidlertid har stabiliteten også visse begrensninger. For det første er fargen mindre termisk stabil. Hvis titanrøret kontinuerlig varmes opp over 300 grader Celsius, vil strukturen til oksidfilmen begynne å gjennomgå krystallformtransformasjon, noe som resulterer i små endringer i filmtykkelse og brytningsindeks, noe som resulterer i farge "drift" eller mørkere. Ved høyere temperaturer kan filmlaget til og med svikte fullstendig. For det andre er det mekanisk slitasje. Selv om oksidfilmen er veldig hard, hvis den fortsetter å gni og riper med hardere materialer, vil den lokalt redusere tykkelsen på filmlaget, noe som resulterer i lysere farge og til og med avsløre den sanne fargen til titan. Til slutt, kjemisk angrep. Til tross for korrosjonsbestandighet, kan oksidfilmen fortsatt være korrodert og oppløst i en varm sterk syre (f.eks. flussyre, konsentrert svovelsyre) eller sterkt alkalisk miljø, og fargen vil naturlig forsvinne.
Nøkkelfaktorer som påvirker fargeendring
1. Spenning: Dette er kjernen og den mest direkte kontrollfaktoren. Spenningen er i utgangspunktet lineært proporsjonal med oksidfilmtykkelsen, og filmtykkelsen bestemmer direkte fargen. Derfor, i industriell produksjon, kontrolleres fargenummeret til sluttproduktet nøyaktig ved å etablere en "spennings-farge" kartleggingstabell. For eksempel kan lave spenninger (som 10-15V) produsere lys gull eller blått, mellomspenninger (20-50V) kan produsere lilla, mørkeblått eller grønt, og høye spenninger (over 60V) kan produsere mørkegrønne, brune eller til og med grå serier.
2. Elektrolyttsammensetning: Elektrolyttens type, konsentrasjon og pH er avgjørende. Den mest brukte er en fortynnet svovelsyreløsning, som gir god elektrisk ledningsevne og en moderat oksidasjonshastighet. Imidlertid vil forskjellige syrer (som fosforsyre, kromsyre) eller alkaliske løsninger, og til og med organiske syrer, påvirke veksthastigheten, porøsiteten og mikrostrukturen til filmlaget på grunn av den katalytiske eller hemmende effekten av deres anioner på oksidasjonsprosessen. Selv ved samme spenning kan de optiske egenskapene til lagene produsert i forskjellige elektrolytter variere litt, noe som resulterer i små forskjeller i den endelige fargen.
3. Strømmodus: Den tradisjonelle konstantspenningsmetoden er enkel å betjene, men mer avanserte konstantstrømmetoder eller pulserende strømforsyninger kan gi bedre kontroll. Pulserende oksidasjon sprer effektivt varme generert under reaksjonen og gir de reaktive ionene tid til å diffundere, noe som resulterer i et tettere, mer jevnt filmlag, noe som er spesielt viktig for å få et produkt med stort areal og jevn farge.
4. Oksidasjonstid: Tid påvirker hovedsakelig integriteten til filmvekst. I det innledende stadiet kreves det tilstrekkelig tid for at filmlaget skal vokse til en stabil tykkelse på den tilsvarende spenningen. Men hvis tiden er for lang, kan filmen løse seg opp eller bli grov i enkelte elektrolytter, noe som vil påvirke jevnheten og lysstyrken til fargen.
5. Titanrør i seg selv: Overflatefinishen til titanrør er grunnlaget. En høypolert speiloverflate og en sandblåst matt finish vil gi en helt annen visuell effekt etter å ha gjennomgått samme anodisering. Overflaten på speiloverflaten er lys og lys, som metallisk maling; Den matte overflaten er myk og elegant, mer som en iboende farge. I tillegg har legeringssammensetningen og mikrostrukturen til titan også en subtil innvirkning på den jevne veksten av oksidfilmen.
Oppsummert er anodisering av titanrør en høy-teknologisk overflatebehandlingsteknologi som nøyaktig "graverer" tykkelsen på overflateoksidfilmen gjennom elektrokjemiske metoder og bruker prinsippet om lysinterferens for å presentere farge. Fargen er strålende og fast bundet til matrisen, noe som gir utmerket daglig stabilitet. For å oppnå de ønskede ensartede og langvarige fargeresultatene krever imidlertid systematisk og presis kontroll av en rekke faktorer som spenning, elektrolytt, tid og materialoverflatetilstand.
