Titaantorude värvimuutuse anodeerimise põhiprintsiip on pigem kontrollitud elektrokeemiline protsess kui värvainete lisamine. Me võime seda mõelda kui läbipaistva ja kõva oksiidkile – titaandioksiidi – "kasvatamist" titaani pinnale. See protsess toimub elektrolüüdis, titaantoru toimib anoodina (positiivne elektrood) ja alalis- või impulsspinge.
Kui seda läbib elektrivool, kaotavad titaantoru pinnal olevad titaani aatomid elektrone ja ühinevad elektrolüüdis olevate hapnikuioonidega, luues väga õhukese ja tiheda titaandioksiidi kile. Kile ise on värvitu ja läbipaistev, kust tuleb see rikkalik värv, mida näeme? See on peamiselt tingitud "õhukese kile interferentsi efektist". See on nagu õlikile vee peal pärast vihma või väljapuhutav seebimull, mis võtab värvilise värvi. Kui loomulik valgus tabab seda üliõhukest oksiidkilet, peegeldub osa valgusest otse kile pinnale, teine osa aga tungib läbi kile ja peegeldub uuesti kile ja titaanmaatriksi ristumiskohas. Kui need kaks peegeldunud valguskiirt kohtuvad, tekivad valgushäired. Kui kaks valgusharja kohtuvad harjadega (samas faasis), siis selle lainepikkusega valgus võimendub ja me näeme värvi; Ja vastupidi, kui hari puutub kokku süvendiga (vastupidine faas), siis valgus nõrgeneb või isegi kaob ja me ei näe värvi. Kuna titaandioksiidi kile paksus on samas suurusjärgus nähtava valguse lainepikkusega (umbes 400-700 nm), on see interferentsiefekt märkimisväärne. Täpselt reguleerides oksiidkile paksust, on võimalik kontrollida, millised valguse lainepikkused on võimendatud ja millised nõrgenenud, mille tulemuseks on spetsiifilised värvid. Pinge on kile paksuse reguleerimisel kõige kriitilisem tegur: mida kõrgem on pinge, seda tugevam on elektrivälja liikumapanev jõud, seda paksem on moodustunud oksiidkile ning interferentsi värvus muutub sinisest, kuldkollasest ja lillast tumedamaks (nt tumesinine ja roheline).
Värvide stabiilsuse analüüs
Titaantorude värvi stabiilsus pärast anodeerimist on kriitilise tähtsusega ning seda mõjutavad sisemiste ja väliste tegurite kombinatsioon.
Sisemiste tegurite vaatenurgast on sellel titaandioksiidikilel endal äärmiselt kõrge keemiline inertsus ja mehaaniline tugevus. See haakub väga tugevalt titaanmaatriksiga ja on osa titaantorust endast, mitte nakkumisest, seega on see vähem altid koorumisprobleemidele, nagu värvimine või plaadistamine. See kile võib oluliselt suurendada ka titaantorude korrosioonikindlust, mis on üks selle laialdase kasutamise põhjusi keemia- ja merekeskkonnas. Seetõttu on anodeerimisel tekkiv värvus tavapärases toatemperatuuril, kulumise puudumisel ning mitte--tugevate hapete ja leeliste korral üsna stabiilne ja säilib palju aastaid ilma märkimisväärse pleekimiseta.
Kuid selle stabiilsusel on ka teatud piirangud. Esiteks on värv termiliselt vähem stabiilne. Kui titaantoru kuumutatakse pidevalt üle 300 kraadi Celsiuse järgi, hakkab oksiidkile struktuuris toimuma kristallkujuline transformatsioon, mille tulemuseks on väikesed muutused kile paksuses ja murdumisnäitajas, mille tulemuseks on värvide triivimine või tumenemine. Kõrgematel temperatuuridel võib kilekiht isegi täielikult ebaõnnestuda. Teiseks on mehaaniline kulumine. Kuigi oksiidkile on väga kõva, vähendab see kõvade materjalidega jätkuvalt hõõrudes ja kriimustades kilekihi paksust, mille tulemuseks on heledam värv ja isegi titaani tegelik värvus. Lõpuks keemiline rünnak. Vaatamata korrosioonikindlusele võib oksiidkile siiski olla korrodeerunud ja lahustuda kuumas tugevas happes (nt vesinikfluoriidhape, kontsentreeritud väävelhape) või tugevas leelises keskkonnas ning värvus kaob loomulikult.
Peamised tegurid, mis mõjutavad värvimuutust
1. Pinge: see on põhiline ja kõige otsesem juhtimistegur. Pinge on põhimõtteliselt lineaarselt võrdeline oksiidkile paksusega ja kile paksus määrab otseselt värvi. Seetõttu juhitakse tööstuslikus tootmises lõpptoote värvinumbrit täpselt pinge -värvide kaardistamise tabeli loomisega. Näiteks madalad pinged (näiteks 10-15 V) võivad tekitada helekuldset või sinist värvi, keskpinged (20-50 V) lillat, tumesinist või rohelist ning kõrged pinged (üle 60 V) võivad tekitada tumerohelist, pruuni või isegi halli värvi seeriat.
2. Elektrolüüdi koostis: elektrolüüdi tüüp, kontsentratsioon ja pH on otsustava tähtsusega. Kõige sagedamini kasutatakse lahjendatud väävelhappe lahust, mis tagab hea elektrijuhtivuse ja mõõduka oksüdatsioonikiiruse. Erinevad happed (nagu fosforhape, kroomhape) või leeliselised lahused ja isegi orgaanilised happed mõjutavad aga kilekihi kasvukiirust, poorsust ja mikrostruktuuri nende anioonide katalüütilise või inhibeeriva toime tõttu oksüdatsiooniprotsessile. Isegi sama pinge korral võivad erinevates elektrolüütides toodetud kihtide optilised omadused veidi erineda, mille tulemuseks on väikesed erinevused lõplikus värvitoonis.
3. Voolurežiim: traditsioonilist konstantse pinge meetodit on lihtne kasutada, kuid täiustatud konstantse voolu meetodid või impulss-toiteallikad võivad pakkuda paremat juhtimist. Impulssoksüdatsioon hajutab tõhusalt reaktsiooni käigus tekkivat soojust ja annab reaktiivsetele ioonidele aega hajuda, mille tulemuseks on tihedam ühtlasem kilekiht, mis on eriti oluline suure pindala ja ühtlase värvusega toote saamiseks.
4. Oksüdatsiooniaeg: aeg mõjutab peamiselt kile kasvu terviklikkust. Algstaadiumis on vaja piisavalt aega, et kilekiht kasvaks vastava pinge stabiilse paksuseni. Kui aga aeg on liiga pikk, võib kile mõnes elektrolüüdis lahustuda või muutuda karedaks, mis mõjutab värvi ühtlust ja heledust.
5. Titaantoru ise: titaantoru pinnaviimistlus on vundament. Kõrgelt poleeritud peegelpind ja liivapritsiga matt viimistlus annavad pärast sama anodeerimist väga erineva visuaalse efekti. Peegelpinna pind on särav ja särav, nagu metallvärv; Matt pind on pehme ja elegantne, pigem omane värv. Lisaks on titaani sulami koostisel ja mikrostruktuuril ka väike mõju oksiidkile ühtlasele kasvule.
Kokkuvõtteks võib öelda, et titaantorude anodeerimine on kõrgtehnoloogiline-pinnatöötlustehnoloogia, mis "graveerib" elektrokeemiliste meetodite abil täpselt pinna oksiidkile paksuse ja kasutab värvide esitamiseks valguse interferentsi põhimõtet. Selle värv on hiilgav ja maatriksiga kindlalt seotud, tagades suurepärase igapäevase stabiilsuse. Soovitud ühtlaste ja kauakestvate -värvitulemuste saavutamiseks on aga vaja süstemaatilist ja täpset juhtimist paljude tegurite, nagu pinge, elektrolüütide, aja ja materjali pinnaseisundi üle.
