Il principio fondamentale dell'anodizzazione e dello scolorimento dei tubi in titanio è un processo elettrochimico controllato anziché l'aggiunta di coloranti. Possiamo pensarlo come la "crescita" di una pellicola di ossido trasparente e duro - biossido di titanio - sulla superficie del titanio. Questo processo avviene in un elettrolita, con un tubo di titanio che funge da anodo (elettrodo positivo) e una tensione continua o pulsata.
Quando viene attraversato da una corrente elettrica, gli atomi di titanio sulla superficie del tubo di titanio perdono elettroni e si combinano con gli ioni di ossigeno nell'elettrolita, creando una pellicola molto sottile e densa di biossido di titanio. Il film stesso è incolore e trasparente, quindi da dove viene il colore intenso che vediamo? Ciò è dovuto principalmente all '"effetto di interferenza della pellicola sottile". È come una pellicola d'olio sull'acqua dopo la pioggia, o una bolla di sapone che si spegne, assumendo un colore colorato. Quando la luce naturale colpisce questa sottilissima pellicola di ossido, una parte della luce viene riflessa direttamente sulla superficie della pellicola, mentre l'altra parte penetra nella pellicola e si riflette nuovamente in corrispondenza della giunzione della pellicola con la matrice di titanio. Quando questi due fasci di luce riflessa si incontrano, si verifica un'interferenza luminosa. Se due creste di luce incontrano le creste (nella stessa fase), la luce di quella lunghezza d'onda viene intensificata e possiamo vedere il colore; Al contrario, se la cresta incontra la depressione (fase opposta), la luce è indebolita o addirittura annullata e non possiamo vedere il colore. Poiché lo spessore della pellicola di biossido di titanio è dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d'onda della luce visibile (circa 400-700 nm), questo effetto di interferenza è significativo. Controllando con precisione lo spessore della pellicola di ossido, è possibile controllare quali lunghezze d'onda della luce vengono potenziate e quali indebolite, ottenendo colori specifici. La tensione è il fattore più critico nel controllo dello spessore della pellicola: maggiore è la tensione, più forte è la forza motrice del campo elettrico, più spesso è la pellicola di ossido formata e il colore dell'interferenza cambierà da blu, giallo dorato e viola a tonalità più scure (come blu scuro e verde).
Analisi di stabilità dei colori
La stabilità del colore dei tubi in titanio dopo l'anodizzazione è una questione fondamentale ed è influenzata da una combinazione di fattori interni ed esterni.
Dal punto di vista dei fattori interni, questo stesso film di biossido di titanio ha un'inerzia chimica e una resistenza meccanica estremamente elevate. Si lega molto saldamente alla matrice di titanio e fa parte del tubo di titanio stesso, non un punto di aderenza, quindi è meno soggetto a problemi di distacco come vernice o placcatura. Questo film può anche migliorare notevolmente la resistenza alla corrosione dei tubi in titanio, che è uno dei motivi della sua ampia applicazione in ambienti chimici e marini. Pertanto, nell'ambiente convenzionale a temperatura ambiente, senza usura e con acidi e alcali non-forti, il colore prodotto dall'anodizzazione è abbastanza stabile e può essere mantenuto per molti anni senza sbiadire in modo significativo.
Tuttavia, la sua stabilità presenta anche alcuni limiti. Innanzitutto, il colore è meno stabile termicamente. Se il tubo di titanio viene riscaldato continuamente a una temperatura superiore a 300 gradi Celsius, la struttura della pellicola di ossido inizierà a subire la trasformazione della forma cristallina, con conseguenti piccoli cambiamenti nello spessore della pellicola e nell'indice di rifrazione, con conseguente "deriva" o oscuramento del colore. A temperature più elevate lo strato di pellicola può addirittura cedere completamente. In secondo luogo, c'è l'usura meccanica. Sebbene la pellicola di ossido sia molto dura, se continua a sfregare e graffiare con materiali più duri, ridurrà localmente lo spessore dello strato di pellicola, risultando in un colore più chiaro e rivelando persino il vero colore del titanio. Infine, l'attacco chimico. Nonostante la resistenza alla corrosione, la pellicola di ossido può ancora essere corrosa e disciolta in un ambiente acido forte caldo (ad es. acido fluoridrico, acido solforico concentrato) o fortemente alcalino e il colore scomparirà naturalmente.
Fattori chiave che influenzano il cambiamento di colore
1. Voltaggio: questo è il fattore di controllo principale e più diretto. La tensione è sostanzialmente linearmente proporzionale allo spessore del film di ossido e lo spessore del film determina direttamente il colore. Pertanto, nella produzione industriale, il numero di colore del prodotto finale viene controllato con precisione stabilendo una tabella di mappatura "tensione-colore". Ad esempio, le basse tensioni (come 10-15 V) possono produrre oro chiaro o blu, le tensioni medie (20-50 V) possono produrre viola, blu scuro o verde e le alte tensioni (superiori a 60 V) possono produrre serie verde scuro, marrone o persino grigio.
2. Composizione dell'elettrolita: il tipo, la concentrazione e il pH dell'elettrolita sono cruciali. Quella più comunemente usata è una soluzione diluita di acido solforico, che fornisce una buona conduttività elettrica e un tasso di ossidazione moderato. Tuttavia, diversi acidi (come acido fosforico, acido cromico) o soluzioni alcaline e persino acidi organici influenzano la velocità di crescita, la porosità e la microstruttura dello strato di pellicola a causa dell'effetto catalitico o inibitore dei loro anioni sul processo di ossidazione. Anche alla stessa tensione, le proprietà ottiche degli strati prodotti in diversi elettroliti possono variare leggermente, determinando lievi differenze nel colore finale.
3. Modalità corrente: il metodo tradizionale a tensione costante è semplice da utilizzare, ma metodi più avanzati a corrente costante o alimentatori a impulsi possono fornire un controllo migliore. L'ossidazione pulsata dissipa efficacemente il calore generato durante la reazione e dà agli ioni reattivi il tempo di diffondersi, producendo uno strato di pellicola più denso e uniforme, che è particolarmente importante per ottenere un prodotto con un'area ampia e un colore uniforme.
4. Tempo di ossidazione: il tempo influisce principalmente sull'integrità della crescita della pellicola. Nella fase iniziale è necessario un tempo sufficiente affinché lo strato di pellicola raggiunga uno spessore stabile della tensione corrispondente. Tuttavia, se il tempo è troppo lungo, la pellicola potrebbe dissolversi o diventare ruvida in alcuni elettroliti, compromettendo l'uniformità e la luminosità del colore.
5. Tubo in titanio stesso: la finitura superficiale del tubo in titanio è il fondamento. Una superficie a specchio altamente lucida e una finitura opaca sabbiata presenteranno un effetto visivo molto diverso dopo aver subito la stessa anodizzazione. La superficie dello specchio è luminosa e brillante, come la vernice metallizzata; La superficie opaca è morbida ed elegante, più simile a un colore intrinseco. Inoltre, anche la composizione della lega e la microstruttura del titanio influiscono leggermente sulla crescita uniforme della pellicola di ossido.
In sintesi, l'anodizzazione dei tubi in titanio è una tecnologia di trattamento superficiale ad alta tecnologia- che "incide" con precisione lo spessore della pellicola di ossido superficiale attraverso metodi elettrochimici e utilizza il principio dell'interferenza della luce per presentare il colore. Il suo colore è brillante e saldamente legato alla matrice, garantendo un'ottima stabilità quotidiana. Tuttavia, per ottenere i risultati cromatici desiderati, uniformi e di lunga durata, è necessario un controllo sistematico e preciso di una serie di fattori quali voltaggio, elettrolita, tempo e condizioni della superficie del materiale.
