Temeljni princip eloksiranja titanskih cijevi je kontrolirani elektrokemijski proces, a ne dodavanje bojila. Možemo to zamisliti kao "uzgoj" prozirnog i tvrdog oksidnog filma – titanijevog dioksida – na površini titana. Ovaj se proces odvija u elektrolitu, s titanskom cijevi koja djeluje kao anoda (pozitivna elektroda) i istosmjernim ili pulsnim naponom.
Kada električna struja prolazi kroz nju, atomi titana na površini titanijeve cijevi gube elektrone i spajaju se s ionima kisika u elektrolitu, stvarajući vrlo tanak i gust film titan dioksida. Sam film je bezbojan i proziran, pa odakle dolazi bogata boja koju vidimo? To je uglavnom zbog "učinaka interferencije tankog filma". To je kao uljni film na vodi nakon kiše ili mjehurić sapunice koji se ispuhne i poprimi šarenu boju. Kada prirodno svjetlo pogodi ovaj izuzetno tanki oksidni film, dio svjetla se reflektira izravno na površini filma, dok drugi dio prodire kroz film i ponovno se reflektira na spoju filma s titanskom matricom. Kada se ove dvije zrake reflektirane svjetlosti susretnu, dolazi do interferencije svjetlosti. Ako se dva svjetlosna vrha susretnu s vrhovima (u istoj fazi), svjetlost te valne duljine je pojačana i možemo vidjeti boju; Suprotno tome, ako se vrh susreće s dolom (suprotna faza), svjetlost je oslabljena ili čak poništena i ne možemo vidjeti boju. Budući da je debljina filma titan dioksida istog reda veličine kao i valna duljina vidljive svjetlosti (oko 400-700 nm), ovaj učinak interferencije je značajan. Preciznom kontrolom debljine oksidnog filma moguće je kontrolirati koje su valne duljine svjetlosti pojačane, a koje oslabljene, što rezultira određenim bojama. Napon je najkritičniji čimbenik u kontroli debljine filma: što je veći napon, to je jača pokretačka sila električnog polja, formiran je deblji oksidni film, a boja interferencije mijenjat će se od plave, zlatnožute i ljubičaste do tamnijih nijansi (kao što su tamnoplava i zelena).
Analiza stabilnosti boja
Stabilnost boje titanskih cijevi nakon eloksiranja kritična je briga, a na nju utječe kombinacija unutarnjih i vanjskih čimbenika.
Iz perspektive unutarnjih čimbenika, ovaj film od titan dioksida sam po sebi ima izuzetno visoku kemijsku inertnost i mehaničku čvrstoću. Vrlo se čvrsto veže za matricu od titana i dio je same titanske cijevi, a ne prianjanje, tako da je manje sklon problemima s ljuštenjem kao što su boja ili oplata. Ovaj film također može uvelike povećati otpornost titanskih cijevi na koroziju, što je jedan od razloga njegove široke primjene u kemijskim i pomorskim okruženjima. Stoga, u konvencionalnom okruženju sobne temperature, bez habanja i ne-jakih kiselina i lužina, boja proizvedena eloksiranjem prilično je postojana i može se održavati mnogo godina bez značajnog blijeđenja.
Međutim, njegova stabilnost također ima određena ograničenja. Prvo, boja je manje termički stabilna. Ako se titanska cijev kontinuirano zagrijava iznad 300 stupnjeva Celzijusa, struktura oksidnog filma počet će prolaziti transformaciju kristalnog oblika, što će rezultirati malim promjenama u debljini filma i indeksu loma, što će rezultirati "odmakom" ili tamnjenjem boje. Na višim temperaturama filmski sloj može čak i potpuno otkazati. Drugo, postoji mehaničko trošenje. Iako je oksidni film vrlo tvrd, ako nastavi trljati i grebati tvrđim materijalima, lokalno će smanjiti debljinu sloja filma, što će rezultirati svjetlijom bojom i čak otkrivanjem prave boje titana. Konačno, kemijski napad. Unatoč otpornosti na koroziju, oksidni film još uvijek može biti korodiran i otopljen u vrućoj jakoj kiselini (npr. fluorovodična kiselina, koncentrirana sumporna kiselina) ili jakoj lužini, a boja će prirodno nestati.
Ključni čimbenici koji utječu na promjenu boje
1. Napon: Ovo je ključni i najizravniji kontrolni faktor. Napon je u osnovi linearno proporcionalan debljini oksidnog filma, a debljina filma izravno određuje boju. Stoga se u industrijskoj proizvodnji broj boje konačnog proizvoda precizno kontrolira uspostavljanjem tablice preslikavanja "napona-boje". Na primjer, niski naponi (kao što je 10-15 V) mogu proizvesti svijetlo zlatne ili plave, srednji naponi (20-50 V) mogu proizvesti ljubičaste, tamnoplave ili zelene, a visoki naponi (iznad 60 V) mogu proizvesti tamnozelene, smeđe ili čak sive nizove.
2. Sastav elektrolita: Vrsta, koncentracija i pH elektrolita su ključni. Najčešće se koristi razrijeđena otopina sumporne kiseline, koja osigurava dobru električnu vodljivost i umjerenu brzinu oksidacije. Međutim, različite kiseline (kao što su fosforna kiselina, kromna kiselina) ili alkalne otopine, pa čak i organske kiseline utjecat će na brzinu rasta, poroznost i mikrostrukturu sloja filma zbog katalitičkog ili inhibirajućeg učinka njihovih aniona na proces oksidacije. Čak i pri istom naponu, optička svojstva slojeva proizvedenih u različitim elektrolitima mogu malo varirati, što rezultira malim razlikama u konačnoj boji.
3. Trenutni način rada: Tradicionalna metoda konstantnog napona je jednostavna za rukovanje, ali naprednije metode konstantne struje ili impulsni izvori napajanja mogu pružiti bolju kontrolu. Pulsna oksidacija učinkovito raspršuje toplinu koja se stvara tijekom reakcije i daje reaktivnim ionima vremena za difuziju, što rezultira gušćim, jednoličnijim slojem filma, što je posebno važno za dobivanje proizvoda velike površine i jednolike boje.
4. Vrijeme oksidacije: Vrijeme uglavnom utječe na cjelovitost rasta filma. U početnoj fazi potrebno je dovoljno vremena da sloj filma naraste do stabilne debljine odgovarajućeg napona. Međutim, ako je vrijeme predugo, film se može otopiti ili postati grub u nekim elektrolitima, što će utjecati na ujednačenost i svjetlinu boje.
5. Sama titanska cijev: završni sloj titanske cijevi je temelj. Visoko polirana zrcalna površina i pjeskarena mat završna obrada dat će vrlo različit vizualni učinak nakon iste anodizacije. Površina zrcalne površine je svijetla i svijetla, poput metalne boje; Mat površina je mekana i elegantna, više poput inherentne boje. Osim toga, sastav legure i mikrostruktura titana također imaju suptilan utjecaj na ravnomjeran rast oksidnog filma.
Ukratko, eloksiranje titanskih cijevi je visokotehnološka-tehnologija površinske obrade koja precizno "urezuje" debljinu površinskog oksidnog filma elektrokemijskim metodama i koristi se principom interferencije svjetla za predstavljanje boje. Njegova boja je sjajna i čvrsto vezana za matricu, pružajući izvrsnu dnevnu stabilnost. Međutim, postizanje željenih ujednačenih i dugotrajnih -rezultata boje zahtijeva sustavnu i preciznu kontrolu niza faktora kao što su napon, elektrolit, vrijeme i stanje površine materijala.
