Základným princípom anodizačného odfarbovania titánových trubíc je skôr riadený elektrochemický proces než pridávanie farbív. Môžeme si to predstaviť tak, že na povrchu titánu „vyrastie“ priehľadný a tvrdý oxidový film – oxid titaničitý. Tento proces prebieha v elektrolyte, pričom titánová trubica pôsobí ako anóda (kladná elektróda) a jednosmerné alebo pulzné napätie.
Keď ním prechádza elektrický prúd, atómy titánu na povrchu titánovej trubice strácajú elektróny a spájajú sa s iónmi kyslíka v elektrolyte, čím vytvárajú veľmi tenký a hustý film oxidu titaničitého. Samotný film je bezfarebný a priehľadný, takže odkiaľ pochádza bohatá farba, ktorú vidíme? Je to spôsobené najmä „interferenciou tenkého filmu“. Je to ako olejový film na vode po daždi alebo bublina mydla, ktorá vyfúkne a naberie pestrú farbu. Keď prirodzené svetlo dopadá na tento extrémne tenký oxidový film, časť svetla sa odráža priamo na povrchu filmu, zatiaľ čo druhá časť preniká filmom a opäť sa odráža v mieste spojenia filmu s titánovou matricou. Keď sa tieto dva lúče odrazeného svetla stretnú, dôjde k interferencii svetla. Ak sa dva svetelné hrebene stretnú s hrebeňmi (v rovnakej fáze), svetlo tejto vlnovej dĺžky sa zosilní a môžeme vidieť farbu; Naopak, ak sa hrebeň stretáva s korytom (opačná fáza), svetlo je oslabené alebo dokonca zrušené a farbu nevidíme. Pretože hrúbka filmu oxidu titaničitého je v rovnakom ráde ako vlnová dĺžka viditeľného svetla (asi 400-700 nm), je tento interferenčný efekt významný. Presným riadením hrúbky oxidového filmu je možné kontrolovať, ktoré vlnové dĺžky svetla sú zosilnené a ktoré zoslabnuté, výsledkom čoho sú špecifické farby. Napätie je najdôležitejším faktorom pri kontrole hrúbky filmu: čím vyššie je napätie, tým silnejšia je hnacia sila elektrického poľa, tým hrubší je vytvorený oxidový film a farba interferencie sa zmení z modrej, zlatožltej a fialovej na tmavšie odtiene (ako je tmavo modrá a zelená).
Analýza stability farieb
Stabilita farby titánových rúr po eloxovaní je kritickým problémom a je ovplyvnená kombináciou vnútorných a vonkajších faktorov.
Z hľadiska vnútorných faktorov má tento film oxidu titaničitého sám o sebe extrémne vysokú chemickú inertnosť a mechanickú pevnosť. Veľmi pevne sa spája s titánovou matricou a je súčasťou samotnej titánovej trubice, nie priľnavosti, takže je menej náchylná na problémy s odlupovaním, ako je farba alebo pokovovanie. Tento film môže tiež výrazne zvýšiť odolnosť titánových rúr proti korózii, čo je jedným z dôvodov jeho širokého použitia v chemickom a morskom prostredí. Preto v bežnom prostredí izbovej teploty, bez opotrebovania a bez-silných kyselín a zásad je farba vytvorená eloxovaním celkom stabilná a dá sa zachovať mnoho rokov bez výrazného vyblednutia.
Jeho stabilita má však aj isté obmedzenia. Po prvé, farba je menej tepelne stabilná. Ak sa titánová trubica nepretržite zahrieva nad 300 stupňov Celzia, štruktúra oxidového filmu začne podliehať transformácii kryštálovej formy, čo má za následok malé zmeny v hrúbke filmu a indexe lomu, čo vedie k "driftu" alebo stmavnutiu farby. Pri vyšších teplotách môže vrstva filmu dokonca úplne zlyhať. Po druhé, dochádza k mechanickému opotrebovaniu. Hoci je oxidový film veľmi tvrdý, ak sa bude naďalej trieť a poškriabať tvrdšími materiálmi, lokálne zníži hrúbku vrstvy filmu, čo vedie k svetlejšej farbe a dokonca k odhaleniu skutočnej farby titánu. Nakoniec chemický útok. Napriek odolnosti voči korózii môže byť oxidový film stále korodovaný a rozpustený v horúcom prostredí so silnou kyselinou (napr. kyselina fluorovodíková, koncentrovaná kyselina sírová) alebo so silnou zásadou a farba prirodzene zmizne.
Kľúčové faktory, ktoré ovplyvňujú zmenu farby
1. Napätie: Toto je hlavný a najpriamejší riadiaci faktor. Napätie je v podstate lineárne úmerné hrúbke oxidového filmu a hrúbka filmu priamo určuje farbu. Preto je v priemyselnej výrobe číslo farby konečného produktu presne kontrolované vytvorením mapovacej tabuľky „napäťovej-farby“. Napríklad nízke napätie (napríklad 10-15V) môže produkovať svetlo zlatú alebo modrú, stredné napätie (20-50V) môže produkovať fialovú, tmavomodrú alebo zelenú farbu a vysoké napätie (nad 60V) môže vytvárať tmavozelené, hnedé alebo dokonca sivé série.
2. Zloženie elektrolytu: Typ, koncentrácia a pH elektrolytu sú rozhodujúce. Najčastejšie sa používa zriedený roztok kyseliny sírovej, ktorý poskytuje dobrú elektrickú vodivosť a miernu rýchlosť oxidácie. Avšak rôzne kyseliny (ako je kyselina fosforečná, kyselina chrómová) alebo alkalické roztoky a dokonca aj organické kyseliny ovplyvnia rýchlosť rastu, pórovitosť a mikroštruktúru vrstvy filmu v dôsledku katalytického alebo inhibičného účinku ich aniónov na oxidačný proces. Aj pri rovnakom napätí sa optické vlastnosti vrstiev vyrobených v rôznych elektrolytoch môžu mierne líšiť, čo má za následok mierne rozdiely vo výslednej farbe.
3. Režim prúdu: Tradičná metóda konštantného napätia je jednoduchá na ovládanie, ale pokročilejšie metódy konštantného prúdu alebo pulzné napájacie zdroje môžu poskytnúť lepšiu kontrolu. Pulzná oxidácia účinne odvádza teplo vznikajúce počas reakcie a poskytuje reaktívnym iónom čas na difúziu, výsledkom čoho je hustejšia, rovnomernejšia vrstva filmu, čo je obzvlášť dôležité na získanie produktu s veľkou plochou a jednotnou farbou.
4. Čas oxidácie: Čas ovplyvňuje hlavne integritu rastu filmu. V počiatočnom štádiu je potrebný dostatočný čas na to, aby vrstva filmu narástla na stabilnú hrúbku zodpovedajúceho napätia. Ak je však čas príliš dlhý, film sa môže v niektorých elektrolytoch rozpustiť alebo zdrsniť, čo ovplyvní rovnomernosť a jas farby.
5. Samotná titánová rúrka: Základom je povrchová úprava titánovej rúrky. Vysoko leštený zrkadlový povrch a pieskovaný matný povrch budú predstavovať po rovnakom eloxovaní veľmi odlišný vizuálny efekt. Povrch zrkadlového povrchu je svetlý a svetlý, ako kovová farba; Matný povrch je jemný a elegantný, skôr ako inherentná farba. Okrem toho zloženie zliatiny a mikroštruktúra titánu majú tiež jemný vplyv na rovnomerný rast oxidového filmu.
Stručne povedané, eloxovanie titánových rúr je špičková{0}}technológia povrchovej úpravy, ktorá elektrochemickými metódami presne „vyryje“ hrúbku povrchového oxidového filmu a na zobrazenie farby využíva princíp svetelnej interferencie. Jeho farba je brilantná a pevne spojená s matricou a poskytuje vynikajúcu dennú stabilitu. Dosiahnutie požadovaných jednotných a-dlhotrvajúcich farebných výsledkov si však vyžaduje systematickú a presnú kontrolu nad celým radom faktorov, ako je napätie, elektrolyt, čas a stav povrchu materiálu.
