Innen metallbehandling og overflatebehandling er titanlegeringer mye brukt i romfart, medisinsk utstyr og avanserte smykkerindustrier på grunn av deres høye spesifikke styrke, lave tetthet, utmerkede korrosjonsbestandighet og gode biokompatibilitet. Som en nøkkelprosess for å forbedre overflateegenskapene til titanlegeringer og gi dem et dekorativt utseende, påvirker anodisering direkte ytelsen og merverdien til komponentene.
Elektrolyttkonsentrasjon er en av kjerneparametrene som bestemmer anodiseringsfilmdannelseshastigheten og filmkvaliteten til titanlegering. For høy konsentrasjon vil betydelig akselerere veksten av oksidfilm, men for rask filmdannelsesprosess kan lett indusere lokal nedbrytning eller "ablasjon", noe som resulterer i løs mikrostruktur og økt overflateruhet, som igjen påvirker jevnheten av optisk interferenseffekt og fører til ujevn fargeutvikling. For eksempel, i fosforsyreelektrolytter, hvis konsentrasjonen av fosforsyre er høy, er oksidfilmen som dannes på overflaten av titanlegering ofte tykk og ujevn, og ablasjonsområdet eksponerer matrisen på grunn av skaden på filmlaget, og danner åpenbar fargeforskjell og chiaroscuro-kontrast med området rundt.
Tvert imot, hvis elektrolyttkonsentrasjonen er for lav, er den filmdannende-drivkraften utilstrekkelig, og oksidfilmen vokser sakte, noe som gjør det vanskelig å danne et filmlag med en tett struktur og jevn tykkelse. Denne typen film reduserer ikke bare mekaniske egenskaper og korrosjonsmotstand, men påvirker også dens optiske egenskaper, og manifesterer seg som matt farge og ujevn fordeling. For eksempel, i lav-svovelsyreelektrolytt er den oppnådde oksidfilmen vanligvis tynn, løs i strukturen, lys i fargen og tydelig flekkete.
Temperaturen på elektrolytten har en sentral innvirkning på den strukturelle kvaliteten og fargekonsistensen til oksidfilmen. Økningen i temperatur vil øke ionemobiliteten, intensivere forstyrrelsen av reaksjonssystemet, forårsake strøm- og spenningssvingninger, og deretter føre til ubalanse i den lokale veksthastigheten til filmlaget og redusere den generelle jevnheten. I tillegg kan høye temperaturer indusere sidereaksjoner, slik som lokal oppløsning eller rekrystallisering av oksidfilmen, noe som ytterligere forstyrrer kontinuiteten til filmlaget.
Når temperaturen på elektrolytten er for høy, er overflateoksidasjonsreaksjonen til titanlegering voldsom, og filmlaget i noen områder tykner for raskt, og danner en hevet struktur, mens filmtykkelsen i andre områder er tynn, noe som resulterer i inkonsekvent interferensfarge forårsaket av forskjellen i filmtykkelse. Under lave temperaturforhold er reaksjonskinetikken begrenset, filmdannelseshastigheten reduseres betydelig, og graden av oksidasjon varierer i ulike regioner, som er utsatt for å "blomstre", det vil si at overflaten ser ut som plakk eller stripete fargeforskjell. For eksempel, i lav-temperaturkromatelektrolytt vokser titanlegeringsoksidfilmer ofte ujevnt, med tydelig fargeflekkfordeling.
Oksidasjonsspenning er en nøkkelparameter som regulerer tykkelsen på anodiseringsfilmen og typene interferensfarger til titanlegeringer. Når spenningen er for lav, er den elektriske feltstyrken ikke nok til å drive den fulle oksidasjonsreaksjonen, filmdannelseshastigheten er langsom, og filmtykkelsen er utilstrekkelig, noe som gjør det vanskelig å danne en full og lys strukturell farge, noe som påvirker utseendet og funksjonaliteten.
Imidlertid har for høy spenning flere risikoer: på den ene siden vil overskridelse av den kritiske sammenbruddsspenningen føre til lokalt dielektrisk sammenbrudd, noe som resulterer i filmdefekter; På den annen side øker filmlagets vekstspenning under høy spenning, noe som lett kan forårsake ujevn fordeling av filmtykkelsen, som igjen fører til forskjellige fargenyanser. Spenningsendringshastigheten må også kontrolleres strengt, og for rask spenningsrampe vil gjøre filmstrukturen for vanskelig å omorganisere og stabilisere, noe som resulterer i uskarpe fargeoverganger og uklare grenser.
I høyspenningsprosessen kan overflaten av titanlegering ha punkt- eller lineær nedbrytning, filmlaget i nedbrytningsområdet svikter, og området rundt er unormalt i filmdannelse på grunn av elektrisk feltforvrengning, og danner lokale lyse flekker eller mørke områder, noe som alvorlig påvirker visuell konsistens.
Oksydasjonstiden påvirker direkte den endelige tykkelsen og strukturelle integriteten til filmlaget. Hvis tiden er for kort, kan ikke oksidfilmen vokse tilstrekkelig, filmtykkelsen er utilstrekkelig, og strukturen er ikke tett, noe som resulterer i lys farge og ujevn fordeling, som ikke kan oppnå effektiv overflatebeskyttelse og dekorative effekter.
Imidlertid kan for lang oksidasjonstid også introdusere negative effekter: ettersom reaksjonen skrider frem, reduseres veksthastigheten til filmen gradvis, og grenseflatekorrosjonseffekten øker, og overdreven oksidasjon kan føre til løs, porøs og til og med lokal avskalling av filmlaget. Slike strukturelle defekter kan alvorlig forringe fargeuniformiteten, bindingen og korrosjonsmotstanden til filmlaget. Typisk bør tiden for anodisering av titanlegeringer settes mellom 30 sekunder og 600 sekunder, avhengig av det spesifikke elektrolyttsystemet og prosessmålet.
Under den langsiktige oksidasjonsprosessen blir filmlaget kontinuerlig utsatt for elektrolytten, noe som kan forårsake lokal kjemisk oppløsning, danne mikroporer og sprekker, noe som resulterer i en reduksjon i optiske egenskaper og tap av beskyttende funksjon.
Strømtetthet er kjerneparameteren som bestemmer veksthastigheten til oksidfilm, og jevnheten i distribusjonen bestemmer direkte konsistensen mellom filmtykkelse og farge. Hvis strømtetthetsfordelingen er ujevn, vil det føre til forskjeller i filmdannelseshastigheter i forskjellige regioner, forårsake filmtykkelsesgradienter, og deretter danne fenomenet "blomstring" på grunn av forskjellige interferensforhold. For eksempel vil feil elektrodearrangement føre til at strømtettheten til arbeidsstykkekanten eller nær polområdet blir høy, og filmlaget i dette området vil vokse for raskt, noe som kan forårsake grov fortykkelse eller ablasjon. Området borte fra elektroden er tynt og lys i fargen på grunn av utilstrekkelig strømtetthet, og danner tydelige bånd eller plakk.
Derfor er riktig verktøydesign og elektrodelayout avgjørende for å oppnå jevn strømfeltfordeling og er forutsetningene for å oppnå høy-kvalitet og konsistente farger.
I anodiseringsprosessen av titanlegering kobles parametrene som elektrolyttkonsentrasjon, temperatur, oksidasjonsspenning, tid og strømtetthet til hverandre, som sammen påvirker de strukturelle egenskapene og den tilsynelatende fargen til oksidfilmen. I faktisk produksjon er det nødvendig å systematisk vurdere samspillet mellom ulike parametere, kombinere materialegenskapene til titanlegering og produktbrukskrav, og utføre presis design og lukket-sløyfekontroll av prosessvinduet, for å stabilt fremstille anodiserte titanlegeringsprodukter med tett filmlag, jevn farge og utmerket ytelse, og oppfylle de strenge kravene til overflatekvalitet i høy{2} applikasjoner.
