În domeniul prelucrării metalelor și al tratamentului suprafețelor, aliajele de titan sunt utilizate pe scară largă în industria aerospațială, a dispozitivelor medicale și în industriile de bijuterii de ultimă generație, datorită rezistenței specifice ridicate, densității scăzute, rezistenței excelente la coroziune și biocompatibilității bune. Ca proces cheie pentru a îmbunătăți proprietățile suprafeței aliajelor de titan și pentru a le oferi un aspect decorativ, anodizarea afectează direct performanța și valoarea adăugată a componentelor.
Concentrația electroliților este unul dintre parametrii de bază care determină rata de formare a filmului de anodizare și calitatea filmului din aliajul de titan. O concentrație prea mare va accelera în mod semnificativ creșterea filmului de oxid, dar procesul de formare prea rapid a filmului poate induce cu ușurință defalcarea locală sau „ablația”, ducând la o microstructură slăbită și o rugozitate crescută a suprafeței, care, la rândul său, afectează uniformitatea efectului de interferență optică și duce la dezvoltarea neuniformă a culorii. De exemplu, în electroliții de acid fosforic, dacă concentrația de acid fosforic este mare, pelicula de oxid formată pe suprafața aliajului de titan este adesea groasă și neuniformă, iar zona de ablație expune matricea din cauza deteriorării stratului de film, formând o diferență evidentă de culoare și un contrast clar-obscur cu zona înconjurătoare.
Dimpotrivă, dacă concentrația de electrolit este prea mică, forța motrice-formatoare de peliculă este insuficientă, iar pelicula de oxid crește lent, ceea ce face dificilă formarea unui strat de film cu o structură densă și grosime uniformă. Acest tip de peliculă nu numai că reduce proprietățile mecanice și rezistența la coroziune, dar îi afectează și proprietățile optice, manifestându-se ca culoare ternă și distribuție neuniformă. De exemplu, în electrolitul de acid sulfuric cu concentrație scăzută-, pelicula de oxid obținută este de obicei subțire, slabă ca structură, deschisă la culoare și evident pete.
Temperatura electrolitului are un impact cheie asupra calității structurale și consistenței culorii filmului de oxid. Creșterea temperaturii va spori mobilitatea ionilor, va intensifica perturbarea sistemului de reacție, va provoca fluctuații de curent și tensiune și apoi va duce la dezechilibrul ratei locale de creștere a stratului de film și va reduce uniformitatea generală. În plus, temperaturile ridicate pot induce reacții secundare, cum ar fi dizolvarea locală sau recristalizarea filmului de oxid, care perturbă și mai mult continuitatea stratului de film.
Când temperatura electrolitului este prea mare, reacția de oxidare a suprafeței aliajului de titan este violentă, iar stratul de peliculă în unele zone se îngroașă prea repede, formând o structură ridicată, în timp ce grosimea filmului în alte zone este subțire, rezultând o culoare de interferență inconsecventă cauzată de diferența de grosime a filmului. În condiții de temperatură scăzută, cinetica reacției este limitată, rata de formare a peliculei scade semnificativ, iar gradul de oxidare variază în diferite regiuni, ceea ce este predispus la „înflorire”, adică pe suprafața apare placa sau diferența de culoare în dungi. De exemplu, în electrolitul cromat la temperatură joasă-, peliculele de oxid de aliaj de titan cresc adesea neuniform, cu o distribuție evidentă a petelor de culoare.
Tensiunea de oxidare este un parametru cheie care reglează grosimea filmului de anodizare și tipurile de culori de interferență ale aliajelor de titan. Când tensiunea este prea scăzută, puterea câmpului electric nu este suficientă pentru a conduce reacția de oxidare completă, rata de formare a filmului este lentă, iar grosimea filmului este insuficientă, ceea ce face dificilă formarea unei culori structurale pline și strălucitoare, ceea ce afectează aspectul și funcționalitatea.
Cu toate acestea, tensiunea excesivă are mai multe riscuri: pe de o parte, depășirea tensiunii critice de avarie va duce la defectarea dielectrică locală, rezultând defecte ale peliculei; Pe de altă parte, stresul de creștere a stratului de peliculă crește sub tensiune înaltă, ceea ce poate provoca cu ușurință o distribuție neuniformă a grosimii filmului, ceea ce, la rândul său, duce la diferite nuanțe de culoare. Rata de schimbare a tensiunii trebuie, de asemenea, controlată cu strictețe, iar rampa de tensiune prea rapidă va face structura filmului prea dificil de reorganizat și stabilizat, rezultând tranziții de culoare neclare și limite neclare.
În procesul de-tensiune înaltă, suprafața aliajului de titan poate avea o defalcare punctuală sau liniară, stratul de film din zona de defalcare eșuează, iar zona înconjurătoare este anormală în formarea filmului din cauza distorsiunii câmpului electric, formând pete luminoase locale sau zone întunecate, care afectează grav consistența vizuală.
Timpul de oxidare afectează direct grosimea finală și integritatea structurală a stratului de film. Dacă timpul este prea scurt, filmul de oxid nu poate crește suficient, grosimea filmului este insuficientă și structura nu este densă, rezultând o culoare deschisă și o distribuție neuniformă, ceea ce nu poate obține o protecție eficientă a suprafeței și efecte decorative.
Cu toate acestea, timpul de oxidare prea lung poate introduce și efecte negative: pe măsură ce reacția progresează, viteza de creștere a filmului încetinește treptat, iar efectul de coroziune interfacială crește, iar oxidarea excesivă poate duce la decojirea liberă, poroasă și chiar locală a stratului de film. Astfel de defecte structurale pot degrada grav uniformitatea culorii, lipirea și rezistența la coroziune a stratului de film. În mod obișnuit, timpul pentru anodizarea aliajelor de titan ar trebui să fie setat între 30 de secunde și 600 de secunde, în funcție de sistemul electrolitic specific și ținta procesului.
În timpul-procesului de oxidare pe termen lung, stratul de film este expus în mod continuu la electrolit, ceea ce poate provoca dizolvarea chimică locală, formând micropori și fisuri, ducând la scăderea proprietăților optice și la pierderea funcției de protecție.
Densitatea curentului este parametrul de bază care determină rata de creștere a filmului de oxid, iar uniformitatea distribuției sale determină în mod direct consistența dintre grosimea și culoarea filmului. Dacă distribuția densității curente este neuniformă, va duce la diferențe în ratele de formare a filmului în diferite regiuni, provocând gradienți de grosime a filmului și apoi formând fenomenul de „înflorire” din cauza diferitelor condiții de interferență. De exemplu, aranjarea necorespunzătoare a electrozilor va face ca densitatea de curent a marginii piesei de prelucrat sau în apropierea zonei polului să fie ridicată, iar stratul de film din această zonă va crește prea repede, ceea ce poate provoca îngroșarea sau ablația grosieră. Zona îndepărtată de electrod este subțire și deschisă la culoare din cauza densității insuficiente de curent, formând benzi sau plăci evidente.
Prin urmare, designul adecvat al sculelor și dispunerea electrozilor sunt esențiale pentru a obține o distribuție uniformă a câmpului de curent și sunt condițiile prealabile pentru obținerea de{0}}calitate ridicată și culori consistente.
În procesul de anodizare a aliajului de titan, parametrii precum concentrația electrolitului, temperatura, tensiunea de oxidare, timpul și densitatea curentului sunt cuplati între ele, ceea ce afectează împreună proprietățile structurale și culoarea aparentă a filmului de oxid. În producția reală, este necesar să se ia în considerare în mod sistematic interacțiunea dintre diferiți parametri, să se combine caracteristicile materialelor aliajului de titan și cerințele de utilizare a produsului și să se efectueze un design precis și un control în buclă închisă-a ferestrei procesului, pentru a pregăti în mod stabil produse anodizate din aliaj de titan cu strat dens de peliculă, culoare uniformă și performanță excelentă și pentru a îndeplini cerințele stricte de calitate a suprafeței {{2}finale.
