Raziskave o nadzoru enotnosti anodiziranega filma iz titanove zlitine

Koncentracija elektrolita je eden od ključnih parametrov, ki določajo hitrost nastajanja anodiziranega filma in kakovost filma titanove zlitine. Previsoka koncentracija bo znatno pospešila rast oksidnega filma, vendar lahko prehiter proces nastajanja filma zlahka povzroči lokalno razgradnjo ali "ablacijo", kar ima za posledico ohlapno mikrostrukturo in povečano hrapavost površine, kar posledično vpliva na enakomernost učinka optične interference in vodi do neenakomernega razvoja barve. Na primer, če je koncentracija fosforne kisline v elektrolitih fosforne kisline visoka, je oksidni film, ki nastane na površini titanove zlitine, pogosto debel in neenakomeren, območje ablacije pa izpostavi matriko zaradi poškodbe sloja filma, kar tvori očitno barvno razliko in svetlobni kontrast z okolico.

Nasprotno, če je koncentracija elektrolita prenizka, gonilna sila za-tvorbo filma ni zadostna in oksidni film raste počasi, zaradi česar je težko oblikovati sloj filma z gosto strukturo in enakomerno debelino. Ta vrsta filma ne le zmanjša mehanske lastnosti in odpornost proti koroziji, ampak vpliva tudi na njegove optične lastnosti, kar se kaže kot motna barva in neenakomerna porazdelitev. Na primer, v elektrolitu žveplove kisline z nizko{3}}koncentracijo je dobljeni oksidni film običajno tanek, ohlapne strukture, svetle barve in očitno lisast.

Temperatura elektrolita ima ključen vpliv na kakovost strukture in barvno konsistenco oksidnega filma. Povišanje temperature bo povečalo mobilnost ionov, okrepilo motnje reakcijskega sistema, povzročilo tokovna in napetostna nihanja, nato pa povzročilo neravnovesje lokalne stopnje rasti filmske plasti in zmanjšalo splošno enotnost. Poleg tega lahko visoke temperature sprožijo stranske reakcije, kot je lokalno raztapljanje ali rekristalizacija oksidnega filma, kar še dodatno moti kontinuiteto filmskega sloja.

Ko je temperatura elektrolita previsoka, je reakcija površinske oksidacije titanove zlitine silovita in filmska plast se na nekaterih območjih prehitro zgosti in tvori dvignjeno strukturo, medtem ko je debelina filma na drugih območjih tanka, kar povzroči neskladno interferenčno barvo, ki jo povzroča razlika v debelini filma. Pod nizkimi temperaturnimi pogoji je reakcijska kinetika omejena, stopnja tvorbe filma se znatno zmanjša, stopnja oksidacije pa se razlikuje v različnih regijah, kar je nagnjeno k "cvetenju", to je, da se na površini pojavi plak ali črtasta barvna razlika. Na primer, v nizko{2}}temperaturnem kromatnem elektrolitu oksidne folije titanove zlitine pogosto rastejo neenakomerno, z očitno porazdelitvijo barvnih madežev.

Oksidacijska napetost je ključni parameter, ki uravnava debelino anodizirajočega filma in vrste interferenčnih barv titanovih zlitin. Ko je napetost prenizka, električna poljska jakost ni dovolj za pogon popolne oksidacijske reakcije, hitrost nastajanja filma je počasna, debelina filma pa nezadostna, zaradi česar je težko oblikovati polno in svetlo strukturno barvo, kar vpliva na videz in funkcionalnost.

Vendar pa ima čezmerna napetost več tveganj: po eni strani bo prekoračitev kritične prebojne napetosti povzročila lokalno razgradnjo dielektrika, kar bo povzročilo napake na filmu; Po drugi strani pa se rastna obremenitev plasti filma poveča pod visoko napetostjo, kar lahko zlahka povzroči neenakomerno porazdelitev debeline filma, kar posledično vodi do različnih barvnih odtenkov. Prav tako je treba strogo nadzorovati hitrost spremembe napetosti, zaradi prehitre napetostne rampe pa bo strukturo filma preveč težko reorganizirati in stabilizirati, kar bo povzročilo zamegljene barvne prehode in nejasne meje.

Pri visoko-napetostnem procesu ima lahko površina titanove zlitine točkovno ali linearno prekinitev, plast filma v območju preloma odpove, okolica pa je nenormalna v nastajanju filma zaradi popačenja električnega polja, ki tvori lokalne svetle lise ali temna območja, kar resno vpliva na vizualno doslednost.

Čas oksidacije neposredno vpliva na končno debelino in strukturno celovitost plasti filma. Če je čas prekratek, oksidni film ne more dovolj rasti, debelina filma je premajhna, struktura ni gosta, kar ima za posledico svetlo barvo in neenakomerno porazdelitev, ki ne more doseči učinkovite površinske zaščite in dekorativnih učinkov.

Vendar pa lahko predolg čas oksidacije povzroči tudi negativne učinke: ko reakcija napreduje, se stopnja rasti filma postopoma upočasni, učinek medfazne korozije pa se poveča, čezmerna oksidacija pa lahko povzroči ohlapno, porozno in celo lokalno luščenje plasti filma. Takšne strukturne napake lahko resno poslabšajo enakomernost barve, odpornost na lepljenje in korozijo plasti filma. Običajno mora biti čas za eloksiranje titanovih zlitin nastavljen med 30 in 600 sekundami, odvisno od specifičnega elektrolitskega sistema in cilja postopka.

Med dolgotrajnim-postopkom oksidacije je filmska plast nenehno izpostavljena elektrolitu, kar lahko povzroči lokalno kemično raztapljanje, nastajanje mikropor in razpok, kar povzroči zmanjšanje optičnih lastnosti in izgubo zaščitne funkcije.

Gostota toka je glavni parameter, ki določa hitrost rasti oksidnega filma, enakomernost njegove porazdelitve pa neposredno določa skladnost med debelino filma in barvo. Če je trenutna porazdelitev gostote neenakomerna, bo to privedlo do razlik v stopnjah nastajanja filma v različnih regijah, kar bo povzročilo gradiente debeline filma in nato povzročilo pojav "cvetenja" zaradi različnih pogojev motenj. Na primer, neustrezna razporeditev elektrod bo povzročila visoko gostoto toka na robu obdelovanca ali v bližini pola in plast filma na tem območju bo prehitro rasla, kar lahko povzroči grobo odebelitev ali ablacijo. Območje stran od elektrode je tanko in svetle barve zaradi nezadostne gostote toka in tvori očitne pasove ali plošče.

Zato sta pravilna zasnova orodja in postavitev elektrod bistvenega pomena za doseganje enotne porazdelitve tokovnega polja in sta predpogoja za pridobitev visoko{0}}kakovostnih in doslednih barv.