O princípio básico da descoloração por anodização de tubos de titânio é um processo eletroquímico controlado, em vez da adição de corantes. Podemos pensar nisso como o “crescimento” de uma película de óxido transparente e dura – dióxido de titânio – na superfície do titânio. Esse processo ocorre em um eletrólito, com um tubo de titânio atuando como ânodo (eletrodo positivo) e uma tensão CC ou pulsada.
Quando uma corrente elétrica passa por ele, os átomos de titânio na superfície do tubo de titânio perdem elétrons e se combinam com os íons de oxigênio no eletrólito, criando uma película muito fina e densa de dióxido de titânio. O filme em si é incolor e transparente, então de onde vem a cor rica que vemos? Isto se deve principalmente ao "efeito de interferência do filme fino". É como uma película de óleo na água depois da chuva, ou uma bolha de sabão que explode e ganha uma cor colorida. Quando a luz natural atinge esta película de óxido extremamente fina, parte da luz é refletida diretamente na superfície da película, enquanto a outra parte penetra na película e reflete novamente na junção da película com a matriz de titânio. Quando esses dois feixes de luz refletida se encontram, ocorre interferência luminosa. Se duas cristas de luz encontram as cristas (na mesma fase), a luz desse comprimento de onda é intensificada e podemos ver a cor; Por outro lado, se a crista encontra o vale (fase oposta), a luz é enfraquecida ou mesmo anulada e não podemos ver a cor. Dado que a espessura da película de dióxido de titânio é da mesma ordem de grandeza que o comprimento de onda da luz visível (cerca de 400-700 nm), este efeito de interferência é significativo. Ao controlar com precisão a espessura do filme de óxido, é possível controlar quais comprimentos de onda de luz são aumentados e quais são enfraquecidos, resultando em cores específicas. A tensão é o fator mais crítico no controle da espessura do filme: quanto maior a tensão, mais forte será a força motriz do campo elétrico, mais espessa será a película de óxido formada e a cor da interferência mudará de azul, amarelo dourado e roxo para tons mais escuros (como azul escuro e verde).
Análise de estabilidade de cores
A estabilidade da cor dos tubos de titânio após a anodização é uma preocupação crítica e é influenciada por uma combinação de fatores internos e externos.
Do ponto de vista dos fatores internos, esse próprio filme de dióxido de titânio possui inércia química e resistência mecânica extremamente altas. Ele se liga muito firmemente à matriz de titânio e faz parte do próprio tubo de titânio, e não uma aderência, por isso é menos sujeito a problemas de descascamento, como pintura ou revestimento. Este filme também pode aumentar significativamente a resistência à corrosão dos tubos de titânio, o que é uma das razões para sua ampla aplicação em ambientes químicos e marinhos. Portanto, no ambiente convencional de temperatura ambiente, sem desgaste e sem ácidos e álcalis fortes, a cor produzida pela anodização é bastante estável e pode ser mantida por muitos anos sem desbotamento significativo.
No entanto, a sua estabilidade também tem certas limitações. Primeiro, a cor é menos estável termicamente. Se o tubo de titânio for continuamente aquecido acima de 300 graus Celsius, a estrutura do filme de óxido começará a sofrer transformação na forma cristalina, resultando em pequenas alterações na espessura do filme e no índice de refração, resultando em "desvio" de cor ou escurecimento. Em temperaturas mais altas, a camada de filme pode até falhar completamente. Em segundo lugar, existe o desgaste mecânico. Embora o filme de óxido seja muito duro, se continuar a esfregar e arranhar materiais mais duros, reduzirá localmente a espessura da camada do filme, resultando em uma cor mais clara e até mesmo revelando a verdadeira cor do titânio. Finalmente, ataque químico. Apesar da resistência à corrosão, o filme de óxido ainda pode ser corroído e dissolvido em um ácido forte quente (por exemplo, ácido fluorídrico, ácido sulfúrico concentrado) ou ambiente alcalino forte, e a cor desaparecerá naturalmente.
Fatores-chave que afetam a mudança de cor
1. Tensão: Este é o fator de controle principal e mais direto. A tensão é basicamente linearmente proporcional à espessura do filme de óxido, e a espessura do filme determina diretamente a cor. Portanto, na produção industrial, o número de cores do produto final é controlado com precisão através do estabelecimento de uma tabela de mapeamento de “tensão-cor”. Por exemplo, tensões baixas (como 10-15 V) podem produzir dourado claro ou azul, tensões médias (20-50 V) podem produzir roxo, azul escuro ou verde, e tensões altas (acima de 60 V) podem produzir séries verdes escuras, marrons ou até mesmo cinzas.
2. Composição do eletrólito: O tipo, concentração e pH do eletrólito são cruciais. O mais comumente usado é uma solução diluída de ácido sulfúrico, que proporciona boa condutividade elétrica e uma taxa de oxidação moderada. No entanto, diferentes ácidos (como ácido fosfórico, ácido crômico) ou soluções alcalinas, e mesmo ácidos orgânicos afetarão a taxa de crescimento, porosidade e microestrutura da camada de filme devido ao efeito catalítico ou inibidor de seus ânions no processo de oxidação. Mesmo na mesma voltagem, as propriedades ópticas das camadas produzidas em diferentes eletrólitos podem variar ligeiramente, resultando em pequenas diferenças na cor final.
3. Modo de corrente: O método tradicional de tensão constante é simples de operar, mas métodos de corrente constante mais avançados ou fontes de alimentação pulsadas podem fornecer melhor controle. A oxidação pulsada dissipa efetivamente o calor gerado durante a reação e dá tempo para que os íons reativos se difundam, resultando em uma camada de filme mais densa e uniforme, o que é especialmente importante para a obtenção de um produto com grande área e cor uniforme.
4. Tempo de oxidação: O tempo afeta principalmente a integridade do crescimento do filme. No estágio inicial, é necessário tempo suficiente para que a camada de filme cresça até uma espessura estável da tensão correspondente. Porém, se o tempo for muito longo, o filme pode se dissolver ou ficar áspero em alguns eletrólitos, o que afetará a uniformidade e o brilho da cor.
5. Tubo de titânio em si: O acabamento superficial do tubo de titânio é a base. Uma superfície espelhada altamente polida e um acabamento fosco jateado apresentarão um efeito visual muito diferente após passar pela mesma anodização. A superfície da superfície do espelho é brilhante e brilhante, como tinta metálica; A superfície fosca é macia e elegante, mais parecida com uma cor inerente. Além disso, a composição da liga e a microestrutura do titânio também têm um impacto sutil no crescimento uniforme do filme de óxido.
Em resumo, a anodização de tubos de titânio é uma tecnologia de tratamento de superfície de alta-tecnologia que "grava" com precisão a espessura do filme de óxido de superfície por meio de métodos eletroquímicos e usa o princípio da interferência da luz para apresentar a cor. A sua cor é brilhante e firmemente aderida à matriz, proporcionando excelente estabilidade diária. No entanto, alcançar os resultados de cores desejados, uniformes e{3}}duradouros requer controle sistemático e preciso de uma série de fatores, como tensão, eletrólito, tempo e condição da superfície do material.
