Έρευνα για τον έλεγχο ομοιομορφίας ανοδιωμένου φιλμ από κράμα τιτανίου

Η συγκέντρωση ηλεκτρολύτη είναι μία από τις βασικές παραμέτρους που καθορίζουν τον ρυθμό σχηματισμού φιλμ ανοδίωσης και την ποιότητα του φιλμ του κράματος τιτανίου. Η υπερβολικά υψηλή συγκέντρωση θα επιταχύνει σημαντικά την ανάπτυξη του φιλμ οξειδίου, αλλά η πολύ γρήγορη διαδικασία σχηματισμού φιλμ μπορεί εύκολα να προκαλέσει τοπική διάσπαση ή "κατάλυση", με αποτέλεσμα χαλαρή μικροδομή και αυξημένη τραχύτητα επιφάνειας, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει την ομοιομορφία του φαινομένου οπτικής παρεμβολής και οδηγεί σε ανομοιόμορφη ανάπτυξη χρώματος. Για παράδειγμα, σε ηλεκτρολύτες φωσφορικού οξέος, εάν η συγκέντρωση του φωσφορικού οξέος είναι υψηλή, το φιλμ οξειδίου που σχηματίζεται στην επιφάνεια του κράματος τιτανίου είναι συχνά παχύ και ανώμαλο και η περιοχή αφαίρεσης εκθέτει τη μήτρα λόγω της βλάβης του στρώματος του φιλμ, σχηματίζοντας εμφανή χρωματική διαφορά και chiaroscuro αντίθεση με τη γύρω περιοχή.

Αντίθετα, εάν η συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη είναι πολύ χαμηλή, η κινητήρια δύναμη-που σχηματίζει το φιλμ είναι ανεπαρκής και το φιλμ οξειδίου αναπτύσσεται αργά, καθιστώντας δύσκολο τον σχηματισμό ενός στρώματος φιλμ με πυκνή δομή και ομοιόμορφο πάχος. Αυτός ο τύπος φιλμ όχι μόνο μειώνει τις μηχανικές ιδιότητες και την αντοχή στη διάβρωση, αλλά επηρεάζει επίσης τις οπτικές του ιδιότητες, που εκδηλώνεται ως θαμπό χρώμα και ανομοιόμορφη κατανομή. Για παράδειγμα, σε ηλεκτρολύτη θειικού οξέος χαμηλής-συγκέντρωσης, η μεμβράνη οξειδίου που λαμβάνεται είναι συνήθως λεπτή, χαλαρή στη δομή, ανοιχτόχρωμη και εμφανώς στίγματα.

Η θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη έχει καθοριστικό αντίκτυπο στη δομική ποιότητα και τη χρωματική συνοχή του φιλμ οξειδίου. Η αύξηση της θερμοκρασίας θα ενισχύσει την κινητικότητα των ιόντων, θα εντείνει τη διαταραχή του συστήματος αντίδρασης, θα προκαλέσει διακυμάνσεις του ρεύματος και της τάσης και στη συνέχεια θα οδηγήσει σε ανισορροπία του τοπικού ρυθμού ανάπτυξης του στρώματος φιλμ και θα μειώσει τη συνολική ομοιομορφία. Επιπλέον, οι υψηλές θερμοκρασίες μπορεί να προκαλέσουν παράπλευρες αντιδράσεις, όπως τοπική διάλυση ή ανακρυστάλλωση της μεμβράνης οξειδίου, η οποία διαταράσσει περαιτέρω τη συνέχεια της στιβάδας της μεμβράνης.

Όταν η θερμοκρασία του ηλεκτρολύτη είναι πολύ υψηλή, η αντίδραση επιφανειακής οξείδωσης του κράματος τιτανίου είναι βίαιη και το στρώμα μεμβράνης σε ορισμένες περιοχές πυκνώνει πολύ γρήγορα, σχηματίζοντας μια ανυψωμένη δομή, ενώ το πάχος του φιλμ σε άλλες περιοχές είναι λεπτό, με αποτέλεσμα ασυνεπές χρώμα παρεμβολής που προκαλείται από τη διαφορά στο πάχος του φιλμ. Σε συνθήκες χαμηλής θερμοκρασίας, η κινητική της αντίδρασης είναι περιορισμένη, ο ρυθμός σχηματισμού φιλμ μειώνεται σημαντικά και ο βαθμός οξείδωσης ποικίλλει σε διαφορετικές περιοχές, η οποία είναι επιρρεπής σε "άνθιση", δηλαδή στην επιφάνεια εμφανίζεται πλάκα ή ριγέ διαφορά χρώματος. Για παράδειγμα, στον ηλεκτρολύτη χρωμικού-χαμηλής θερμοκρασίας, οι μεμβράνες οξειδίου του κράματος τιτανίου αναπτύσσονται συχνά ανομοιόμορφα, με εμφανή κατανομή χρωμάτων.

Η τάση οξείδωσης είναι μια βασική παράμετρος που ρυθμίζει το πάχος του φιλμ ανοδίωσης και τους τύπους χρωμάτων παρεμβολής των κραμάτων τιτανίου. Όταν η τάση είναι πολύ χαμηλή, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου δεν είναι αρκετή για να οδηγήσει την πλήρη αντίδραση οξείδωσης, ο ρυθμός σχηματισμού μεμβράνης είναι αργός και το πάχος του φιλμ είναι ανεπαρκές, καθιστώντας δύσκολο τον σχηματισμό ενός πλήρους και φωτεινού δομικού χρώματος, το οποίο επηρεάζει την εμφάνιση και τη λειτουργικότητα.

Ωστόσο, η υπερβολική τάση έχει πολλαπλούς κινδύνους: αφενός, η υπέρβαση της κρίσιμης τάσης διάσπασης θα οδηγήσει σε τοπική διηλεκτρική βλάβη, με αποτέλεσμα ελαττώματα του φιλμ. Από την άλλη πλευρά, η τάση ανάπτυξης του στρώματος μεμβράνης αυξάνεται υπό υψηλή τάση, η οποία μπορεί εύκολα να προκαλέσει ανομοιόμορφη κατανομή του πάχους του φιλμ, που με τη σειρά του οδηγεί σε διαφορετικές αποχρώσεις χρώματος. Ο ρυθμός αλλαγής τάσης πρέπει επίσης να ελέγχεται αυστηρά και η πολύ γρήγορη ράμπα τάσης θα κάνει τη δομή του φιλμ πολύ δύσκολο να αναδιοργανωθεί και να σταθεροποιηθεί, με αποτέλεσμα θολές χρωματικές μεταβάσεις και ασαφή όρια.

Στη διαδικασία υψηλής-τάσης, η επιφάνεια του κράματος τιτανίου μπορεί να έχει σημειακή ή γραμμική διάσπαση, το στρώμα μεμβράνης στην περιοχή διάσπασης αποτυγχάνει και η γύρω περιοχή δεν έχει φυσιολογικό σχηματισμό φιλμ λόγω παραμόρφωσης ηλεκτρικού πεδίου, σχηματίζοντας τοπικά φωτεινά σημεία ή σκοτεινές περιοχές, γεγονός που επηρεάζει σοβαρά την οπτική συνέπεια.

Ο χρόνος οξείδωσης επηρεάζει άμεσα το τελικό πάχος και τη δομική ακεραιότητα του στρώματος φιλμ. Εάν ο χρόνος είναι πολύ μικρός, το φιλμ οξειδίου δεν μπορεί να αναπτυχθεί επαρκώς, το πάχος του φιλμ είναι ανεπαρκές και η δομή δεν είναι πυκνή, με αποτέλεσμα ανοιχτόχρωμο και ανομοιόμορφη κατανομή, που δεν μπορεί να επιτύχει αποτελεσματική προστασία επιφάνειας και διακοσμητικά εφέ.

Ωστόσο, ο πολύ μεγάλος χρόνος οξείδωσης μπορεί επίσης να προκαλέσει αρνητικά αποτελέσματα: καθώς προχωρά η αντίδραση, ο ρυθμός ανάπτυξης του φιλμ σταδιακά επιβραδύνεται και το φαινόμενο διάβρωσης της επιφάνειας αυξάνεται και η υπερβολική οξείδωση μπορεί να οδηγήσει σε χαλαρό, πορώδες, ακόμη και τοπικό ξεφλούδισμα του στρώματος του φιλμ. Τέτοια δομικά ελαττώματα μπορούν να υποβαθμίσουν σοβαρά την ομοιομορφία χρώματος, τη συγκόλληση και την αντίσταση στη διάβρωση του στρώματος μεμβράνης. Συνήθως, ο χρόνος για την ανοδίωση των κραμάτων τιτανίου θα πρέπει να ρυθμίζεται μεταξύ 30 δευτερολέπτων και 600 δευτερολέπτων, ανάλογα με το συγκεκριμένο σύστημα ηλεκτρολυτών και τον στόχο της διαδικασίας.

Κατά τη διάρκεια της μακροπρόθεσμης-διεργασίας οξείδωσης, το στρώμα μεμβράνης εκτίθεται συνεχώς στον ηλεκτρολύτη, ο οποίος μπορεί να προκαλέσει τοπική χημική διάλυση, σχηματίζοντας μικροπόρους και ρωγμές, με αποτέλεσμα μείωση των οπτικών ιδιοτήτων και απώλεια της προστατευτικής λειτουργίας.

Η πυκνότητα ρεύματος είναι η βασική παράμετρος που καθορίζει τον ρυθμό ανάπτυξης του φιλμ οξειδίου και η ομοιομορφία της κατανομής του καθορίζει άμεσα τη συνοχή μεταξύ του πάχους του φιλμ και του χρώματος. Εάν η κατανομή πυκνότητας ρεύματος είναι ανομοιόμορφη, θα οδηγήσει σε διαφορές στους ρυθμούς σχηματισμού μεμβράνης σε διαφορετικές περιοχές, προκαλώντας κλίσεις πάχους φιλμ και στη συνέχεια σχηματίζοντας το φαινόμενο της "άνθισης" λόγω διαφορετικών συνθηκών παρεμβολής. Για παράδειγμα, η ακατάλληλη διάταξη των ηλεκτροδίων θα προκαλέσει υψηλή πυκνότητα ρεύματος στην άκρη του τεμαχίου εργασίας ή κοντά στην περιοχή του πόλου και το στρώμα μεμβράνης σε αυτήν την περιοχή θα αναπτυχθεί πολύ γρήγορα, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει τραχύ πάχυνση ή κατάλυση. Η περιοχή μακριά από το ηλεκτρόδιο είναι λεπτή και ανοιχτόχρωμη λόγω ανεπαρκούς πυκνότητας ρεύματος, σχηματίζοντας εμφανείς ταινίες ή πλάκες.

Επομένως, ο σωστός σχεδιασμός εργαλείων και η διάταξη των ηλεκτροδίων είναι απαραίτητα για την επίτευξη ομοιόμορφης κατανομής πεδίου ρεύματος και είναι οι προϋποθέσεις για την απόκτηση χρωμάτων υψηλής ποιότητας-.