تحقیق در مورد کنترل یکنواختی فیلم آنودایز شده با آلیاژ تیتانیوم

غلظت الکترولیت یکی از پارامترهای اصلی است که میزان تشکیل فیلم آنودایز و کیفیت فیلم آلیاژ تیتانیوم را تعیین می کند. غلظت بیش از حد بالا به طور قابل توجهی رشد فیلم اکسید را تسریع می کند، اما فرآیند تشکیل فیلم خیلی سریع می تواند به راحتی باعث شکست موضعی یا "فرسایش" شود، که منجر به ریزساختار شل و افزایش زبری سطح می شود، که به نوبه خود بر یکنواختی اثر تداخل نوری تاثیر می گذارد و منجر به توسعه رنگ ناهموار می شود. به عنوان مثال، در الکترولیت های اسید فسفریک، اگر غلظت اسید فسفریک بالا باشد، لایه اکسیدی تشکیل شده روی سطح آلیاژ تیتانیوم اغلب ضخیم و ناهموار است و ناحیه فرسایش به دلیل آسیب لایه فیلم، ماتریکس را در معرض دید قرار می دهد و تفاوت رنگ آشکار و تضاد کیاروسکورو با ناحیه اطراف ایجاد می کند.

برعکس، اگر غلظت الکترولیت خیلی کم باشد، نیروی محرکه{0} تشکیل‌دهنده فیلم ناکافی است و لایه اکسید به کندی رشد می‌کند و تشکیل یک لایه فیلم با ساختار متراکم و ضخامت یکنواخت را دشوار می‌کند. این نوع فیلم نه تنها خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد، بلکه بر خواص نوری آن نیز تأثیر می گذارد و به صورت رنگ مات و توزیع ناهموار ظاهر می شود. به عنوان مثال، در الکترولیت اسید سولفوریک با غلظت کم، لایه اکسیدی به دست آمده معمولاً نازک، ساختار شل، رنگ روشن و آشکارا خالدار است.

دمای الکترولیت تاثیر کلیدی بر کیفیت ساختاری و قوام رنگ فیلم اکسید دارد. افزایش دما باعث افزایش تحرک یون، تشدید اختلال در سیستم واکنش، نوسانات جریان و ولتاژ می شود و سپس منجر به عدم تعادل نرخ رشد موضعی لایه فیلم و کاهش یکنواختی کلی می شود. علاوه بر این، دماهای بالا ممکن است باعث واکنش‌های جانبی مانند انحلال موضعی یا تبلور مجدد فیلم اکسید شود که تداوم لایه فیلم را بیشتر مختل می‌کند.

هنگامی که دمای الکترولیت بیش از حد بالا باشد، واکنش اکسیداسیون سطحی آلیاژ تیتانیوم شدید است و لایه فیلم در برخی مناطق خیلی سریع ضخیم می شود و ساختار برجسته ای را تشکیل می دهد، در حالی که ضخامت فیلم در مناطق دیگر نازک است و در نتیجه رنگ تداخلی ناسازگار ناشی از تفاوت ضخامت فیلم ایجاد می شود. در شرایط دمای پایین، سینتیک واکنش محدود است، سرعت تشکیل فیلم به طور قابل توجهی کاهش می یابد، و درجه اکسیداسیون در مناطق مختلف متفاوت است، که مستعد "شکوفایی" است، یعنی سطح پلاک یا تفاوت رنگ راه راه به نظر می رسد. به عنوان مثال، در الکترولیت کرومات با دمای پایین، لایه‌های اکسید آلیاژ تیتانیوم اغلب به‌طور نابرابر رشد می‌کنند، با توزیع رنگ واضح.

ولتاژ اکسیداسیون یک پارامتر کلیدی است که ضخامت فیلم آنودایز و انواع رنگ های تداخلی آلیاژهای تیتانیوم را تنظیم می کند. هنگامی که ولتاژ خیلی کم است، قدرت میدان الکتریکی برای هدایت واکنش اکسیداسیون کامل کافی نیست، سرعت تشکیل فیلم کند است و ضخامت فیلم ناکافی است، و تشکیل یک رنگ ساختاری کامل و روشن را دشوار می کند، که بر ظاهر و عملکرد تأثیر می گذارد.

با این حال، ولتاژ بیش از حد دارای خطرات متعددی است: از یک طرف، بیش از ولتاژ شکست بحرانی منجر به خرابی دی الکتریک موضعی و در نتیجه نقص فیلم می شود. از طرف دیگر، تنش رشد لایه فیلم تحت ولتاژ بالا افزایش می‌یابد که به راحتی می‌تواند باعث توزیع ناهموار ضخامت فیلم شود که به نوبه خود منجر به سایه‌های مختلف رنگ می‌شود. نرخ تغییر ولتاژ نیز باید به شدت کنترل شود، و رمپ ولتاژ بسیار سریع ساختار فیلم را برای سازماندهی مجدد و تثبیت بسیار دشوار می کند، و در نتیجه انتقال رنگ تار و مرزهای نامشخص می شود.

در فرآیند ولتاژ{0}بالا، سطح آلیاژ تیتانیوم ممکن است دارای شکست نقطه‌ای یا خطی باشد، لایه فیلم در ناحیه شکستگی از کار می‌افتد، و ناحیه اطراف در تشکیل فیلم به دلیل اعوجاج میدان الکتریکی غیرعادی است، لکه‌های روشن محلی یا نواحی تاریک را تشکیل می‌دهد که به طور جدی بر قوام بصری تأثیر می‌گذارد.

زمان اکسیداسیون مستقیماً بر ضخامت نهایی و یکپارچگی ساختاری لایه فیلم تأثیر می گذارد. اگر زمان خیلی کوتاه باشد، فیلم اکسید نمی تواند به اندازه کافی رشد کند، ضخامت فیلم ناکافی است، و ساختار متراکم نیست، در نتیجه رنگ روشن و توزیع ناهموار ایجاد می شود، که نمی تواند محافظت از سطح موثر و اثرات تزئینی را به دست آورد.

با این حال، زمان اکسیداسیون بیش از حد طولانی می تواند اثرات منفی نیز ایجاد کند: با پیشرفت واکنش، سرعت رشد لایه به تدریج کاهش می یابد و اثر خوردگی سطحی افزایش می یابد و اکسیداسیون بیش از حد می تواند منجر به لایه برداری شل، متخلخل و حتی موضعی لایه فیلم شود. چنین نقص های ساختاری می تواند به طور جدی یکنواختی رنگ، اتصال و مقاومت در برابر خوردگی لایه فیلم را کاهش دهد. به طور معمول، زمان آندایز کردن آلیاژهای تیتانیوم باید بین 30 ثانیه تا 600 ثانیه تنظیم شود، بسته به سیستم الکترولیت خاص و هدف فرآیند.

در طول فرآیند اکسیداسیون طولانی مدت، لایه فیلم به طور مداوم در معرض الکترولیت قرار می گیرد که ممکن است باعث انحلال شیمیایی موضعی، ایجاد ریز منافذ و ترک شود و در نتیجه خواص نوری کاهش یابد و عملکرد محافظتی از بین برود.

چگالی جریان پارامتر اصلی است که نرخ رشد فیلم اکسید را تعیین می کند و یکنواختی توزیع آن به طور مستقیم سازگاری بین ضخامت فیلم و رنگ را تعیین می کند. اگر توزیع چگالی جریان ناهموار باشد، منجر به تفاوت در نرخ تشکیل فیلم در مناطق مختلف می شود که باعث ایجاد گرادیان ضخامت فیلم می شود و سپس به دلیل شرایط تداخل متفاوت، پدیده "گلدهی" را تشکیل می دهد. به عنوان مثال، چیدمان نامناسب الکترود باعث می شود که چگالی جریان لبه قطعه کار یا نزدیک ناحیه قطب زیاد شود و لایه فیلم در این ناحیه خیلی سریع رشد می کند که ممکن است باعث ضخیم شدن یا فرسایش خشن شود. ناحیه دور از الکترود به دلیل چگالی ناکافی جریان نازک و به رنگ روشن است و نوارها یا پلاک های آشکاری را تشکیل می دهد.

بنابراین، طراحی ابزار مناسب و چیدمان الکترود برای دستیابی به توزیع میدان جریان یکنواخت ضروری است و پیش نیازی برای به دست آوردن رنگ‌های با کیفیت و{0} بالا است.