001年4月表面技術(shù)第30卷第2期鈦的著色工藝原理及其應(yīng)用張永德(貴州工業(yè)大學(xué)機(jī)械系,貴州貴陽5500[摘要]該文詳細(xì)介紹了鈦的著色法,即陽極氧化法,介紹了鈦的著色原理、著色膜性能以及彩色鈦的應(yīng)用。[關(guān)鍵詞]鈦;著色法;著色膜性能[中圖分類號(hào)]TGl462*3[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B[文章編號(hào)]001-360(200102-012-03Coloring Principle and Application of TitaniumZHANG Yong-deMechanical Department, Guizhou University of Technology, Guiyang 550003, China)[Abstract] The coloring of titanium which means anode oxiclation was introduced in detail in thisarticle, in this article, the theory of titanium coloring and the color, the capability of the color film, andthe application of colored titanium are presented tooI Keywords] Titanium; Coloring; Capability of the color film0引盲由于油的附著部分滲水性很差,對(duì)鈦表面全部的均的酸洗就很困難。這樣在陽極氧化時(shí),酸洗不好的部具有重量輕強(qiáng)度高防銹能力好三方面性能的鈦位將出現(xiàn)著色不均的現(xiàn)象。去油溫度與鈦的水滲性的僅次于鐵與鋁而被稱為第三金屬在宇航飛行器原子關(guān)系如圖1所示去油液pH值及去油溫度越高接觸能發(fā)電、工具制造、化工機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。角下降水濕潤(rùn)性越好。即在高溫的強(qiáng)堿去油溶液里而且適用于建筑物屋頂,大樓的屏壁以及車室等的裝浸人鈦其表面濕潤(rùn)性越好,著色不均能得以抑制。飾材料。在建筑行業(yè)中,用陽極氧化進(jìn)行表面著色的彩色鈦的使用更引人注目。現(xiàn)將最近開發(fā)出來的陽極氧化著色法—彩色鈦的特性及建筑用途方面作一介紹1鈦的著色法鈦的著色法有陽極氧化法,大氣加熱氧化法及化學(xué)氧化法。從色彩的種類、高彩色度及色澤控制角度看,陽極氧化法最具有使用價(jià)值和美學(xué)價(jià)值。陽極氧化的鈦著色工序如下所示。圖1去油溫度與接觸角的關(guān)系(去油前:接觸角969)去油(強(qiáng)堿系去油劑)→水洗→初酸洗(氫氟酸水○堿性去油劑(pH34)堿性去油劑(pH29)溶液)水洗→二次酸洗(氫氟酸+過氧化氫水溶液)堿性去油劑(pH98)堿性去油劑 Na, siO4水洗→陽極氧化(磷酸水溶液中定電壓電解)→水洗→M凵中國(guó)煤化工干燥。CNMHG梨皮花敵;初酸洗時(shí)間與鈦表國(guó)租槌度天殺如圖2所示。初酸洗時(shí)間越去油是為了除去軋制時(shí)殘留在鈦表面上的油劑。長(zhǎng),平均粗糙度R。及最大粗糙度R=將上升,5%重量收數(shù)據(jù)2Apr.2001SURFACE TECHNOLOGYVol 30 NO. 2濃度氫氟酸對(duì)鈦酸洗,梨皮花紋形成(Rm>10pm),電流表要的時(shí)間為1.5~2min?？刂瞥跛嵯吹臅r(shí)間可獲得直流電源Rm<10pm的精處理表面。二次酸洗是為了除去一次酸洗在表面形成的粉狀(提供)污物。用氫氟酸水溶液酸洗的鈦板與大氣接觸,溶解伏特表了鈦離子成為鈦氧化物在表面局部沉淀形成酸洗不均的現(xiàn)象,將直接發(fā)展為使著色不均,所以為了避免酸洗容器不均,有必要在氫氟酸一次溶解表面污物后,使鈦離子電解液作為某含鈦的絡(luò)合酸的離子,絡(luò)合化而使鈦離子穩(wěn)定,陰極(A)這樣作為第二次酸洗溶液氫氟酸及過氧化氫是必要流100V的,過程為:陽極(們)T+3H→T3+H圖3鈦陽極氧化裝置簡(jiǎn)圖黃、棕色、藍(lán)色、黃色、紫色、綠色、黃綠色,甚至粉紅色各種色彩的變化,即按電壓控制就很方便地制出膜厚TI++H0+3H20-+H[TiO,]+4H與色彩,可得到重現(xiàn)性良好的鈦表面色澤。鈦的陽極氧化的裝置簡(jiǎn)圖如圖3所示。使用電解液1%重量濃度的磷酸,以鋁板作為陰極(06×50粉紅150mm),經(jīng)前處理后的鈦板(0.6×50°×150mm)作1500黃綠為陽極進(jìn)行恒電壓處理,由電壓使鈦表面的氧化膜增厚,對(duì)應(yīng)膜厚,鈦的顏色出現(xiàn)各種變化如圖4。3。005%重覺HF,‘200氧化電壓10圖4陽極氧化電壓與膜厚的關(guān)系-e--kux彩色鈦有3個(gè)特點(diǎn):(1)如上所述著色種類多,10種基本顏色均可能獲得。(2)與其它有色金屬相比,色1.02.03.04.0彩彩度極高好像涂層的色彩。(3)色彩由附加陽極氧化時(shí)的電壓決定,色彩的控制比較容易。即可獲得重圖2初酸洗時(shí)間與粗糙度關(guān)系現(xiàn)性好的中間色彩。以上特點(diǎn)除鈦以外的金屬尚未有,是鈦特有的性能。2鈦的著色原理及色彩入射角反射角彩色鈦的顏色層次取決于膜厚,其原理如圖5所中國(guó)煤化示。氧化膜表面的反射光線l1與通過透明氧化膜CNMHG:陽極氧化膜金屬界面上反射的光線l2間的干涉形成各種顏77色。這種干涉色是隨附加電壓(即氧化膜的厚度)變化而變化的。陽極氧化電壓與鈦表面形成氧化膜厚度的圖5氧化膜的光干涉原理(下轉(zhuǎn)第43頁)關(guān)系娚數(shù)電壓上升,膜厚呈線性上升,分別為金2001年4月表面技術(shù)第30卷第2期[1l李久青高陸生,盧翠英等鋁合金表面四價(jià)鈰鹽轉(zhuǎn)化膜19LD, Deng Yue Peng, Guo bao lan et al. Investgation of ceri-及其耐蝕性[門腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),1996,8(4):271um salt/sulfuric acid anodizing technology 1420 aluminum alloy[12]孫際琪蔣忠錦李春燕等鋁合金的稀土轉(zhuǎn)化膜[J]材[J]. Materials science forum, 2000, (331-337):1695料保護(hù),1997,30(7):4[20]李國(guó)強(qiáng)鋁合金稀土鋪電化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的研究:[博士學(xué)位[13]于興文,曹楚南林海潮鋁合金基復(fù)合材料表面稀土轉(zhuǎn)論文].北京:北京科技大學(xué),2000化膜[門]表面技術(shù),200,29(4):1.[21] Srinivasan H S. The role o passivation ions in improving the[14]李久青,田虹,盧翠英等鋁合金稀土轉(zhuǎn)化膜堿性成形工corrosion behavior of oxide coating on Al-zn-Mg alloys: use of藝T3/T7的研究[].高技術(shù)通訊,200,10(4):64a.c. impedance study[J]. Trans. Met. Finish. Accos. India,[15]周育紅,于興文,嚴(yán)川偉鋁金屬基復(fù)合材料A66l/SCp1994,3(2):9表面混合稀土轉(zhuǎn)化膜的研究[]高技術(shù)通訊,1998,10[22] Chen C and Mansfeld F. Corrosion protection of on Al609/(2):98SiCp metal matrix composite [J].Corrosion science, 1997,39[16]馬燕合我國(guó)稀土應(yīng)用開發(fā)現(xiàn)狀及其展望[J.材料導(dǎo)報(bào)(6):10752000,14(1):3[23] Mansfeld F, Chen C, Breslin C B et al. Dealing of anodized alu-[17]張玉梅,張學(xué)文鋁鋰合金稀土陽極氧化工藝的研究minum alloys with rare earth metal salt solutions[ J].J.Electro-見:%6中國(guó)材料研討會(huì)論文集,中國(guó)材料研討會(huì),北京chem.Soc.,1998,145(8):2972[24]李久青,盧翠英田虹等鈰鹽在鋁合金陽極氧化后處理[18]楊哲龍,安茂忠,方海濤等稀土添加劑對(duì)LY2鋁合金工序中的應(yīng)用[J北京科技大學(xué)學(xué)報(bào),199,20(3):281.硬質(zhì)氧化膜性能的影響[J].材料工程,1998,(7):6是她影單最最最解解的(上耬第34頁)都好于彩色不銹鋼,彩色鋁及涂裝不銹鋼,表現(xiàn)為彩色鈦更不易腐蝕,變色及光澤丟失。3鈦著色膜的性能4彩色鈦的應(yīng)用鈦的著色膜性能主要考察膜的結(jié)合力,加工后的結(jié)合力硬度耐蝕性、耐候性、耐化學(xué)藥品、耐溶劑性彩色鈦用于東京電子所建筑于1984年完成成為及耐熱性等,其試驗(yàn)方法按表1所示現(xiàn)代建筑正式應(yīng)用的開端,陽極氧化的金色鈦在廟宇表1著色膜性能及其試驗(yàn)方法的屋頂能得到金壁輝煌的效果。性能試驗(yàn)法彩鈦也可用于室內(nèi)裝飾嵌板,其色彩由陽極氧化附著性交錯(cuò)劃線試驗(yàn)Js-G-312電壓而決定,即使用同一種色系也可精確控制,顏色的彎曲(折)試驗(yàn)微調(diào)也比較容易。加工后附著性埃里克森附著試驗(yàn)Js-Z-247最近微米級(jí)的灰色鈦氧化膜技術(shù)被開發(fā)出來,被樓房的屏墻使用已引起人們的關(guān)注,如我國(guó)國(guó)家大劇硬度鉛筆試驗(yàn)Ss-Z-3312院的設(shè)計(jì)方案是個(gè)橢圓穹形結(jié)構(gòu),其外殼將用鈦制造,耐蝕性鹽霧試驗(yàn)Js-H-86881使整個(gè)建筑成為一個(gè)熒光閃爍的巨大“蛋殼”。耐候性屋外暴露試驗(yàn)Z-2381耐溶劑性摩擦試驗(yàn)5結(jié)語耐化學(xué)藥品性浸漬試驗(yàn)(pH4-1250h)耐熱性保持試驗(yàn)(100℃,500h)鈦的陽極氧化本身是一個(gè)原來就有的技術(shù),但彩注:JS為日本標(biāo)準(zhǔn)色鈦制品的開發(fā)僅剛剛上路。其中,膜的結(jié)合力與加工后的結(jié)合力,與彩色不銹凵中國(guó)煤化工附著性好耐蝕性耐鋼,涂裝不銹鋼相比較它們的結(jié)合力都很好,氧化膜候性CNMHG應(yīng)用而且在建筑行不易脫落,而硬度達(dá)到9H以上,比涂裝材料(2H)高得業(yè)以外如領(lǐng)帶針,吊燈架等裝飾品也被得到廣泛應(yīng)用,多,這說明,鈦的陽極氧化膜是與二次電解著色獲取今后在照相機(jī)眼鏡等目常用品上也會(huì)得到廣泛使用,的彩色鋁的陽極氧化膜為同樣的無機(jī)膜,而耐蝕性、耐這是我們期待的。候性及耐教品,耐溶劑性及耐熱性方面鈦的性能