钛的着色工艺原理及其应用

001年4月表面技术第30卷第2期钛的着色工艺原理及其应用张永德(贵州工业大学机械系,贵州贵阳5500[摘要]该文详细介绍了钛的着色法,即阳极氧化法,介绍了钛的着色原理、着色膜性能以及彩色钛的应用。[关键词]钛;着色法;着色膜性能[中图分类号]TGl462*3[文献标识码]B[文章编号]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引盲由于油的附着部分渗水性很差,对钛表面全部的均的酸洗就很困难。这样在阳极氧化时,酸洗不好的部具有重量轻强度高防锈能力好三方面性能的钛位将出现着色不均的现象。去油温度与钛的水渗性的仅次于铁与铝而被称为第三金属在宇航飞行器原子关系如图1所示去油液pH值及去油温度越高接触能发电、工具制造、化工机械等领域得到广泛应用。角下降水湿润性越好。即在高温的强碱去油溶液里而且适用于建筑物屋顶,大楼的屏壁以及车室等的装浸人钛其表面湿润性越好,着色不均能得以抑制。饰材料。在建筑行业中,用阳极氧化进行表面着色的彩色钛的使用更引人注目。现将最近开发出来的阳极氧化着色法—彩色钛的特性及建筑用途方面作一介绍1钛的着色法钛的着色法有阳极氧化法,大气加热氧化法及化学氧化法。从色彩的种类、高彩色度及色泽控制角度看,阳极氧化法最具有使用价值和美学价值。阳极氧化的钛着色工序如下所示。图1去油温度与接触角的关系(去油前:接触角969)去油(强碱系去油剂)→水洗→初酸洗(氢氟酸水○碱性去油剂(pH34)碱性去油剂(pH29)溶液)水洗→二次酸洗(氢氟酸+过氧化氢水溶液)碱性去油剂(pH98)碱性去油剂 Na, siO4水洗→阳极氧化(磷酸水溶液中定电压电解)→水洗→M凵中国煤化工干燥。CNMHG梨皮花敌;初酸洗时间与钛表国租槌度天杀如图2所示。初酸洗时间越去油是为了除去轧制时残留在钛表面上的油剂。长,平均粗糙度R。及最大粗糙度R=将上升,5%重量收数据2Apr.2001SURFACE TECHNOLOGYVol 30 NO. 2浓度氢氟酸对钛酸洗,梨皮花纹形成(Rm>10pm),电流表要的时间为1.5~2min。控制初酸洗的时间可获得直流电源Rm<10pm的精处理表面。二次酸洗是为了除去一次酸洗在表面形成的粉状(提供)污物。用氢氟酸水溶液酸洗的钛板与大气接触,溶解伏特表了钛离子成为钛氧化物在表面局部沉淀形成酸洗不均的现象,将直接发展为使着色不均,所以为了避免酸洗容器不均,有必要在氢氟酸一次溶解表面污物后,使钛离子电解液作为某含钛的络合酸的离子,络合化而使钛离子稳定,阴极(A)这样作为第二次酸洗溶液氢氟酸及过氧化氢是必要流100V的,过程为:阳极(们)T+3H→T3+H图3钛阳极氧化装置简图黄、棕色、蓝色、黄色、紫色、绿色、黄绿色,甚至粉红色各种色彩的变化,即按电压控制就很方便地制出膜厚TI++H0+3H20-+H[TiO,]+4H与色彩,可得到重现性良好的钛表面色泽。钛的阳极氧化的装置简图如图3所示。使用电解液1%重量浓度的磷酸,以铝板作为阴极(06×50粉红150mm),经前处理后的钛板(0.6×50°×150mm)作1500黄绿为阳极进行恒电压处理,由电压使钛表面的氧化膜增厚,对应膜厚,钛的颜色出现各种变化如图4。3。005%重覺HF,‘200氧化电压10图4阳极氧化电压与膜厚的关系-e--kux彩色钛有3个特点:(1)如上所述着色种类多,10种基本颜色均可能获得。(2)与其它有色金属相比,色1.02.03.04.0彩彩度极高好像涂层的色彩。(3)色彩由附加阳极氧化时的电压决定,色彩的控制比较容易。即可获得重图2初酸洗时间与粗糙度关系现性好的中间色彩。以上特点除钛以外的金属尚未有,是钛特有的性能。2钛的着色原理及色彩入射角反射角彩色钛的颜色层次取决于膜厚,其原理如图5所中国煤化示。氧化膜表面的反射光线l1与通过透明氧化膜CNMHG:阳极氧化膜金属界面上反射的光线l2间的干涉形成各种颜77色。这种干涉色是随附加电压(即氧化膜的厚度)变化而变化的。阳极氧化电压与钛表面形成氧化膜厚度的图5氧化膜的光干涉原理(下转第43页)关系娚数电压上升,膜厚呈线性上升,分别为金2001年4月表面技术第30卷第2期[1l李久青高陆生,卢翠英等铝合金表面四价铈盐转化膜19LD, Deng Yue Peng, Guo bao lan et al. Investgation of ceri-及其耐蚀性[门腐蚀科学与防护技术,1996,8(4):271um salt/sulfuric acid anodizing technology 1420 aluminum alloy[12]孙际琪蒋忠锦李春燕等铝合金的稀土转化膜[J]材[J]. Materials science forum, 2000, (331-337):1695料保护,1997,30(7):4[20]李国强铝合金稀土铺电化学转化膜的研究:[博士学位[13]于兴文,曹楚南林海潮铝合金基复合材料表面稀土转论文].北京:北京科技大学,2000化膜[门]表面技术,200,29(4):1.[21] Srinivasan H S. The role o passivation ions in improving the[14]李久青,田虹,卢翠英等铝合金稀土转化膜碱性成形工corrosion behavior of oxide coating on Al-zn-Mg alloys: use of艺T3/T7的研究[].高技术通讯,200,10(4):64a.c. impedance study[J]. Trans. Met. Finish. Accos. India,[15]周育红,于兴文,严川伟铝金属基复合材料A66l/SCp1994,3(2):9表面混合稀土转化膜的研究[]高技术通讯,1998,10[22] Chen C and Mansfeld F. Corrosion protection of on Al609/(2):98SiCp metal matrix composite [J].Corrosion science, 1997,39[16]马燕合我国稀土应用开发现状及其展望[J.材料导报(6):10752000,14(1):3[23] Mansfeld F, Chen C, Breslin C B et al. Dealing of anodized alu-[17]张玉梅,张学文铝锂合金稀土阳极氧化工艺的研究minum alloys with rare earth metal salt solutions[ J].J.Electro-见:%6中国材料研讨会论文集,中国材料研讨会,北京chem.Soc.,1998,145(8):2972[24]李久青,卢翠英田虹等铈盐在铝合金阳极氧化后处理[18]杨哲龙,安茂忠,方海涛等稀土添加剂对LY2铝合金工序中的应用[J北京科技大学学报,199,20(3):281.硬质氧化膜性能的影响[J].材料工程,1998,(7):6是她影单最最最解解的(上耧第34页)都好于彩色不锈钢,彩色铝及涂装不锈钢,表现为彩色钛更不易腐蚀,变色及光泽丢失。3钛着色膜的性能4彩色钛的应用钛的着色膜性能主要考察膜的结合力,加工后的结合力硬度耐蚀性、耐候性、耐化学药品、耐溶剂性彩色钛用于东京电子所建筑于1984年完成成为及耐热性等,其试验方法按表1所示现代建筑正式应用的开端,阳极氧化的金色钛在庙宇表1着色膜性能及其试验方法的屋顶能得到金壁辉煌的效果。性能试验法彩钛也可用于室内装饰嵌板,其色彩由阳极氧化附着性交错划线试验Js-G-312电压而决定,即使用同一种色系也可精确控制,颜色的弯曲(折)试验微调也比较容易。加工后附着性埃里克森附着试验Js-Z-247最近微米级的灰色钛氧化膜技术被开发出来,被楼房的屏墙使用已引起人们的关注,如我国国家大剧硬度铅笔试验Ss-Z-3312院的设计方案是个椭圆穹形结构,其外壳将用钛制造,耐蚀性盐雾试验Js-H-86881使整个建筑成为一个荧光闪烁的巨大“蛋壳”。耐候性屋外暴露试验Z-2381耐溶剂性摩擦试验5结语耐化学药品性浸渍试验(pH4-1250h)耐热性保持试验(100℃,500h)钛的阳极氧化本身是一个原来就有的技术,但彩注:JS为日本标准色钛制品的开发仅刚刚上路。其中,膜的结合力与加工后的结合力,与彩色不锈凵中国煤化工附着性好耐蚀性耐钢,涂装不锈钢相比较它们的结合力都很好,氧化膜候性CNMHG应用而且在建筑行不易脱落,而硬度达到9H以上,比涂装材料(2H)高得业以外如领带针,吊灯架等装饰品也被得到广泛应用,多,这说明,钛的阳极氧化膜是与二次电解着色获取今后在照相机眼镜等目常用品上也会得到广泛使用,的彩色铝的阳极氧化膜为同样的无机膜,而耐蚀性、耐这是我们期待的。候性及耐教品,耐溶剂性及耐热性方面钛的性能