チタン陽極酸化処理は、その独特の変色効果により、工業デザインやハイエンド製造において非常に好まれています。{0}この色は外部の塗装によるものではなく、光の干渉の原理を利用して表面の酸化膜の厚さを精密に制御することで発色します。酸化膜の厚さが 10{6}}250 ナノメートルの範囲で正確に変化すると、表面は淡い金色、濃い青、紫へと連続的に色の変化を示します。この表面ベースの着色技術は、色とマトリックスの原子的結合を達成するだけでなく、耐久性と環境保護の点で従来の着色プロセスを大幅に上回っており、医療機器、航空宇宙、およびハイエンド消費者製品で推奨される表面処理ソリューションとなっています。
チタン合金の陽極酸化処理は、金属表面上にその場で TiO₂ 酸化膜を成長させることで色の変化を実現します。これは従来のコーティングプロセスとは根本的に異なります。その発色メカニズムは光の干渉効果に由来します。正確に制御された酸化膜の厚さ (通常は 10 ～ 250 nm の範囲) が入射光と干渉し、特定の構造色が生じます。膜厚が 10nm 増加するごとに、色は淡い金色から濃い青、そして最後に紫へと目に見えて変化します。
色の安定性に影響を与える要因
アルマイト皮膜は冶金学的に母材と結合しているため、塗装剥がれは起こりませんが、以下のような要因により変色が生じます。
I. 機械的磨耗による変色
酸化膜の厚さはわずかミクロンであり、硬度 (HV 300 ～ 500) は通常、マトリックスの硬度よりも低くなります。継続的な摩擦によりフィルムの厚さが薄くなり、色の変化が生じる可能性があります。局所的なわずかな摩耗では青が薄金色に退色し、ひどい摩耗ではマトリックスの銀白色が完全に露出します。この進行性の変色は、コーティングの剥離とは根本的に異なります。
色の安定性に影響を与える要因
II.化学的攻撃により色が劣化する
TiO₂ は不活性ですが、特定の環境では層が侵食される可能性があります。
- Strong acids (such as concentrated hydrochloric acid) and strong alkali (pH>12) 酸化膜が溶ける環境
- 塩化物イオン (海岸環境) と硫化物 (工業地域) により孔食が発生します
--有機溶剤に長期間さらされると、表面が不動態化される可能性があります
これらの化学反応により、局所的な脱落ではなく、色の彩度が低下したり、かすんだ斑点が発生したりすることがあります。
色の安定性に影響を与える要因
Ⅲ．熱生成構造変換*
温度が300度を超えると、酸化膜は相変化を起こし、厚くなります。
- 300-450 度 : アナターゼ相の形成、より暗い色へのカラーシフト
- >600度：膜の亀裂を伴うルチル相転移
このプロセスは不可逆的であり、色の変化は特定の法則に従い、熱処理によって正確に制御できます。
技術的な利点と適用可能な境界
この技術は、接着強度が要求されるシナリオ (医療機器、航空宇宙部品など) に特に適しており、その色安定性は従来の屋内環境で 10 年以上維持できます。摩耗が激しい環境や腐食性の高い環境では、表面シールや保護構造を設計して色の寿命を延ばします。-
これらの色の変化メカニズムとその境界条件を理解することで、設計者はチタン陽極酸化プロセスをより正確に使用して、制御された範囲内で長期にわたって安定した色表現を実現できます。{{1}
