การแทรกสอดของแสงในฟิล์มบางและวิทยาศาสตร์ของไทเทเนียมออกไซด์
การแอนอไดซ์เป็นกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าที่สร้างทั้งสีและชั้นป้องกันการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้นบนจิวร่างกายไทเทเนียม เอกสารอ้างอิงนี้ครอบคลุมฟิสิกส์ของการแทรกสอดเชิงแสงในฟิล์มบางที่ผลิตสีโดยไม่ใช้เม็ดสี เคมีไฟฟ้าของการเติบโตของไทเทเนียมออกไซด์ การผูกแรงดันไฟฟ้ากับสี ความแตกต่างระหว่างการแอนอไดซ์สีและการแอนอไดซ์แบบอื่น ข้อจำกัดด้านความทนทานในสภาวะแวดล้อมของร่างกาย และวิธีการตรวจสอบคุณภาพ
Interactive · Live Physics
Anodising Voltage Simulator
Drag the voltage. The colour is computed live from the thin-film interference equations in this article, not from a lookup table: oxide thickness grows at ~2.2 nm/V, and the reflected spectrum is resolved across 380-730 nm.
Simulated Type II result on clean Ti-6Al-4V ELI. Real-world colour shifts with surface prep, electrolyte and bath temperature, which is why colour alone never identifies a metal. poliinternational.com/wiki
การแอนอไดซ์เป็นหนึ่งในกระบวนการที่เข้าใจผิดกันมากที่สุดในอุตสาหกรรมจิวร่างกาย สีที่เกิดขึ้น ทั้งสีทอง สีม่วง สีน้ำเงิน สีเขียว ดูเหมือนสีทาหรือการชุบเคลือบสำหรับสายตาที่ไม่ได้รับการฝึกฝน ซึ่งนำไปสู่ความสับสนอย่างกว้างขวางในหมู่ลูกค้า และพูดตรงๆ คือในหมู่ผู้ปฏิบัติงานบางคนด้วย ความเป็นจริงนั้นมีความงดงามทางฟิสิกส์: สีจากการแอนอไดซ์ไม่ใช่สารที่ทาลงบนพื้นผิว แต่มันคือตัวแสงเองที่ถูกควบคุมด้วยความหนาของชั้นออกไซด์โปร่งใสที่บางเป็นพิเศษซึ่งเติบโตโดยตรงจากพื้นผิวไทเทเนียม ไม่มีอะไรที่จะกระเทาะ ไม่มีอะไรที่จะกะเทาะลอก และไม่มีอะไรที่จะปลดปล่อยเข้าสู่ร่างกาย เพราะไม่มีสิ่งแปลกปลอมใดๆ อยู่เลย สีนั้นคือฟิสิกส์บริสุทธิ์
สำหรับจิวร่างกาย การแอนอไดซ์ทำหน้าที่สองอย่างพร้อมกัน อย่างแรกคือด้านสุนทรียศาสตร์: มันสร้างสีสันสดใสหลายเฉดสีโดยไม่ใช้สีย้อม เม็ดสี หรือสารเคลือบที่อาจนำสารที่ก่อให้เกิดการแพ้หรือสารพิษเข้ามา อย่างที่สองคือด้านการปกป้อง: ชั้นแอนอดิกออกไซด์เป็นแผงกั้นไดอิเล็กทริกที่ช่วยเฉื่อยพื้นผิวไทเทเนียมเพิ่มเติมต่อสภาวะแวดล้อมที่กัดกร่อนเล็กน้อยของของเหลวในเนื้อเยื่อมนุษย์ บนไทเทเนียม ASTM F136 เกรดปลูกถ่าย (Ti-6Al-4V ELI) ชั้นออกไซด์ตามธรรมชาติเป็นหนึ่งในพื้นผิวที่ทนทานต่อการกัดกร่อนมากที่สุดในการใช้งานทางคลินิกอยู่แล้ว [8] การแอนอไดซ์จะเพิ่มความหนาของชั้นนั้นหลายเท่าและทำให้มีความสม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งอาจช่วยปรับปรุงความเข้ากันได้ทางชีวภาพให้ดียิ่งขึ้นไปอีก [1]
การแทรกสอดเชิงแสงในฟิล์มบาง: ทำไมจึงสร้างสีขึ้นมาได้
สีที่เห็นบนไทเทเนียมแอนอไดซ์นั้นเกิดจากการแทรกสอดเชิงแสงในฟิล์มบาง ซึ่งเป็นกลไกทางฟิสิกส์เดียวกันกับที่สร้างสีในฟองสบู่ แผ่นฟิล์มน้ำมันบนผิวน้ำ และปีกผีเสื้อ การเข้าใจกลไกนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเข้าใจว่าเหตุใดสีจากการแอนอไดซ์จึงมีพฤติกรรมแตกต่างจากสีทา
- »กลไก: แสงขาว (ซึ่งมีความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ทั้งหมด) ตกกระทบลงบนพื้นผิวแอนอไดซ์ แสงบางส่วนสะท้อนจากรอยต่อระหว่างอากาศกับออกไซด์ที่พื้นผิวด้านบน ส่วนที่เหลือจะส่องผ่านชั้น TiO₂ และสะท้อนจากรอยต่อระหว่างออกไซด์กับโลหะด้านล่าง ลำแสงสะท้อนทั้งสองจะรวมกันใหม่ สำหรับความหนาของออกไซด์บางค่า ความยาวคลื่นเฉพาะจะแทรกสอดแบบเสริมกัน (ขยายสัญญาณ) ในขณะที่ความยาวคลื่นอื่นจะแทรกสอดแบบหักล้างกัน (ยกเลิกสัญญาณ) ความยาวคลื่นที่ถูกขยายสัญญาณแบบเสริมกันคือสีที่เรามองเห็น
- »เงื่อนไขของสี: สีขึ้นอยู่กับเส้นทางเชิงแสงผ่านออกไซด์ (2nt โดยที่ n คือดัชนีหักเห และ t คือความหนา) เมื่อเปรียบเทียบกับความยาวคลื่นของแสง เมื่อออกไซด์หนาขึ้น ความยาวคลื่นที่ได้รับการเสริมหรือหักล้างจะเลื่อนไป ดังนั้นสีจึงเปลี่ยนแปลงไปตามลำดับที่ซ้ำเดิม [9]
- »ทำไมจึงไม่มีสี "บริสุทธิ์": เงื่อนไขการแทรกสอดจะขยายช่วงความยาวคลื่นรอบๆ ค่าสูงสุด ไม่ใช่ความยาวคลื่นเดียว นี่คือสาเหตุที่สีน้ำเงินแอนอไดซ์มีลักษณะอมม่วงเล็กน้อย และสีเขียวแอนอไดซ์มักจะเอียงไปทางสีเขียวอมฟ้า ความบริสุทธิ์ทางสเปกตรัมถูกจำกัดทางฟิสิกส์โดยความแตกต่างของดัชนีหักเหที่รอยต่อ
- »แรงดันไฟฟ้าควบคุมความหนา: ออกไซด์จะเติบโตประมาณ 1.4-2.8 nm ต่อโวลต์ ขึ้นอยู่กับอิเล็กโทรไลต์ [1] ความสัมพันธ์ที่เกือบเป็นเชิงเส้นนี้คือสาเหตุที่ทำให้การแอนอไดซ์สามารถควบคุมได้และทำซ้ำได้ภายในชุดอุปกรณ์เดียวกัน
- »ทำไมสารเคลือบจึงแตกต่างกัน: สีทา แล็กเกอร์ และสารเคลือบ PVD สามารถเลียนแบบรูปลักษณ์ของแอนอไดซ์ได้ แต่มันเป็นชั้นที่แยกต่างหากซึ่งถูกเพิ่มเข้าไปด้านบนของพื้นผิว ไม่ใช่ออกไซด์ที่เติบโตขึ้นเองของโลหะ
เคมีไฟฟ้าของไทเทเนียมออกไซด์
กระบวนการทางเคมีไฟฟ้าของการแอนอไดซ์เกี่ยวข้องกับการออกซิไดซ์พื้นผิวไทเทเนียมในอ่างอิเล็กโทรไลต์ที่ได้รับการควบคุมโดยใช้แหล่งจ่ายไฟกระแสตรง
- »ที่แอโนด (ชิ้นงานจิว): Ti → Ti⁴⁺ + 4e⁻ พื้นผิวไทเทเนียมจะให้อิเล็กตรอนแก่วงจร ไอออน Ti⁴⁺ ทำปฏิกิริยากับไอออนออกซิเจนจากน้ำในอิเล็กโทรไลต์: Ti⁴⁺ + 2O²⁻ → TiO₂ ออกไซด์นี้ก่อตัวขึ้นโดยตรงที่พื้นผิวโลหะและเติบโตลึกลงไปในเนื้อไทเทเนียม โดยไม่ได้ตกตะกอนสะสมจากสารละลาย
- »ที่แคโทด (ขั้วไฟฟ้าตรงข้าม): 2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻ ก๊าซไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นที่แคโทด โดยทั่วไปแคโทดจะเป็นแผ่นสแตนเลส
- »การเติบโตแบบจำกัดตัวเอง: TiO₂ เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีสภาพนำไอออนต่ำ เมื่อชั้นออกไซด์หนาขึ้น สนามไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนการเกิดออกซิเดชันเพิ่มเติมจะลดลง ที่แรงดันไฟฟ้าคงที่ที่ป้อนเข้าไป การเติบโตของออกไซด์จะเป็นแบบจำกัดตัวเอง กระบวนการจะหยุดลงตามธรรมชาติเมื่อการอพยพของไอออนที่ถูกขับเคลื่อนด้วยสนามไฟฟ้าผ่านออกไซด์ไม่สามารถเกิดขึ้นได้อีกต่อไป นี่คือสาเหตุที่แรงดันไฟฟ้า (ไม่ใช่เวลา) เป็นตัวควบคุมความหนาสุดท้ายของออกไซด์
- »ความสำคัญวิกฤตของการเตรียมพื้นผิว: ออกไซด์จะเติบโตจากพื้นผิวโลหะอย่างสม่ำเสมอได้ก็ต่อเมื่อพื้นผิวนั้นสะอาด ขัดเงา และปราศจากการปนเปื้อน รอยขีดข่วน รอยจากการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักร คราบไขมัน หรือออกไซด์จากการได้รับความร้อนก่อนหน้าจะสร้างการเกิดนิวเคลียสของออกไซด์ที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งมองเห็นเป็นสีที่เป็นด่างดวงและไม่สม่ำเสมอ การขัดเงาด้วยไฟฟ้า (electropolishing) ก่อนการแอนอไดซ์เป็นขั้นตอนการเตรียมพื้นผิวมาตรฐานเพื่อให้ได้ผลลัพธ์คุณภาพสูง
- »ไม่ใช่อะลูมิเนียม 'Type I/II/III': การจำแนกประเภทนั้น (กรดโครมิก กรดซัลฟิวริก การแอนอไดซ์แบบแข็ง) เป็นของการแอนอไดซ์อะลูมิเนียม สำหรับไทเทเนียม AMS 2488 Type 2 เป็นผิวสำเร็จสีเทาหนาเพื่อป้องกันการครูดติดที่ใช้ในงานวิศวกรรม การแอนอไดซ์สีที่ใช้สำหรับจิวร่างกายเป็นฟิล์มการแทรกสอดที่บางกว่ามาก [3]
ความทนทาน ข้อจำกัด และรูปแบบความล้มเหลว
สีจากการแอนอไดซ์บนจิวร่างกายมีความทนทานโดยธรรมชาติมากกว่าสารเคลือบใดๆ แต่ก็ไม่ถึงกับไม่สามารถทำลายได้ การเข้าใจรูปแบบความล้มเหลวของมันมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสื่อสารกับลูกค้าอย่างถูกต้องแม่นยำ
- »การขัดถูทางกล: ชั้น TiO₂ แม้จะมีความเสถียรทางเคมี แต่มีความแข็งประมาณ 5–6 Mohs ซึ่งอ่อนกว่าแร่ควอตซ์ รอยขีดข่วนขนาดเล็กจากการสัมผัสกันระหว่างจิว สารทำความสะอาดที่มีฤทธิ์ขัด หรือเครื่องทำความสะอาดอัลตราโซนิกจะค่อยๆ ขจัดพื้นผิวด้านนอกของออกไซด์ออกไป ทำให้ชั้นออกไซด์บางลงและเปลี่ยนสีการแทรกสอดไป (มักจะเปลี่ยนไปทางสีของชั้นที่บางลงและแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า)
- »การกัดกร่อนทางเคมี: ด่างแก่ (pH > 12) และกรดแก่ (pH < 1) สามารถละลาย TiO₂ ได้ ของเหลวในร่างกายมีตั้งแต่เป็นกรดเล็กน้อย (พื้นผิวผิวหนัง ประมาณ pH 5.5) ไปจนถึงเป็นด่างเล็กน้อย (เลือด ประมาณ pH 7.4) ซึ่งไม่กัดกร่อนออกไซด์ อย่างไรก็ตาม การสัมผัสกับสบู่ที่เป็นด่าง สารเคมีทำความสะอาดที่รุนแรง หรือการแช่ในน้ำเกลือเป็นเวลานานที่อุณหภูมิสูงซ้ำๆ สามารถค่อยๆ เสื่อมสภาพพื้นผิวออกไซด์ได้
- »การสึกหรอที่เร่งขึ้นในการเจาะลิ้น: สภาพแวดล้อมในช่องปากทำให้จิวเผชิญกับการสึกหรอทางกลจากการสัมผัสกับฟัน เศษอาหาร และการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง โดยมีน้ำลาย (เป็นกรดเล็กน้อย มีการทำงานของเอนไซม์) เป็นปัจจัยซ้ำเติม สีจากการแอนอไดซ์บนก้านจิวลิ้นจะสึกหรอเร็วกว่าจิวที่เปรียบเทียบกันได้ในตำแหน่งที่มีการสัมผัสน้อยอย่างเห็นได้ชัด ควรแนะนำลูกค้าว่าความทนทานของสีในตำแหน่งช่องปากนั้นวัดกันเป็นเดือน ไม่ใช่เป็นปี
- »การแอนอไดซ์ซ้ำ: แตกต่างจากการชุบเคลือบ จิวแอนอไดซ์ที่สึกหรอสามารถนำไปลอกออกโดยผู้ผลิตและนำไปแอนอไดซ์ซ้ำเพื่อฟื้นฟูหรือเปลี่ยนสีได้ รูปทรงเรขาคณิตของจิวจะไม่ได้รับผลกระทบตราบใดที่มีการควบคุมเวลาในการลอกออก นี่คือข้อดีทางปฏิบัติที่สำคัญเหนือจิวชุบเคลือบ ซึ่งไม่สามารถนำไปชุบซ้ำได้หากไม่มีสถานประกอบการเฉพาะทาง
- »เสถียรภาพต่อรังสี UV: สีจากการแอนอไดซ์ TiO₂ แสดงเสถียรภาพต่อรังสี UV ที่ยอดเยี่ยม เนื่องจากกลไกของสีเป็นทางฟิสิกส์ (การแทรกสอด) ไม่ใช่ทางเคมี (การซีดจางของสีย้อม) การสัมผัสกับรังสี UV เป็นระยะเวลานานจะไม่ทำให้จิวแอนอไดซ์ซีดจาง
แนวทางปฏิบัติสำหรับการตรวจสอบคุณภาพการแอนอไดซ์
ขั้นตอนสำหรับการตรวจสอบคุณภาพการแอนอไดซ์ ณ จุดซื้อ หรือเมื่อรับเข้าสตูดิโอก่อนการใช้งาน
- 1ขั้นตอนที่ 1 การตรวจสอบความสม่ำเสมอด้วยสายตา: ตรวจสอบจิวภายใต้แสงไฟส่องสว่างที่มีทิศทางแน่นอน (ไม่ใช่แสงฟลูออเรสเซนต์แบบกระจัดกระจาย) สีควรสม่ำเสมอกันทั่วทุกพื้นผิว โดยไม่มีพื้นที่ที่เป็นด่าง ริ้ว หรือการเปลี่ยนผ่านของสีที่ไม่เป็นไปตามรูปทรงเรขาคณิตของชิ้นงาน รอยด่างดวงแสดงถึงการปนเปื้อนของพื้นผิวก่อนการแอนอไดซ์
- 2ขั้นตอนที่ 2 การตรวจสอบความสอดคล้องของสีสำหรับชุดที่เข้าคู่กัน: สำหรับชุดจิว (เช่น จิวริมฝีปากแบบลาเบรท + หมุดเจาะปีกจมูกที่ตั้งใจให้เข้าคู่กัน) ให้เปรียบเทียบชิ้นงานข้างกันภายใต้แสงไฟที่เหมือนกัน สีควรจะตรงกันภายในเฉดสีที่มองเห็นได้หนึ่งเฉด ความเบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญระหว่างชิ้นงานจาก "ชุดการผลิต" เดียวกันแสดงถึงการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ไม่ดีในระหว่างการแอนอไดซ์
- 3ขั้นตอนที่ 3 การทดสอบรอยขีดข่วน (บริเวณที่ไม่ทำลายชิ้นงาน): โดยใช้อุปกรณ์โลหะบนบริเวณที่ไม่สามารถมองเห็นได้เมื่อสวมใส่ ให้ลากเบาๆ ไปบนพื้นผิว สีจากการแอนอไดซ์ไม่ควรจะกะเทาะ หลุดลอก หรือปอกออก หากมีสารเคลือบใดลอยหลุดออกมาเป็นฟิล์มหรือแผ่นกะเทาะ แสดงว่ามันไม่ได้ผ่านการแอนอไดซ์ แต่มันถูกทาสีหรือเคลือบแล็กเกอร์ไว้ และต้องไม่นำมาใช้เป็นจิวร่างกาย
- 4ขั้นตอนที่ 4 ตรวจสอบการรับรองวัสดุฐาน: คุณภาพของการแอนอไดซ์ขึ้นอยู่กับวัสดุรองรับ (ซับสเตรต) ขอใบรับรองวัสดุของผู้ผลิตที่ยืนยันมาตรฐาน ASTM F136 (Ti-6Al-4V ELI) หรือ ASTM F67 (Ti บริสุทธิ์ทางการค้า Grade 1/2/4) [5] [6] การแอนอไดซ์บนโลหะผสมไทเทเนียมที่ไม่ใช่เกรดปลูกถ่าย หรือบนสแตนเลสที่ชุบเคลือบให้ดูเหมือนไทเทเนียมนั้นไม่สามารถยอมรับได้
- 5ขั้นตอนที่ 5 แนวทางปฏิบัติสำหรับการทำความสะอาดด้วยอัลตราโซนิก: หากทำความสะอาดไทเทเนียมแอนอไดซ์ด้วยอัลตราโซนิก ให้ใช้สารละลายทำความสะอาดที่อ่อนโยนและมี pH เป็นกลางเท่านั้น สารละลายอัลตราโซนิกที่เป็นด่าง (pH > 9) จะค่อยๆ ทำลายเสื่อมสภาพพื้นผิวออกไซด์ จำกัดเวลาทำความสะอาดด้วยอัลตราโซนิกไว้ที่ 2–3 นาทีต่อรอบสำหรับชิ้นงานแอนอไดซ์ การสัมผัสกับอัลตราโซนิกเป็นเวลานานจะเร่งการสึกหรอของพื้นผิว
- 6ขั้นตอนที่ 6 การตรวจสอบหลังการอบฆ่าเชื้อ: หลังจากการอบฆ่าเชื้อด้วยตู้นึ่งความดันสูง (autoclave) ให้ตรวจสอบชิ้นงานแอนอไดซ์เพื่อดูการเปลี่ยนของสี ความร้อนสามารถเปลี่ยนแปลงสีแอนอไดซ์บางสีเล็กน้อยได้ ให้แยกชิ้นงานที่สีเปลี่ยนไปอย่างรุนแรงไว้ต่างหากและรายงานไปยังผู้จัดจำหน่าย
- 7ขั้นตอนที่ 7 การสื่อสารกับลูกค้า: แนะนำลูกค้าว่าสีจากการแอนอไดซ์เป็นส่วนหนึ่งของพื้นผิวโลหะและจะไม่กระเทาะหรือลอกหลุด มันจะค่อยๆ สว่างขึ้น (เปลี่ยนไปทางสีของชั้นที่บางลง) จากการสึกหรอทางกลในช่วงหลายเดือนถึงหลายปี ขึ้นอยู่กับตำแหน่งและการดูแลรักษา นี่เป็นเรื่องปกติ ไม่ใช่ข้อบกพร่อง
ข้อผิดพลาดร้ายแรง
ข้อผิดพลาดทั่วไปในการแอนอไดซ์และการระบุข้อกำหนดของจิว ซึ่งส่งผลกระทบต่อความปลอดภัยและผลลัพธ์ของลูกค้า
- การสับสนระหว่างการแอนอไดซ์กับการชุบเคลือบเมื่อให้คำแนะนำแก่ลูกค้า — ลูกค้าถามว่า "สีจะหลุดออกไหม?" ผู้ปฏิบัติงานที่ตอบว่า "ใช่ ในที่สุดก็จะหลุดเหมือนสีทา" นั้นผิดในทางเทคนิค สีเกิดจากการแทรกสอดเชิงโครงสร้าง ไม่ใช่สารเคลือบ มันเปลี่ยนแปลงไปตามการบางลงของพื้นผิว (สว่างขึ้น/เปลี่ยนเฉด) ไม่ใช่การลอกร่อน ความแตกต่างนี้มีความสำคัญต่อการยินยอมที่ได้รับการบอกกล่าวและความไว้วางใจของลูกค้า
- การยอมรับจิวที่ชุบเคลือบให้ดูเหมือนไทเทเนียมจากผู้จัดจำหน่ายสินค้าราคาถูก — จิวชุบทอง เคลือบ PVD หรือเคลือบแล็กเกอร์ที่เลียนแบบไทเทเนียมแอนอไดซ์ทางสายตา แต่ไม่ได้ทำมาจากโลหะฐานไทเทเนียมเกรดปลูกถ่าย เป็นสิ่งที่ไม่สามารถยอมรับได้สำหรับการใช้งานใน Body Art การชุบเคลือบสามารถกระเทาะหลุดออกได้ ซึ่งจะปลดปล่อยอนุภาคโลหะซับสเตรตลงไปในแผล การทดสอบรอยขีดข่วน/การกระเทาะ (ขั้นตอนที่ 3 ข้างต้น) เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง
- การทำความสะอาดจิวแอนอไดซ์ด้วยอัลตราโซนิกในสารละลายด่าง — ข้อผิดพลาดที่พบได้บ่อยในการอบฆ่าเชื้อ สารละลายทำความสะอาดอัลตราโซนิกที่เป็นด่างถูกสูตรขึ้นสำหรับสแตนเลส ไม่ใช่ไทเทเนียม การใช้งานเป็นประจำกับชิ้นงานแอนอไดซ์ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของออกไซด์อย่างต่อเนื่อง ซึ่งส่งผลกระทบต่อทั้งสีและความทนทานต่อการกัดกร่อน
- การทึกทักว่า "ไทเทเนียม" ทั้งหมดเป็นเกรดปลูกถ่าย — โลหะผสมไทเทเนียมรวมถึง Grade 5 (Ti-6Al-4V) และ Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI เกรดปลูกถ่ายที่ครอบคลุมโดย ASTM F136) รวมถึงโลหะผสมที่ไม่ได้มีไว้สำหรับฝังปลูก "จิวไทเทเนียม" ที่ไม่มีเอกสารรับรองวัสดุ ASTM F136 ถือเป็นสิ่งที่ยังไม่ได้ผ่านการตรวจสอบ [5] การแอนอไดซ์ไม่สามารถเปลี่ยนไทเทเนียมที่ไม่ได้มาตรฐานให้เป็นจิวที่ปลอดภัยได้
- การพยายามสร้างสีจากแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าโดยการแอนอไดซ์ซ้ำ — การแอนอไดซ์เพิ่มได้เพียงออกไซด์เท่านั้น ดังนั้นชิ้นงานจึงสามารถทำให้ออกสีของแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าได้ แต่ไม่สามารถกลับไปสู่สีของแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าได้ การย้อนกลับจำเป็นต้องลอกออกไซด์เก่าออกก่อน ซึ่งเป็นหน้าที่ของผู้ผลิต
- การใช้จิวแอนอไดซ์กับรูเจาะใหม่ตามความชอบด้านสีโดยไม่ได้อธิบายถึงความคาดหวังในการสึกหรอ — ตำแหน่งที่มีการสึกหรอสูง (ช่องปาก อวัยวะเพศ บริเวณที่มีการเคลื่อนไหวมาก) จะสูญเสียสีแอนอไดซ์ภายในเวลาไม่กี่เดือน ลูกค้าที่เลือกจิวที่มีสีสันโดยเฉพาะเพื่อสุนทรียศาสตร์ของรูเจาะใหม่ควรได้รับการแนะนำว่าไทเทเนียมสีเงินตามธรรมชาติอาจเหมาะสมกว่าสำหรับการสวมใส่ในระยะยาวที่ตำแหน่งเหล่านี้
มาตรฐานที่ควบคุมการแอนอไดซ์และจิวไทเทเนียม
มาตรฐานและกฎระเบียบที่เกี่ยวข้องกับจิวร่างกายไทเทเนียมแอนอไดซ์ จิวร่างกายไม่ใช่เครื่องมือแพทย์ในสหภาพยุโรปหรือสหรัฐอเมริกา
- ISO 5832-3 (Ti-6Al-4V) และ ISO 5832-2 (ไทเทเนียมไม่ผสม): มาตรฐานวัสดุฝังปลูก ISO โดย ASTM F136 [5] และ ASTM F67 [6] ก็ถูกใช้อย่างแพร่หลายในยุโรปเช่นกัน การแอนอไดซ์บนวัสดุรองรับ (ซับสเตรต) ที่ได้รับการรับรองถือเป็นเกณฑ์มาตรฐาน
- กฎระเบียบ EU REACH Regulation (EC) 1907/2006 ภาคผนวก XVII รายการที่ 27: ขีดจำกัดการปลดปล่อยนิกเกิลใช้กับจิวโลหะทั้งหมดที่สัมผัสกับผิวหนัง/เยื่อบุเป็นเวลานาน [10] ไทเทเนียมผ่านเกณฑ์นี้ตามธรรมชาติโดยไม่มีข้อจำกัด แต่เรื่องนี้ต้องได้รับการตรวจสอบสำหรับโลหะผสมไทเทเนียมที่มีสารเติมแต่งนิกเกิล
- ISO 10993-5, -10 และ -12 (ความเป็นพิษต่อเซลล์ การก่อการแพ้ การเตรียมตัวอย่าง) [7]: มาตรฐานเครื่องมือแพทย์ที่ผู้จัดจำหน่ายบางรายใช้เพื่อสนับสนุนการอ้างสิทธิ์ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ โดยไม่ได้เป็นข้อกำหนดทางกฎหมายสำหรับจิวร่างกาย
- กฎระเบียบความปลอดภัยของสินค้าอุปโภคบริโภคทั่วไป General Product Safety Regulation (EU) 2023/988 ซึ่งมีผลบังคับใช้ตั้งแต่วันที่ 13 ธันวาคม 2024: สินค้าอุปโภคบริโภค รวมถึงจิวร่างกาย ต้องมีความปลอดภัย โดยมีเอกสารทางเทคนิคและการตรวจสอบย้อนกลับได้
- ASTM F136-13(2021): Ti-6Al-4V ELI ขึ้นรูป เอกสารอ้างอิงหลักของสหรัฐอเมริกาสำหรับวัสดุรองรับ (ซับสเตรต) ไทเทเนียมเกรดปลูกถ่าย [5] การแอนอไดซ์ที่ทำบนวัสดุ F136 เป็นมาตรฐานที่ได้รับการยอมรับในอุตสาหกรรม
- ASTM F67-13(2017): ไทเทเนียมบริสุทธิ์ทางการค้า (ไม่ผสม) Grades 1-4 ซึ่งเป็นวัสดุรองรับ (ซับสเตรต) ทางเลือกสำหรับจิวร่างกาย [6]
- ไม่มีกฎข้อบังคับของ FDA สำหรับจิวร่างกายแอนอไดซ์: จิวร่างกายไม่มีวัตถุประสงค์ทางการแพทย์และไม่ได้ถูกควบคุมในฐานะเครื่องมือแพทย์
- ไม่มีการทดสอบที่บังคับ: ไม่มีการทดสอบก่อนวางจำหน่ายที่บังคับสำหรับจิวร่างกายแอนอไดซ์ในสหรัฐอเมริกา ผู้ผลิตหลายรายใช้ใบรับรอง ASTM F136 และการทดสอบการปลดปล่อยนิกเกิล EN 1811 เป็นเครื่องหมายชี้วัดคุณภาพ [5]
- ประเทศไทย: ไม่พบการยืนยันกฎระเบียบเฉพาะสำหรับจิวร่างกายหรือการแอนอไดซ์ ใบรับรองวัสดุ ASTM F136 เป็นหลักฐานคุณภาพตามปกติ [5]
- สิงคโปร์: จิวร่างกายไม่ใช่เครื่องมือแพทย์หรือผลิตภัณฑ์สุขภาพ ดังนั้น HSA จึงไม่ได้ขึ้นทะเบียน และใช้กฎระเบียบความปลอดภัยของสินค้าอุปโภคบริโภคทั่วไป
- ออสเตรเลีย: ไม่พบการยืนยันมาตรฐานแห่งชาติเฉพาะสำหรับจิวร่างกาย งาน Body Art ถูกควบคุมดูแลโดยรัฐและมณฑลต่างๆ
- การปฏิบัติทั่วไปทั่วทั้งภูมิภาค: ผู้ซื้อจะขอผลการทดสอบการปลดปล่อยนิกเกิลตาม EU REACH รายการที่ 27 และใบรับรอง ASTM F136 เป็นอย่างน้อย [5]
บันทึกจาก Patrick
"เมื่อผมอธิบายการแอนอไดซ์ให้ลูกค้าฟัง ผมเริ่มด้วยคำพูดง่ายๆ ว่า 'สีที่คุณกำลังมองดูอยู่นี้คือแสง ไม่มีสีย้อม ไม่มีสีทา ไม่มีสารเคลือบ เราปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านไทเทเนียมในอ่างเกลือ และฟิสิกส์ของการแทรกสอดของแสงก็ทำหน้าที่ส่วนที่เหลือ' สีหน้าของพวกเขาเมื่อเข้าใจเรื่องนี้เป็นเหมือนเดิมเสมอ มันคือสีหน้าของผู้ที่ไม่เคยคาดคิดมาก่อนว่าเครื่องประดับจะน่าสนใจ วิทยาศาสตร์นั้นงดงามอย่างแท้จริง แต่ความเป็นจริงในทางปฏิบัติทำให้ผมซื่อสัตย์เกี่ยวกับข้อจำกัดของมัน ผมบอกลูกค้าโดยตรงเสมอว่า: ที่ลิ้นของคุณ สีนี้จะเปลี่ยนไปภายในหนึ่งปี ที่ปีกจมูกของคุณ สีนี้จะอยู่ได้ง่ายๆ ถึงห้าปี ฟิสิกส์ที่สร้างสีขึ้นมาก็คือฟิสิกส์ที่จำกัดความทนทานของมันด้วย ชั้นออกไซด์ที่บางกว่า ซึ่งสร้างด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า จะไวต่อการขัดถูมากกว่า ชั้นที่หนากว่า ซึ่งสร้างด้วยแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า จะมีความทนทานมากกว่าแต่ก็ไวต่อการเปลี่ยนเฉดสีจากความร้อนในตู้นึ่งความดันสูง (autoclave) มากกว่า สิ่งที่ผมพบว่ามีประโยชน์ที่สุดในการเน้นย้ำคือสิ่งที่การแอนอไดซ์ 'ไม่ได้' เป็น: มันไม่ใช่สารเคลือบที่สามารถปลดปล่อยเข้าสู่ร่างกายของคุณได้ มันไม่ใช่สารก่อภูมิแพ้ และมันไม่ได้เป็นการประนีประนอมความปลอดภัย แต่มันคือพื้นผิวไทเทเนียมที่เข้ากันได้ทางชีวภาพชนิดเดียวกันที่อยู่ด้านล่าง พร้อมด้วยความหนาที่ได้รับการควบคุมของออกไซด์เฉื่อยของตัวมันเอง สีสันคือประโยชน์ ไม่ใช่ความเสี่ยง ความแตกต่างนั้นมีความสำคัญ"
ผู้ก่อตั้งและผู้เชี่ยวชาญด้านการเจาะ
Poli International
คำถามที่พบบ่อย
▸กระบวนการแอนอไดซ์คืออะไร และเหตุใดจึงมีความสำคัญต่อผู้เชี่ยวชาญด้านจิว?
▸พารามิเตอร์เชิงตัวเลขวิกฤตและเกณฑ์ระดับแรงดันไฟฟ้าสำหรับการสร้างสีเฉพาะมีอะไรบ้าง?
▸ขั้นตอนทางเคมีไฟฟ้าสำหรับการแอนอไดซ์ไทเทเนียมดำเนินการอย่างไรในสภาวะแวดล้อมของสตูดิโอ?
▸การขัดถูทางกลส่งผลกระทบต่อจิวแอนอไดซ์อย่างไร และสามารถทำอย่างไรได้บ้างเพื่อป้องกัน?
▸ปัจจัยทางเคมีใดบ้างที่ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของชั้นออกไซด์ และจะสามารถหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดได้อย่างไร?
▸มาตรฐานทางกฎหมายและขั้นตอนการตรวจสอบวัสดุใดบ้างที่จำเป็นสำหรับจิวร่างกายแอนอไดซ์?
ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค
| พารามิเตอร์ | มาตรฐาน / ค่า |
|---|---|
| ช่วงแรงดันไฟฟ้า | สูงสุดประมาณ 100-120 V DC |
| ช่วงความหนาของออกไซด์ | ไม่กี่ nm (ฟิล์มตามธรรมชาติ) ไปจนถึงประมาณ 150-300 nm |
| อัตราการเติบโต | ประมาณ 1.4-2.8 nm ต่อโวลต์ ขึ้นอยู่กับอิเล็กโทรไลต์ [1] |
| องค์ประกอบของออกไซด์ | TiO₂ (ไทเทเนียมไดออกไซด์) |
| ดัชนีหักเหของ TiO₂ | สูง (สูงกว่าแก้วมาก) แตกต่างกันตามโครงสร้าง |
| สีเทียบกับแรงดันไฟฟ้า | ขึ้นอยู่กับโลหะผสมและการจัดเตรียมอุปกรณ์โดยเฉพาะ จัดทำแผนภูมิอ้างอิง [4] |
| กระบวนการ (จิวร่างกาย) | การแอนอไดซ์สี, ฟิล์มการแทรกสอดที่บาง |
| อิเล็กโทรไลต์ (ทั่วไป) | ไตรโซเดียมฟอสเฟต (TSP) เจือจาง หรือแอมโมเนียมซัลเฟต ที่อุณหภูมิห้อง |
| ความแข็งของพื้นผิว (TiO₂) | ~5–6 Mohs |
| มาตรฐานวัสดุรองรับ (ซับสเตรต) | ASTM F136 Ti-6Al-4V ELI (เกรดปลูกถ่าย) [5] |
| เสถียรภาพต่อรังสี UV | ยอดเยี่ยม สีการแทรกสอดไม่เสื่อมสภาพด้วยรังสี UV |
เอกสารอ้างอิง
- [1]Sul Y.T. et al. (2001) "The electrochemical oxide growth behaviour on titanium in acid and alkaline electrolytes." Medical Engineering & Physics 23(5):329–346.https://doi.org/10.1016/S1350-4533%2801%2900050-9
- [2]Lausmaa J. (1996) "Surface spectroscopic characterization of titanium implant materials." Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 81(3):343–361.https://doi.org/10.1016/0368-2048(95)02530-8
- [3]Aladjem A. (1973) "Anodic oxidation of titanium and its alloys." Journal of Materials Science 8(5):688-704.https://doi.org/10.1007/BF00561225
- [4]Wadhwani C. et al. (2018) "Colorizing titanium-6aluminum-4vanadium alloy using electrochemical anodization: developing a color chart." Journal of Prosthetic Dentistry 119(1):26-28.https://doi.org/10.1016/j.prosdent.2017.02.010
- [5]ASTM F136-13(2021), Standard Specification for Wrought Titanium-6Aluminum-4Vanadium ELI (Extra Low Interstitial) Alloy for Surgical Implant Applications.https://store.astm.org/f0136-13r21e01.html
- [6]ASTM F67-13(2017), Standard Specification for Unalloyed Titanium for Surgical Implant Applications.https://store.astm.org/f0067-13r17.html
- [7]ISO 10993-5:2009, Tests for in vitro cytotoxicity.https://www.iso.org/standard/36406.html
- [8]Rack H.J., Qazi J.I. (2006) "Titanium alloys for biomedical applications." Materials Science and Engineering C 26(8):1269–1277.https://doi.org/10.1016/j.msec.2005.08.032
- [9]Diamanti M.V., Del Curto B., Pedeferri M. (2008) "Interference colors of thin oxide layers on titanium." Color Research & Application 33(3):221-228.https://doi.org/10.1002/col.20403
- [10]EU REACH Regulation (EC) No 1907/2006, Annex XVII, Entry 27, Nickel restrictions.https://echa.europa.eu/substances-restricted-under-reach
- [11]Mathieu H.J. (2001) "Bioengineered material surfaces for medical applications." Surface and Interface Analysis 32(1):3-9.https://doi.org/10.1002/sia.995
นำวิทยาศาสตร์ไปใช้จริง
มาตรฐานทางเทคนิคนี้คือรากฐานทางสถาปัตยกรรมสำหรับเครื่องมือวิเคราะห์ระดับมืออาชีพของเรา