鈦是一種兼具高強(qiáng)度和低密度的材料，已被應(yīng)用于航空航天、石油化工和醫(yī)療等諸多領(lǐng)域。鈦在大多數(shù)水溶液環(huán)境中具有優(yōu)異的耐腐蝕性，這是由于有氧存在時(shí)其表面會(huì)自然形成幾個(gè)納米厚的鈍化薄膜。類似其他所有閥金屬，這層自然氧化膜可以通過陽極氧化長(zhǎng)厚，形成?。ǜ缮嫔模┠せ蚝竦亩嗫啄印８鶕?jù)所施加的氧化條件（例如電解液的類型、濃度和電解電壓等）可以生成致密的或多孔的，無定形或結(jié)晶態(tài)的，或呈納米管排列的薄膜。鈦陽極氧化過程中，由于熱能和電場(chǎng)的作用，離子在膜層中遷移和擴(kuò)散使氧化物生長(zhǎng)。膜層在金屬/氧化物和氧化物/電解液2種界面間生長(zhǎng)。陽離子主要在TiO2中遷移，隨著電流密度的增加，遷移數(shù)量（在氧化物/電解液界面和在整個(gè)氧化層的生長(zhǎng)比例）達(dá)到接近0.5。膜層中發(fā)生結(jié)晶和形成的缺陷導(dǎo)致高的內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，這是因?yàn)楦唠妶?chǎng)引起電致伸縮。研究認(rèn)為，在硼酸鹽或磷酸溶液中TiSi和TiAl表面生成的陽極氧化膜，其氧化物非晶所具有的穩(wěn)定性歸功于電解液的內(nèi)含物及基體中的合金元素。目前還缺乏電解液內(nèi)含物對(duì)鈦表面陽極氧化膜結(jié)晶影響方面的信息。
瑞士學(xué)者C. Jaeggi等人以95%~97%硫酸和85%磷酸2種溶液作為電解液進(jìn)行純鈦帶（1 mm厚）的陽極氧化。采用拉曼光譜、透射電鏡分析膜層的微結(jié)構(gòu)；采用輝光放電光發(fā)射譜分析化學(xué)元素沿膜層深度的分布情況。在前期工作中已研究了這2種電解液中生成的陽極氧化膜，并對(duì)他們的生長(zhǎng)和化學(xué)成分進(jìn)行了對(duì)比研究。本次工作提出基于早期生長(zhǎng)的陽極氧化膜微結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)模型，目的是明確來自電解液的內(nèi)含物與穩(wěn)定的鈦氧化物非晶開始結(jié)晶化之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，氧化層在朝內(nèi)和朝外2個(gè)方向的生長(zhǎng)過程中，電解液內(nèi)含物進(jìn)入氧化層。這些內(nèi)含物大多數(shù)是硫酸鹽和磷酸鹽，它們與氧化物層內(nèi)部的初始結(jié)晶有關(guān)系，并對(duì)鈦的氧化物非晶穩(wěn)定性有影響。在20 V陽極氧化電壓條件下，硫酸電解液中的含硫內(nèi)含物遷移到金屬/氧化物界面附近穩(wěn)定氧化物的非晶部分，而膜的中間和外部層顯示為銳鈦礦相；磷酸電解液中的含磷內(nèi)含物幾乎對(duì)整層氧化物非晶的穩(wěn)定性起作用，僅僅在P含量極低的區(qū)域，如氧化物/金屬的界面處，生成極少量的納米晶；無論哪種電解液中，所形成的氧化物的中間部分均觀察到了納米尺寸的氧化泡。在此前的文獻(xiàn)中，還沒有關(guān)于在鈦陽極氧化物內(nèi)部甚至是沒有晶體存在的區(qū)域形成氧氣泡的報(bào)道。
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