钛及钛合金因其良好的生物相容性和耐腐蚀性能,而被广泛应用于医用材料,通过表面改性可以提高生物相容性,同时可以对不同型号的工件进行彩色编码。在众多的钛及钛合金表面改性方法中,阳极氧化因简单可控,成本低廉,设备简单的特点而备受关注。本文的研究目的是研究钛的阳极氧化过程中氧化膜的生长机理以及氧化膜厚度与其色彩的关系。本文通过磁控溅射技术在硅片上沉积纯钛膜,而后在酸性电解液中进行阳极氧化,通过电压和时间等参数调节氧化钛薄膜厚度。通过椭偏仪对氧化膜的厚度进行分析,得到了氧化膜膜厚与电压的关系。通过将反射光谱转化至CIE色度坐标系上,直观地反映了氧化膜的颜色随电压和氧化膜厚度变化的规律。阳极氧化电压对氧化膜成分,结构,形貌等影响也通过XPS,XRD和SEM等测试技术分析。本文还研究了氧化膜的生长过程,并通过阳极氧化过程中电流的变化,氧化膜的溶解和氧化膜中各元素随深度分布等研究,结合离子迁移理论,建立了氧化膜生长模型,经检验和氧化膜的生长过程有很好的一致性。与以往研究中直接在钛板上阳极氧化得到的氧化膜相比,该制备方法能得到表面光滑的氧化膜,因此在研究氧化膜的颜色和光学性能时,能得到更准确的结果。研究证明了氧化膜生长厚度随电压增加呈较好的线性关系,氧化膜的生长是离子在电场作用下的定向迁移的结果,生长速度随时间呈指数型下降。氧化膜的颜色随电压和膜厚呈连续的周期性变化的规律,排除了氧化物对颜色影响的假说,证明氧化膜的颜色主要是由于干涉产生的。