Comment anodiser le titane ou maximiser les propriétés du titane et de ses alliages

2 octobre 2023

Le titane est particulièrement réputé pour sa résistance exceptionnelle à la corrosion et sa légèreté. Il s’est forgé une place de choix dans diverses industries, de l’aérospatiale aux implants médicaux. Cependant, le secret pour maximiser son potentiel ne réside pas seulement dans ses propriétés intrinsèques. Il passe aussi par un processus de transformation qu’est l’anodisation du titane. Dans cet article, nous allons nous plonger dans le monde de l’anodisation du titane, en explorant les techniques pour anodiser le titane, ses avantages et ses applications.

 

Les propriétés intrinsèques des titanes

Avant toute chose, rappelons les propriétés principales des titanes :

1.    Résistance à la corrosion :

Le titane doit ses propriétés anticorrosion à la formation d’une couche d’oxyde passive à sa surface lorsqu’il est exposé à l’oxygène. Cette couche, principalement constituée de dioxyde de titane (TiO2), sert de barrière protectrice qui empêche la poursuite de la corrosion. Grâce à sa stabilité et ses propriétés auto-cicatrisantes, celle garantit une résistance à long terme à la corrosion.

 

2.    Résistance aux températures extrêmes :

le point de fusion du titane se situe à 1668°C, ce qui fait de lui et de ses alliages un métal de choix pour l’aéronautique civil. Présent dans les pièces de structure et dans les moteurs de tous les avions, l’alliage TA6V concurrence les aciers et les alliages d’aluminium jusqu’à environ 600°C.

 

3.    Inertie :

Le titane est inerte dans de nombreux environnements agressifs, y compris l’eau de mer, les solutions acides et même certains chlorures. Cette inertie est due à la stabilité de la couche d’oxyde, qui résiste aux réactions chimiques avec les agents corrosifs. C’est pourquoi il est aussi plébiscité dans le secteur de la joaillerie, sous forme de titane pur. En effet, c’est un des rares métaux qui ne provoquent pas d’allergie.

 

4.      Biocompatibilité :

 

Dans le domaine médical, la biocompatibilité de ce métal est un avantage important. Il résiste à la corrosion dans le corps humain, ce qui assure ainsi la longévité et la sécurité des implants médicaux, tels que les articulations artificielles et les implants dentaires.

Le titane n’est toutefois pas toujours dans sa forme la plus pure. Ses alliages sont plus courants parce qu’ils offrent une combinaison de résistance améliorée, de réduction de poids, et de résistance à la corrosion. Leurs propriétés s’adaptent à des applications spécifiques, telles que l’aérospatiale, la médecine et l’industrie, ce qui les rend plus polyvalents et plus rentables.

 

Et l’anodisation, dans tout ça ?

L’anodisation des titanes est un procédé ou traitement électrochimique qui permet de faire croître de façon contrôlée la couche dioxyde de titane (TiO2) à la surface de la pièce en titane. L’objectif ultime de ce procédé est d’obtenir un large référentiel couleurs, servant notamment à différencier les types d’implants dans le secteur médical.  Il s’effectue en immergeant la pièce en titane dans un bain d’électrolyte, qui va en fonction de la tension appliquée, générer une coloration. Le résultat est alors une surface améliorée, dotée d’une meilleure résistance à la corrosion et de la coloration souhaitée.

 

Quel est le déroulé du processus pour anodiser le titane ?

 

Préparation :

Avant d’anodiser le titane, appliquez un dégraissage sur vos pièces afin d’éliminer les contaminants. Pour cette application, vous pouvez recourir à notre dégraissant Aupus DECAPOLI 15, solution acide en immersion. Nous préconisons également une étape de décapage en amont pour enlever les oxydes afin d’obtenir un panel de couleurs plus élargi avec notre Aupus DEC TI, solution en immersion contenant un mélange tri-acide.

Traitement :

Bain d’électrolyte : Pour anodiser le titane, immergez la pièce en titane nettoyée dans un bain d’électrolyte. Pour cela, nous vous préconisons notre électrolyte Aupus ANOD TI. Pendant le processus d’anodisation du titane, un courant continu est appliqué à la pièce qui est immergée dans l’électrolyte et connectée à l’anode (pôle positif). Les cathodes sont quant à elles connectées au pôle négatif. Le courant va provoquer la formation d’une couche d’oxyde à la surface du titane. Le voltage et le courant appliqués vont notamment définir l’épaisseur de la couche d’oxyde et la couleur finale.

À l’anode (composant en titane) :

Réaction d’oxydation : Tout d’abord, la pièce en titane, qui sert d’anode (électrode positive), subit une réaction d’oxydation. Au cours de cette réaction, le titane métallique (Ti) réagit avec l’électrolyte et notamment les molécules d’eau. Cette combinaison entre le Titane métallique et les ions oxygène conduit ensuite à la formation d’une couche de dioxyde de titane (TiO2) à la surface du titane. Celle-ci devient la principale couche d’oxyde protectrice qui contribue à la résistance à la corrosion. En même temps, cette réaction va libérer des ions hydrogène et des électrons qui seront transportés vers la cathode.

2Ti(s) + 4H2O(l) → 2TiO2(s) + 8H+(aq) + 8e-

À la cathode :

Réaction de réduction : Par ailleurs, la cathode, généralement constituée d’un autre matériau (par exemple de l’acier inoxydable), sert d’électrode négative. Les électrons de l’anode (composant en titane) se dirigent vers la cathode. Des réactions de réduction se produisent alors à la cathode. Autrement dit, on observe un gain d’électrons. La réaction de réduction implique les ions hydrogène (H+) de l’électrolyte. Ceux-ci gagnent des électrons pour former alors de l’hydrogène gazeux (H2).

8H+(aq) + 8e- → 4H2(g)

La phase de coloration :

La phase de coloration dans l’anodisation du titane est réalisée en contrôlant sélectivement l‘épaisseur de la couche de dioxyde de titane (TiO2) formée sur la surface du titane. La couleur du titane anodisé est principalement déterminée par l’interférence de la lumière lorsqu’elle interagit avec cette couche d’oxyde. La teinte spécifique observée dépend de l’épaisseur de la couche d’oxyde et du schéma d’interférence qui en résulte. En contrôlant précisément la tension et le temps pendant le processus d’anodisation, vous obtiendrez les résultats de couleur souhaités, ce qui laisse place à un large spectre de couleurs à partir d’une seule pièce de titane anodisé. À titre d’exemple, vous pouvez obtenir avec l’Aupus ANOD TI et une tension à 50 volts une teinte plutôt dorée.

 

Conclusion

Les remarquables propriétés anticorrosion du titane en font un matériau de choix dans diverses industries. Sa capacité naturelle à former une couche d’oxyde protectrice et son inertie dans les environnements agressifs constituent une excellente base pour la résistance à la corrosion. Toutefois, la résistance du titane à la corrosion peut être encore améliorée par des alliages ou des techniques de traitement de surface, comme le procédé d’anodisation. Ce dernier permettra notamment de colorer le titane à travers un large spectre de couleurs.