Jak anodyzować tytan lub maksymalizować właściwości tytanu i jego stopów
2 października 2023 r.Tytan jest szczególnie znany ze swojej wyjątkowej odporności na korozję i lekkości. Znalazł on swoje miejsce w wielu gałęziach przemysłu, od lotnictwa po implanty medyczne. Sekret maksymalnego wykorzystania jego potencjału tkwi jednak nie tylko w jego wewnętrznych właściwościach. Wiąże się to również z procesem transformacji znanym jako anodowanie tytanu. W tym artykule zagłębiamy się w świat anodowania tytanu, badając techniki anodowania tytanu, jego zalety i zastosowania.
Wewnętrzne właściwości tytanu
Przede wszystkim przyjrzyjmy się głównym właściwościom tytanu:
1. Odporność na korozję:
Tytan zawdzięcza swoje właściwości antykorozyjne tworzeniu pasywnej warstwy tlenku na swojej powierzchni w kontakcie z tlenem. Warstwa ta, składająca się głównie z dwutlenku tytanu (TiO2), działa jak bariera ochronna, która zapobiega dalszej korozji. Jej stabilność i właściwości samoregenerujące zapewniają długotrwałą odporność na korozję.
2. Odporność na ekstremalne temperatury:
Temperatura topnienia tytanu wynosi 1668°C, co czyni go i jego stopy metalem wybieranym w lotnictwie cywilnym. Obecny w częściach konstrukcyjnych i silnikach wszystkich samolotów, stop TA6V konkuruje ze stalą i stopami aluminium do około 600°C.
3. Bezwładność :
Tytan jest obojętny w wielu agresywnych środowiskach, w tym w wodzie morskiej, roztworach kwasów, a nawet niektórych chlorkach. Obojętność ta wynika ze stabilności warstwy tlenku, która jest odporna na reakcje chemiczne z czynnikami korozyjnymi. Dlatego też jest tak popularny w sektorze jubilerskim, w postaci czystego tytanu. W rzeczywistości jest to jeden z rzadkich metali, który nie powoduje alergii.
4. Biokompatybilność:
W dziedzinie medycyny, biokompatybilność tego metalu jest główną zaletą. Jest odporny na korozję w ludzkim ciele, zapewniając długowieczność i bezpieczeństwo implantów medycznych, takich jak sztuczne stawy i implanty dentystyczne.
Jednak tytan nie zawsze występuje w najczystszej postaci. Jego stopy są bardziej powszechne, ponieważ oferują połączenie zwiększonej wytrzymałości, redukcji masy i odporności na korozję. Ich właściwości można dostosować do konkretnych zastosowań, takich jak lotnictwo, medycyna i przemysł, co czyni je bardziej wszechstronnymi i opłacalnymi.
A co z anodowaniem?
Anodowanie tytanu jest procesem elektrochemicznym lub obróbką, która umożliwia wzrost warstwy dwutlenku tytanu (TiO2) na powierzchni części tytanowej w kontrolowany sposób. Ostatecznym celem tego procesu jest uzyskanie szerokiego odniesienia kolorystycznego, wykorzystywanego w szczególności do rozróżniania typów implantów w sektorze medycznym. Proces odbywa się poprzez zanurzenie tytanowej części w kąpieli elektrolitowej, która w zależności od przyłożonego napięcia generuje kolor. Rezultatem jest ulepszona powierzchnia o lepszej odporności na korozję i pożądanym kolorze.
Jak wygląda proces anodowania tytanu?
Przygotowanie :
Przed anodowaniem tytanu należy zastosować odtłuszczanie w celu usunięcia zanieczyszczeń. W tym celu można użyć naszego odtłuszczacza Aupus DECAPOLI 15, kwaśnego roztworu zanurzeniowego. Zalecamy również wcześniejszy etap usuwania powłok w celu usunięcia tlenków i uzyskania szerszej gamy kolorów za pomocą naszego Aupus DEC TI, roztworu zanurzeniowego zawierającego mieszaninę trzech kwasów.
Leczenie :
Kąpiel elekt rolitowa: Aby anodować tytan, zanurz oczyszczoną część tytanową w kąpieli elektrolitowej. Polecamy nasz elektrolit Aupus ANOD TI. Podczas procesuanodowania tytanu, prąd stały jest przykładany do części, która jest zanurzona w elektrolicie i podłączona do anody (biegun dodatni). Katody są podłączone do bieguna ujemnego. Prąd powoduje tworzenie się warstwy tlenku na powierzchni tytanu. Zastosowane napięcie i natężenie prądu określajągrubość warstwy tlenku i ostateczny kolor.
Na anodzie (element tytanowy) :
Reakcja utleniania: Po pierwsze, część tytanowa, która służy jako anoda (elektroda dodatnia), ulega reakcji utleniania. Podczas tej reakcji metaliczny tytan (Ti) reaguje z elektrolitem, w szczególności z cząsteczkami wody. To połączenie metalicznego tytanu i jonów tlenu prowadzi następnie do powstania warstwy dwutlenku tytanu (TiO2) na powierzchni tytanu. Staje się ona główną ochronną warstwą tlenku, która przyczynia się do odporności na korozję. Jednocześnie reakcja ta uwalnia jony wodoru i elektrony, które są transportowane do katody.
2Ti(s) + 4H2O(l) → 2TiO2(s) + 8H+(aq) + 8e-
Na katodzie:
Reakcja redukcji: Dodatkowo katoda, zwykle wykonana zinnego materiału (np. stali nierdzewnej), działa jako elektroda ujemna. Elektrony z anody (składnik tytanowy) są kierowane w stronę katody. Następnie na katodzie zachodzą reakcje redukcji. Innymi słowy, elektrony są pozyskiwane. Reakcja redukcji obejmuje jony wodoru (H+) w elektrolicie. Zyskują one elektrony, tworzącwodór gazowy (H2).
8H+(aq) + 8e- → 4H2(g)
Faza barwienia:
Faza barwienia w anodowaniu tytanu jest osiągana poprzez selektywne kontrolowaniegrubości warstwy dwutlenku tytanu (TiO2) utworzonej na powierzchni tytanu. Kolor anodyzowanego tytanu jest przede wszystkim określany przezinterferencję światła podczas interakcji z warstwą tlenku. Specyficzny obserwowany odcień zależy odgrubości warstwy tlen ku i wynikającego z niej wzoru interferencyjnego. Precyzyjnie kontrolując napięcie i czas podczas procesu anodowania, można osiągnąć pożądane rezultaty kolorystyczne, pozwalając na uzyskanie szerokiego spektrum kolorów z jednego kawałka anodowanego tytanu. Na przykład, stosującAupus ANOD TI i napięcie 50 V, można uzyskać raczej złoty odcień.
Wnioski
Niezwykłe właściwości antykorozyjne tytanu sprawiają, że jest on materiałem wybieranym w różnych gałęziach przemysłu. Jego naturalna zdolność do tworzenia ochronnej warstwy tlenku i obojętność w agresywnych środowiskach stanowią doskonałą podstawę odporności na korozję. Odporność tytanu na korozję można jednak dodatkowo zwiększyć za pomocą stopów lub technik obróbki powierzchni, takich jak anodowanie. Anodowanie umożliwia zabarwienie tytanu na szeroką gamę kolorów.
