Χρωματισμός του τιτανίου μέσω οξείδωσης και εφαρμογές

Χρωματισμός του τιτανίου μέσω οξείδωσης και εφαρμογές

Ο χρωματισμός του τιτανίου προκύπτει από την παρεμβολή του φωτός που ανακλάται μέσω του στρώματος οξειδίου που σχηματίζεται στην επιφάνειά του.

Disclaimer: Απαγορεύεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή, ολική, μερική ή περιληπτική ή κατά παράφραση ή διασκευή ή απόδοση του περιεχομένου του παρόντος διαδικτυακού τόπου με οποιονδήποτε τρόπο, χωρίς αναφορά στο RAWMATHUB.GR (με ενεργό link) ή χωρίς την προηγούμενη γραπτή άδεια του RAWMATHUB.GR. 

Το τιτάνιο είναι από τα πιο περιζήτητα μέταλλα στον κόσμο, μετά τον χρυσό. Βρίσκει χρήση σε μια πληθώρα εφαρμογών που κυμαίνονται από κάτι τόσο κρίσιμο όπως η χειρουργική και οι διαστημικές αποστολές, έως απλά διακοσμητικά όπως τα κοσμήματα και τα μπρελόκ.

Αυτό το ευέλικτο μέταλλο είναι επίσης ένα από τα πιο όμορφα οξειδωτικά μέταλλα, με αποτέλεσμα συναρπαστικά χρώματα και φινιρίσματα που δεν συναντώνται σε άλλο μέταλλο. Τι δίνει σε αυτό το κατά τα άλλα γκρι και ανεπιτήδευτο μέταλλο, την υπέροχη εμφάνιση του;

Ιδιότητες του τιτανίου

Το τιτάνιο είναι γνωστό για τις ανώτερες μηχανικές του ιδιότητες που περιλαμβάνουν υψηλή μηχανική αντοχή - παρά τη χαμηλή πυκνότητα - καθώς και υψηλή αντοχή στη διάβρωση. Παρόλο που δεν είναι πολύτιμο μέταλλο ή σπάνια γαία, είναι αρκετά ακριβό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διαδικασία εξόρυξης τιτανίου από το μετάλλευμα του απαιτεί μεγάλη ένταση πόρων.

Κανονικά, ένα θαμπό γκρι μέταλλο, το τιτάνιο οξειδώνεται με διάφορους τρόπους για να δώσει διαφορετικές αποχρώσεις

Οι μηχανικές του ιδιότητες καθιστούν πολύ δύσκολη την επεξεργασία του σε διαδικασίες όπως η διαμόρφωση και η μηχανική κατεργασία, αυξάνοντας το κόστος του τελικού προϊόντος. Η διαδικασία εξαγωγής τιτανίου δεν έχει αλλάξει πολύ με τα χρόνια, διατηρώντας τον πήχη ψηλά όσον αφορά στη χρήση αυτού του άφθονου μετάλλου.

Οξείδιο του τιτανίου – Η αιτία του χρωματισμού

Αν κρίνουμε από το σίδηρο, τα μέταλλα δεν συμβιώνουν πολύ καλά με το οξυγόνο. Ωστόσο, αυτό δεν ισχύει για το τιτάνιο. Το τιτάνιο οξειδώνεται τόσο με τη θερμότητα όσο και με την εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος, σχηματίζοντας ένα ουσιαστικά αδιαπέραστο στρώμα οξειδίου. Αυτό το στρώμα οξειδίου παρουσιάζει πολλές εξέχουσες ιδιότητες όπως η μηχανική ακαμψία και οι ιδιαίτερες οπτικές ιδιότητες.

Με την αύξηση της θερμοκρασίας ή της τάσης, το πάχος του στρώματος οξειδίου αυξάνεται. Σε αντίθεση με τη σκουριά, το οξείδιο του τιτανίου μπορεί να είναι επίμονο και απαιτεί μηχανικά μέσα για να αφαιρεθεί, έτσι ώστε να εκτεθεί το φρέσκο ​​στρώμα τιτανίου από κάτω.

Χρωματική αντίληψη – Παρεμβολή λεπτής μεμβράνης

Το πάχος του διαφανούς στρώματος οξείδωσης επηρεάζει τo αντιλαμβανόμενο χρώμα

Κανένας από τους χρωματισμούς που παρατηρούνται στο τιτάνιο λόγω οξείδωσης δεν μπορεί να αποδοθεί σε αλλαγή χημικής σύνθεσης ή προσθήκη χρωστικής ουσίας. Στην πραγματικότητα, είναι μία οπτική ψευδαίσθηση που δημιουργείται από την αντανάκλαση του φωτός στο λεπτό στρώμα οξειδίου.

Το στρώμα οξειδίου είναι λεπτό και διαφανές, αναγκάζοντας το φως να αντανακλάται τόσο στο πάνω όσο και στο κάτω μέρος του. Ως εκ τούτου, υπάρχει παρεμβολή των ανακλώμενων ακτίνων φωτός, με αποτέλεσμα ορισμένα μήκη κύματος φωτός να αποκόπτονται, ενώ άλλα να ενισχύονται για να παράγουν λαμπερά χρώματα. Αυτό το φαινόμενο είναι επίσης γνωστό ως παρεμβολή λεπτής μεμβράνης.

Η παρεμβολή λεπτής μεμβράνης είναι επίσης ο λόγος που βλέπουμε το φαινόμενο του ουράνιου τόξου σε φυσαλίδες και πετρελαιοκηλίδες

Με την αύξηση της θερμότητας ή της τάσης, το στρώμα οξείδωσης γίνεται παχύτερο και πιο σταθερό. Αυτό επιφέρει μια αλλαγή στον δείκτη διάθλασης και έχει ως αποτέλεσμα τόσο διακριτές όσο και συνεχείς αποχρώσεις. Εκτός εάν αφαιρεθεί μηχανικά, ο χρωματισμός στο τιτάνιο είναι μόνιμος. ακόμη και μετά την αφαίρεση της θερμότητας ή της τάσης.

Οξείδωση τιτανίου μέσω θέρμανσης

Το τιτάνιο οξειδώνεται από τη θερμότητα. Δεδομένου ότι η ροή της θερμότητας μέσα στο μέταλλο δεν μπορεί να ελεγχθεί με φυσικό τρόπο, η θερμική οξείδωση μπορεί να είναι μια αρκετά δύσκολη διαδικασία για την επίτευξη ενός επιθυμητού, οριστικού φινιρίσματος. Εκτός από εξειδικευμένο εξοπλισμό για ομοιόμορφη θέρμανση, απαιτείται μετα-επεξεργασία για την αφαίρεση στρωμάτων οξειδίου από ανεπιθύμητες περιοχές.

Για μία τέτοια επεξεργασία χρησιμοποιούνται διεργασίες όπως η εκλεκτική αμμοβολή και τεχνικές μηχανικής τριβής, όπως η λείανση. Το πάχος του στρώματος οξειδίου αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Εξαιτίας αυτού, τα διάφορα χρώματα των οξειδίων του τιτανίου συνδέονται με διαφορετικά εύρη θερμοκρασίας.

Η θερμική επεξεργασία των τεμαχίων από τιτάνιο έχει ως αποτέλεσμα γυαλιστερά φινιρίσματα

Οξείδωση τιτανίου μέσω ηλεκτρικής τάσης

Το στρώμα οξειδίου στο τιτάνιο μπορεί επίσης να επιτευχθεί με την υποβολή του σε ηλεκτρικό ρεύμα όταν βυθίζεται σε ένα αγώγιμο μέσο (ηλεκτρολύτη). Αυτό είναι επίσης γνωστό ως ανοδίωση. Το τιτάνιο αναρτάται στον θετικό πόλο του κυκλώματος, ενώ ο αρνητικός πόλος μπορεί να συνδεθεί με οποιοδήποτε άλλο μέταλλο όπως αλουμίνιο, χαλκό ή ανοξείδωτο χάλυβα.

Η ανοδίωση του τιτανίου παρέχει μεγαλύτερο έλεγχο και, ως εκ τούτου, καλύτερο αποτέλεσμα όσον αφορά στον έλεγχο των αποχρώσεων

Η ανοδίωση του τιτανίου παρέχει μεγαλύτερο έλεγχο και, ως εκ τούτου, καλύτερο αποτέλεσμα όσον αφορά στον έλεγχο των αποχρώσεων.

Το πάχος του φιλμ οξειδίου παραμένει σταθερό για μια δεδομένη τάση. Έτσι, διάφορες τάσεις θα αντιστοιχούν σε διαφορετικά χρώματα. Ωστόσο, το πάχος μπορεί να τροποποιηθεί αλλάζοντας τη φύση του ηλεκτρολύτη.

Οι όξινοι και οι ουδέτεροι ηλεκτρολύτες είναι γνωστό ότι παράγουν λεπτότερα στρώματα οξειδίου του τιτανίου που συνήθως κυμαίνονται σε λίγα νανόμετρα. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι τα ισχυρά αλκαλικά μέσα παράγουν επικαλύψεις πάχους πολλών μικρών.

Χρωματισμός του τιτανίου βάσει εφαρμοζόμενης τάσης οξείδωσης

Η χρήση ηλεκτρισμού ως μέσου παραγωγής έγχρωμων οξειδίων του τιτανίου παρουσιάζει μερικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τη χρήση θερμότητας. Η ροή του ηλεκτρισμού μπορεί να ελεγχθεί και η επιλεκτική εμβάπτιση και κάλυψη επιτρέπει μόνο στις επιθυμητές περιοχές του τεμαχίου εργασίας να πάρουν χρώμα.

Η ανοδίωση του τιτανίου είναι μια πιο εφικτή λύση από την οξείδωσή του μέσω θέρμανσης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η τάση που απαιτείται για την παραγωγή ενός συγκεκριμένου χρώματος είναι ευκολότερο να ελεγχθεί σε σχέση με τη θερμοκρασία που αναπτύσσεται κατά τη διαδικασία της θέρμανσης.

Εφαρμογές

Το χρωματισμένο τιτάνιο βρίσκει διάφορες χρήσεις στην αισθητική, στην ιατρική στη βιομηχανία και στην παραγωγή αυτοκινήτων. Χρησιμοποιείται σε κοσμήματα, ιατρικά εργαλεία και εμφυτεύματα, σωλήνες εξάτμισης σπορ αυτοκινήτων και μονάδες απαγωγής θερμότητας.

Το τιτάνιο δεν είναι το μόνο μέταλλο που παρουσιάζει χρωματισμό λόγω οξείδωσης. Το νιόβιο, το ταντάλιο και πολλά κράματα χάλυβα, όπως ο απλός και ο ανοξείδωτος χάλυβας, παρουσιάζουν επίσης μέσω κατάλληλων διεργασιών. Ωστόσο, το τιτάνιο έχει μοναδικά πλεονεκτήματα που το καθιστούν ιδιαίτερο στην απόδοση χρωματισμών μέσω οξείδωσης. Μερικά από αυτά περιλαμβάνουν βιοσυμβατότητα, υψηλή αντοχή στη διάβρωση και μακροπρόθεσμη σταθερότητα του στρώματος οξειδίου.

Οι εξατμίσεις από τιτάνιο διαθέτουν όμορφους χρωματισμούς λόγω των επαναλαμβανόμενων κύκλων θέρμανσης που προκαλούν οξείδωση. Είναι επίσης πολύ ελαφρύτερες από τις κανονικές εξατμίσεις

Το τιτάνιο και τα οξείδια του είναι επίσης πολύ ελαφριά, δίνοντάς τους σημαντικό πλεονέκτημα απόδοσης έναντι των ανταγωνιστικών κραμάτων όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας. Το μόνο μειονέκτημα στη χρήση του τιτανίου και των οξειδίων του είναι ότι είναι εξαιρετικά ακριβά.

ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ - ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ: ΣΥΝΤΑΚΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ RAWMATHUB.GR
Image

Έγκυρη ενημέρωση για την αξιακή αλυσίδα των raw materials

NEWSLETTER