Что такое анодирование титана?

Что нужно знать об анодировании титана

Анодирование – это преднамеренное окисление поверхности металлов электрохимическим путем, при котором окисляемый компонент является анодом в цепи.

Анодирование в промышленных масштабах применяется только к таким металлам, как алюминий, титан, цинк, магний, ниобий, цирконий и гафний, оксидные пленки которых обеспечивают защиту от прогрессирующей коррозии.

Эти металлы образуют прочные и хорошо интегрированные оксидные пленки, которые исключают или замедляют дальнейшую коррозию, действуя как ионно-барьерная мембрана.

Анодирование титана — это окисление титана для изменения свойств поверхности производимых деталей, включая улучшение износостойкости и улучшение внешнего вида. В этой статье будет дополнительно обсуждаться анодирование титана, его назначение, использование, принцип работы, ограничения, преимущества и важные свойства.

Что такое анодирование титана?

Анодирование титана представляет собой преднамеренное электролитическое окисление поверхности компонентов из титана (или титанового сплава) для придания поверхностных свойств, подходящих для применения, для которого изготавливается деталь. Электролитический химический состав различается при анодировании алюминия и титана, а также при анодировании титана типами 1, 2 и 3.

Какова цель анодирования титана?

Анодирование титана может обеспечить множество полезных свойств, улучшающих характеристики компонентов для широкого спектра применений.

Анодирование типа 2 делает поверхность титана более твердой и обеспечивает повышенную устойчивость к коррозии и истиранию. Эти улучшенные свойства делают его широко используемым в производстве аэрокосмических компонентов.

В результате получается матово-серая поверхность, которая может выдерживать большее истирание, чем металл в его естественном окисленном состоянии.

Анодирование типа 4 — то есть типа 2 с добавлением пропитки поверхности составами PTFE (Teflon™), интегрированными в пористую оксидную пленку, — добавляет еще одно улучшенное свойство — самосмазывающуюся поверхность.

С другой стороны, при анодировании типа 3 на материал наносится тонкая цветная пленка. Это свойство, как правило, является косметической обработкой, и оно создает эластичные «ложные» цветные пленки.

Использование цветового эффекта «масло на воде». Эта косметическая обработка может иметь большое техническое значение для дифференциации деталей и облегчения сборки. Он также широко используется на компонентах хирургических имплантатов, чтобы различать левосторонние и правосторонние версии, чтобы помочь хирургам в выборе компонентов.

Где используется анодированный титан?

Титан наиболее эффективно используется там, где необходимо сочетание ударной вязкости, сопротивления усталости и легкости, и в особых случаях, когда требуется повышенная коррозионная стойкость и/или высокотемпературные характеристики. Анодирование титановых деталей может сделать их практически химически инертными и добавить цвет без красителей.

Анодированный титан широко используется в коммерческих и военных реактивных двигателях, ракетных двигателях, компонентах планера и, в ограниченной степени, в деталях обшивки самолетов, в частности вокруг входных отверстий реактивных двигателей и передних кромок крыльев, где стойкость к истиранию имеет жизненно важное значение.

Титан имеет очень низкую восприимчивость к коррозии, вызванной ионами хлорида (соли), и придает эту характеристику ряду сплавов.

Они все чаще используются в дорогих и высокопроизводительных лодках, кораблях, и рыболовные компоненты для обеспечения высокой прочности, малого веса и (особенно) низких коррозионных характеристик по сравнению даже с самыми эффективными «морскими» нержавеющими сталями.

Эти области применения включают в себя: нефтепромысловые и подводные компоненты, оборудование для дайвинга, рыболовные снасти, насосы и детали клапанов.

Анодированный титан является предпочтительным материалом для самого широкого спектра хирургических и зубных имплантатов, сочетая высокую прочность с малым весом и очень низкой биологической коррозией.

Как происходит анодирование титана?

Анодирование титана работает путем создания улучшенной оксидной пленки на поверхности деталей с помощью различных электрохимических процессов в зависимости от того, подвергается ли деталь анодированию типа 1, 2 или 3.

Это покрытие может представлять собой «тонкую пленку», придающую изделию искусственный цвет. Тип 3 обычно создает этот эффект. Оттенок от золотого до зеленого получается в результате нанесения прозрачной пленки толщиной от 200 до 1700 А.

Анодирование типа 2 позволяет получить более прочные и толстые покрытия, которые обычно улучшают износостойкость.

Анодирование типа 4 создает самосмазывающуюся пленку, которая пропитывает поверхностную оксидную пленку ПТФЭ.

С другой стороны, анодирование типа 1 может представлять собой полупроводниковый оксидный слой, который используется перед экструзией и для некоторых излучательных или поглощающих свойств для терморегулирования.

Каковы преимущества анодирования титана?

Анодирование титана имеет ряд преимуществ, в том числе:

1. Снижение риска истирания за счет снижения трения и повышения твердости в местах истирания деталей.
2. Улучшенная коррозионная стойкость анодированных (пассивированных) поверхностей.
3. Биосовместимость, создание поверхностей с низким уровнем коррозии и нулевым загрязнением.
4. Низкая стоимость, стойкий цвет.
5. Высокое косметическое качество и широкий спектр цветов.
6. Электрически пассивная и коррозионностойкая поверхность.
7. Идентификация биосовместимых компонентов, так как не используются красители или красители.

Каковы ограничения ро анодированию титана?

Ограничения анодирования титана:

1. Точного контроля цвета трудно достичь и трудно поддерживать, поскольку в электрохимическом процессе существует множество факторов. Цветное анодирование — сложный процесс, требующий жесткого контроля.
2. Электрохимические ванны для анодирования титана, как правило, вредны и токсичны для серной (VI), хромовой (VI) или фосфорной (V) кислот, поэтому вопросы охраны здоровья и безопасности на предприятиях по анодированию вызывают озабоченность.
3. Поврежденное анодирование восстанавливается только в течение длительного периода времени, когда условия способствуют окислению. В восстановительной (бескислородной или потребляющей кислород) среде титан постепенно теряет свою анодированность. Хотя такие среды не вызывают коррозии, могут возникнуть другие проблемы, такие как коррозионное растрескивание под напряжением, вызванное химическими веществами.
4. Анодирование титана не является гарантией нулевой коррозии при любых условиях. Например, воздействие метанола приводит к коррозионному растрескиванию под напряжением в сплавах с высоким содержанием титана в отсутствие окислителей. Например, когда содержание влаги на поверхности ниже 1,5%; иногда происходит охрупчивание в горячих и безводных условиях. Другими условиями, при которых происходит коррозионное растрескивание под напряжением, являются воздействие четырехокиси азота, красной дымящей азотной кислоты и газообразного брома или фтора.

Как анодировать титан

Чтобы достичь базового уровня анодирования небольших деталей из титана, вам просто нужно построить электрохимическую ячейку с источником питания постоянного тока и соответствующим электролитом.

Когда цепь подключена таким образом, что ванна является катодом, а титановая деталь — анодом, ток, протекающий через элемент, окисляет поверхность компонента.

Время в контуре ванны, приложенное напряжение и концентрация (и химический состав) электролита изменят полученный цвет. Точного контроля трудно достичь и поддерживать, но можно очень просто получить удовлетворительные результаты.

Какие материалы необходимы для анодирования титана?

Материалы, необходимые для анодирования титана:

1. Электролит: Электролитом может быть умеренно концентрированная серная кислота (подходит от 1 до 2 М) или концентрированный раствор буры (тетрабората натрия). Подойдут многие другие ионные растворы.
2. Пластиковый бак: Пластиковый бак должен быть подходящего размера для погружения детали. Резервуар будет облицован алюминиевой фольгой. Резервуар будет заполнен электролитами и будет действовать как ячейка, объединяющая все остальные элементы.
3. Источник питания постоянного тока: источник питания постоянного тока должен обеспечивать напряжение от 0 до 30 вольт и ток в несколько ампер. Это будет управлять процессом анодирования.
4. Провода: провода будут использоваться для подключения алюминиевой фольги к минусу источника питания (катод) и титановой части к плюсу источника питания (анод).

Как долго прослужит анодированный титан?

Анодированная поверхность куска титана будет оставаться стабильной в течение многих лет, если она не подвергается истиранию или ограниченному химическому воздействию, которому подвержен титан. Титан настолько устойчив к коррозии, что не соответствует даже нормам гальванической коррозии.

Сколько времени занимает анодирование титана?

Процесс цветного анодирования дает быстрые результаты, обычно через несколько секунд, если концентрация электролита умеренно высока, а источник питания может обеспечить достаточный ток.

Для более толстых механических пленок (тип 2) проявление оксидной пленки может занять несколько часов. Этот процесс заменяет естественное образование пленок оксида титана, которое происходит во влажной среде в течение 3-5 лет.

Склонен ли анодированный титан к появлению ржавчины?

Нет, анодированный титан не подвержен ржавчине. Очень малое может повлиять на анодированный титан, когда сформирована хорошо интегрированная и прочная оксидная пленка. Титан не подвергается быстрой коррозии, за исключением исключительных и очень агрессивных условий.

Является ли анодирование титана постоянным?

Нет, анодирование титана не является постоянным. Пленки анодированного оксида титана можно удалить путем истирания, поэтому детали, подвергающиеся интенсивной эксплуатации, могут потерять часть своего анодированного покрытия.

Для полного снятия анодирования с титана требуется концентрированная азотная кислота, содержащая некоторые следы плавиковой кислоты, ускоренная нагреванием. Однако это не обычное состояние. В противном случае анодирование титана очень прочное. Известно, что детали, анодированные 50 лет назад, находятся в близком к первоначальному состоянию.

В этой статье было представлено анодирование титана, объяснено, что это такое, и обсуждены преимущества его использования.