Как сделать титан цветным

Окраска титановых изделий

В этой заметке я немного расскажу о том, как «красится» титановое изделие.

В мире существует множество технологий, придающий цвет тому или иному материалу.

Цвет можно изменить у чего угодно и как угодно, и в зависимости от химических, физических свойств вещества выбирается та или иная технология.

Самые простые и дешёвые из них — это окрашивание и эмалирование. Эмаль накладывается на дерево, на металлы, да на всё что угодно. Однако если эти технологии и применимы к другим металлам, то с титаном этот номер не прокатит. Ведь, как я рассказывал ранее в статьях, титан в холодном состоянии практически полностью инертен по отношению к любым агрессивным средам, в том числе и к краске, эпоксидке и эмали. Чуть нагреешь — и все труды отваливаются. Распространённым изменением цвета на металлах является также гальваника. Вы когда-нибудь задумывались, как иногда делается белое золото или почему золотые изделия очень хорошо блестят белым цветом, или черным? Это и есть гальваническое родиевое покрытие, и иногда его применяют для удешевления производства белого золота (когда у заказчика нет денег на полноценную технологию) или для того, чтобы закрыть дефекты, или для того, чтобы придать оттенки изделию. Однако с титаном этот номер не прокатит — на любой титан, независимо от марки, гальваническое покрытие как ложится, так и слезает.

Поэтому, чтобы покрасить титан так, чтобы поверхность приобрела относительно устойчивый цвет, приходится изгаляться с другими технологиями. Самая распространённая из них — простое нагревание в муфельной печи или нагревание просто газовой горелкой. Пожалуй, самая доступная технология — что может быть проще: купил газовый туристический баллон для плиток (200 рублей), горелку (500 рублей), и нагревай себе. При этом поверхность будет плыть совершенно разными цветами. Минус такой технологии — процесс неуправляем, и неизвестно какие вы получите цвета. Ведь разные титановые марки по разному реагируют на одну и ту же температуру. Одна может покраситься в цвет, а другая вообще почернеть в графит. В муфельной печи, которая может нагреть титан до определённой температуры, этот процесс более управляем, но полагаю, не у каждого дома есть она, поэтому с ней сложнее. Минусы термообработки в том, что они применимы только к матовым поверхностям. Если отполировать титан до зеркала и затем нагревать, на поверхности появятся разные неприятные артефакты, значительно снижающее качество внешнего вида, и окрашивание не будет равномерным.

То же самое кольцо, вид с другого боку 🙂

Конечно да, при нагреве горелкой температура на поверхности создаётся совершенно разная, и титан красиво может поплыть всеми цветами радуги, но при этом такое изделие не должно претендовать на звание ювелирного — так как вся тончайшая работа по полировке будет просто спущена коту под хвост — артефактов в данном случае не избежать. Поэтому изделия, обработанные при помощи температуры, никогда не полируют до зеркала — в этом просто нет никакого смысла, так как вся работа будет испорчена, а качественно полировать любой титан — это большой труд. Выше — картинка простого глянцевого колечка. Дёшево, забавно и совсем не сердито.

Плюсы плюсы термической обработки титана: дёшево, дешевле только бесплатно.

Минусы: покрытие не держится долго в местах трения (что бы не писали о нём), не позволяет сохранить идеальное зеркало и набор заданных цветов плохо управляем.

Следующий тип придания цвета титановой поверхности — это электрохимическое анодирование.

Поскольку титан в простых домашних условиях почти ни с чем не реагирует, приходится прибегать к помощи электричества. Такая технология предполагает погружение титанового изделия в слабой концентрации электролит, и на изделие при помощи электрического тока перетекают ионы нержавеющей стали. Благодаря этому поверхность приобретает очень красивый равномерный цвет, при этом процесс управляем — определённое напряжение соответствует определённому цвету. Такая технология требует уже больших вложений, так как такие блоки питания стоят дороже, чем газовая горелка из туристического или авто-магазина. Однако у технологии есть и значительные минусы — покрытие неустойчиво к трению, а некоторые цвета нельзя нанести, не испортив полировку.

Итак, плюсы технологии электрохимического анодирования

1. Процесс почти полностью управляем.

2. Позволяет получить практически любой цвет.

3. Некоторые цвета позволяют сохранить идеальную зеркальную поверхность.

Минусы — покрытие ещё более неустойчиво, чем термооксидирование и несколько более дорогостоящее, так как требует покупки качественного блока питания с точной тонкой регулировки ампеража и вольтажа.

Ещё один способ, который набирает обороты и обладает также рядом плюсов — это химическое травление титана.

Да, титан инертен по отношению к агрессивным средам в быту, но использования моногидратов различных кислот в комбинации, при помещении титана в колбу с таким очень агрессивным раствором с последующим подогревом — и титан не выстоит и поверхность не только приобретает другой цвет, но ещё и меняет фактуру. Такая технология требует умелого обращения с сильными реактивами — при неосторожном обращении можно получить ожог или сильное отравление, и тогда больница — друг мастера.

Специфика такой обработки в том, что цвета, полученные таким образом, все находятся в диапазоне серого цвета, однако выраженными фактурными и оттеночными отличиями. По устойчивости такое покрытие лучше, чем термообработка и анодирование. Вот, например на видео ниже представлены заготовки колец из титана марки ВТ1-00 с таким химическим травлением.

Плюсы: поверхность получается фактурной, рельефной.

Минусы: технология опасна для здоровья, требует повышенной внимательности и средств защиты при работе.

Следующий тип покрытий и изменения цвета поверхности, который набирает неспешно обороты — это плазменная обработка.

Плазма — это четвертое состояние вещества, где вещество представлено в виде отрицательно заряженных ионов. Была изобретена в Советском Союзе и с тех пор распространилась по всему миру. Эта технология может обойти химическую инертность титана и нанести практически любое вещество на титановое изделие, при этом не испортив качество. Поверхности, обработанные таким образом, просто восхитительно выглядят — равномерный, устойчивый цвет, можно даже с переливами радуги. А цвет будет уже зависеть от того, плазма какого вещества наносится на титановую подложку. Плазменная обработка даёт самый устойчивый из всех технологий цвет, практически не влияет на саму поверхность и выглядит просто великолепно. Ниже фото кремниевой плазмы, по твёрдости приближающейся к алмазу.

Однако, высокие технологии требуют крайне серьёзного подхода к титановому изделию. Как, к примеру дорогое авто требует дорогого обслуживания и ухода, так и титановое изделие , на которое наносится плазма, должно изготавливаться по особенным требованиям. Первое из них — это чистота поверхности, или степень зеркальности. Чем выше — тем лучше. На родном титановом цвете мельчайшие шероховатости просто незаметны вообще, даже если просто хорошо отполировать, а нанеси ты на такую поверхность плазму (любую) — эти шероховатости начинают мерзко зиять и резать глаз, и в результате изделие такое может претендовать только на роль слесарной запчасти, но никак не ювелирного. Вот как выглядит брак.

Обработка поверхности перед таким занятием особенно трудозатратна, из-за чего стоимость изделий может вырасти порой в разы. Помимо этого, плазменная обработка выполняется на специальных промышленных установках, стоящих как целая квартира, это объясняет сильную ограниченность для мастеров — на такие заводы редко пускают, эти заводы как правило занимаются не ювелиркой и чтобы заинтересовать исполнителя, приходится порой сильно стараться.

Плюсы плазменной обработки — это наилучший внешний вид и исключительная износостойкость поверхности.

Минусы — требуется значительно больше сил на подготовку изделия и — цена.

Механизм и технологический процесс анодирования титана

Титан – современный легкий, прочный и коррозионно-стойкий конструкционный материал. Относится к переходным металлам. Он устойчив во многих средах (тут ссылка на статью) при комнатной температуре, на воздухе — до 550 °C. Стойкость титана обусловлена присутствием на поверхности тонкой, но плотной оксидной пленки. Толщина ее достигает 5-20 нм, что чуть больше, чем на алюминии, но на титане она гораздо прочнее. Естественная пленка на титане преимущественно состоит из рутила и анатаза. При температуре выше 599 °C титан активно реагирует с кислородом с образованием чистого рутила.

Титан имеет две аллотропные модификации:

• низкотемпературную α-модификацию (α-Ti) с гексагональной элементарной ячейкой (а = 0.295 нм, с = 0.468 нм, с/а = 1.587).
• высокотемпературную β-модификацию (β-Ti) с объемоцентрированной кубической ячейкой (а = 0.332 нм), стабильную от 882 °C до температуры плавления 1672 °C.

На механические свойства титана влияет наличие таких примесей как O, N и C, которые повышают прочность при значительном снижении пластичности и коррозионной стойкости. Несмотря на высокую температуру плавления титан не является жаростойким, так как при повышении температуры до 250 °C сопротивление на разрыв уменьшается почти вдвое, при температуре выше 500 °C увеличивается в 1.5-2 раза скорость окисления, а при 500-700 °C начинается поглощение азота, угарного и углекислого газа. При низких температурах 50-70 °C титан адсорбирует водород, что свидетельствует о склонности к водородному охрупчиванию.

Недостатками чистого Ti также являются низкий модуль упругости, склонность к ползучести уже при комнатной температуре, плохая обрабатываемость резанием. Функциональность Ti можно повысить легированием или с помощью термической обработки.

Достоинством титановых сплавов по сравнению с чистым титаном являются более высокие прочность и жаропрочность при достаточно хорошей пластичности, высокой коррозионной стойкости и малой плотности. В зависимости от влияния на температуру перехода α-Ti в β-Ti, легирующие титан элементы делятся на нейтральные (Sn и Zr), α- и β-стабилизаторы. α-стабилизаторы увеличивают температуру перехода, в то время как при β-стабилизации происходит ее уменьшение. Среди α-стабилизаторов самым распространенным является алюминий, поскольку он повышает удельную прочность сплавов при сохранении пластичности, приводит к увеличению модуля упругости, а также уменьшает плотность и склонность к водородной хрупкости, что является основным недостатоком титановых сплавов. Кислород, азот и углерод также принадлежат к данной категории.

Самой распространенной классификацией титановых сплавов является классификация по фазовому составу. Согласно ей выделяют: α-сплавы, псевдо α-сплавы (α-фаза + β-фаза до 5% или интерметаллиды), (α+β)-сплавы, псевдо β-сплавы (структура представляет собой в основном β-фазу, а после термической обработки — α-фаза + β-фаза в небольшом количестве), β-сплавы. Необходимо добавить также сплавы на основе интерметаллидов, например, Ti₃Al, TiAl, Ti₃Al, обладающих повышенной химической стойкостью, твердостью, жаропрочностью.

Марка сплава	Содержание металлов в сплаве, %
	Титан, Ti	Алюминий, A	Марганец, Mn	Вольфрам, W	Молибден, Mo	Ниобий, Nb	Ванадий, Va	Цирконий, Zn	Хром, Cr	Олово, Sn
ВТ 1-00	99,05
ВТ 1-0	98,28
ОТ 4-0	96,018	1,4	1,3
ОТ 4-1	94,168	2,6	2
ОТ 4	91,668	6	2
ВТ 6	86,585	6,8	5,3
ВТ 5-1	88,665	6
ВТ 5	90,416	6,2
ВТ 6С	87,716	6,5	4,5
ВТ 3-1	85,785	7	3	2
ВТ 8	87,385	7	3,8
ВТ 9	85,986	7	3,8	2
ВТ 14	86,685	6,3	3,8	1,9
ВТ 15	74,368	3,6	8	11,5
ВТ 16	84,385	3,8	5,5	5
ВТ 18	84,465	8,2	1	1,5	1,8
ВТ 20	84,985	7	2	2,5	2,5
ВТ 22	79,206	5,7	5,5	5,5	1,5
ВТ 25	82,595	7,2	0,5-1,5	2,5	2,5	2
ВТ 18у	81,665	7,3	1	1,5	4,5
ПТ 3В	91,232	6	2,5
ПТ 7М	93,534	2,5	3
19	86,414	6,5	4	2,5
14	87,734	5,6	3,5	2,5
28	94,944	2,5	2
40	94,374	3,6	1,6
3М	94,334	6
17	84,164	6,5	2,2	6,5

1.2 Области применения титана и его сплавов.

• Сплавы титана используются в ракетно-космической и авиационной технике, в судостроении и транспортном машиностроении. Прежде всего — по причине их жаропрочности (не путать с жаростойкостью), т.е. высокой механической прочности при повышенных температурах, и превосходной устойчивости к коррозии.
• Благодаря пластичности и вязкости при низких температурах титановые сплавы начинают применяться в холодильной и криогенной технике.
• Титан используется в медицине благодаря высокой устойчивости в тканях человеческого организма. В частности, легированные сплавы на основе титана с небольшим содержанием алюминия, ниобия или ванадия (Ti₆Al₇Nb – IMI 367, Великобритания, TC20 – Китай, Ti₆Al₄V – IMI 318, Великобритания, Ti-64 — США, ВТ6 — Россия) применяются для изготовления имплантов, особенно для замены тазобедренных суставов. Ti6Al7Nb — α+β титановый сплав с хорошей устойчивостью к коррозии, клинически используемый с 1986 г., полученный в качестве замены Ti₆Al₄V. Как и у всех сплавов титана, его биологическая совместимость главным образом связана с тонким оксидным слоем, который естественным образом покрывает его поверхность. Помимо диоксида титана TiO₂ пассивная пленка содержит оксиды легирующих элементов (Al и Nb), в данном случае Al₂O₃ и Nb₂O₅. Установлено, что сплав Ti₆Al₇Nb обладает лучшей биологической совместимостью, чем Ti₆Al₄V, благодаря формированию на поверхности оксида ниобия Nb₂O₅, который химически более устойчив и менее подвержен разрушению, а также нетоксичен в отличие от V₂O₅.

2. Структура анодированного титана.

При взаимодействии титана и кислорода может быть образовано до 15 оксидных соединений с различными свойствами. Наибольший интерес вызывает диоксид титана, а также ряд так называемых фаз Магнели. Для TiO₂ имеется три кристаллических модификации: анатаз (а-TiO₂), рутил (р-TiO₂) и брукит (рисунок 1 а-в), структура которых представляет собой комбинации, составленные из искаженных октаэдров TiO₆.

Рисунок 1 — Кристаллические структуры анатаза (а), рутила (б) и брукита (в).

Нагревание TiO₂ приводит к уходу кислорода с образованием Ti₃O₅, а затем Ti₂O₃ и TiO, которые, как правило, имеют черный (темно-фиолетовый, темно-синий) цвет, а значит, способны поглощать свет и проявлять фотокаталитическую активность в видимой области. Монооксид титана TiO имеет структуру типа NaCl (рисунок 2 а), Ti₂O₃— кристаллическую решетку типа корунда α-Al₂O₃ (рисунок 2, б). Брукит редко исследуется, так как трудно синтезируется в лабораторных условиях. При нагревании анатаз необратимо превращается в рутил, температура такого перехода колеблется в интервале Т=673-1473 K в зависимости от условий термического воздействия. Отличия в кристаллической структуре обуславливают разные физические свойства рутила и анатаза, например, величину ширины запрещенной зоны, составляющую Eg = 3.2 эВ для а-TiO₂, Eg = 3.0 эВ для р-TiO₂, а у аморфного TiO₂ – Eg = 3.2-3.5 эВ. В соответствии со значениями Eg, как анатаз, так и рутил относят к широкозонным полупроводникам.

Рисунок 2 — Кристаллические структуры Ti2O3 (а), и TiO (б).

Повысить толщину и плотность естественной оксидной пленки на титане можно путем анодирования (анодного оксидирования). После анодирования можно также добиться повышения микротвердости поверхности титана, износостойкости, жаростойкости, жаропрочности, усталостной прочности и стойкости к схватыванию. После анодирования повышаются антифрикционные свойства поверхности деталей, предотвращается контактная коррозия при соприкосновении титана с алюминием, магнием, кадмиевыми и цинковыми покрытиями. Также анодная плёнка, благодаря пористой структуре, хорошо зарекомендовала себя как подслой для нанесения лакокрасочных материалов, клеев, герметиков, смазок. Высокая коррозионная стойкость в физиологической среде анодированного титана позволяет использовать данный материал для производства имплантов и протезов.

Анодирование титана исследуется достаточно давно. На первом этапе особенное внимание уделялось изучению процесса формирования оксидных пленок барьерного типа в слабых водных растворах H₂SO₄, Na₂SO₄, HNO₃. Малая толщина (не более 40-50 нм) и неоднородное аморфно-кристаллическое строение барьерных анодных оксидов титана заметно ограничивали их применение, в частности, как диэлектрических слоев.

Начиная с 1999 г. изучается электрохимическое анодирование титана в различных фторсодержащих электролитах с целью создания нанотрубчатых оксидных пленок (НТАОТ). Было предложено несколько групп фторсодержащих электролитов:

• водные растворы плавиковой кислоты;
• водные растворы серной и фосфорной кислот с добавкой фторсодержащих компонентов;
• органические электролиты на основе этиленгликоля, глицерина, их сложных композиций с добавкой плавиковой кислоты или других соединений фтора, чаще всего NH₄F.
• водные растворы, в которых присутствуют ионы хлора, а также как водные, так и безводные электролиты с нитратсодержащей добавкой.

На рисунке 3 показана схематичная структура идеального аноднооксидного покрытия на титане. Как и для анодированного алюминия, реальная структура оксида получается искаженной, если процесс проводился не в контролируемых условиях получения идеальных нанотрубок.

Рисунок 3 – Идеальная схема анодно-оксидного покрытия на титане.

Исследования, выполненные методом электронной микроскопии, выявили, что поверхность анодно-оксидного покрытия имеет развитую ячеистую структуру. Покрытие пористое, но поры не достигают поверхности металла. Диаметр пор составляет от 100 до 500 нм. На размер пор влияет способ получения, состав электролита и технологические режимы процесса. Толщина покрытия ограничена ввиду высоких электроизоляционных свойств TiO₂ который имеет большее электрическое сопротивление, чем электролит, и препятствуют прохождению тока. В этот момент происходит разогрев в приграничной зоне и начинает преобладать химическая реакция, оксиды растворяются в электролите.

Ниже представлено разнообразие структур анодных оксидов титана, полученных в различных условиях: разные электролиты, разное время проведения процесса, наличие термообработки.

Рисунок 4 — СЭМ-изображения поверхности анодных неструктурированных анодных оксидов на титане, сформированных анодированием в 10% H₂SO₄+0.15 % HF, Ua=20В, ta=20 мин.

Рисунок 5 — СЭМ-изображения поверхности трубчатого слоя и поперечного сечения НТАОТ, сформированных в водном растворе 0.5% HF при 20В в течение 20 мин.

Рисунок 6 — СЭМ-изображения поверхности пористого (а) и барьерного (в) слоев и поперечного сечения (б) НТАОТ, сформированной в водном растворе 1M (NH₄)₂SO₄+ 0.5% NH₄F.

Рисунок 7 — СЭМ-изображения, характеризующие морфологию поверхности барьерного (а), трубчатого (б) слоев, а также поперечное сечение (в) НТАОТ, сформированного в этиленгликоле с добавкой 0.3% NH₄F + 2% H₂O при 60В в течение 6 ч.

Рисунок 8 -СЭМ-изображения поверхности трубчатого слоя (а) и поперечного слома (б) НТАОТ толщиной 40 мкм, сформированного долговременным анодированием в течение 23 ч в C₂H₄(OH)₂+0.25%NH₄F.

Рисунок 9 — СЭМ-изображение поверхности пористого слоя оксидов, полученных двухступенчатым анодированием в C₂H₄(OH)₂+0.25%NH₄F и (б) Al в 3% C₂H₂O₄.

Рисунок 10 — СЭМ-изображения поверхности НТАОТ, сформированного одноступенчатым анодированием в C₂H₄(OH)₂+0.25%NH₄F, после отжига в атмосфере при 873 K (а, б), а также после отжига при 1093 K в атмосфере (в) и в вакууме (г).

Рисунок 11 — СЭМ-изображения поверхности и поперечного сечения НТАОТ, сформированных в хлорсодержащих электролитах: (а) 0.5М муравьиная кислота + 0.4M NH₄Cl; (б) 0.5М глюконовая кислота + 0.4M NH₄Cl.

3. Технология и электролиты для анодирования титана

Процесс анодирования деталей из титановых сплавов заключается в погружении детали в электролит и соединение её с положительным полюсом источника постоянного тока. Минус идет на катоды. Во время прохождения электрического тока через электролит, на аноде в активной форме выделяется кислород, который взаимодействует с титаном образуя анодно-оксидную пленку. Нарастание анодного слоя происходит не на внешней поверхности детали, а под слоем ранее образовавшейся окисной плёнки, то есть на границе титана с анодной плёнкой.

Технологический процесс оксидирования в промышленных условиях обычно состоит из следующих этапов:

• Монтаж обрабатываемых деталей на приспособления для анодирования.
• Химическое обезжиривание деталей (в соответствии с производственной инструкцией).
• Промывка в горячей (40-50 градусов) проточной воде многократным окунанием.
• Промывка в холодной проточной воде многократным окунанием.
• Травление в смеси кислот (HNO₃ 44%, HF10%)
• Промывка в холодной проточной воде многократным окунанием.
• Непосредственно анодирование.
• Промывка в холодной проточной воде многократным окунанием.
• Сушка.
• Демонтаж изделий с приспособлений для анодирования.
• Контроль результата с помощью осмотра и проверки толщины анодного покрытия (до 5 мкм — оценкой напряжения пробоя, выше — с помощью толщинометра).

4.1 Анодирование титана в сернокислом электролите

Состав электролита:
Кислота серная H₂SO₄ от 50 до 60 г/л для сплавов ВТ-1, ВТ-3, ВТ-4,ОТ-4, ВТ-5, ОТЧ
Температура электролита от 15 до 25 °С

Может выполняться в двух режимах:

1. Анодирование в стационарном режиме в сернокислотной ванне. Обработку проводят при поддерживании постоянной плотности тока 1-1,5 А/дм 2 увеличением напряжения от 5 до 25 В. Толщина получаемого покрытия составляет от 6 до 12 мкм.
2. Анодирование в импульсном режиме в сернокислотной ванне. Источник постоянного тока выдаёт кратковременные импульсы длиной в 0,1–0,3 сек. с частотой 120 импульсов в минуту, превышающие рабочий ток в 5–8 раз. Для получения плёнки 15-20 мкм необходим источник тока позволяющий выдавать плотность тока до 50 А/дм 2 . В конце процесса напряжение возрастает до 250 В. Необходимо охлаждение ванны. В данном процессе происходит послойное уплотнение плёнки, поэтому плёнки обладают малой пористостью. Покрытия, полученные при анодировании титана из сернокислого электролита имеют удельное электрическое сопротивление σ = 3,7·10 -8 Ом/см.

4.2 Анодирование в фосфорной кислоте

Состав электролита:
Кислота ортофосфорная 50-100 г/л

Выполняется в фосфорнокислом электролите, при низких плотностях тока от 0,2 до 0,8 А/дм 2 и напряжении от 50 до 150 В. Температура электролита 15-25 °С.

Цветное декоративное анодирование титановых сплавов позволяет получать непосредственно в процессе электролиза, без применения красителей, цветные окисные пленки толщиной до 10 мкм, относящиеся по своей природе к интерференционно – окрашенным.

Цвет пленки зависит от приложенного напряжения на ванне и марки исходного сплава, что продемонстрировано в таблицах 1 и 2.

Декоративное анодирование титановых сплавов позволяет получить коричнево-желтые, синие, голубые, желтые, розовые, малиновые, зеленые цвета и оттенки поверхности.

Технология и способы анодирования титана

Анодирование титана в домашних условиях. Процесс анодного оксидирования поверхностей титановых сплавов. Преимущества и недостатки процедуры. Способы осуществления оксидного анодирования самостоятельно.

Анодированием металла называют электрохимическую обработку, в результате которой на поверхности объекта обработки образуется оксидная пленка. Барьерное покрытие прекрасно предохраняет изделие из титана от окислов и ржавчин, а также имеет декоративный внешний вид. Процедуру анодирования металлических сплавов можно осуществить самостоятельно, используя подручные средства.

Цель анодирования титана

В процессе анодирования изделие из титана покрывается оксидной пленкой, которая образуется из самого металла в результате электрохимической реакции.

Анодирование изделий из титана также называют анодным оксидированием. Если сравнивать анодирование в условиях промышленного производства с применением специального оборудования и самостоятельное покрытие оксидной пленкой, то, конечно, второй способ несколько уступает качеством результата. Но тем не менее металл, обработанный в домашних условиях, приобретает ряд неоспоримых преимуществ:

1. Оксидная пленка выполняет защитные функции, не позволяя влаге проникнуть к металлической основе изделия. Барьер предотвращает образование коррозии, что продлевает сроки эксплуатации предметов быта из титанового сплава.
2. Анодирование титана укрепляет поверхность изделия и делает его более устойчивым к различным видам внешних повреждений.
3. Металлические изделия после анодного оксидирования частично или полностью теряют способность проводить электрический ток.
4. Посуда с оксидным покрытием выдерживает длительный нагрев, обладает антипригарными свойствами и не выделяет токсичных веществ во время приготовлении пищи.
5. Если изделие из титана прошло оксидную обработку, это не является препятствием к другим видам обработки посредством гальванизации.
6. Регуляция силы тока и составляющих электролитической жидкости позволяют сделать оксидное покрытие не только более прочным, но и красивым. Применение красителей позволит придать изделию привлекательный внешний вид.

Анодирование титана в условиях производства позволяет провести более глубокую обработку деталей, однако даже в домашних условиях можно добиться повышения износостойкости металлических изделий.

Способы и методы

Холодный метод

Согласно уравнению оптимальная температура, при которой необходимо осуществлять процессы анодирования по данной технологии, – 0 °C. Однако допустимы колебания от –10 до +10 °C. Именно при таких температурных нормах происходит образование прочной и целостной оксидной пленки на поверхности детали из титанового сплава. Холодный метод позволяет в домашних условиях провести процедуру твердого анодного оксидирования.

При правильной регулировке силы тока можно осуществить напыление с помощью гальваники, используя в качестве материала золото, медь или хром. Такое барьерное покрытие защитит изделия из титана от окислов и ржавчин, что продлевает срок его службы до нескольких десятков лет.

Главный недостаток такой технологии анодирования – невозможность дальнейшей покраски объекта обработки.

Теплый метод

Технология предусматривает использование органических красителей, благодаря которым металлу можно придать удивительно красивый декоративный вид. Подойдут как готовые красящие составы, так и подручные красители из домашней аптечки: йод, зеленка, марганцовка, йодинол и прочее.

К сожалению, такая технология не рассчитана на проведение твердого анодирования. Барьерные свойства оксидной пленки очень слабые, как и защита от механических повреждений. Однако при дальнейшем окрашивании оксидное покрытие проявляет высокие адгезивные способности. Эмалевые краски прекрасно сцепляются с таким покрытием, и в свою очередь обеспечивают изделию из титана надежную защиту от коррозии.

Анодирование титана в домашних условиях

В домашних условиях анодирование осуществляется по следующей схеме:

1. В контейнер, который не обладает электропроводимостью (стекло или пластмасса), помещают электролит.
2. Собирается электрическая цепь, где источником электрического тока с постоянным напряжением может выступать блок питания (аккумулятор).
3. Изделие из титана, которое нужно обработать, подключается зажимом к положительному заряду, после чего помещается в резервуар с электролитическим раствором.
4. К отрицательному заряду крепятся пластины из нержавеющей стали из свинца, после чего также погружаются в электролит.

Если деталей, подключенных к «-», несколько, их необходимо расположить на одинаковом расстоянии от титанового сплава.

1. Цепь активируется с помощью источника электрического тока, после чего деталь из титана начинает выделять кислород, способствующий образованию оксидного покрытия.

Не стоит забывать о предварительной подготовке изделия из титанового сплава к процедуре анодирования. Детали необходимо очистить от загрязнений и элементов ржавчины, после чего отполировать и промыть чистой водой. Титановый сплав должен несколько часов провести в щелочном растворе, после чего поверхность изделия тщательно обезжиривается.

Только после вышеперечисленных подготовительных мер титан можно погружать в электролит и приступать к анодированию.

Если у вас есть опыт проведения процедуры анодирования титана в домашних условиях, вы можете поделиться им в комментариях.

Гальваническое покрытие титана (оксидирование)

В процессе анодирования изделие из титана покрывается оксидной пленкой, которая образуется из самого металла в результате электрохимической реакции.

Анодирование изделий из титана также называют анодным оксидированием. Если сравнивать анодирование в условиях промышленного производства с применением специального оборудования и самостоятельное покрытие оксидной пленкой, то, конечно, второй способ несколько уступает качеством результата. Но тем не менее металл, обработанный в домашних условиях, приобретает ряд неоспоримых преимуществ:

1. Оксидная пленка выполняет защитные функции, не позволяя влаге проникнуть к металлической основе изделия. Барьер предотвращает образование коррозии, что продлевает сроки эксплуатации предметов быта из титанового сплава.
2. Анодирование титана укрепляет поверхность изделия и делает его более устойчивым к различным видам внешних повреждений.
3. Металлические изделия после анодного оксидирования частично или полностью теряют способность проводить электрический ток.
4. Посуда с оксидным покрытием выдерживает длительный нагрев, обладает антипригарными свойствами и не выделяет токсичных веществ во время приготовлении пищи.
5. Если изделие из титана прошло оксидную обработку, это не является препятствием к другим видам обработки посредством гальванизации.
6. Регуляция силы тока и составляющих электролитической жидкости позволяют сделать оксидное покрытие не только более прочным, но и красивым. Применение красителей позволит придать изделию привлекательный внешний вид.

Анодирование титана в условиях производства позволяет провести более глубокую обработку деталей, однако даже в домашних условиях можно добиться повышения износостойкости металлических изделий.

Главная страница сайта	О веществе TiO2
Виды диоксида титана, производители	Статьи о диоксиде титана
Использование диоксида титана в ЛКМ	Ваши вопросы о двуокиси титана

имеет плотное строение и прочно связана со слоем монооксида и с сердцевиной металла. Повышение температуры выше 800 0C и увеличение выдержки более 2—3 ч ослабляют связь оксидов с основным металлом, при трении оксиды легко отслаиваются, поэтому при высокотемпературном оксидировании окалину лучше удалить. На строение, фазовый состав и прочность сцепления оксидов с основным металлом большое влияние оказывает легирование титана. Некоторые легирующие заметно снижают качество поверхностного упрочнения за счет оксидирования, в частности сплавы, легированные ванадием, имеют ровный однородный поверхностный слой только после специального режима оксидирова-вания (в графите), а сплавы с оловом вообще не рекомендуется оксидировать.

Промышленностью в настоящее время освоено термическое оксидирование трех основных типов: низкотемпературное оксидирование (НТО) при 700—800 0C и выдержке 1—12 ч с медленным охлаждением (с печью); высокотемпературное оксидирование (ВТО) при 850 0C и выдержке 5—6 ч с охлаждением в воде для удаления окалины (возможно пескоструйное удаление окалины); оксидирование с засыпкой графитом или песком в интервале температур 700—800 0C при выдержке 2—Ш ч с охлаждением на воздухе (в засыпке) (ОСТ 4.ГО.054.020 «Альфирование деталей из титановых сплавов»).

Применение тех или других методов оксидирования зависит от применяемых сплавов и условий работы трущихся деталей. Рекомендации режимов оксидирования и характеристики диффузионного слоя приведены в табл. 65, 66. Как правило, низкотемпературное оксидирование применяется для деталей трущихся пар, имеющих сравнительно невысокие удельные нагрузки, при повышенных скоростях перемещения с применением смазочного материала, так как наличие поверхностного оксидного слоя после НТО дает лучшую адгезию обычных смазочных материалов. Высокотемпературное оксидирование лучше применять для деталей, работающих при более высоких удельных давлениях, но при низких скоростях перемещения и малых путях трения. При выборе режима оксидирования следует руководствоваться результатами испытаний различных сочетаний трущихся пар, параметров трения и требуемого ресурса работы деталей, более детально это будет рассмотрено ниже. Режимы оксидирования 1 (табл. 65) и А (табл. 66) следует применять для легких условий трения, а режимы 10 и В, Г — в основном для однородных пар трения при высоких нагрузках и кратковременной работе.

Оксидирование с засыпкой применяется обычно для сплавов, содержащих ванадий. Как следует из табл. 65 и 66, оксидирование дает сравнительно неглубокие упрочненные слои. Диффузионные слои, кроме того, характеризуются резким падением твердости по глубине. По этим причинам доводочные операции на оксидированных деталях путем механической обработки резанием

Вернуться в меню книги (стр. 301-394)

На правах рекламы
Марки и производители диоксида титана Если вы интересуетесь свойствами различных марок диоксида титана и основными его производителями, то вам сюда	Информация о вредности диоксида титана Прочитав эту статью на нашем сайте, вы сможете составить представление о вредности двуокиси титана

Copyright © 2008-2012 TitanDioxide.Ru

Использование материалов сайта возможно при условии указания активной ссылки Диоксид титана TiO2

Способы и методы

В домашних условиях обработку титана осуществляют с использованием холодной или теплой технологий.

Холодный метод

Согласно уравнению оптимальная температура, при которой необходимо осуществлять процессы анодирования по данной технологии, – 0 °C. Однако допустимы колебания от –10 до +10 °C. Именно при таких температурных нормах происходит образование прочной и целостной оксидной пленки на поверхности детали из титанового сплава. Холодный метод позволяет в домашних условиях провести процедуру твердого анодного оксидирования.

При правильной регулировке силы тока можно осуществить напыление с помощью гальваники, используя в качестве материала золото, медь или хром. Такое барьерное покрытие защитит изделия из титана от окислов и ржавчин, что продлевает срок его службы до нескольких десятков лет.

Главный недостаток такой технологии анодирования – невозможность дальнейшей покраски объекта обработки.

Теплый метод

Самый доступный метод для реализации в домашних условиях. Анодирование можно проводить при комнатной температуре воздуха.
Технология предусматривает использование органических красителей, благодаря которым металлу можно придать удивительно красивый декоративный вид. Подойдут как готовые красящие составы, так и подручные красители из домашней аптечки: йод, зеленка, марганцовка, йодинол и прочее.

К сожалению, такая технология не рассчитана на проведение твердого анодирования. Барьерные свойства оксидной пленки очень слабые, как и защита от механических повреждений. Однако при дальнейшем окрашивании оксидное покрытие проявляет высокие адгезивные способности. Эмалевые краски прекрасно сцепляются с таким покрытием, и в свою очередь обеспечивают изделию из титана надежную защиту от коррозии.

Анодирование титана и титановых сплавов

Комплект «АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА» используется для формирования на титане и титановых сплавах интерференционно-окрашенных анодных пленок, сохраняющих блеск исходной поверхности и обладающих высокой светостойкостью, коррозионной стойкостью и высокими антифрикционными свойствами. В комплект » АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА » входят все необходимые реактивы, используемые для подготовки поверхности и проведения процесса анодного оксидирования (анодирования) титана и титановых сплавов.

Использование комплекта «АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА» позволяет получить на титановой поверхности, в зависимости от напряжения в ванне, анодные пленки различных цветов и цветовых оттенков (коричневый, фиолетовый, синий, голубой, оранжевый, желтый, бирюзовый, зеленый, розовый, малиновый и т.д.). Полученные на титановых сплавах, различно окрашенные участки оксидных пленок, химически не взаимодействуют друг с другом, имеют размытые переходы цвета и не повышают шероховатость поверхности.

Цветное анодирование титана и титановых сплавов используется для маркировки изделий, для декоративной отделки и придания титановым изделиям различных цветов и цветовых оттенков, для повышения коррозионных, антифрикционных свойств и т.д.

Этапы технологического процесса:

ХИМИЧЕСКОЕ ОБЕЗЖИРИВАНИЕ → ТРАВЛЕНИЕ → АКТИВАЦИЯ → АНОДНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ

Используя комплект “АНОДНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ” на 15 литров, c проведением периодической корректировки, можно анодировать детали, площадью 30-35 кв. метров

Нужно приобрести

• Источник тока (выпрямитель)
• Дистиллирован или де-ионизирован вода

В каждый комплект для нанесения конверсионных покрытий входит подробная технологическая инструкция. Все хим. реагенты, входящие в состав комплекта, были предварительно взвешены и расфасованы в необходимых пропорциях. Все, что Вам необходимо сделать для приготовления рабочих растворов электролитов это растворить их в определенной последовательности, согласно инструкции, в дистиллированной или де-минерализованной воде.

КРАТКИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ:

Температура электролита 15-25*С. Плотность тока 1-3 А/дм2. Напряжение до 120 В. В процессе работы электролит не корректируется. Катоды должны быть сделаны из свинца или коррозионно-стойкой стали. Отношение площади поверхности анода к катоду 2:1.

Титановые изделия перед проведением процесса обезжиривают ацетоном или спиртом. Изделия монтируют на титановые подвески и крепят зажимами, или болтами из титана. Загрузку изделий в ванну анодирования проводят при минимальном напряжении, которое достаточно быстро, в течении 1 мин, поднимают до напряжения, соответствующего выбранному цвету.

При проведении процесса необходимо осуществлять постоянное перемешивание электролита.

Стоимость комплектов

КАТ-05	Комплект » АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА » на 5 литров	8000 Р
КАТ-15	Комплект » АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА » на 15 литров	20500 Р
КАТ-30	Комплект » АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА » на 30 литров	26800 Р
КАТ-50	Комплект » АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА » на 50 литров	33900 Р

Анодирование титана в домашних условиях

Тема создана для обмена опытом,так что не стесняемся,пишем,кидаемся ссылками,сам делал и в интернете многое видел,но всё найти,посмотреть,прочитать я не смогу.

Пришлось вытащить информацию по анодированию из старого компа.Думаю,это будет полезным.Сам начинал пробовать,почитав темы из мастерской,но информации не хватало,приходилось много экспериментировать.

Что нужно для анодирования в домашних условиях: Источник питания 2-5А постоянного тока с регулировкой от 1 до 150В с шагом 1В.Я использую автотрасформатор 2А с выпрямителем. Измеритель этого самого напряжения.У меня стрелочный вольтметр на корпусе ЛАТРа,больше используется как индикатор работы ЛАТРа и цифровой тестер для точного контроля. Ёмкость под электролит для анодирования.В зависимости от электролита из стекла,пластика,металла.У меня колба от термоса из нержавейки,заодно служит катодом. Электроды,анод обязательно из титана с возможность крепления обрабатываемой детали.Крепёж так же обязательно титановый.Катод может быть из любого металла. Провода,чтобы всё это соединить. Сам электролит,т.е. любая токопроводящая жидкость,кола,спрайт,уксус и т.п.Не рекомендую соль и соду,язвочки могут образоваться при напряжении выше 30В.Я последнее время использую лимонную кислоту,она не пахнет. Этот же набор подходит для анодирования алюминия.

Начнём с того,что не все марки титана подходят для анодирования.Наибольшая цветовая гамма и насыщенные цвета можно получить на сплавах ВТ-20 и ВТ-6.На сплавах,содержащих молибден и хром качество анодных плёнок более низкое.Сплавы,содержащие марганец,типа ОТ-4 не очень подходят для анодирования из-за малой цветовой гаммы и особенно из-за неравномерности покрытия(фото будут ниже).У чистого титана также ограничена цветовая гамма.Это в основном теория,сами знаете,не многие продавцы знают марку титана,а на зуб её не определить ,нужно пробовать анодировать. Дальше,картинки соответствия цвета и напряжения не соответствуют истине,точнее соответствуют определённым условиям,т.е. используемому электролиту,температуре электролита,плотности тока,марке титана, которые не указаны.

Анодирование титановых сплавов позволяет получить различные интерференционно — окрашенные окисные пленки (коричнево-желтые, синие, голубые, различные оттенки желтого цвета, включая розовый, малиновый, а также различны оттенки зеленого цвета). На титановых сплавах можно получить и различно окрашенные участки поверхности. Это может быть достигнуто последовательным погружением изделия в электролит с соответствующим уменьшением подаваемого напряжения. Можно использовать и метод повторного анодирования изделия при соответствующей изоляции поверхности. Процесс анодирования начинается с более высокого напряжения. Особенность такого окрашивания в том, что различно окрашенные участки поверхности могут находится рядом, не влияя друг на друга.

Реально сейчас насыщенный зелёный получил только на проволоке марки ХЗ,розовый не получил ни разу,малиновый получился только при 170В,когда уже должен был получится защитный слой серого или тёмно-серого цвета.Но марка титана ХЗ вообще загадочная

Это ОТ-4,электролит уксус,напряжение 75В,время 5мин. Реально цвет от половой краски до золота,но пятнами.Поверхность подготовлена,про подготовку поверхности ещё напишу.

Здесь знаменитая марка ХЗ и попытка получить защитное покрытие,а не декоративное.Попытка почти удалась,покрытие заметно твёрже поверхности титана.А почти потому ,что покрытие неоднородно и при одинаковых условиях и одном куске титана сильно отличается.Причину тоже знаю,электролит за время опытов сильно нагрелся,а для качественного покрытия он должен быть холодным. Пока готовлюсь писать дальше,предлагаю посмотреть видео,правда без звука.Не очень хорошо,но видно как изменяется цвет в зависимости от напряжения.Скоро будет второе видео,получше будет видно.Источник тока автотрансформатор с выпрямителем 2А,электролит лимонная кислота,марка титана не извесна.

В результате получилось переливчатое серо-зелёно-малиновое покрытие,которое второй час пытаюсь сфотографировать.Глаз видит а объектив нет.Придётся ждать до завтра.

Кажется здесь видно лучше,звук тоже убрали,сам лоханулся со звуковой дорожкой,все мои коменты пропали.Кому интересно-спрашивайте,постараюсь оперативно ответить(сп.здел,извиняюсь,рядом с интернетом буду только в пятницу)

Теперь про подготовку поверхности.На каком-то из форумов читал,что подготовка не нужна.Возможно это подходит для маленьких деталей типа винтиков,шпеньков,бонок.Для более крупных по площади деталей подготовка поверхности важна.Покрытие получается более насыщенным по цвету,более равномерным и более стойким.

Как это делается на производстве: V. Подготовка поверхности изделий к анодированию Детали и изделия монтируют на титановые подвески и крепят зажимами или болтами из титана, что обеспечивает хороший контакт элементов конструкций с медными штангами. Обезжиривание шлифованных и отпескоструенных изделий проводит в 1%-ном растворе сульфанола НП-3 при 40-50ОС в течении 1-2 мин. или в 1%-ном растворе КМ-1 70-80ОС, 1-2 мин. Обезжиривание полированных деталей проводят в смеси кислот: 10 — 75 г CrO3 + 100 мл H2SO4 (уд. вес 1,84), при комнатной температуре, продолжительность обработки до 1мин. Этот состав может быть также использован для удаления с анодированных полированных изделий захватов от пальцев и других жировых пятен. После обезжиривания детали промывают, неоднократно погружая их сначала в горячую (80-90ОС), затем в холодную воду. Обмен воды — 1 объем в час. Травление производят в следующих растворах: 1. 10% азотной кислоты (уд. вес 1,34) + 2% плавиковой кислоты (40%); 2. 44% азотной кислоты (уд. вес 1,34) + 10% плавиковой кислоты (40%). Температура раствора комнатная. Продолжительность травления 1-2 мин. Примечание: Первый раствор используют лишь для травления титана и малолегированных титановых сплавов. Облагораживание проводится с целью удаления окисных слоев и способствует получению ярких и чистых тонов анодно — окисных пленок. Облагораживание проводится в растворе следующего состава (мл/л): Азотная кислота (уд. вес 1,4) 700 + 50; Фтористоводородная кислота (уд. вес 1,13) 200 + 20; Вода остальное Режим: температура раствора не выше 28ОС, время обработки от 30 с до 10 мин.

Анодирование титана — Справочник химика 21

из «Новые конструкционные химически стойкие металлические материалы»

Поверхностная окисная пленка, образующаяся на титане, может утолщаться при анодировании в серной или фосфорной кислотах или в смесях кислот поверхность приобретает характерные цвета интерференции, зависящие от толщины пленки. Окисные слои барьерного типа на титане, в отличие от пленок, образующихся на алюминии, имеют ограниченную толщину. Пленки, полученные путем анодного окисления, обладают повышенной стойкостью. Так, после анодной обработки титановые образцы были коррозионностойкими к воздействию 40%-иого раствора серной кислоты, который в нормальных условиях мог бы вызвать сильную коррозию титана. Однако эта пленка не защищала титан от коррозии в растворах серной кислоты, концентрация которых превышала 60%. Не удалось также получить пленки, устойчивые против соляной кислоты. [c.57] В Центральном научно-исследовательском институте черной металлургии (ЦНИИЧМ) для анодирования применяют щелочные растворы (сода и др.). Установлено, что при определенных концентрациях раствора и напряжении (в интервале 5— 100 в) образуются ровные, плотно прилегающие пленки различного цвета с очень красивыми оттенками это дает возможность применять анодирование для декоративной отделки изделий из гитана. В результате отжига титана при 800—900° оксидная пленка диффузионно растворяется в металле, образуя поверхностный упрочненный слой зз толщиной 10—50 )л. [c.57] Влияние состава электролита на скорость коррозии титана. Влияние ионного состава электролита на коррозионную стойкость и электрохимические свойства титана описано в нескольких работах 38. Имеется указание, что в растворах серной и соляной кислот в присутствии различных катионов Сц2, Р1 +, Аи +, Ре +, АР+ и т. д., коррозия титана резко снижается по сравнению с коррозией в растворах, не содержащих перечисленных ионов. Замедление скорости коррозии объясняют адсорбцией поверхностью титана этих ионов с последующей их частичной хемосорбцией. [c.57] Характерно, что при добавлении никеля скорость коррозии титана увеличилась. почти вдвое. Эффективность других активаторов колебалась в различной степени. [c.58] пассиваторы были эффективны при концентрации их в растворе, равной от 10 —10 моль л и выше (рис. 21) они вызывали на поверхности титана легкое потемнение. При концентрациях элементов, добавляемых в раствор, менее 10 моль/л, скорость коррозии титана не уменьшалась. [c.58] Пассивность, сообщенная титану металлами ллатиновой группы, сохранялась даже тогда, когда образцы были перенесены в свежий 2 М кипящий раствор НС1, не содержащий пассивирующих ионов. К концу 2-часового испытания. наблюдалось только незначительное уменьшение веса. [c.58] Авторы предполагают, что ионы платиновой группы адсорбируются поверхностью титана и затем вступают с титаном в химическое соединение, обладающее высокой коррозионной стойкостью в данной среде. [c.58] Влияние различных окислителей, добавляемых в растворы 1%-ной серной и 3%-ной соляной кислот, на коррозионную стойкость титана при температуре кипения растворов показано в табл. 23. [c.59] Из данных та бл. 23 видно, что при добавке окислителей резко снижалась скорость коррозии титана в кипящих растворах 1%-ной h3SO4 и 3%-ной НС1. [c.59] Было показано, что в тех случаях,. когда наблюдалась пассивация титана, потенциал приобретал положительное значение. [c.60] В настоящее время достоверно устаао влено, что коррозионная стойкость титана как в воздушной атмосфере, так и в различных растворах обусловлена главным образом наличием на его поверхности защитной окисной пленки, по-видимому, двуокиси титана. [c.60] Химическая стойкость нержавеющих сталей, хрома, алюминия и других так называемых самопассивирующихся металлов и сплавов повышается после выдержки их в атмосфере воздуха или кислорода в течение определенного времени. Такое же явление наблюдается и для титана. Титан после полировки или травления активируется 40%-ным раствором серной кислоты в течение нескольких секунд после длительной выдержки на воздухе активация титана в этом же растворе наступает примерно через 2 часа. [c.60] На рис. 22 показана зависимость скорости коррозии титана (полученного иодидным методом, чистота 99,8%) от концентрации Т1 +в растворах соляной кислоты 20 и 36%-ной концентрации и в растворе серной кислоты 40%-ной концентрации. [c.61] Зависимость скорости коррозии технического титана в растворе 40%-ной Н2504 от концентрацни Т1 при различной температуре растворов показана на рис. 23. В 40%-ном растворе серной кислоты при 20 и 60° достаточно 0,015 моль/л Т1 ля того, чтобы титан находился в пассивном состоянии при повышении температуры раствора до 100° необходимо было увеличить содержание ионов титана до 0,1 моль/л. В растворах соляной кислоты вследствие большей растворимости ТЮг требовалось более высокое содержание Т1 + в растворе. [c.61] В связи с изложенным становится понятным, почему при травлении титана в солянокислых растворах, содержащих даже такие сильные активаторы, как фтористоводородные соединения, активность растворов резко снижается и при определенном содержании ионов титана в растворе травление титана практически прекращается. Титан при травлении переходит в раствор вначале, по-видимому, в виде двухвалентного иона. [c.61]
Вернуться к основной статье