Bảng nhiệt độ lên màu Titan

Titanium là gì?

Titan là kim loại được yêu thích nhất trên thế giới, đứng sau vàng. Nó được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng khác nhau, từ những thứ quan trọng như phẫu thuật và chế tạo tàu vũ trụ đến các mục đích đơn giản trong đời sông hàng ngày như thẩm mỹ trong đồ trang sức và móc khóa…

Titan được biết đến với các đặc tính cơ học vượt trội, bao gồm sức mạnh và khả năng chống ăn mòn cao, mặc dù có mật độ thấp. Nó không được coi là kim loại đất quý hay đất hiếm, nhưng nó khá đắt tiền, vì quá trình khai thác titan từ quặng của nó tiêu tốn khá nhiều tài nguyên. Ngoài ra các đặc tính cơ học của nó khiến cho các quá trình như chế tạo và gia công trở nên khó khăn, làm tăng thêm chi phí của thành phẩm.

Kim loại linh hoạt nhưng bí ẩn này cũng là một trong những kim loại oxy hóa đẹp nhất, tạo ra màu sắc và lớp hoàn thiện đẹp mê hồn không gì sánh kịp. Vậy điều gì đã mang đến cho thứ kim loại màu xám và khiêm tốn này vẻ ngoài tuyệt vời này?

Titan oxit – Nguyên nhân của màu sắc

Chúng ta được biết hầu hết các kim loại không phải là người bạn tuyệt vời với oxy. Tuy nhiên, điều này không đúng với titan. Titan oxy hóa thông qua cả nhiệt và dòng điện để tạo thành một rào cản hầu như không thể xuyên thủng. Rào cản này thể hiện nhiều đặc tính nổi bật, chẳng hạn như độ cứng cơ học và màu sắc rực rỡ.

Trên thực tế, Màu sắc mà ta thấy trên titan khi quá trình oxy hoá diễn ra thật chất là một sự đánh lừa bởi lớp ôxít trên mắt người. Lớp oxit mỏng và trong suốt, khiến ánh sáng phản xạ từ cả bên trên và bên dưới nó. Các tia sáng phản xạ giao thoa, dẫn đến các bước sóng ánh sáng nhất định bị cắt đi, trong khi các bước sóng khác được nhấn mạnh để tạo ra màu sắc rực rỡ. Hiện tượng này còn được gọi là giao thoa ánh sáng hay giao thoa màng mỏng.

Với sự gia tăng nhiệt hoặc điện áp, lớp oxy hóa trở nên dày hơn và ổn định hơn. Điều này dẫn đến sự thay đổi chỉ số khúc xạ, và dẫn đến cả sắc thái rời rạc và liên tục. Trừ khi được loại bỏ cơ học, màu sắc trên titan sẽ không thay đổi, ngay cả sau khi loại bỏ nhiệt hoặc điện áp.

Tại sao titan đổi màu ở các nhiệt độ khác nhau?

Titan rất bền trong không khí ở nhiệt độ phòng. Chỉ sau khi được nung ở nhiệt độ cao trong một thời gian, nó sẽ tạo ra những thay đổi “màu sắc”. Điều này chủ yếu là do khi titan được nung nóng trong không khí, nó sẽ bị oxy hóa để tạo thành một màng oxit dày đặc. Lớp màng oxit này không chỉ có thể bảo vệ bề mặt của titan mà còn là nguồn gốc cơ bản của sự thay đổi màu sắc trên titan.

Phương trình phản ứng của quá trình oxi hóa titan là Ti + O2 = = TiO2, và điều kiện phản ứng là nung ở nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ nung thấp, lớp màng oxit trên bề mặt titan gần như trong suốt, rất khó phát hiện bằng mắt thường. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng cao, lớp màng oxit sẽ dày dần lên và cản trở ánh sáng, hiển thị nhiều màu sắc khác nhau trong mắt chúng ta. Do đó, độ dày của màng oxit quyết định bề mặt titan sẽ trở thành màu gì.

Titan oxy hoá – Bảng nhiệt độ lên màu titan

Thông thường, titan đã bị oxy hóa bởi nhiệt. Vì dòng nhiệt bên trong kim loại không thể được kiểm soát về mặt vật lý, nên quá trình oxy hóa nhiệt có thể là một quá trình khá khó khăn để đạt được một bề mặt hoàn thiện như mong muốn. Ngoài các thiết bị chuyên dụng để gia nhiệt đều, cần có quá trình xử lý sau để loại bỏ các lớp ôxít khỏi các khu vực không mong muốn.

Các quy trình như phun cát chọn lọc và mài mòn cơ học, chẳng hạn như chà nhám, được sử dụng để xử lý như vậy. Chiều dày của lớp oxit tăng lên khi nhiệt độ tăng. Do đó, các màu khác nhau của oxit titan có liên quan đến các dải nhiệt độ khác nhau. Dưới đây là bảng nhiệt độ lên màu titan

Nhiệt độ (° C) Màu của lớp oxit
385 Rơm vàng nhạt
412 Màu tím
440 Xanh đậm
565 Màu đỏ tím
648 Nâu xám
925 Xanh ngọc

Oxy hoá titan bằng điện áp

Lớp oxit trên titan cũng có thể đạt được bằng cách cho nó tác dụng với dòng điện khi nhúng nó vào môi trường dẫn điện (chất điện phân). Điều này còn được gọi là anodizing. Phần gia công bằng titan được nối với cực dương của pin, trong khi đầu cực âm có thể được kết nối với bất kỳ kim loại nào khác, chẳng hạn như nhôm, đồng hoặc thép không gỉ.

Chiều dày của màng oxit không đổi đối với một hiệu điện thế nhất định. Vì vậy, các điện áp khác nhau sẽ tương ứng với các màu sắc khác nhau. Tuy nhiên, độ dày có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi bản chất của chất điện phân.

Các chất điện ly có tính axit và trung tính được biết là tạo ra các lớp oxit mỏng hơn thường có phạm vi chỉ vài nanomet. Tuy nhiên, môi trường kiềm mạnh sẽ tạo ra các lớp phủ có thể dày đến vài micromet.

Điện áp áp dụng (V) Màu của lớp oxit
6 Nâu nhạt
10 Vàng nâu
20 Xanh đậm
30 Xanh nhạt
40 Xanh ô liu
70 Màu tím nhạt
100 Xanh mờ

Sử dụng điện như một phương tiện để điều chế các oxit titan màu có một số ưu điểm so với sử dụng nhiệt. Dòng điện có thể được kiểm soát, trong khi nhúng và che có chọn lọc chỉ cho phép các khu vực mong muốn của sản phẩm được tô màu.

Anodizing titan là một giải pháp khả thi hơn so với nhiệt oxy hóa nó. Điều này là do điện áp cần thiết để tạo ra một màu nhất định dễ đạt được hơn là cung cấp một lượng nhiệt tương đương và chính xác.

Các ứng dụng

“Titan màu” được sử dụng trong thẩm mỹ, y tế, công nghiệp và ô tô. Nó được sử dụng trong đồ trang sức, dụng cụ y tế và cấy ghép, ống xả xe thể thao và mô-đun tản nhiệt.

Titan không phải là kim loại duy nhất có màu sắc. Niobi, tantali và một số hợp kim thép, chẳng hạn như carbon và thép không gỉ, cũng thể hiện màu sắc khi có tác động. Tuy nhiên, titan có những ưu điểm độc đáo khiến nó có giá trị trong quá trình oxy hóa. Một số trong số đó bao gồm khả năng tương thích sinh học, khả năng chống ăn mòn cao và sự ổn định lâu dài của lớp oxit.

Titan và các oxit của nó cũng có trọng lượng nhẹ, mang lại lợi thế hiệu suất đáng kể so với các hợp kim khác, chẳng hạn như thép không gỉ. Nhược điểm duy nhất của việc sử dụng titan và các oxit của nó là chúng rất đắt.

Share:

Các bài viết nổi bật khác
Trao đổi nhiệt dạng ống xoắn titan
19 Tháng Chín, 2022
Titan
Trao đổi nhiệt dạng ống xoắn là gì?
Xem chi tiết
Vệ sinh máy trao đổi nhiệt đơn giản với phương pháp CIP
9 Tháng Chín, 2022
Titan
Vệ sinh bộ trao đổi nhiệt bằng CIP với vài bước đơn giản
Xem chi tiết
Làm thế nào để vệ sinh bộ trao đổi nhiệt dạng tấm hiệu quả
27 Tháng Tám, 2022
Titan
Phương pháp làm sạch bộ trao đổi nhiệt dạng tấm
Xem chi tiết
Vân tấm trao đổi nhiệt
20 Tháng Tám, 2022
Titan
Các đặc điểm của tấm trao đổi nhiệt
Xem chi tiết