Xi mạ titan là gì? Làm thế nào để lên màu titan

1. Khái niệm

Anodizing titan hay xi mạ titan là một quá trình hoàn thiện điện phân bằng cách tác động tới lớp oxit trên bề mặt titan thông qua dòng điện. Khi các lớp oxit trở nên dày hơn titan sẽ chuyển sang các màu sắc khác nhau. Đó cũng là cách để chúng ta lên màu cho titan. Titan tạo thành cực dương (điện cực dương) của pin điện phân. Do đó nó được gọi là anodize.

Anodizing có lịch sử lâu đời trong ngành hàng không vũ trụ. Nơi nó được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1923 để bảo vệ các bộ phận thủy phi cơ của Anh khỏi sự ăn mòn của nước mặn. Ngày nay, các công ty hàng không vũ trụ tiếp tục sử dụng các quy trình anot hóa để bảo vệ kim loại khỏi tác động mài mòn và ăn mòn.

Ngành công nghiệp thiết bị y tế cũng sử dụng rộng rãi quy trình anot hóa titan. Vì các bộ phận titan anot hóa không độc hại và phù hợp cho các ứng dụng y sinh. Chẳng hạn như cấy ghép chỉnh hình.

Cho đến ngày nay chúng được biết đến nhiều hơn với công dụng trang trí. Với tính chất dễ uốn kéo, lên màu đẹp titan rất được ưa chuộng khi sử dụng làm các vật trang trí như móc khóa, bảng tên, pô xe, ốc trang trí,…

2. Các phương pháp xi mạ để lên màu titan 

Có hai phương pháp lên màu titan thường được sử dụng: Loại 2 và loại 3. Loại 1 ít phổ biến hơn và thường được sử dụng trong các phương pháp xử lý nhiệt độ cao chuyên dụng. Vậy nên trong bài viết này ta chỉ đề cập đến phương pháp 2 và 3.

2.1. Phương pháp 2

Loại 2 chủ yếu dành cho mục đích chống mài mòn: Nó bảo vệ bề mặt kim loại khỏi tác động của mài mòn. Khi các bộ phận titan chưa được xử lý cọ xát với nhau, chúng sẽ tạo ra bụi titan – một kết quả không mong muốn đối với cấy ghép chỉnh hình chẳng hạn. Quá trình anot hóa loại 2 mang lại bề mặt chống mài mòn và giúp ngăn ngừa hiện tượng kẹt hoặc ma sát giữa các bề mặt titan.

Việc giảm ma sát hoặc bôi trơn từ titan anot hóa Loại 2 cũng giúp bệnh nhân cấy ghép chỉnh hình bằng cách cải thiện khả năng vận động của khớp.

Đối với hầu hết các dây chuyền anot hóa titan Loại 2, AMS 2488 là thông số kỹ thuật được áp dụng. SAE International, tổ chức tiêu chuẩn hàng không vũ trụ, là cơ quan quản lý thông số kỹ thuật cho Loại 2, được sửa đổi lần cuối vào năm 2019.

Đối với các ứng dụng hàng không vũ trụ, các bộ phận được anot hóa Loại 2 tương thích với chất lỏng máy bay và có thể chịu được nhiệt độ khắc nghiệt trong phạm vi từ -70 °F đến 260 °F. Titan anot hóa loại 2 chống lại sự ăn mòn do tiếp xúc với nước muối và độ ẩm.

Các bộ phận titan anot hóa loại 2 có màu xám đặc biệt. Điều này làm cho chúng dễ dàng phân biệt với thép không gỉ, hoặc với titan anodized màu.

2.2. Loại 3 Titan Anodizing – Màu Titan

Anodizing titan loại 3 còn được gọi là anozing màu titan hay anod hóa màu. Anoding màu titan được sử dụng rộng rãi trong giới y tế để nhận dạng trực quan nhanh chóng các bộ phận. Ví dụ, một bác sĩ phẫu thuật chỉnh hình khi đang trong quá trình phẫu thuật có thể chỉ cần yêu cầu vít xương màu xanh mà không cần phải chỉ định chiều dài 12mm của vít.

Một ví dụ khác về mã màu để hỗ trợ các bác sĩ là các tấm cố định xương mà bác sĩ phẫu thuật chỉnh hình sử dụng để điều trị gãy xương do chấn thương. Các tấm cố định xương này có các mũi khoan có màu khác nhau để chỉ ra sự khác biệt về mặt giải phẫu giữa các tấm bên trái và bên phải.

Anot hóa màu titan lại ít phổ biến hơn trong ngành hàng không vũ trụ trụ. Nhưng đội khi được sử dụng để nhận dạng trực quan nhanh chóng trong các tổ hợp phức tạp. Ngoài ngành công nghiệp thiết bị y tế và hàng không vũ trụ. Lớp anod hóa titan còn được sử dụng trong sản xuất đồ trang sức và các vật dụng trang trí.

3. Sự khác biệt chính giữa Anodizing Titan Loại 2 và Loại 3
Lớp hoàn thiện titan khác biệt đáng kể giữa anot hóa titan Loại 2 và Loại 3

4. Quy trình lên màu titan hay anodizing titanium diễn ra như thế nào?

Anodizing là một quá trình điện hóa sử dụng cả điện và hóa học để thao tác với lớp oxit của titan. Phần titan đóng vai trò là cực dương (điện cực dương). Được ngâm trong dung dịch chất điện phân dạng nước như trinatri photphat (TSP) hoặc các loại muối khác nhau. Khi dòng điện được áp dụng, các phân tử nước trải qua quá trình thủy phân và tách thành hydro và oxy. Điện thế đẩy oxy lên bề mặt titan, thêm vào lớp oxit titan mỏng. Màu sắc cuối cùng phụ thuộc vào độ dày của lớp oxit. Có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp và thời gian ngâm.

Máy anot hóa titan điều khiển lớp oxit trên bề mặt titan để tạo ra “ảo giác bề màu sắc”. Lớp oxit cho cảm nhận về màu sắc do hiện tượng giao thoa, tương tự như lăng kính. Ánh sáng phản xạ từ cả lớp oxit và lớp titan bên dưới ở các góc khác nhau và những phản xạ đó giao thoa với nhau. Một số bước sóng ánh sáng triệt tiêu lẫn nhau hoặc kết hợp với nhau. Do đó ánh sáng còn lại được coi là màu sắc.

5. Anodizing màu titan hoạt động như thế nào?

Khi mới hình thành, lớp oxit dày khoảng 1-2 nanomet (10-20 angstrom), nhưng nó sẽ tiếp tục phát triển trong không khí mở. Không anốt hóa, lớp oxit thường tăng lên 20-25 nanomet (200-250 angstrom).

Tuy nhiên, trong quá trình anot hóa titan màu, độ dày của lớp oxit được tăng cường và thao tác. Ví dụ, màu đồng – lớp màu mỏng nhất trên quang phổ màu titan – có thể đạt được bằng cách xây dựng độ dày của lớp oxit lên khoảng 300 đến 350 angstrom. Ở đầu kia của quang phổ màu titan, màu xanh lục – lớp màu dày nhất – có thể đạt được với độ dày lớp oxit từ 500 đến 550 angstrom.

Vì toàn bộ dải màu của lớp oxit titan nằm trong phạm vi 25 phần tỷ mét (một nanomet bằng 1 phần tỷ mét), nên không có gì ngạc nhiên khi quy trình đòi hỏi thiết bị anot hóa chất lượng cao và chính xác cẩn thận để đạt được hiệu quả tốt nhất. kết quả.

Cần lưu ý rằng không phải màu nào cũng có thể được tạo ra bằng quá trình anot hóa titan. Đặc biệt, titan anot hóa đỏ là không thể do tính chất vật lý của hiện tượng giao thoa quang học. Các màu có sẵn gần nhất với màu đỏ sẽ là đỏ tươi, hồng (tím đỏ) hoặc tím.

Dưới đây chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn cách để lên màu titan tại nhà với những công cụ đơn giản nhất.

5.1. Phương pháp 1 điện phân

Phương pháp anot hóa titan đầu tiên được thực hiện bằng cách sử dụng pin điện hóa hay tế bào điện hóa. Mảnh titan được tạo thành cực dương (do đó có tên là anot hóa) và để chìm trong bể điện phân (borax và axit sunfuric thường được sử dụng).

Bước 1 chuẩn bị các bộ phận và công cụ

Bạn sẽ cần:

–  Lá nhôm

–  Một hộp nhựa đủ lớn để chứa đầy đủ chi tiết bạn muốn anot hóa

–  Pin 1-8 9 vôn

–  Ít nhất 4 feet dây cách điện

–  Hàn the

–  Nước nóng

–  Một cái thìa

–  Găng tay cao su

–  Acetone hoặc cồn (gạc tẩm cồn tại CVS hoạt động tốt)

–  Một chiếc cốc nhựa (có thể tích tương đương với hộp nhựa của bạn)

Công cụ (tùy chọn):

–  Kìm

–  Máy tuốt dây điện

Bước 2 trộn chất điện phân để tạo bể anot hóa

–  Lấy cốc, thìa, hàn the (borax) và nước nóng rồi trộn vào cốc. Trộn cho đến khi tất cả borax được hòa tan. Hỗn hợp càng gần bão hòa càng tốt.

–  Đối với dung dịch anot hóa, lấy giấy nhôm và lót hoàn toàn vật chứa bằng giấy bạc. Nếu có bất kỳ giấy bạc thừa nào xung quanh miệng hộp, ta nên gấp nó quanh mép hộp.

Bước 3 thiết lập hệ thống dây điện và pin

–  Bóc khoảng 1.27 cm lớp cách điện ra khỏi cả hai đầu của chiều dài dây khoảng 60cm. Sau khi đã tước dây, Lấy một góc của lá nhôm và tạo một lỗ xuyên qua nó. Chèn đầu dây và xoắn chúng lại với nhau. Nhét dây vào góc nhôm. Bây giờ đổ đầy dung dịch borax và nước.

–  Lấy số lượng pin chín vôn mong muốn và kết nối chúng như trong hình. Sau đó kết nối dây được gắn vào giấy bạc với cực âm (-) của pin. Lấy dây còn lại và nối với cực dương (+) của pin (đây là dây được gắn vào miếng titan).

Bước 4 tìm màu sắc mong muốn để lên màu titan

Điện áp khác nhau sẽ tạo ra màu sắc khác nhau. Lưu ý rằng bạn luôn có thể thay đổi màu sác khi tăng điện áp lên nhưng lại không thể quay lại màu trước đó được tạo bởi điện áp thấp hơn. Để chắc chắn tạo ra màu sắc mong muốn bạn có thể tham khảo qua bảng nhiệt độ lên màu titan. Hình ảnh trên là để anot hóa trong axit sunfuric nhưng kết quả khá giống với borax. Hãy nhớ rằng, nếu bạn không chắc chắn về mức điện áp cần thiết, chỉ cần tăng điện áp lên từng bước nhỏ.

Bước 5 làm sạch titan

Đeo găng tay cao su  để ngăn dấu vân tay trên titan sau khi làm sạch. Sau đó lau miếng titanium bằng cồn cho đến khi thật sạch.

Bước 6 bắt đầu lên màu titan

Lấy dây titan và dây cực dương chạm chúng vào nhau. Nhấn chìm miếng titan. Đảm bảo rằng dây không bị ngập trong nước và chỉ titan chạm vào dung dịch. Ngoài ra, hãy thận trọng và đảm bảo titan không chạm vào giấy bạc. Nó có thể tạo ra những tia lửa lớn gây nguy hiểm. Sau khi miếng titan đã chuyển sang màu bạn muốn, hãy lấy titan ra và làm khô nó. Bạn sẽ thấy rằng một số màu bị ảnh hưởng bởi dấu vân tay và có thể trở nên xỉn màu khi tiếp xúc với dấu vân tay. Điều này hoàn toàn bình thường và màu gốc có thể được phục hồi bằng cách sử dụng axeton hoặc cồn để loại bỏ dầu.

chúng ta lấy dây titan và dây cực dương chạm vào nhau. Nhấn chìm miếng titan. đảm bảo rằng dây không bị ngập trong nước và chỉ titan chạm vào dung dịch ngoài ra hãy thận trọng và đảm bảo titan không bị chạm vào giấy bạc. nó có thể tạo ra những tia lửa lớn gây nguy hiểm sau khi miếng titan đã chuyển sang màu bạn muốn

5.2. Phương pháp 2 lên màu titan bằng nhiệt độ

Đối với phương pháp anot hóa này, nhiệt độ sẽ được sử dụng để làm dày lớp oxit. Bạn có thể sử dụng bếp gas để anodize nhưng tốt nhất nên sử dụng đèn xì, còn được gọi là đèn thổi, là một loại đèn khí đốt cháy nhiên liệu trong không khí xung quanh được sử dụng để sử dụng ngọn lửa và nhiệt cho các ứng dụng khác nhau, thường là gia công kim loại.

Bước 1 chuẩn bị

–  Nguồn nhiệt (đèn xì là tốt nhất nhưng bếp gas cũng được)

–  Một cặp kẹp hoặc kìm mũi kim (tay cầm sẽ nóng nên hãy đảm bảo chúng được bọc cao su để cách nhiệt đầy đủ)

–  Cồn hoặc axeton (miếng tẩm cồn từ CVS hoạt động khá tốt)

–  Một cốc nước thật lạnh

Bước 2 

Làm sạch titan như trong bước 5 của phương pháp 1

Bước 3 

Lấy titan đã được làm sạch và kẹp cạnh của nó bằng kẹp/kìm. Bật bếp/đèn khò và đưa miếng titan lại gần nguồn nhiệt. Tiếp tục di chuyển miếng titanium và bạn sẽ nhận thấy màu chuyển sang màu vàng sau khoảng 30 giây hoặc lâu hơn. Làm nóng miếng titan lâu hơn để đạt được màu đỏ, xanh lam và một số màu xanh lá cây.

Bước 4

Sau khi đạt được màu mong muốn, tắt bếp/đèn khò và ngâm titan vào nước lạnh để làm nguội. Cẩn thận không chạm vào titan cho đến khi nó nguội đi vì nó sẽ làm bạn bị bỏng. Điều tương tự cũng xảy ra với đầu kìm/kẹp.

6. Lưu ý khi lên màu titan 

Dưới đây là một số giải pháp khả thi cho các vấn đề bạn có thể gặp phải:

–  Hãy chắc chắn rằng titan là thứ duy nhất ngập trong dung dịch. Dây chạm vào titan không được ngập nước.

–  Đảm bảo rằng dây tiếp xúc với titan được kết nối với cực dương của pin.

–  Đảm bảo rằng bạn đang sử dụng hàn the. Axit sunfuric cũng hoạt động tốt nhưng rất nguy hiểm khi làm việc với nó.

–  Đảm bảo pin của bạn không bị hỏng hoặc hết pin.

–  Lựa chọn titan nguyên chất để đảm bảo lên màu được đẹp