آبکاری تیتانیوم

تیتانیوم یک یک فلز با دانسیته پایین (4.5 g/cm3)، استحکام مقاومتی بالا و مقاوم در برابر خستگی، ترک خوردگی، زنگ زدگی و خوردگی است. تیتانیوم همچنین در شرایطی که نیاز به قرار گرفتن­های طولانی مدت در آب دریا، تیزاب سلطانی و کلر باشد نیز دارای مقاومت خوبی است. تیتانیوم در اواخر قرن 18 میلادی کشف شد و مهمترین ترکیب آن تیتانیوم اکساید است که بصورت یک پودر سفید رنگ در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این، مهمترین کاربردهای تیتانیوم و آلیاژهای آن در صنایع هوا فضا، صنایع دریایی، صنایع خوروسازی، تهیه لوله های مقاوم به خوردگی، تجهیزات ورزشی و تجهیزات پزشکی است. مهمترین مزیت تیتانیوم غیر سمی بودن و غیر حساسیت زا بودن آن است. تیتانیوم و آلیاژهای تیتانیوم-زیرکونیم به دلیل تشکیل یک فیلم غیر فعال بر روی سطح خود، مقاومت به خوردگی بسیار خوبی دارند.
با توجه به اینکه تولید فلز تیتانیوم فرایندی پیچیده و گران قیمت است، بسیاری از محقیقین تمایل به آبکاری تیتانیوم بر روی سایر بسترهای فلزی دارند تا به این روش با کاهش هزینه های مربوط به تهیه تیتانیوم فلزی بتوانند از مزایای منحصر به فرد این فلز نیز استفاده بکنند.

سوال: آیا آبکاری تیتانیوم در محلول آبی امکان پذیر است؟
در پاسخ به سوال فوق باید به صراحت اعلام کرد که آبگاری تیتانیوم عملا یک فرایند ناممکن است. با توجه به پتانسیل کاهشی بسیار منفی تیتانیوم امکان آبکاری تیتانیوم در محیط آبی وجود ندارد. پتانسیلهای استاندارد الکترودهای تیتانیوم و زیرکونیوم بسیار منفی تر از هیدرووژن است که در نتیجه باعث میشود هنگام آبکاری این فلزات در محیط ابی، این هیدروژن آب یاشد که بصورن گاز H2 احیا شود نه فلزات مورد نظر.
برای آبکاری تیتانیوم بعنوان یک فلز بر روی یک بستر باید الکترونها به سمت یونهای تیتانیوم با بار +2 بروند و آن را به حالت تیتانیوم فلزی با عدد اکسایش صفر احیا کنند:
Ti++ + 2e- => Ti0
اما با توجه به اینکه واکنش زیر راحتتر است، در نتیجه بجای احیای تیتانیوم احیای هیدروژن را خواهیم داشت.
H2O + 2e- => H0 + OH-,
که نتیجه نهایی بحث فوق این خواهد شد که آبکاری تیتانیوم در شرایط آبی ناممکن خواهد شد. درست مشابه آنچه که برای آلومینیوم و سایر فلزات مشابه مشاهده می­شود.
اما این مسئله به معنای عدم انجام آبکاری تیتانیوم به هیچ روش دیگر نیست. یکی از رایج ترین روشهای ترسیب تیتانیوم بر روی فولاد ضد زنگ استفاده از روش ترسیب فیزیکی بخار است. در این روش که نیازمند ایجاد خلا می باشد، لبه های سطح پوشش بسیار ضعیفی می گیرند که احتمالا بتوان از این روش برای تهیه قیچی ها استفاده کرد. روش cladding یک روش فیزیکی است که با استفاده از آن می­توان بصورت مکانیکی لایه نازکی از تیتانیوم را روی بستر پیوند داد. البته در روش اخیر ضخامت پوشش تیتانیوم به مراتب بیشتر از ترسیب بصورت وکیوم می باشد.
با توجه به اینکه عمده مشکل آبکاری تیتانیوم در آب احیای هیدروژن است، لذا در صورت استفاده از الکترولیتهایی که در آنها هیدروژنی جهت احیا وجود نداشته باشد می توان امید داشت که بتوان این آبکاری تیتانیوم را نیز انجام داد. از این رو محقیقن انواع روشهای ممکن را مطاله کرده اند که یکی از مهمترین آنها استفاده از نمک های مولتن هستند. نمکهای مولتن نمکهایی هستند که در شرایط دما و فشار استاندارد جامد هستند ولی با افزایش دما مایع می شوند. برای استفاده از نمکهای مولتن نیاز است تا فرایند آبکاری در دمای حدود 1200 درجه سانتی گراد انجام شود که طبیعتا مشکلات و پیچیدگی های خود را خواهد داشت. از این رو محققین نسل جدید نمکها را که تحت عنوان مایعات یونی شناخته می شوند، بعنوان الکترولیت فاقد هیدروژن، مورد بررسی قرار دادند. مایعات یونی در واقع نمکهای آلی هستند که در دما و فشار استاندارد مایع هستند. آنها در این زمینه موفق به دستاوردهای قابل قبولی نیز شدند که از جمله انها می توان به آبکاری موفقیت آمیز تیتانیوم از نمک TiCl4 با استفاده از مایع یونی 1-methyl-3-butyl-imidazolium bis (trifluoro methyl sulfone) imide اشاره نمود.. یکی دیگر از روشهای آبکاری تیتانیوم، آبکاری تیتانیوم نیترید است که با آبکاری تیتانوم فلزی بسیار متفاوت می باشد. این نوع آبکاری بصورت طلایی رنگ است و عموما با استفاده از فرایند خلا انجام می شود.
البه قابل ذکر است که در منابعی که عمدتا روسی هستند برای آبکاری تیتانیوم روشهایی مبنی بر استفاده از حلالهای آلی همچون تولوئن ارائه گرده است که صحت آنها چندان قابل قبول نمی باشد.
در انتها شایان ذکر است که اشاره گردد کلیه روشهای اشاره شده در فوق، بدلیل هزینه بالایی که به صنایع تحمیل خواهند کرد چندان مورد توجه گسترده قرار نگرفته اند و همچنان تلاش برای یافتن روشی قابل قبول و اقتصادی برای آبکاری تیتانیوم ادامه دارد.

واحد تحقیق و توسعه شرکت جلاپردازان