يعد التيتانيوم ثانى أكثر معدن شهرة بعد الذهب. حيث يتم استخدامه في العديد من المجالات، علي سبيل المثال: الجراحة والمركبات الفضائية والمجوهرات وسلاسل المفاتيح. لنتعرف اليوم على الألوان المختلفة للتيتانيوم.
محتويات
التيتانيوم
يشتهر التيتانيوم بخصائصه الميكانيكية الفائقة، بما في ذلك القوة المذهلة، على الرغم من كثافته المنخفضة ومقاومته العالية للتآكل. على الرغم من أنه لا يعتبر من المعادن الأرضية الثمينة أو النادرة، إلا أنه مكلف للغاية، حيث أن عملية استخراج التيتانيوم من خامه تتطلب موارد مكثفة للغاية. كما أن عملية التصنيع تعتبر صعبة وشاقة.
أكسيد التيتانيوم – سبب تغير اللون
يتأكسد التيتانيوم من خلال الحرارة والتيار الكهربائي ليشكل حاجزًا لا يمكن اختراقه تقريبًا. يُظهر هذا الحاجز العديد من الخصائص البارزة، مثل الصلابة الميكانيكية والخداع البصري. مع زيادة درجة الحرارة أو الجهد، يزداد سمك طبقة الأكسيد. مما يتطلب المزيد من الجهد للوصول إلى طبقة التيتانيوم الجديدة.
إدراك اللون
طبقة الأكسيد رقيقة وشفافة، مما يتسبب في انعكاس الضوء من فوقها وتحتها. تتداخل أشعة الضوء المنعكسة، مما يؤدي إلى قطع أطوال موجية معينة من الضوء، بينما يتم إبراز أطوال موجية أخرى لإنتاج ألوان رائعة. تُعرف هذه الظاهرة أيضًا باسم “تداخل الأغشية الرقيقة“.
مع زيادة الحرارة أو الجهد، تصبح طبقة الأكسدة أكثر سمكًا وأكثر استقرارًا. يؤدي هذا إلى تغيير في معامل الانكسار، وينتج عنه ظلال منفصلة ومستمرة. ما لم تتم إزالته ميكانيكيًا، فإن ألوانه تكون دائمة، حتى بعد إزالة الحرارة أو الجهد الكهربي.
الحرارة لأكسدة التيتانيوم
نظرًا لأنه لا يمكن التحكم في تدفق الحرارة داخل المعدن فيزيائيًا، فإن أكسدة الحرارة يمكن أن تكون عملية صعبة للغاية لتحقيق اللمسة النهائية المرغوبة. وبصرف النظر عن المعدات المتخصصة للحرارة، فإن المعالجة “يتم استخدام عمليات مثل السفع الرملي الانتقائي والتآكل الميكانيكي، مثل الصنفرة” مطلوبة لإزالة طبقات الأكسيد من المناطق غير المرغوب فيها.
يزداد سمك طبقة الأكسيد مع زيادة درجة الحرارة. ونتيجة لذلك، ترتبط الألوان المختلفة لأكاسيد التيتانيوم بنطاقات درجات حرارة مختلفة.
| درجة الحرارة | لون طبقة الأكسيد |
| 385 | قش ذهبي شاحب |
| 412 | أرجوانى |
| 440 | أزرق غامق |
| 565 | أحمر بنفسجى |
| 648 | البني الرمادي |
| 925 | أزرق مخضر |
اقرأ أيضًا:
- هل تستطيع الأقمار الصناعية الهروب من مجال الأرض بعد انتهاء دورة حياتها؟
- لماذا لا يمكن صنع الماء كيميائيًا في المختبرات؟
- ما هو خام الفضة وكيف يمكن التعرف عليه؟
أكسدة التيتانيوم بالتيار الكهربى
يمكن أيضًا الحصول على طبقة الأكسيد على التيتانيوم من خلال تعريضه للتيار الكهربائي عندما يتم غمسه في وسط موصل (بالكهرباء). يتم توصيل قطعة التيتانيوم بالطرف الموجب للبطارية، بينما يمكن توصيل الطرف السالب بأي معدن آخر، مثل الألومنيوم أو النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ.
يظل سمك طبقة الأكسيد ثابتًا عند جهد معين. وبالتالي، تغير فولت التيار الكهربى يؤدى إلى ظهور ألوان جديدة. ومع ذلك، يمكن التلاعب بالسمك عن طريق تغيير طبيعة الإلكتروليت.
من المعروف أن الإلكتروليتات الحمضية والمحايدة تنتج طبقات أكسيد أرق والتي عادة ما يكون نطاقها بضعة نانومترات فقط. ومع ذلك، من المعروف أن الوسائط القلوية القوية تنتج طبقات يمكن أن يصل سمكها إلى عدة ميكرونات.
| الجهد المطبق (V) | لون طبقة الأكسيد |
| 6 | البني الفاتح |
| 10 | البني الذهبى |
| 20 | أزرق غامق |
| 30 | أزرق شاحب |
| 40 | أخضر زيتوني |
| 70 | أرجوانى فاتح |
| 100 | أخضر باهت |
إن استخدام الكهرباء كوسيلة لتحضير أكاسيد التيتانيوم الملونة يقدم بعض المزايا مقارنة باستخدام الحرارة. يمكن التحكم في تدفق الكهرباء. يعد أنودة “استخدام الكهرباء” التيتانيوم حلاً أكثر جدوى من أكسدته بالحرارة. وذلك لأن الجهد المطلوب لإنتاج لون معين يكون أسهل في تحقيقه من توفير كمية مكافئة ودقيقة من الحرارة.
التطبيقات
يستخدم التيتانيوم الملون في العديد من المجالات المختلفة. حيث يتم استخدامه في المجوهرات والأدوات الطبية والمزروعات وأنابيب عادم السيارات الرياضية ووحدات تبديد الحرارة.
التيتانيوم ليس المعدن الوحيد الذي يظهر اللون. ولكنه يتمتع بمزايا فريدة تجعله جديرًا بالأكسدة. وتشمل بعض هذه الميزات التوافق الحيوي، والمقاومة العالية للتآكل، واستقرار طبقة الأكسيد على المدى الطويل.
المصدر
