آندایزینگ تیتانیوم فرآیندی است که در آن یک لایه اکسیدی از جنس اکسید تیتانیوم روی سطح فلز تیتانیوم تشکیل می شود. لایه تشکیل شده منجر به افزایش مقاومت تیتانیوم در برابر خوردگی و سایش می شود. در واقع آندایزینگ تیتانیوم یکی از فرآیند های آبکاری است. هنگامی که تیتانیوم در یک حمام الکترولیتی به عنوان آند قرار گیرد، جریان از طریق حمام عبور می کند و سبب تولید اکسیژن در سطح آند می شود. سپس اکسیژن تولید شده با تیتانیوم ترکیب می شود و اکسید تیتانیوم تشکیل می شود. هدف از این فرآیند، افزایش زیبایی سطح، افزایش مقاومت در برابر خوردگی و سایش، دوام بیشتر و افزایش چسبندگی سطح است. فلز تیتانیوم به عنوان یک ماده زیست سازگار برای کاربردهای پزشکی هم مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین خواص دیگر فلز تیتانیوم سبب استفاده از این ماده در صنایع هوا و فضا، مهندسی زیستی و جواهر سازی شده است.

در آندايزينگ تيتانيوم ، لایه تیتانیوم اکسید تشکیل شده جزو مهم ترین نیم رساناها به شمار می آید. این ماده دارای 4 ساختار پلی مورف و چهار ساختار دیگر است که در آزمایشگاه و در فشار بالا به دست می آید. آناتاز، بروکیت و روتایل مهم ترین این ساختارها هستند. هر کدام از این ساختار ها ویژگی فیزیکی متفاوتی دارد که مرتبط با کاربردشان متفاوت است.

نحوه کار آندایزینگ تیتانیوم

آندایز کردن یک فرآیند الکتروشیمیایی است که از الکتریسته و شیمی برای ایجاد لایه اکسیدی تیتانیوم استفاده می کند. بخش تیتانیوم به عنوان  آند (الکترود مثبت) عمل می کند و در محلول الکترولیت آبی مانند فسفات تری سدیم یا نمک های مختلف غوطه ور می شود. هنگامی که جریان الکتریکی اعمال شود، مولکول های آب تحت هیدرولیز، به هیدروژن و اکسیژن تقسیم می شوند. پتانسیل الکتریکی، اکسیژن را به سطح تیتانیوم جذب کرده و یک لایه نازک از اکسید تیتانیوم تشکیل می شود. رنگ نهایی سطح تیتانیوم به ضخامت لایه اکسیدی بستگی دارد که می توان با تغییر ولتاژ و زمان غوطه وری آن را تنظیم کرد.

قطعه تیتانیوم قبل و بعد از آندایزینگ

کیفیت و مقاومت لایه های اکسید تیتانیوم به عوامل مختلفی بستگی دارد. این عوامل شامل ترکیب شیمیایی تیتانیوم و آلیاژ های آن، درصد رطوبت و اکسیژن هوا و ترکیب شیمیایی محیط می شود.

انواع آندایزینگ تیتانیوم

آندایزینگ تیتانیوم سه نوع است، نوع یک برای عملیات تخصصی و در دماهای بالا استفاده می شود و رایج نیست. در این قسمت، آندایزینگ تیتانیوم نوع دو و سه بررسی می شوند.

آندایزینگ نوع دو  (DOTIZE)

آندایزینگ تیتانیوم نوع 2 دارای ویژگی های بیومکانیکی و بیولوژی ایمپلنت ها است. این روش، لایه ی نازک اکسیدی طبیعی روی سطح ایمپلنت را با یک پوشش اکسیدی ضخیم جایگزین می کند. این امر از طریق تخلیه جرقه تولید شده روی سطح ایمپلنت، در حالی که در حمام الکتریکی حاوی محلول قلیایی قوی غوطه ور می شود، حاصل می شود. این روش عمدتا برای اهداف سایشی استفاده می شود و از سطح فلز در برابر اثرات سایشی محافظت می کند.

قطعه تیتانیومی آندایز شده

 روش  DOTIZE برای همه آلیاژهای تیتانیوم مورد استفاده در کاربردهای پزشکی مناسب است. ابعاد ایمپلنت در این روش با عملیات سطحی تغییر نمی کند، همچنین منافذ کوچک و ترک های موجود در مواد پایه با این روش از بین می رود. همچنین از آندایزینگ تیتانیوم نوع دو در صنایع هوا و فضا نیز استفاده می شود. این قطعات می توانند دما های بالا در محدوده 70 درجه فارنهایت تا 260 درجه فارنهایت را تحمل کنند. از مزایای این روش می توان به بهبود قدرت خستگی ایمپلنت ها، حذف راحت تر ایمپلنت بعد از شکستگی و افزایش استحکام میله های رابط اشاره کرد.

قطعات آندایزینگ تیتانیوم

آندایزینگ نوع سه ( رنگ آمیزی)

آندایزینگ تیتانیوم نوع سه به آندایزینگ رنگی تیتانیوم هم مشهور است. این نوع به عنوان یک عملیات سطحی برای ایمپلنت های دندانی و ارتوپد استفاده می شود. این نوع آندایزینگ صرفا خواص ایمپلنت را از نظر زیبایی تغییر می دهد. هدف اصلی در این روش، شناسایی قسمت های مختلف در طول عمل جراحی است. به طوری که قسمت های مشخص شده رنگی شود.

آندایزینگ رنگی تیتانیوم

کاربرد این روش در ایمپلنت های دندان پزشکی، ارتوپدی و همچنین محصولاتی مثل پیچ ها و صفحات پزشکی می باشد. آندایزینگ تیتانیوم نوع سه در صنعت هوا و فضا کم تر رایج است، اما گاهی اوقات برای شناسایی سریع در مجموعه های پیچیده استفاده می شوند. از مزایای این روش می توان به بهبود شناسایی ایمپلنت ها و کاربرد در جراحی اشاره کرد.

مزایای آنداینگ تیتانیوم

در آندایزینگ تیتانیوم ، لایه تیتانیوم اکسیدی ایجاد شده رنج وسیعی از رنگ ها را نشان می دهد. این مزیت سبب شده فلز تیتانیوم در جواهر سازی و کاربردهای تزئینی به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرد. از مزایای دیگر آندایزینگ تیتانیوم می توان به قابلیت تمیز کاری در تجهیزات و دستگاه های پزشکی اشاره کرد. زیرا آندایزینگ تیتانیوم ، این امکان را برای تجهیزات پزشکی فراهم می کند که بدون تغییر در خواص مکانیکی، قطعات را برای کاربردهای بیومکانیکی مناسب سازد. همچنین آندایزینگ تیتانیوم مقاومت خستگی قطعات را افزایش می دهد. از دیگر مزایای آندایزینگ تیتانیوم می توان به تولید فیلم های اکسید تیتانیوم متخلخل از طریق شکست دی الکتریکی و قابلیت تغییر ساختار و ترکیب شیمیایی فیلم اکسیدی اشاره کرد.

کاربرد آندایزینگ تیتانیوم

آندایزینگ تیتانیوم در صنایع مختلفی مثل هواپیماها، موشک ها، ماشین های نساجی ، وسایل شیمیایی ، جراحی و ایمپلنت ارتوپدی کاربرد دارد. در واقع آندایزینگ تیتانیوم ، رنگ آمیزی بدون تغییر خواص مکانیکی را ارائه می دهد. بهبود مقاومت در برابر خوردگی و ایجاد خواص نوری پایدار آندایزینگ تیتانیوم سبب شده در کاربرد های فضایی مورد استفاده قرار بگیرد. لذا امروزه شرکت های هوا و فضا از فرآیند های آندایزینگ برای محافظت از فلزات در برابر اثرات پیری و سایش استفاده می کنند. همچنین مقاومت به خوردگی عالی این فلز برای فرآوری های شیمیایی و غذایی و محیط های دریایی مطلوب است.

آندایزینگ تیتانیوم در دندان پزشکی

در صنعت تجهیزات پزشکی نیز به طور گسترده ای از فرآیند آندایزینگ تیتانیوم استفاده می شود، زیرا قطعات تیتانیومی آندایز شده غیر سمی هستند و برای کاربرد های زیست پزشکی مانند ایمپلنت ارتوپدی مناسب هستند. این ماده به دلیل پایداری مکانیکی بالا و ویژگی های نوری به عنوان یک فوتوکالیست خوب برای تصفیه هوا و آب مورد استفاده قرار می گیرد.