Das Anodisieren von Titan als Technologie mit einzigartigen Eigenschaften und breitem Anwendungsspektrum in der Oberflächenbehandlung von Materialien hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Titan und Titanlegierungen finden aufgrund ihrer hervorragenden spezifischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität und weiterer Eigenschaften breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, der Biomedizin, dem Automobilbau, der Elektronik und vielen weiteren Bereichen. Anodisieren ist ein wichtiges Mittel zur weiteren Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Titanwerkstoffen. Durch die Bildung einer kontrollierbaren Oxidschicht auf der Titanoberfläche können nicht nur dessen physikalische Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Härte deutlich verbessert, sondern dem Material auch besondere Funktionen wie biologische Aktivität und photokatalytische Eigenschaften verliehen werden.
Prinzip der anodischen Oxidation
Die anodische Oxidation ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem ein Metall oder eine Legierung in einen Elektrolyten gegeben und ein externes Gleichstromfeld angelegt wird. Dadurch wird das Metall als Anode oxidiert, wodurch sich auf seiner Oberfläche ein Oxidfilm bildet. Bei der anodischen Oxidation verlieren Titanatome unter Einwirkung des elektrischen Felds Elektronen, werden zu Titanionen (Tiⁿ⁺) oxidiert und gelangen in den Elektrolyten. Anschließend verbinden sich die Titanionen mit Anionen (wie OH⁻ usw.) im Elektrolyten und bilden allmählich einen Titanoxidfilm (TiO₂) auf der Titanoberfläche.
Anodische Reaktion: Ti – ne⁻→Tiⁿ⁺. Im weiteren Verlauf der Reaktion diffundieren die erzeugten Titanionen (Tiⁿ⁺) weiter in den Elektrolyten, während Anionen (wie OH⁻) im Elektrolyten zur Anodenoberfläche wandern.
Kathodenreaktion: 2H⁺ + 2e⁻→H₂↑. An der Kathode wird kontinuierlich Wasserstoff erzeugt, während Kationen (wie Metallionen usw.) in der Lösung zur Kathode wandern.
Die Titanionen (Tiⁿ⁺), die zur Anodenoberfläche wandern, verbinden sich mit Anionen (wie etwa OH⁻) im Elektrolyten, erzeugen Titanoxid (TiO₂) und bilden nach und nach einen Oxidfilm auf der Titanoberfläche.
Mit Schwefelsäure eloxiertes Titan
Die Verwendung von Schwefelsäure als Hauptelektrolyt ist das gängigste Anodisierungsverfahren. In einer Schwefelsäurelösung mit einer Konzentration von 15 % bis 30 % bildet sich durch Steuerung von Parametern wie Spannung, Temperatur und Zeit ein Oxidfilm auf der Titanoberfläche. Das Verfahren ist kostengünstig, erzeugt einen gleichmäßigen und dichten Oxidfilm mit moderater Filmdicke und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik usw. eingesetzt.
Oxalsäure-Anodisierung von Titan
Durch die Verwendung von Oxalsäureelektrolyt kann auf der Titanoberfläche ein dickerer und härterer Oxidfilm gebildet werden. Der Oxidfilm weist eine besondere Struktur sowie eine gute Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit auf. Er wird häufig in mechanischen Teilen mit hohen Anforderungen an Härte und Verschleißfestigkeit eingesetzt, beispielsweise in Titanteilen in Automotoren. Nach der Anodisierung mit Oxalsäure hält er auch härteren Arbeitsbedingungen stand.
Phosphorsäure-Anodisierung von Titan
Durch die Verwendung eines Phosphorsäureelektrolyten weist der erzeugte Oxidfilm eine gute Adsorptionsleistung auf, die sich für das anschließende Färben, Lackieren usw. eignet. Er wird häufig bei Titanprodukten verwendet, die eine Oberflächendekoration oder weitere Beschichtung erfordern, wie beispielsweise Titanmaterialien für die architektonische Dekoration, die nach der Anodisierung mit Phosphorsäure gefärbt werden können, um satte Farben zu erhalten.
Chromsäure-eloxiertes Titan
Verwendung von Chromsäure als Elektrolyt. Sie wird häufig in Luft- und Raumfahrtteilen mit hohen Anforderungen an die Dauerfestigkeit eingesetzt, beispielsweise in Strukturteilen aus Titanlegierungen von Flugzeugflügeln, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und gleichzeitig die Lebensdauer zu gewährleisten. Chromsäure ist jedoch giftig, und bei ihrer Verwendung muss das Abwasser streng behandelt werden.
