ما هو التيتانيوم الأسود؟ صور الفولاذ المقاوم للصدأ التيتانيوم الأسود

التيتانيوم الأسود عبارة عن صبغة مركبة غير عضوية ذات درجة سواد عالية وثبات فيزيائي وكيميائي جيد. يتم الحصول عليه عادةً عن طريق تقليل ثاني أكسيد التيتانيوم وله بنية مسحوق مختلطة من بلورة كلوريد الصوديوم المكعبة وبلورة رباعي الزوايا من الروتيل. يتمتع التيتانيوم الأسود بمقاومة عالية للحرارة، ومقاومة للأحماض والقلويات، وقوة إخفاء عالية وتشتت جيد، وهو مادة صديقة للبيئة وغير سامة.

I. التيتانيوم الأسود ليس من سبائك التيتانيوم
التيتانيوم الأسود هو مادة من الفولاذ المقاوم للصدأ. إنها تستخدم عملية معالجة سطحية خاصة مثل الطلاء الكهربائي أو الطلاء المائي لجعل سطح الفولاذ المقاوم للصدأ يبدو باللون الأسود. لا تعمل طريقة المعالجة هذه على تعزيز التأثير الزخرفي للفولاذ المقاوم للصدأ فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين مقاومته للتآكل ومقاومة التآكل ومقاومة الأشعة فوق البنفسجية.

 

تشتمل مادة لوحة الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوعة من التيتانيوم الأسود عادةً على أنواع مختلفة من الفولاذ المقاوم للصدأ مثل 201، 304، 316، وما إلى ذلك، بسماكة تتراوح من 0.28 مم إلى 5 مم. من حيث الخصائص الفيزيائية، تبلغ كثافة الفولاذ المقاوم للصدأ من التيتانيوم الأسود حوالي 7.92 جم / سم مكعب، ومعامل المرونة 200 جيجا باسكال، وقوة الشد 520 ميجا باسكال، والاستطالة 40٪، والصلابة 207HBW. ومن حيث التركيب الكيميائي فهو يحتوي على نسبة معينة من العناصر مثل الكربون والسيليكون والمنجنيز والفوسفور والكبريت والكروم والنيكل والموليبدينوم.

 

تشمل أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ من التيتانيوم الأسود التيتانيوم الأسود المصقول، والتيتانيوم الأسود المصقول ومرآة التيتانيوم السوداء، وما إلى ذلك. وقد تستخدم هذه الأنواع عمليات معالجة سطحية مختلفة أثناء المعالجة، مثل تلميع المرآة أو السفع الرملي المصقول أو النقش. من بينها، يتم تصنيع لوحة الفولاذ المقاوم للصدأ مرآة التيتانيوم السوداء عن طريق الطحن والتلميع على لوحة الفولاذ المقاوم للصدأ العادية، ومن ثم طلاء التيتانيوم لتشكيل طبقة تيتانيوم سوداء مقاومة للتآكل على سطحها.

 

تشتمل عملية إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ من التيتانيوم الأسود بشكل أساسي على الطلاء الكهربائي والطلاء المائي. لون الطلاء الكهربائي رمادي، بينما لون الطلاء المائي أسود نسبيًا. إذا تم استخدام لوحة الفولاذ المقاوم للصدأ 304 أو 316 لطلاء الماء بالتيتانيوم الأسود، فيمكن تعديل اللون إلى الأسود أو الأزرق وفقًا لمتطلبات العملاء. إن عملية المعالجة للوحة الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوعة من التيتانيوم الأسود بسيطة نسبيًا، واللون مستقر، ونادرًا ما تكون هناك مشاكل خطيرة في اختلاف اللون. لها خصائص زخرفية قوية. باعتباره لونًا متعدد الاستخدامات، يمكن تطبيق اللون الأسود على مجموعة متنوعة من المشاهد لإنشاء تأثير زخرفي راقي وجو.

 

ثانيا. هل يوجد تيتانيوم اسود؟
1. أكسيد التيتانيوم
يعتبر Titanium Subxide مادة فعالة للغاية، ذات لون أسود نقي وغير عضوي للطاقة الجديدة، ولونه أسود.

أما من حيث التركيب الكيميائي فهو بين ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) والتيتانيوم المعدني. وله أشكال متنوعة، بما في ذلك الأشكال المتعددة البلورات والبلورية، وأكثرها شيوعًا الأناتاز والروتيل. هيكل تحت أكسيد التيتانيوم من نوع Anatase هو نظام رباعي الزوايا، وهيكل تحت أكسيد التيتانيوم من نوع الروتيل هو نظام سداسي.

 

يعد أكسيد التيتانيوم مادة صديقة للبيئة وغير سامة وتلبي معايير السلامة الغذائية ولا تسبب ضررًا للجلد، مما يلبي احتياجات التنمية لاقتصاد منخفض الكربون. يتمتع أكسيد التيتانيوم بموصلية كهربائية جيدة، خاصة مرحلة Ti4O7، التي تصل موصليتها البلورية المفردة إلى 1500S/cm³. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع أكسيد التيتانيوم أيضًا بثبات حراري عالي وتشتت جيد، ويمكن تشتيته بالتساوي في الماء والراتنج.

 

الخصائص السوداء لأكسيد التيتانيوم تجعله يستخدم على نطاق واسع في المحفزات الضوئية ومواد أقطاب البطارية ومواد المصفوفة السوداء LED وغيرها من المجالات. نظرًا لخصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة، يمكن استخدام ثاني أكسيد التيتانيوم ككاثود ليحل محل الجرافيت في مجال البطارية لتقليل توهين السعة الناتج عن دورة الشحن والتفريغ. وفي الوقت نفسه، فإنه يُظهر أيضًا أداءً جيدًا في الصناعة الكيميائية والمعادن الكهربائية والطلاء الكهربائي وصناعة حماية البيئة ومعالجة المياه.

1>خصائص ثاني أكسيد التيتانيوم
① الخصائص الفيزيائية: يتمتع بموصلية كهربائية جيدة في درجة حرارة الغرفة، خاصة Ti4O7، الذي تبلغ موصليته البلورية الفردية 1500Scm-1. تبلغ كثافة الحجم 3.15 جم/سم³―3.18 جم/سم³.
② الخواص الكيميائية: يتميز بثبات كيميائي عالي ومقاومة للتآكل. في درجة 50 وتركيز 42% من H2SO4، يبلغ معدل التآكل الثابت 0.019 جم/م²/يوم فقط. لديها خصائص كهروكيميائية جيدة. في درجة حرارة الغرفة، يتم التحكم في تيار العمل عند 5-20 مللي أمبير/سم². يمكن استخدام المادة كأقطاب كهربائية إيجابية وسلبية لتفاعلات تطور الهيدروجين والأكسجين، وتكون القدرة الزائدة لتطور الهيدروجين والأكسجين عالية جدًا.
③ الاستقرار الحراري: مقاومة درجة الحرارة لأكسيد التيتانيوم في الجو المؤكسد أقل من 600 درجة، وحجم جسيمات المسحوق أقل من أو يساوي 1.0μm.
④ حماية البيئة وغير سامة: تلبي معايير السلامة الغذائية، ولن تسبب ضررًا للجلد، وتلبي احتياجات التنمية لاقتصاد منخفض الكربون.

 

2>مجالات تطبيق أكسيد التيتانيوم
① مجال البطارية: كبديل للكاثود للجرافيت، يمكنه تقليل اضمحلال السعة الناتج عن دورة الشحن والتفريغ؛ يتم استخدامه كأقطاب كهربائية ومواد ثنائية القطب لخلايا الوقود وبطاريات الزنك والهواء وبطاريات التدفق.
② الصناعة الكيميائية: نظرًا لاستقراره الكيميائي وموصليته الممتازة، يمكن استخدامه في صناعة الكلور والقلويات، وتصنيع الكلورات، وإعداد حمض ثنائي الكروميك، والتخليق الكهربائي العضوي.
③ مجال علم المعادن الكهربائي: كقطب كهربائي لترسيب الزنك كهربائيا، واستعادة المعادن، وأكسيد المنغنيز كهربائيا، وإنتاج رقائق معدنية وإعادة تدوير محلول الحفر على لوحات الدوائر المطبوعة.
④ مجال الطلاء الكهربائي: نظرًا لأن المنحل بالكهرباء يحتوي على مواد شديدة التآكل مثل أيونات الفلورايد، فإن قطب أكسيد التيتانيوم لديه قدرة عالية على تطور الأكسجين، ومقاومة قوية للتآكل، ومقاومة التآكل، وحجم القطب المستقر.
⑤ صناعة حماية البيئة ومجال معالجة المياه: يستخدم على نطاق واسع في التحلل الكهربي للملوثات العضوية وعصارة مدافن النفايات، والمعالجة التحفيزية الكهربائية لمياه الصرف الصحي بالفينول، والطباعة والصباغة معالجة مياه الصرف الصحي، ومعالجة مياه الصرف الصحي في حقول النفط، ومعالجة مياه الصرف الصحي في المستشفيات، والتحليل الكهربائي لمياه البحر لإنتاج الهيدروجين، وتحلية مياه البحر والتحليل الكهربائي لتطهير المياه وإنتاج الأوزون.
⑥ مجال الحماية الكاثودية: يستخدم للحماية من التآكل لصهاريج تخزين النفط والسفن والأرصفة والجسور والخرسانة المسلحة، والحماية الكاثودية للتربة.
هناك طرق مختلفة لتحضير ثاني أكسيد التيتانيوم، بما في ذلك طريقة سول-جل، والطريقة الحرارية المائية، وطريقة الأكسدة ذات درجة الحرارة العالية، وما إلى ذلك.

 

2. ثاني أكسيد التيتانيوم الأسود
ثاني أكسيد التيتانيوم التقليدي هو صبغة بيضاء تستخدم على نطاق واسع في الطلاء والبلاستيك وصناعة الورق وغيرها من الصناعات. ومع ذلك، يمكن تحويل ثاني أكسيد التيتانيوم إلى اللون الأسود من خلال معالجات كيميائية خاصة مثل الهدرجة، والاختزال الكيميائي، والتليين بأكسيد التيتانيوم وطرق أخرى.

بالمقارنة مع ثاني أكسيد التيتانيوم الأبيض التقليدي، يُظهر ثاني أكسيد التيتانيوم الأسود هذا قدرات معززة بشكل كبير على امتصاص الضوء ونقل الإلكترون، وقد حسن خصائص الامتصاص البصري، ويمكنه امتصاص الضوء من مناطق الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء من الطيف الشمسي. ويرجع ذلك أساسًا إلى هيكل القشرة الأساسية الخاص بها، حيث تكون القشرة الخارجية عبارة عن طبقة غير متبلورة تعاني من نقص الأكسجين ويكون اللب الداخلي هو الطور البلوري الأصلي.

يُظهر ثاني أكسيد التيتانيوم بهذا الهيكل نشاطًا أعلى في أداء التحفيز الضوئي، خاصة في قدرة امتصاص الضوء المرئي ومناطق الضوء القريبة من الأشعة تحت الحمراء، وهو أمر له أهمية كبيرة لتحسين كفاءة استخدام الطاقة الشمسية. وهذا يجعلها ذات قيمة تطبيقية محتملة في مجالات التحفيز الضوئي، والخلايا الشمسية، والتجميع الحراري الشمسي، وما إلى ذلك، وتوفر اتجاهًا بحثيًا جديدًا لإمكانات تطبيق ثاني أكسيد التيتانيوم في مجال الطاقة.
① إنتاج الهيدروجين الضوئي: تمت دراسة Black TiO2 على نطاق واسع لتحلل الماء بالتحفيز الضوئي لإنتاج الهيدروجين بسبب قدرته على امتصاص الضوء المرئي وحتى الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال، يمكن لأيونات Ti3+ وشواغر الأكسجين الناتجة عن الهدرجة أن تعزز بشكل كبير امتصاص الضوء المرئي، وقدرة حامل الشحنة على التقاطها، وقدرة فصل الشحنة، وبالتالي تحسين كفاءة إنتاج الهيدروجين المحفز ضوئيًا.
② إنتاج الهيدروجين الكهروضوئي الكيميائي: تُظهر مجموعة الأنابيب النانوية TiO2 السوداء المحضرة بطريقة الاختزال الكهروكيميائي الكيميائي أداءً محسنًا لتقسيم الماء الكهروضوئي الكيميائي، والذي يمكن أن يحسن بشكل فعال كفاءة إنتاج الهيدروجين الكهروضوئي الكيميائي.
③ التحلل الضوئي للمواد العضوية: يتمتع Black TiO2 بكفاءة تحلل ضوئي عالية للغاية لمجموعة متنوعة من الملوثات العضوية مثل الفينول، والأسود النشط 5، والرودامين ب، والميثيلين الأزرق، وما إلى ذلك، ويستخدم لإزالة الملوثات البيئية.
④ أجهزة الاستشعار الكيميائية الضوئية: يستخدم Black TiO2 أيضًا في تطوير أجهزة الاستشعار الكيميائية الضوئية نظرًا لأدائها الممتاز في امتصاص الضوء، والذي يستخدم للكشف عن الملوثات العضوية في البيئة.
⑤ العلاج الحراري الضوئي للسرطان: تمت دراسة TiO2 الأسود المهدرج المطلي بجلايكول البولي إيثيلين لتشخيص السرطان وعلاجه، مما أظهر تأثيرات جيدة للعلاج الحراري الضوئي.
⑥ تطبيقات الطاقة والبيئة الأخرى: تمت دراسة Black TiO2 أيضًا في مجالات أخرى لتحويل الطاقة والمعالجة البيئية، مثل تقليل ثاني أكسيد الكربون بالتحفيز الضوئي، والتطهير المضاد للبكتيريا، وما إلى ذلك.

 

يُظهر التقدم البحثي بشأن ثاني أكسيد التيتانيوم الأسود أنه يمكن تنظيم أداء امتصاص الضوء ونشاط التحفيز الضوئي من خلال طرق تركيب مختلفة وهندسة العيوب، وبالتالي تحقيق نطاق أوسع من التطبيقات في مجال التحفيز الضوئي. على الرغم من إحراز بعض التقدم البحثي، إلا أن أداء TiO2 الأسود لا يزال بعيدًا عن متطلبات الإنتاج الفعلية، ولا تزال بعض آليات التحفيز الضوئي الرئيسية غير واضحة. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحسين كفاءة التحفيز الضوئي وكفاءة الكم الضوئي.