¿Cuáles son los distintos colores del titanio?

“La coloración del titanio resulta de la interferencia de la luz reflejada a través de la capa de óxido que se forma sobre él”.

El titanio es el metal más amado del mundo, después del oro. Encuentra uso en una plétora de aplicaciones que van desde algo tan crítico como cirugía y naves espaciales, hasta algo tan estético como joyas y llaveros.

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El titanio encuentra uso en una gran cantidad de aplicaciones (Crédito de la foto: Sergey Ryzhov/Shutterstock)

Este metal versátil, pero esotérico, es también uno de los metales oxidantes más hermosos, lo que da como resultado colores cautivadores y acabados insuperables. ¿Qué le da a este metal gris y sin pretensiones su gran apariencia?

El titanio es conocido por sus propiedades mecánicas superiores que incluyen alta resistencia a pesar de la baja densidad y alta resistencia a la corrosión. A pesar de no ser un metal precioso o de tierras raras, es bastante caro. Esto se debe a que el proceso de extracción de titanio de su mineral requiere muchos recursos.

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De lo contrario, un metal gris opaco, el titanio se oxida brillantemente (Crédito de la foto: Usacheva Ekaterina/Shutterstock)

Sus propiedades mecánicas hacen que sea muy difícil trabajar con él en términos de procesos como la fabricación y el mecanizado, lo que aumenta los costos del producto terminado. El proceso de extracción de titanio no ha cambiado mucho a lo largo de los años, manteniendo la barrera de entrada al uso de este abundante metal todavía muy alta.

Óxido de titanio: la causa del color

Si nos guiamos por el precedente del hierro, los metales no son exactamente buenos amigos del oxígeno. Sin embargo, esto no es cierto para el titanio. El titanio se oxida tanto por calor como por corriente eléctrica, para formar una barrera prácticamente impenetrable. Esta barrera presenta muchas propiedades destacadas, como la rigidez mecánica y el engaño visual.

Con el aumento de la temperatura o el voltaje, aumenta el espesor de la capa de óxido. A diferencia del óxido, el óxido de titanio puede ser obstinado y requiere medios mecánicos para eliminarlo, para exponer la capa fresca de titanio debajo.

Percepción del color: interferencia de película delgada

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El grosor de la capa de oxidación transparente afecta la percepción del color (Crédito de la foto: Varvara Nekrasova/Shutterstock)

Ninguna de las coloraciones observadas en el titanio debido a la oxidación puede atribuirse a un cambio en la composición química oa la adición de pigmento. De hecho, es un truco jugado por la capa de óxido en los ojos humanos.

La capa de óxido es delgada y transparente, lo que hace que la luz se refleje tanto por encima como por debajo. Los rayos de luz reflejados interfieren, lo que da como resultado que se eliminen ciertas longitudes de onda de luz, mientras que otras se acentúan para producir los colores brillantes. Este fenómeno también se conoce como interferencia de película delgada.

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La interferencia de la película delgada también es la razón por la que vemos el efecto del arco iris en las burbujas y las manchas de petróleo (Crédito de la foto: AjayTvm/Shutterstock)

Con el aumento de calor o voltaje, la capa de oxidación se vuelve más espesa y estable. Esto provoca un cambio en el índice de refracción y da como resultado tonos discretos y continuos. A menos que se elimine mecánicamente, la coloración del titanio es permanente; incluso después de eliminar el calor o el voltaje.

Titanio oxidado – Calor

Tradicionalmente, el titanio ha sido oxidado por calor. Dado que el flujo de calor dentro del metal no se puede controlar físicamente, la oxidación por calor puede ser un proceso bastante desafiante para lograr el acabado definitivo deseado. Además de equipos especializados para un calentamiento uniforme, se requiere un procesamiento posterior para eliminar las capas de óxido de las áreas no deseadas.

Para dicho procesamiento se utilizan procesos como el chorreado de arena selectivo y la abrasión mecánica, como el lijado. El espesor de la capa de óxido aumenta con el aumento de la temperatura. Debido a esto, varios colores de óxidos de titanio están asociados con diferentes rangos de temperatura.

Temperatura (°C) Color de la capa de óxido 385 Oro pálido pajizo 412 Púrpura 440 Azul profundo 565 Rojo púrpura 648 Marrón gris 925 Azul verdoso

El tratamiento térmico de las piezas de trabajo de titanio da como resultado acabados brillantes.

Titanio oxidante – Voltaje

La capa de óxido sobre el titanio también se puede lograr sometiéndolo a corriente eléctrica cuando se sumerge en un medio conductor (electrolito). Esto también se conoce como anodizado. La pieza de trabajo de titanio se engancha al terminal positivo de la batería, mientras que el terminal negativo se puede conectar a cualquier otro metal como aluminio, cobre o acero inoxidable.

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El titanio anodizado proporciona un mayor control y, por lo tanto, un mejor margen para la personalización (Crédito de la foto: Evannovostro/Shutterstock)

El espesor de la película de óxido permanece constante para un voltaje dado. Así, varios voltajes corresponderán a diferentes colores. Sin embargo, el grosor puede manipularse cambiando la naturaleza del electrolito.

Se sabe que los electrolitos ácidos y neutros producen capas de óxido más delgadas que generalmente varían en unos pocos nanómetros. Sin embargo, se sabe que los medios alcalinos fuertes producen recubrimientos que pueden tener varios micrones de espesor.

Tensión aplicada (V) Color de la capa de óxido 6 Marrón claro 10 Marrón dorado 20 Azul oscuro 30 Azul pálido 40 Verde oliva 70 Púrpura claro 100 Verde opaco

El uso de electricidad como medio para preparar óxidos de titanio coloreados presenta algunas ventajas sobre el uso de calor. El flujo de electricidad se puede controlar, y la inmersión y el enmascaramiento selectivos permiten que solo se coloreen las áreas deseadas de la pieza de trabajo.

Anodizar titanio es una solución más factible que oxidarlo con calor. Esto se debe a que el voltaje requerido para producir un determinado color es más fácil de producir que suministrar una cantidad equivalente de calor.

Aplicaciones

El “titanio coloreado” encuentra diversos usos estéticos, médicos, industriales y automotrices. Se utiliza en joyería, herramientas e implantes médicos, tubos de escape de autos deportivos y módulos de disipación de calor.

El titanio no es el único metal que exhibe coloración. El niobio, el tantalio y varias aleaciones de acero, como el acero al carbono y el acero inoxidable, también exhiben coloración en condiciones de deterioro. Sin embargo, el titanio tiene ventajas únicas que hacen que valga la pena oxidarlo. Algunos de ellos incluyen biocompatibilidad, alta resistencia a la corrosión y estabilidad a largo plazo de la capa de óxido.

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El titanio agota el color maravillosamente debido a los ciclos de calor repetitivos. También son mucho más livianos que los escapes regulares (Crédito de la foto: Fed Photography/Shutterstock)

El titanio y sus óxidos también son livianos, lo que les brinda una ventaja de rendimiento significativa sobre las aleaciones de la competencia, como el acero inoxidable. El único inconveniente de usar titanio y sus óxidos es que son extremadamente caros de conseguir.

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