Nitrură de titan

Nitrura de titan , TiN, este un compus binar între titan și azot . Este un material ceramic extrem de dur, folosit adesea pentru acoperirea aliajelor de titan, a oțelului , a carburilor și a componentelor din aluminiu pentru a îmbunătăți proprietățile suprafeței obiectului.

Aplicat într-un strat subțire, TiN este utilizat pentru întărirea și protejarea suprafețelor de tăiere și alunecare, în scopuri decorative, și ca finisaj de suprafață netoxic în implanturile medicale.

Caracteristici

De obicei, nitrura de titan are o stoichiometrie apropiată de 1: 1 și o structură cristalină asemănătoare NaCl . Cu toate acestea, compușii TiN _x cu x între 0,6 și 1,2 sunt cunoscuți și stabili termodinamic. ^[2] TiN se oxidează în aer la 600 ° C.

Acoperirile TiN au o culoare similară cu cea a aurului . În funcție de substrat și de finisajul suprafeței, TiN are un coeficient de frecare între 0,4 și 0,6 față de sine (fără lubrifianți). Duritatea acoperirilor TiN este dificil de măsurat, deoarece acoperirile sunt foarte dure și atunci când sunt foarte subțiri, testul de duritate ajunge să pătrundă în substrat. Duritatea TiN este estimată la ~ 85 pe scara Rockwell C (~ 2500 pe scara Vickers sau 24,5 G Pa ). Pentru valori atât de mari, scala Rockwell este considerată aproximativă. ^[3] Au fost dezvoltate tehnici speciale pentru a măsura duritatea TiN. ^[4]

Utilizări

Burghiu acoperit cu TiN

Acoperirile TiN se aplică foarte frecvent pe unelte precum burghie și freze pentru a îmbunătăți claritatea și rezistența la coroziune.

Datorită culorii sale aurii metalice, acoperirile din TiN sunt utilizate în scopuri decorative în bijuteriile de îmbrăcăminte și finisajele auto. TiN este, de asemenea, utilizat ca strat de finisare exterior la articole placate cu nichel sau cromate , cum ar fi robinete de uz casnic sau feronerie pentru uși. TiN nu este toxic și a fost utilizat în instrumente medicale, cum ar fi lame de bisturiu și ferăstraie ortopedice, unde claritatea și durabilitatea sunt importante. ^[5] Alte utilizări ale TiN se referă la implantologie sau aplicații în domeniul aerospațial și militar.

Acoperirile TiN au fost utilizate în implanturile protetice , în special în protezele de șold. Aceste acoperiri sunt aplicate fie prin creștere reactivă (de exemplu, prin recoacerea piesei de titan într-o atmosferă de azot), fie prin depunere fizică de vapori , cu o grosime de aproximativ 3 micrometri . Acoperirile mai groase sunt mai puțin rezistente la utilizare, deoarece tind să se desprindă.

Acoperirile TiN sunt utilizate, de asemenea, în furcile pentru biciclete și motociclete pentru a proteja suprafețele glisante, precum și în modelele de arbori auto .

O utilizare mai puțin vizibilă a filmelor subțiri TiN este în industria semiconductoarelor . În circuitele integrate care utilizează cupru pentru conexiunile interne, aceste filme sunt utilizate ca o barieră pentru separarea dispozitivului de siliciu și a conductoarelor metalice interne. Filmul previne difuzia metalului în siliciu, dar are o conductivitate suficientă (30-70 μ Ω · cm ) pentru a permite un bun contact electric. În acest context, TiN este clasificat ca un metal barieră , deși este evident un material ceramic din punct de vedere al comportamentului chimic sau mecanic.

de fabricație

Cele mai comune metode de preparare a filmelor subțiri TiN sunt depunerea fizică a vaporilor (PVD) și depunerea chimică a vaporilor (CVD). În ambele metode, titanul pur este sublimat sub vid la temperatură ridicată și apoi reacționează cu azot. Tehnica PVD este preferabilă pentru piesele din oțel, deoarece temperatura de depunere este sub temperatura de austenizare a oțelului. Acoperirile TiN cu tehnica PVD sunt de asemenea utilizate pentru diverse materiale cu puncte de topire relativ ridicate, cum ar fi oțelul inoxidabil, titanul și aliajele sale. ^[6]

Materialele ceramice pot fi fabricate cu metoda de sinterizare , compactând pulberile metalice de titan în forma dorită, sub presiune și apoi arzându-le într-o atmosferă de azot. Căldura dezvoltată de reacția chimică dintre metal și gaz este suficientă pentru a sinteriza produsul nitrură formând un obiect solid și dur.

Compuși analogi

Un cuțit acoperit cu nitroxid de titan.

Există mulți compuși analogi TiN importanți din punct de vedere comercial, dezvoltați în ultimul deceniu, cum ar fi carbonitrura de titan (TiCN), azotura de titan aluminiu (TiAlN) și nitroxidul de titan (TiNO), care poate fi utilizat singur sau în straturi alternate cu TiN. Aceste acoperiri au proprietăți similare sau superioare cu TiN în ceea ce privește duritatea și rezistența la coroziune și prezintă culori variind de la gri deschis la negru sau o culoare albastru-violet irizat în funcție de metoda de aplicare specifică. Aceste acoperiri devin frecvente în diferite obiecte, în special cuțite și pistoale , atât din motive decorative, cât și funcționale. ^[7]

Notă

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe azotură de titan

linkuri externe

• ( EN ) Nitrid de titan , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei