إن الاستعمال الأكثر انتشارا لطلاء نيتريد التيتانيوم (TiN) هو احتفاظ الحواف ومقاومة التآكل في أدوات الماكينة، مثل لقم الثقب وقواطع الطحن، وفي الغالب فإنه يحسن عمر الماكينة بنسبة ثلاثة أضعاف أو أكثر، وبسبب لون الذهب المعدني لنيتريد التيتانيوم فإنه يتم استعماله من أجل تغليف المجوهرات وحليات السيارات لأغراض الديكور.
استخدامات نيتريد التيتانيوم
- تم استخدامه مثل طلاءات نيتريد التيتانيوم في الأطراف الصناعية المزروعة (خاصة الغرسات البديلة لمفصل الورك)، عادة ما يتم تطبيق هذه الأغشية إما عن طريق النمو التفاعلي (على سبيل المثال، تلدين قطعة من التيتانيوم في النيتروجين) أو ترسيب البخار الفيزيائي (PVD)، بعمق حوالي 3 ميكرومتر، معامل يونغ المرتفع (600 جيجا باسكال) بالنسبة لسبائك التيتانيوم (100 جيجا باسكال) يعني أن الطلاءات السميكة تميل إلى التقشر، مما يجعلها أقل متانة بكثير من الطبقات الرقيقة.
- ويستعمل نيتريد التيتانيوم أيضًا على نطاق كبير على شكل طلاء للطبقة العليا عادةً مع ركائز مطلية إما بالنيكل أو الكروم، على تركيبات السباكة الاستهلاكية وأجهزة الباب، نيتريد التيتانيوم غير سام ويلبي إرشادات إدارة الغذاء والدواء الأمريكية وشهد استخدامه في الأجهزة الطبية والغرسات الحيوية، فضلاً عن التطبيقات الفضائية والعسكرية.
- كطلاء، يتم استخدامه أيضًا لحماية الأسطح المنزلقة لشوكات التعليق للدراجات والدراجات النارية وكذلك أعمدة الصدمات للسيارات التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو، على الرغم من أنها أقل وضوحًا، إلا أن الأغشية الرقيقة من نيتريد التيتانيوم تستخدم أيضًا في صناعة أشباه الموصلات.
في الرقائق ذات الأساس النحاسي، تجد هذه الأغشية استخدامها كحاجز موصل بين جهاز السيليكون والوصلات المعدنية المستخدمة لتشغيله، بينما يمنع الفيلم انتشار المعدن في السيليكون فإنه موصل بما يكفي (30-70 ميكرومتر سم) للسماح بتوصيل كهربائي جيد.
- في هذا السياق، يُصنف نيتريد التيتانيوم على أنه “معدن حاجز”، على الرغم من أنه من الواضح أنه خزفي من منظور الكيمياء أو السلوك الميكانيكي، وأن الطرق الأكثر شيوعًا لإنشاء غشاء رقيق من نيتريد التيتانيوم هي الترسيب الفيزيائي للبخار (PVD، عادةً ترسيب الرشاش، ترسيب القوس الكاثودي أو تسخين شعاع الإلكترون) وترسيب البخار الكيميائي (CVD)، في كلتا الطريقتين، يتم تسامي التيتانيوم النقي ويتفاعل مع النيتروجين في بيئة فراغ عالية الطاقة، يُفضل (PVD) للأجزاء الفولاذية لأن درجات حرارة الترسيب تتعدى درجة حرارة التسبُّب في الفولاذ.
- من الممكن أن يتم صنع الأغراض الخزفية السائبة من خلال تعبئة مسحوق التيتانيوم المعدني بالشكل المطلوب، ثم ضغطه حتى الوصول إلى الكثافة المناسبة، ثم إشعاله في جو من النيتروجين النقي، علما أن الحرارة المنبعثة من التفاعل الكيميائي بين المعدن والغاز كافية لتلبيد منتج تفاعل النيتريد في مادة صلبة منتهية.
وهناك العديد من المتغيرات المستخدمة تجاريًا من نيتريد التيتانيوم التي تم تطويرها في العقد الماضي، مثل نيتريد كربون التيتانيوم (TiCN) ونتريد ألومنيوم التيتانيوم (TiAlN)، والتي يمكن استخدامها بشكل فردي أو في طبقات متناوبة مع نيتريد التيتانيوم.
- توفر هذه الطلاءات تحسينات مماثلة أو متفوقة في مقاومة التآكل والصلابة، وألوان إضافية تتراوح من الرمادي الفاتح إلى الأسود تقريبًا، إلى اللون الأرجواني المزرق القزحي الغامق، وذلك اعتمادًا على عملية التطبيق الدقيقة، وقد أصبحت هذه الطلاءات شائعة في السلع الرياضية، وخاصة السكاكين والمسدسات، حيث يتم استخدامها لأسباب تجميلية ووظيفية.
تنوع استخدام نيتريد التيتانيوم
استخدامه كعنصر في صناعة الصلب
- إن نيتريد التيتانيوم هو أيضًا منتج مقصود في العديد من أنواع الفولاذ، وليس على أسطحها، إذ يتشكل نيتريد التيتانيوم في درجات حرارة عالية جدًا بسبب المحتوى الحراري المنخفض جدًا للتكوين، وحتى الأنوية مباشرة من الذوبان في صناعة الصلب الثانوية، وهو يشكل جزيئات مكعبة منفصلة بحجم ميكرومتر عند حدود الحبوب ونقاط ثلاثية.
- وبسبب انخفاض قابليته للذوبان في الأوستينيت، فإن المرحلة المكعبة المتمركزة على الوجه من الفولاذ والتي توجد غالبًا في درجات الحرارة العالية تتم عمليات التشكيل عندها مما يمنع نمو الحبوب النضج إلى درجات حرارة متماثلة عالية جدًا، ويحتوي نيتريد التيتانيوم على أقل منتج قابلية للذوبان من أي نيتريد معدني أو كربيد في الأوستينيت، ونتيجة لذلك غالبًا ما يتم إنتاجه عن قصد عن طريق إضافات حكيمة من التيتانيوم إلى السبيكة.
الاستخدامات الصناعية
- نيتريد التيتانيوم (TiN)، عبارة عن مسحوق بني فاتح بهيكل بلوري مكعب شبكي، القضبان الملبدة صلبة للغاية وهشة، مع صلابة أعلى من 9 موس ودرجة انصهار 2950 درجة مئوية، لا يهاجمه حمض النيتريك أو الكبريتيك أو الهيدروكلوريك، كما أنه مقاوم للأكسدة في درجات الحرارة المرتفعة، في السنوات الأخيرة، تم استخدام طلاء نيتريد التيتانيوم لإطالة عمر أدوات القطع وأدوات التشكيل الفولاذية بشكل ملحوظ.
- الطلاء ذهبي اللون، يتم ترسيبه بواسطة ترسيب بخار كيميائي أو فيزيائي، نيتريد الألمنيوم (AlN)، عندما يتم تشكيله داخل أشكال متكلسة، يشكل بنية كثيفة غير مسامية بصلابة (Mohs 6)، يقاوم عمل الحديد المصهور أو السيليكون حتى 1704 درجة مئوية، والألمنيوم المصهور إلى 1427 درجة مئوية، لكنه يتأثر بالأكسجين وثاني أكسيد الكربون عند 760 درجة مئوية، يتسبب ما لا يقل عن 1٪ من الأكسجين في تدهور خصائص نيتريد الألمنيوم بسرعة.
