Blog Ko Buijs - Is titaan een edel of een onedel metaal?
Titaan staat bekend als een metaal dat bijzonder corrosiebestendig is en dat doet het vermoeden ontstaan dat we hier te maken hebben met een edel metaal. Dat vermoeden wordt verder versterkt door het feit dat titaan ook zijn weg heeft gevonden naar de edelsmid die hiervan sieraden maakt en doordat medici titaan gebruiken als implantatiemateriaal. Dat heeft er zelfs toe geleid dat er vaak wordt aangenomen dat titaan net zo edel is als goud en platina. Maar dat berust op een groot misverstand, want titaan behoort tot de reactieve metalen die op zich zeer onedel zijn.
Door: Ko Buijs - Innomet Consultancy BV
Reactief betekent dat titaan al een titaanoxidelaagje vormt aan het oppervlak, zonder dat er vocht aanwezig is. Als vergelijk nemen we het element ijzer dat in de edelheidsreeks een normaalpotentiaal heeft van -0,44 Volt, wat op zich ook al behoorlijk onedel is. Maar als ijzer gaat oxideren, heeft het ook een elektrolyt of waterzijn om nodig. Daarom wordt ijzer een actief metaal genoemd in tegenstelling tot een reactief metaal. Titaan heeft een normaalpotentiaal van maar liefst -1,63 Volt en dat is feitelijk haast vier keer zo onedel als ijzer. Maar als ijzer gaat corroderen, ontstaat er een poreus ijzeroxide laag, die water doorlaat zodat een nieuwe oxidelaag zich daaronder zal vormen. Dit wordt in de omgangstaal roesten of doorroesten genoemd. Dat is bij titaan niet het geval want de ontstane titaanoxidehuid past perfect op het onderliggende metaal, waardoor het metaal zichzelf hermetisch afsluit van zijn omgeving. Dus daarom kunnen reagentia en water niet bij het metaal zelf komen en blijft het in perfecte conditie. Met andere woorden, titaan pakt zich als het ware in dankzij zuurstof uit de lucht. Deze gevormde oxidelaag is zo sterk, taai en hard dat er nauwelijks chemische reagentia te bedenken zijn die deze laag kunnen aantasten. De normaalpotentiaal van titaanoxide is +0,5 Volt en dat betekent dat titaan, dankzij zijn dunne oxidehuid, zich kan nestelen tussen de edele metalen. Dit is alleen op grond van het feit dat de oxidehuid van titaan zo edel is.
Afbeelding 1: een hexagonale en kubisch ruimtelijk gecentreerd rooster.
Titaan is verkrijgbaar in verschillende kristalstructuren. De meest voorkomende kristalstructuur is de alfakwaliteit, die in het geval van zuiver titaan bij 880 graden Celsius omslaat in een bètastructuur. De verschillende typen titaan kunnen onderverdeeld worden in commercieel zuivere kwaliteiten die een alfastructuur bezitten en gelegeerde typen die veelal over een alfa + bèta kristalstructuur beschikken. Ook zijn er titaanlegeringen die uitsluitend uit een bèta kristalstructuur zijn opgebouwd. Een alfastructuur heeft een zogenaamd hexagonaal kristalrooster. Dat kan voorgesteld worden als een ruimtelijke honingraatvorm waar atomen op de hoeken zitten van deze zeskantige vorm alsmede middenin de horizontale vlakken. Een bètastructuur daarentegen heeft een kubisch ruimtelijk gecentreerd kristalrooster, waar de atomen op de hoeken van de kubus gepositioneerd zijn en een atoom in het midden hiervan. Op afbeelding 1 is dat schematisch weergegeven. De palladium gelegeerde kwaliteiten zijn in principe altijd alfalegeringen terwijl typen met hoge sterktes meestal altijd kwaliteiten zijn, die over een alfa + bètastructuur beschikken. Ook bestaan er titaan typen die geschikt zijn voor smeden en gieten. De medische sector gebruikt bij voorkeur een type met hoge sterkte die voldoet aan de uitdrukking ELI. ELI staat voor ‘Extra Low Interstitials’ en dat houdt een kwaliteit in met zeer lage verontreinigingen. Op afbeelding 2 zijn metallografische opnamen weergegeven van de hierboven genoemde kristalconfiguraties.
Afbeelding 2: microscopische opnamen van verschillende titaanstructuren.
Er is nog meer te vertellen over dit unieke metaal en daarom komt de uitgever met een uitgebreide onlinetraining over titaan. Deze vernieuwde uitgebreide training is binnenkort is te volgen via www.leama.nl
