by

Sifat dan Kegunaan dari Titanium Nitrida

Sifat dan Kegunaan dari Titanium Nitrida

Titanium nitrida termasuk dalam kelompok logam tahan api di mana unsur bukan logam (Nitrogen) membentuk senyawa dengan unsur logam transisi (Titanium). Senyawa metalik ini memiliki warna coklat dan tampak emas jika diaplikasikan sebagai pelapis.
Senyawa ini memiliki sifat fisik dan kimia yang unik. Misalnya, ia menunjukkan karakteristik yang unggul dibandingkan logam mulia, seperti stabilitas kimiawi tinggi, ketahanan korosi, kekerasan mekanis tinggi, dan ketahanan suhu tinggi.
Karena sifat-sifat unggul ini, titanium nitrida digunakan dalam berbagai aplikasi industri. Kualitas ketahanan ausnya yang luar biasa menjadikannya bahan pelapis berperforma tinggi yang sempurna.

Gambaran Umum dari Titanium Nitrida

Rumus kimia: TiN
Berat molekul: 61,87 g / mol
Titik lebur: 2947 ° C
Suhu operasi maks: 500 ° C
Ketebalan lapisan: 1-5 mikron
Ketahanan korosi: Ketahanan oksidasi hingga 400 ° C
Titanium nitrida banyak digunakan sebagai bahan pelapis. Lapisan tipis (biasanya kurang dari 5 mikron) diterapkan pada baja, karbida, bagian aluminium, dan paduan titanium untuk meningkatkan sifat permukaan substrat. Itu juga digunakan sebagai eksterior yang tidak berbahaya untuk implan medis.

Bagaimana Titanium Nitrida Diproduksi

Sejumlah kecil titanium nitrida terjadi dalam bentuk alami, yang telah ditemukan di meteorit yang disebut Osbornite. Kristal titanium nitrida alami adalah oktahedron kuning keemasan. Mereka rapuh dan tidak larut dalam asam. Ada lusinan teknik yang digunakan untuk mensintesis titanium nitrida. Yang paling populer di antaranya adalah:

1. Deposisi uap fisik

Reaksi kimia antara bubuk logam titanium dan gas nitrogen pada suhu tinggi menghasilkan bubuk titanium nitrida murni. Ada beberapa variasi dari reaksi ini, yang meliputi pengendapan uap fisik.
Dalam satu variasi, misalnya, senyawa titanium diuapkan dalam plasma nitrogen. Dalam variasi lain, logam titanium diuapkan baik dengan penguapan berkas elektron atau sputtering tekanan rendah di bawah nitrogen. Dalam semua kasus, lapisan tipis TiN disimpan pada substrat panas yang dipanaskan hingga 500 ° C.

2. Cara Plasma Non-Termal

Reaksi amonia (NH3) dan titanium tetraklorida (TiCl4) digunakan untuk mengendapkan lapisan tipis TiN melalui deposisi uap kimia pada substrat yang dipanaskan hingga 1000 ° C.
Sifat dan Kegunaan dari Titanium Nitrida
Teknik ini didasarkan pada proses plasma nonthermal aliran kontinu, yang mengarah pada pembentukan nanopartikel titanium nitrida berdiri bebas.

3. Menggunakan bubuk magnesium dan amonium klorida

Nanokristalin TiN juga dapat dibuat melalui cara yang mudah melalui reaksi daya magnesium logam dengan amonium klorida dan titanium dioksida dalam autoklaf pada 650 ° C. Reaksi ini menghasilkan titanium nitrida kubik dengan ukuran rata-rata diameter 30 nanometer. Ini memiliki stabilitas termal dan ketahanan oksidasi yang mengesankan di bawah 350 ° C di udara.

Sifat Fisik dan Kimia

Titanium nitride terlihat seperti emas gelap saat diaplikasikan sebagai pelapis. Pada suhu kamar, ia memiliki massa jenis 5,2 g / cm3, yang hampir dua kali lipat massa jenis kaca tetapi lebih rendah dari banyak logam.
TiN sangat keras, dibandingkan dengan Corundum (alumina yang mengkristal) yang digunakan dalam bahan abrasif. Kekerasan Vickersnya berkisar antara 1800 dan 2400. Ia memiliki konduktivitas listrik yang sebanding dengan baja, dan suhu transisi superkonduktor -267,55 ° C.
Titanium nitride tidak larut dalam air. Pada suhu di atas 500 ° C, ia mulai membentuk titanium oksida di atmosfer normal.
Sementara TiN tetap stabil secara kimiawi pada 20 ° C, percobaan laboratorium menunjukkan bahwa TiN secara bertahap dapat larut dalam larutan asam pekat dengan meningkatnya suhu. Itu juga bisa diserang oleh basa panas.
TiN menjadi superkonduktor pada suhu di bawah 150 ° C. Titanium nitrida film tipis memiliki sifat superkonduktor yang menarik. Misalnya, ketika didinginkan hingga mendekati nol absolut, ketahanannya meningkat drastis dengan faktor 100.000 begitu suhu turun di bawah ambang tertentu.
Modulus elastis: 600 GPa
Modulus geser: 240 GPa
TiN banyak diaplikasikan sebagai pelapis dengan ketebalan 2 sampai 5 mikron pada permukaan benda. Berbagai parameter mempengaruhi ketebalan lapisan, termasuk jenis material, geometri pahat, dan lingkungan luar.
TiN menunjukkan daya rekat yang sangat baik selama media dibersihkan dengan benar dan proses pelapisan dilakukan dengan benar. Koefisien Gesekan tergantung pada bahan yang digosok dengan lapisan.
Untuk paduan baja, nilainya sekitar 0,6. Sejauh menyangkut biokompatibilitas, TiN tidak bereaksi dengan darah, tulang, jaringan, dan cairan tubuh, sehingga cocok untuk aplikasi medis, gigi, dan makanan.

Aplikasi

Titanium nitrida memiliki berbagai aplikasi:
Sebagai prekusor  untuk lapisan “seperti emas” yang tahan aus dan dekoratif
Sebagai bahan untuk cawan lebur untuk pengecoran logam anoksik
Sebagai komponen dalam refraktori dan keramik logam khusus
Karena ketahanan aus yang luar biasa, ketahanan panas, ketahanan korosi, dan kekerasan tinggi, lapisan TiN memiliki ribuan aplikasi. Biasanya diendapkan oleh deposisi uap kimia dan penguapan deposisi uap fisik. Pelapisan TiN dapat diterapkan ke semua jenis alat, termasuk keran, bor, alat pembesar lubang, ujung pemukul, kunci pas, dan alat pelubang dan pembentukan. Ia bekerja pada banyak material yang berbeda seperti T15, M2, M4, baja berkecepatan tinggi, baja tahan karat, karbida, dan bahan lainnya.
Sifat dan Kegunaan dari Titanium Nitrida
Lapisan tersebut secara signifikan meningkatkan masa pakai alat hingga 7 kali lipat dibandingkan alat yang tidak dilapisi. Ini meningkatkan pelumasan, mengurangi gesekan, dan meminimalkan goresan di antara komponen cetakan geser. Ini juga digunakan untuk melapisi perhiasan emas, garpu sepeda motor dan sepeda, dan trim mobil (untuk tujuan dekorasi).
TiN bukan konduktor yang sebaik logam, tetapi memiliki kecenderungan untuk menghantarkan listrik. Tidak seperti kebanyakan logam, ia tidak dapat berdifusi ke dalam microchip silikon. Dengan demikian, lapisan tipis titanium nitrida (antara kontak logam dan silikon) bertindak sebagai penghalang yang mencegah chip rusak sambil tetap membiarkan arus melewatinya.
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa TiN dapat digunakan untuk membuat anoda berkinerja tinggi untuk baterai lithium-ion. Nanopartikel silikon berlapis TiN tampak menjanjikan untuk peran ini. Bahan tersebut menunjukkan kinerja yang stabil dan efisiensi yang sangat baik untuk sejumlah besar siklus pelepasan muatan.
Karena hemokompatibilitas yang sangat baik dan biokompatibilitas intrinsik, film TiN juga diterapkan pada instrumen medis, seperti logam untuk sendi panggul, penggantian katup jantung, dan prostesis gigi. Lapisan timah dibuat pada permukaan implan titanium untuk meningkatkan ketahanan korosi dan keausannya.

Pangsa Pasar Lapisan Titanium Nitrida

Menurut Emergen Research, pasar lapisan TiN diharapkan mencapai $ 8,29 miliar pada tahun 2018, mencatat tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 8% dari 2021 hingga 2028.
Pertumbuhan pendapatan ini didukung dengan kuat oleh meningkatnya permintaan untuk peralatan cetakan injeksi, peralatan berkualitas tinggi, dan berbagai industri penggunaan akhir seperti bahan kimia, percetakan, dan mobil.
Pertumbuhan pasar TiN juga sangat bergantung pada peningkatan kebutuhan bahan dan pelapis tahan korosi untuk mengembangkan perangkat bedah dan peralatan pemrosesan makanan. Namun, harga pelapis TiN yang tidak seragam, serta ketersediaan teknik pelapisan alternatif, dapat menghambat pertumbuhan selama periode perkiraan.
Pada tahun 2020, Asia Pasifik mendominasi pasar coating TiN global dengan pangsa 26,3%. Jepang dan Cina adalah negara yang paling menonjol di pasar ini karena kebijakan dalam negeri, kemajuan teknologi, dan investasi besar untuk fasilitas R&D khusus.
Afrika dan Timur Tengah juga diperkirakan akan berkembang pada tingkat pertumbuhan yang substansial selama periode perkiraan karena peningkatan aktivitas industri dan penelitian di wilayah ini.

Comment

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.