Architecturaal titanium
INNOMET vertegenwoordigt Nippon Steel Corporation, een Japanse producent van duurzame toepassingen van titaan in de architectuur en dak- en gevelbekleding. Omdat titaan corrosiebestendig is, is het een duurzaam en circulair materiaal met prachtige toepassingen in de architectuur en bouw.
Total cost of ownership
Het is licht, corrodeert niet, vraagt geen onderhoud en gaat veel langer mee dan om het even welk ander materiaal. Maar net omwille van deze bijzondere eigenschappen of misschien omdat het gewoon ook nog onvoldoende bekend is, is er nog maar weinig inzicht in de "total cost of owership" van de feitelijke constructie met titaan. De aankoop van het materiaal per kg of m² mag dan wel duurder zijn dan bijvoorbeeld aluminium, roestvast staal, koper of zink, maar doordat het licht is en onderhoudsarm dalen deze initiële kosten enorm als men deze uitrekent tegenover de totale levenscyclus van het gebouw.
Veelal wordt er onterecht gedacht dat titaan ‘onbetaalbaar’ zou zijn. Dat is een misverstand want het is juist de laatste jaren qua prijs steeds aantrekkelijker geworden. Bovendien zorgt het relatief lage soortelijk gewicht ervoor dat de totale constructie lichter is. In combinatie met het aspect dat het vrijwel onderhoudsvrij is en niet corrodeert verdient het meer aandacht als duurzame toepassing in de architectuur. Doordat titanium extreem lang meegaat bespaart men dus op onderhoud en vervangingskosten, waardoor titanium op de lange termijn meestal de goedkoopste en zeker de meest duurzame oplossing is.
Cathedral of Northern Lights, Nordlyskatedralen Alta kirke, Alta, Noorwegen
Een mooi voorbeeld in Nederland van de fraaie uitstraling van titanium in de architectuur is het dak van het Vincent van Goghmuseum in Amsterdam, gemaakt van titaan grade 2.
Een ander prachtig ontwerp is Hotel Marqués de Riscal in Spanje, een ontwerp van Frank O. Gehry. Het hotel, genoemd naar het befaamde wijnhuis in de Rioja, is ontworpen door Frank O. Gehry en kijkt uit over de wijngaarden. Het prachtig gebogen oppervlak van geanodiseerd roze en goudkleurig titanium werd geleverd door Nippon Steel Corporation en symboliseert stromen rode en witte wijn en spreekt tot ieders verbeelding.
Anodiseren van titanium
Anodiseren is een bekend proces met als doel om de dunne natuurlijke oxidefilm van bepaalde metalen en legeringen te vervangen door een beduidend dikkere oxidehuid. Het meest voorkomende metaal dat onderworpen wordt aan dit proces is aluminium. Het anodiseren wordt gerealiseerd d.m.v. een elektrochemisch proces. De verdikte aluminiumoxidehuid is na deze behandeling poreus en zal daarom geseald moeten worden. Dit afdichten gebeurt met kokend demiwater. Voor dit sealen kan het aluminium oppervlak nog van een gewenste kleur worden voorzien. Tijdens het sealen, sluit de oxidehuid zich en worden de kleurstoffen a.h.w. gefixeerd. Ook kan men als alternatief elektrochemisch inkleuren.
Ook het metaal titaan kan worden gekleurd m.b.v. het anodiseerproces. Dan gaat het veelal om decoratieve doeleinden. Hiernaast is te zien hoe de van nature zilvergrijsachtige uitstraling van titaan kan veranderen in goudkleur d.m.v. het anodiseerproces.
In tegenstelling met wat vaak wordt aangenomen, bewerkt het verdikken van de titaanoxidehuid nauwelijks een verbetering van de corrosiebestendigheid en de slijteigenschappen. Wel geeft een geanodiseerd oppervlak een grotere weerstand tegen de diffusie van zuurstof bij verhoogde temperatuur en van waterstof in galvanische omstandigheden. Het elektrolyt, dat veelal gebruikt wordt, is 80% fosforzuur plus 10% zwavelzuur en 10% water. Na een behandeling van circa 10 minuten heeft men reeds een behoorlijke verdikking verkregen van een goed samenhangende oxidehuid.
Bovendien kan men met deze methode, gecombineerd met een droog smeermiddel, de drang tot het invreten van schroefdraden aanmerkelijk verlagen. Voor stijgbuizen die o.a. toegepast zijn in het Heidrun project in Noorwegen heeft men met succes Ti-6Al4V (Ti-grade 5) bouten gebruikt die voorzien waren van een epoxycoating op basis van polyamide molybdeendisulfide. Dat middel was aangebracht op een oppervlak dat eerst behandeld was met shotpeening, gevolgd door anodiseren.
Naast deze technieken zijn er meerdere varianten met hun specifieke eigenschappen mogelijk. Bijvoorbeeld met alkalische anodiseerprocessen die vaak nog dikkere oxidehuiden geven. Dergelijke processen zijn gebruikt voor titaanonderdelen die gebruikt zijn door de NASA t.b.v. de ruimtevaart.
Een bijzonder neveneffect van het anodiseren is, dat de dikkere oxidehuid een andere brekingsindex geeft van het invallende licht op het materiaal. Dat leidt dan tot prismawerking. Op deze wijze zijn alle kleuren van de regenboog te bereiken. Van deze eigenschap maken vooral kunstenaars, architecten en edelsmeden dankbaar gebruik. Voor deze zaken wordt veel gebruik gemaakt van een elektrolyt die bestaat uit een oplossing van 3 - 5% natriumtrifosfaat in gedestilleerd water. De kleuren die op het titaan ontstaan, zijn afhankelijk van de samenstelling van het elektrolyt en het voltage.
Gekleurd en ongekleurd titaan wordt steeds meer ontdekt door architecten omdat naast de fraaie uitstraling, geen enkel probleem te verwachten is met corrosie. Daarnaast is de uitzettingscoëfficiënt nagenoeg gelijk aan dat van glas en dat maakt het metaal nog interessanter voor de bouw.
Heel soms wordt het anodiseren ook gebruikt om ijzercontaminatie te verwijderen, die op het titaanoppervlak kunnen voorkomen. Een dergelijke actie kan gezien worden als de laatste handeling om apparatuur in titaan optimaal af te leveren. Het zal overigens duidelijk zijn dat dit dan een alternatief is voor het beitsen.
Titanium leent zich ook uitstekend als materiaal voor superjachten. Ko Buijs heeft hieraan een artikel gewijd in het magazine Superyacht Industry.