The role of surface finish and process parameters in the anodic coloring of titanium

The main character of this thesis will be titanium, which, as P. Pedeferri wrote in his Titaniocromia (e altre cose), is "a material so fascinating that it enters the world of tech nology, art, and health, used to fly and to descend into the depths of the sea, to heal and to kill, to bring grace and give strength, to make dreams and realize dreams [...]". It is, indeed, a metal highly valued in various industrial sectors, not only for its mechanical properties and corrosion resistance but also for its optical properties. Although titanium normally appears silver-gray, it has a natural surface oxide that can be obtained through an anodization process, which allows for different thicknesses depending on the opera tional parameters: thanks to the optical interference of visible light, different thicknesses correspond to different colors. This has clearly attracted fields related to design and art, such as jewellery production, as this oxide is hypoallergenic and performs well in contact with the skin, ensuring long lasting colors over time. One can also play with different surface textures: research is indeed turning its attention toward additive manufacturing techniques. The first two chapters will discuss titanium, how its surface oxide layer can be obtained, and how the color is related not only to its thickness but also to operational parameters, different surface finishes, and microstructure. The materials, methods, and instrumentation will be analysed in the third chapter, where the experimental part of this thesis begins. Finally, the results of the tests will be analysed and discussed, as well as how the various factors influenced the process.

Il protagonista di questa tesi sarà il titanio, che, come scrisse P. Pedeferri nel suo Titaniocromia (e altre cose) è “un materiale così affascinante, che entra nel mondo della tecnologia, dell’arte e della salute, che serve per volare e per scendere negli abissi marini, per guarire e per uccidere, per fornire grazia e dare forza, per far sognare e realizzare sogni [. . . ]”. È, infatti un metallo particolarmente apprezzato in numerosi settori industriali, non solo per le sue caratteristiche meccaniche e di resistenza a corrosione, ma anche per le sue proprietà ottiche. Sebbene normalmente il titanio si presenti di colore grigio argentato, questo possiede un ossido superficiale naturale ottenibile tramite un processo di anodizzazione, che consente di ottenere spessori differenti al variare dei parametri operativi: grazie al fenomeno dell’interferenza ottica della luce visibile, a spessori diversi corrispondono colori diversi. Questo ha chiaramente interessato settori legati al design e all’arte, quali la produzione di gioielli, poiché questo ossido è ipoallergenico e presenta un ottimo comportamento a contatto con la pelle, garantendo, quindi, colori duraturi nel tempo. Si può anche giocare con texture superficiali differenti: la ricerca sta infatti spostando il suo sguardo a tecniche di manifattura additiva. Nei primi due capitoli si parlerà del titanio, di come si possa ottenere lo strato di ossido superficiale e di come il colore sia legato non solo allo spessore di quest’ultimo, ma anche ai parametri operativi, alle differenti finiture superficiali e alla microstruttura. I materiali, i metodi e la strumentazione saranno invece analizzati nel terzo capitolo, dove ci si addentra nella parte sperimentale di questa tesi. Infine, si analizzeranno e discuteranno i risultati delle prove svolte e di come i vari fattori hanno influenzato il processo.