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鈦管、鈦棒等鈦合金材料在空氣中的反應與溫度有著密切的關聯

2020-11-09 11:26:59

       鈦棒、鈦管等鈦合金材料在空氣中的反應,通常情況下是和氧、氮、氫這三種非金屬元素反應,它們的反應過程和溫度有著密切的關聯。

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  鈦在空氣中和氧反應,低於100℃時是很慢的,500℃時也隻是表麵被氧化。隨著溫度的升高,表麵氧化膜開始在鈦中溶解,氧開始向金屬內部品格擴散,但於700℃時氧還沒有大量進入金屬內部晶格。超過700℃時,氧向金屬內部的擴散加速,在高溫下表麵氧化膜失去保護作用。

  鈦與氧的反應取決於鈦存在的形態和溫度。粉末鈦在常溫下的空氣中,可因靜電、火花、摩擦等作用下發生劇烈的燃燒或爆炸。但是,致密鈦在常溫下的空氣中是很穩定的。 致密鈦在空氣中受熱時,便開始與氧發生反應,最初氧進入鈦表麵晶格中,形成一層致密的氧化薄膜,這層表麵氧化膜可防止氧向內部擴散,具有保護作用,因此鈦在500℃以下的空氣中是穩定的。其表麵氧化膜的顏色與生成溫度有關,在200℃以下為銀白色,300℃時為淡黃色,400℃時為金黃色,500℃時為藍色,600℃時為紫色,700~800℃時為紅灰色,800—900℃時為灰色。 在純氧中,鈦與氧發生激烈反應的起始溫度比在空氣中低,約在500~600℃時鈦便在氧氣中燃燒。

  常溫下鈦不與氮發生反應,但在高溫下,鈦是能在氮氣中燃燒的少數金屬元素之一,鈦在氮氣中燃燒溫度約高於800度熔融鈦與氮的反應十分激烈。鈦與氮的反應,除了可生成鈦的氮化物(Ti3N、TiN等)外,還形成Ti—N固溶體。當溫度在500-550度時,鈦開始明顯地吸收氮,形成間隙固溶體;當溫度達到600度以上時,鈦吸氮的速度增加,在Ti—N固溶體中,由於氮以氮化鈦形式進入鈦晶格中,從而使鈦相變溫度增加,氮也是鈦的穩定劑。於1050度下氮在中溶解度(質量分數)為7%,於2020度下在鈦中溶解度(質量分數)為2%,但鈦吸氮的速度比其吸氧的速度慢得多,因此鈦在空氣中主要是吸氧,吸氮則是次要的。

  鈦與氫反應生成TiH、TiH2化合物和Ti-H固溶體。氫能很好地溶於鈦中,1mol鈦幾乎可吸收2mol的氫。鈦棒廠家鈦吸氫速度和吸氫量,與溫度和氫氣壓力有關。常溫下鈦吸氫量小於0.002%。當溫度達到300度時,鈦吸氫速度增加;500~600度時達到值。其後隨溫度升高,鈦吸氫量反而減少,當達到1000度時鈦吸收的氫大部分被分解。氫氣壓力增加,可使鈦吸收氫的速度加快,並增加吸氫量,相反在減少壓力倩況下便可使鈦脫氫。因此鈦與氫的反應是可逆的。鈦與氫反應在表麵上不形成薄膜,因為氫原子體積小,可很快向鈦晶格深處擴散形成間隙固溶體,氫在鈦中的溶解,可使鈦相變溫度降低,氫是Ti的穩定劑。


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