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钛棒等钛合金材料在空气中的反应关联

2020-11-20 09:49:09

钛棒、钛管等钛合金材料在空气中的反应,通常情况下是和氧、氮、氢这三种非金属元素反应,它们的反应过程和温度有着密切的关联。


  钛在空气中和氧反应,低于100℃时是很慢的,500℃时也只是表面被氧化。随着温度的升高,表面氧化膜开始在钛中溶解,氧开始向金属内部品格扩散,但于700℃时氧还没有大量进入金属内部晶格。超过700℃时,氧向金属内部的扩散加速,在高温下表面氧化膜失去保护作用。

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  钛与氧的反应取决于钛存在的形态和温度。粉末钛在常温下的空气中,可因静电、火花、摩擦等作用下发生剧烈的燃烧或爆炸。但是,致密钛在常温下的空气中是很稳定的。 致密钛在空气中受热时,便开始与氧发生反应,最初氧进入钛表面晶格中,形成一层致密的氧化薄膜,这层表面氧化膜可防止氧向内部扩散,具有保护作用,因此钛在500℃以下的空气中是稳定的。其表面氧化膜的颜色与生成温度有关,在200℃以下为银白色,300℃时为淡黄色,400℃时为金黄色,500℃时为蓝色,600℃时为紫色,700~800℃时为红灰色,800—900℃时为灰色。 在纯氧中,钛与氧发生激烈反应的起始温度比在空气中低,约在500~600℃时钛便在氧气中燃烧。


  常温下钛不与氮发生反应,但在高温下,钛是能在氮气中燃烧的少数金属元素之一,钛在氮气中燃烧温度约高于800度熔融钛与氮的反应十分激烈。钛与氮的反应,除了可生成钛的氮化物(Ti3N、TiN等)外,还形成Ti—N固溶体。当温度在500-550度时,钛开始明显地吸收氮,形成间隙固溶体;当温度达到600度以上时,钛吸氮的速度增加,在Ti—N固溶体中,由于氮以氮化钛形式进入钛晶格中,从而使钛相变温度增加,氮也是钛的稳定剂。于1050度下氮在中溶解度(质量分数)为7%,于2020度下在钛中溶解度(质量分数)为2%,但钛吸氮的速度比其吸氧的速度慢得多,因此钛在空气中主要是吸氧,吸氮则是次要的。


  钛与氢反应生成TiH、TiH2化合物和Ti-H固溶体。氢能很好地溶于钛中,1mol钛几乎可吸收2mol的氢。钛棒厂家钛吸氢速度和吸氢量,与温度和氢气压力有关。常温下钛吸氢量小于0.002%。当温度达到300度时,钛吸氢速度增加;500~600度时达到值。其后随温度升高,钛吸氢量反而减少,当达到1000度时钛吸收的氢大部分被分解。氢气压力增加,可使钛吸收氢的速度加快,并增加吸氢量,相反在减少压力倩况下便可使钛脱氢。因此钛与氢的反应是可逆的。钛与氢反应在表面上不形成薄膜,因为氢原子体积小,可很快向钛晶格深处扩散形成间隙固溶体,氢在钛中的溶解,可使钛相变温度降低,氢是Ti的稳定剂。

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