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钛合金材料在空气中的反应与什么有关?

作者:鑫达钛 时间:2021-10-28 22:42   
钛棒、钛管等钛合金材料在空气中的反应,通常与非金属元素如氧、氮、氢等发生反应。其反应过程与温度密切相关。
钛在空气中100度以下与氧气反应非常缓慢,只有表面在500度时才会氧化。随著温度的升高,表面的氧化膜开始溶解,氧开始向金属内部扩散。但是,在700℃时,氧并不进入金属的内晶格。在700℃以上时,氧对金属的扩散加速,高温下表面氧化膜失去保护作用。
钛对氧的反应取决于钛的形状和温度。粉状钛粉在常温下,在空气中的静电火花、摩擦作用下会剧烈燃烧或爆炸。但是,钛在室温下在空气中是稳定的。在空气中被加热后,致密的钛就开始与氧气反应。第一,氧气通过晶格进入钛表面,形成致密的氧化膜层。氧化膜表面能防止氧向内扩散,起到保护作用。结果,钛在500℃以下的空气中保持稳定。表层氧化膜颜色与地层温度有关。
低于200度是银白色,300度是浅黄色,400度是金黄色,蓝色是500度,600度是紫色,700-800度是红灰色,800-900度是灰色。纯氧条件下,钛与氧的初始温度比低于空气中初始温度比。约500-600℃时钛处于氧气中燃烧。钛室温下不与氮气反应,但在高温下钛是少数能在氮气中燃烧的金属元素之一。钛在氮中的燃烧温度超过800℃时,钛与氮的反应非常强烈。钛同氮反应不仅能生成钛(ti3n、TiN),而且还能形成Ti-N固溶体。在500~550℃下,钛就开始吸氮,形成间隙固溶体;超过600℃时钛的吸氮率增大。Ti-N固溶体中氮以氮化钛的形式进入钛晶格,钛的相变温度提高,氮也是钛的稳定剂。氮在空气中的溶解度(质量分数)在1050℃时为7%,在2020℃时为2%。但是,钛对氮的吸收要比对氧的吸收慢得多。所以钛主要吸收空气中的氧,而氮的吸收是次要的。