
鈦的應用是從航空航天等方面開始,逐漸向通用工業推廣的。在航天領域,基于優先考慮力學性能,開發出許多鈦合金。但在防腐工程中,腐蝕是頭等重要的性能,主要采用工業純鈦。在不注明的情況下,一般選用TA2。鈦的耐腐蝕性起于其表面的一層穩定的保護性好,結合力強的氧化膜。鈦的新鮮表面一旦暴露在大氣或水溶液中,立即會自動形成新氧化膜。在室溫大氣中膜厚為1.2~1.6µm,幾十天后可以自然增厚到5µm,一兩年后在大氣中可以增厚超于10µm.強化氧化(加熱,HNO3或CrO3等氧化劑,陽極氧化)條件可以加速膜的生長。
鈦表面氧化膜是一種多層結構的氧化膜。從氧化膜表面的TiO2逐漸過渡經過Ti2O3,在氧化物和金屬界面以TiO為主。
鈦在高溫下會與間隙元素反應,如氫,氮,氧,碳。
一、工業純鈦的物理性質
二、工業純鈦晶體結構
工業純鈦在常溫下的晶體結構是密排六方結構(α),,在超于883oC,工業純鈦成為體心立方結構(β)。鈦由于它在常溫下密排六方結構,它有明顯的各向異性特點,它的機械力學性能在不同的方向有所不相同。
三、鈦加工特點
工業純鈦可用通用設備切削。但由于鈦的化學活性大(在空氣中容易氧化),保護膜和材料本身導熱性差,對工具表面有較高的粘接性,所以切削速度宜小,深度宜大。工業純鈦可在熱態下加工成型,如彎管,脹管,拉把和彎邊等,一般加熱到200~400oC時操作。鈦主要焊接方式為氬弧焊,注意氬氣保護好焊溶池和熱影響區。鈦也能很好用高速自動等離子焊的方式來完成。不加焊絲的焊接方式,熱影響區小。
四、鈦的耐腐蝕性能
不銹鋼雖是典型的耐腐蝕金屬材料,但他在氯化物介質中容易發生點腐蝕和應力腐蝕,在很多介質中對晶間腐蝕比較敏感。鈦正好彌補了不銹鋼的不足之處。當然,鈦也不是萬能的耐腐蝕材料。一般而論,與其他有保護的鈍化膜的金屬一樣,鈦的保護氧化膜處于穩定狀態的介質就使鈦維持耐腐蝕性能。這些介質有海水,污水,氯化物溶液,氧化性溶液,濃度低于3%的鹽酸和低于4%的硫酸等。在還原性酸溶液和強氧化性介質,鈦的氧化膜會遭到破壞,所以鈦在氫氟酸,氟硼酸,氟硅酸和大于4%的硫酸里是不耐腐蝕的。
五、鈦在以下介質的耐腐蝕性:
氯氣:對濕氯氣鈦有很好的耐腐蝕性。但對干氯氣,鈦的耐腐蝕性很差。干氯氣會對鈦產生劇烈腐蝕作用,會引起鈦的自燃,導致鈦設備爆炸。
氯化物:除了高溫和高濃度的ZnCl2,AlCl3和CaCl2之外,鈦在各種氯化物溶液中的腐蝕速度都很低。鈦在大部分氯化物溶液中主要腐蝕形式是縫隙腐蝕,因此只要存在各種形式的縫隙,鈦的應用可能不在一般腐蝕數據,而在于縫隙腐蝕的嚴重性,為了改進鈦的耐縫隙腐蝕性能,研制了鈦7(鈦-鈀),鈦26(鈦-釕)和鈦12(鈦-鎳-鉬) 等耐腐蝕鈦合金。同時鈦7(鈦-鈀合金)對以上3種介質ZnCl2,AlCl3和CaCl2有良好的耐腐蝕性。
溴,碘和氟:鈦對于溴和碘的耐腐蝕性與氯相似,只要有一定水含量或水溶液,鈦是很耐腐蝕的。但鈦不能與氟接觸,也不能用在氟化物溶液中。
海水:工業純鈦是用在海水,自然水或高溫水蒸汽的理想金屬材料。由于海水含有其它雜質,鈦7合金(美標)有更好的耐腐蝕性通常用在海水蒸發氣上。
氫:鈦具有很強的吸氫力,會形成脆性氫化物。所以要盡量避免氫氣產生的來源。
來源有: 1.在還原氣體下作熱處理產生的氫氣。2.在潮濕的環境下焊接產生的氫氣。 3.在水溶液中腐蝕產生的氫氣。4.在酸洗過程中產生的氫氣,尤其是在氫氟酸中。5.在電鍍過程中產生的氫氣。酸:鈦用于濃度低于3%的鹽酸和低于4%的硫酸等。在還原性酸溶液和強氧化性介質,鈦的氧化膜會遭到破壞,所以鈦在氫氟酸,氟硼酸,氟硅酸和大于4%的硫酸里是不耐腐蝕的。在大多數稀酸和帶有抑制劑(如Cu2+,Fe3+)的稀酸。 鈦不能用在發煙硝酸或干的鹵素中。有機酸:鈦用于醋酸,乙酸,對苯二酸(PTA) 無機酸:鈦用于硝酸,鹽酸(稀酸和氧化狀態),硫酸(稀酸和氧化狀態)尿素:鈦對尿素有較好的耐腐蝕性,但不如鋯材。