鈦及鈦合金的耐蝕性

第11章鈦及鈦合金的耐蝕性11.1概述

鈦曾經(jīng)被稱為稀有金屬，但是實(shí)際上在地殼中儲(chǔ)量很大。是地球上蘊(yùn)藏量占第九位的元素，占地殼重量的0.61%

。隨便從地下抓起一把泥土，其中都含有千分之幾的鈦，世界上儲(chǔ)量超過一千萬噸的鈦礦并不稀罕。但是在應(yīng)用上鈦還是一個(gè)新金屬。鈦鐵礦釩鈦磁鐵礦金紅石板鈦礦銳鈦礦四方晶系較不穩(wěn)定，遠(yuǎn)比金紅石少見正交(斜方)晶系，物理性質(zhì)、產(chǎn)出條件和用途都與金紅石相似，但不如金紅石穩(wěn)定和常見。

鈦的氧化物----二氧化鈦（鈦白），具有無毒、良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性（1000℃煅燒后不熔于任何酸和堿）、折射指數(shù)高（2.55～2.70），以及很強(qiáng)的白度、著色力、遮蓋力、耐溫性、抗粉化等特征，被稱為“顏料之王”。

防曬霜物理防曬霜中的微小粒子一般是由二氧化鈦、氧化鋅等組成。二氧化鈦(俗稱鈦白粉)是一種允許使用的食用色素,可以廣泛用于食品，主要做為增白劑使用。食用色素

鈦也被譽(yù)為“第三金屬”，在有色金屬的應(yīng)用中，僅次于鐵、鋁和銅。在航空、航天、艦船、軍工、冶金、化工、機(jī)械、電力、海水淡化、交通運(yùn)輸、輕工、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，有著廣泛的應(yīng)用，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有其重要的地位和作用。

鈦具有“親生物”性。在人體內(nèi)，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對(duì)任何殺菌方法都適應(yīng)。因此被廣泛用于制醫(yī)療器械，制人造髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、脅關(guān)節(jié)、頭蓋骨，主動(dòng)心瓣、骨骼固定夾。當(dāng)新的肌肉纖維環(huán)包在這些“鈦骨”上時(shí)，這些鈦骨就開始維系著人體的正?；顒?dòng)。

鈦的應(yīng)用是從航空、航天等軍事方面開始，逐漸向一般工業(yè)推廣的。4、固態(tài)下有兩種同素異構(gòu)體：熔點(diǎn)為882.5℃為體心立方結(jié)構(gòu)的β相；882.5℃以下為密排六方晶格α相。11.1.1鈦的物理特性2、熔點(diǎn)：1668℃1、密度：4.53、導(dǎo)電導(dǎo)熱性差（導(dǎo)熱率只有銅的5%，電阻率比銅高34倍）5、鈦具有超導(dǎo)性，純鈦的超導(dǎo)臨界溫度為0.38-0.4K。882.5℃1668℃α相液β相1、比強(qiáng)度高。（常用金屬材料中最高，比鎂合金還高）。用鈦來制造潛艇——鈦潛艇。由于鈦非常結(jié)實(shí)，能承受很高的壓力，這種潛艇可以在深達(dá)4500米的深海中航行。

11.1.2鈦的力學(xué)性能特點(diǎn)2、高純鈦強(qiáng)度低，塑性好。（純度最高的鈦是用碘化物法制得的，其雜質(zhì)含量很低，不大于0.05%。抗拉強(qiáng)度一般低于255MPa，屈服強(qiáng)度低于170MPa，延伸率大于50%。3、工業(yè)純鈦含有少量的Fe,C,Si,N等雜質(zhì)，因此強(qiáng)度大大提高，塑性顯著降低。斷面收縮率高達(dá)70～80%）

11.1.3鈦的加工工藝性1、工業(yè)純鈦可以進(jìn)行各種壓力加工（鍛、軋、擠壓等）。2、可用通用設(shè)備切削，但切削加工性差。3、可以焊接成型。（最常用氬弧焊。）鈦的化學(xué)活性大，導(dǎo)熱性差，表面有較高的粘接性。11.2

純鈦的耐蝕性

鈦以其優(yōu)異的耐蝕性和可以接受的價(jià)格，已經(jīng)成為化工和通用工程的重要耐蝕結(jié)構(gòu)材料。11.2.1鈦的電化學(xué)特性

鈦的標(biāo)準(zhǔn)電極電位很低（-1.63V），因此，鈦在熱力學(xué)上是極不穩(wěn)定的金屬。

11.2.2鈦的鈍化和表面氧化膜1、鈦的鈍化（1）鈦是一個(gè)高鈍化性的金屬，它的鈍化性超過Al,Cr,Ni和不銹鋼。（2）鈦的致鈍電位低，臨界鈍化電流小，因此容易鈍化，而且有很強(qiáng)的鈍態(tài)穩(wěn)定性。（3）鈍化電位區(qū)寬。（高達(dá)20V），不易產(chǎn)生過鈍化。（4）鈍態(tài)不受氯離子破環(huán)。（對(duì)比鋁的鈍化膜）電極電位電流密度（3）氧化膜不是單一結(jié)構(gòu)，隨生成條件而異。主要結(jié)構(gòu)有：TiO,TiO2,Ti2O3等。2、鈦的表面氧化膜（1）在大氣或者水中，鈦表面會(huì)自動(dòng)形成氧化膜。（2）氧化膜與基體結(jié)合力強(qiáng)，保護(hù)性好。1、鈦對(duì)氯和氯化物具有很高的耐蝕性。（各種金屬中最耐蝕，包括在王水中）11.2.3鈦在常用介質(zhì)中的耐蝕性。2、鈦在沸騰的水和過熱蒸汽中是耐蝕的。3、鈦在大氣和土壤中極其耐蝕。（長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)腐蝕速率小于0.001mm/年）鈦在海水中完全耐蝕，在氯化物或海水中還耐點(diǎn)蝕，這些都勝過了不銹鋼和銅合金。4、鈦在鉻酸（沸騰）、硝酸、濃硝酸和濃硫酸的混合酸中也耐腐蝕。5、鈦對(duì)純的非氧化性酸是不耐蝕的。（腐蝕速率隨著溫度、濃度增加而增加）6、鈦對(duì)氫氟酸、高溫的稀磷酸、室溫的濃磷酸也不耐蝕。7、鈦在稀堿液中是耐蝕的。（如﹤20%的苛性鈉）。8、鈦在無水的氧化性介質(zhì)中是危險(xiǎn)的。

鈦在發(fā)煙硝酸、干氯氣、液溴、固體結(jié)晶碘以及純氧氣中會(huì)發(fā)生著火和爆炸。11.2.4鈦的特殊腐蝕形式1、鈦的著火和爆炸（1）鈦在發(fā)煙硝酸中著火爆炸：濃硝酸是一種強(qiáng)氧化劑，鈦應(yīng)該是耐腐蝕的。但是在發(fā)煙硝酸中，會(huì)發(fā)生非常劇烈的腐蝕和氧化，引起著火反應(yīng)。原因：著火反應(yīng)以鈦表面極劇