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鈦合金材料在空氣中的反應與什么有關?
2015-01-23 17:30:00   來源:   評論:0 點擊:

鈦合金材料在空氣中的反應,如鈦棒、鈦管等,通常與氧、氮、氫三種非金屬元素有關。它們的反應過程與溫度密切相關。鈦在空氣中與氧在100度

鈦合金材料在空氣中的反應,如鈦棒、鈦管等,通常與氧、氮、氫三種非金屬元素有關。它們的反應過程與溫度密切相關。

鈦在空氣中與氧在100度以下非常緩慢地反應,只有表面在500度下被氧化。隨著溫度的升高,表面氧化膜開始溶解在鈦中,氧開始擴散到金屬內部。然而,在700℃時,氧沒有進入金屬的內晶格。當溫度超過700℃時,氧對金屬的擴散加速,表面氧化膜在高溫下失去保護作用。

鈦與氧的反應取決于鈦的形狀和溫度。粉末鈦在常溫下,在空氣中的靜電、火花和摩擦作用下會劇烈燃燒或爆炸。然而,致密的鈦在室溫下在空氣中是穩定的。當致密的鈦在空氣中加熱時,它開始與氧氣發生反應。首先,氧進入鈦表面的晶格中,形成致密氧化膜層。表面上的氧化膜可以防止氧氣擴散到內部,具有保護作用。因此,鈦在500℃以下的空氣中是穩定的。表面氧化膜的顏色與地層溫度有關。200度以下為銀白色,300度為淺黃色,400度為金黃色,500度為藍色,600度為紫色,700-800度為紅灰色,800-900度為灰色。在純氧中,鈦與氧的初始溫度比低于空氣中的初始溫度比。在500-600℃左右,鈦在氧氣中燃燒。

鈦在室溫下不與氮發生反應,但在高溫下,鈦是少數能在氮中燃燒的金屬元素之一。當鈦在氮氣中的燃燒溫度高于800℃時,鈦與氮氣的反應非常劇烈。鈦與氮的反應不僅可以生成氮化鈦(ti3n、Ti N等),而且可以形成Ti-N固溶體。當溫度為500-550℃時,鈦開始吸氮并形成間隙固溶體;當溫度超過600℃時,鈦的吸氮速率增加。在Ti-N固溶體中,氮以氮化鈦的形式進入鈦晶格,鈦的相變溫度升高,氮也是鈦的穩定劑。氮氣在空氣中的***溶解度(質量分數)在1050℃時為7%,在2020℃時為2%。然而,鈦對氮的吸收速度遠慢于對氧的吸收速度。因此,鈦主要吸收空氣中的氧,而氮的吸收是次要的。

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