Unterschiede für die Titanlegierung in Luft und Temperatur
Die Reaktion von Titanlegierungsmaterialien wie Titanstangen und Titanrohre in Luft reagiert normalerweise mit drei nicht metallischen Elementen: Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff. Ihr Reaktionsprozess ist eng mit der Temperatur verbunden.
Die Reaktion von Titan mit Sauerstoff in Luft ist sehr langsam unter 100 Grad und nur die Oberfläche wird bei 500 Grad oxidiert. Mit zunehmender Temperatur löst sich der Oberflächenoxidfilm in Titan auf, und Sauerstoff diffundieren in das interne Gitter des Metalls, aber bei 700 Grad ist der Sauerstoff in großen Mengen noch nicht in das interne Gitter des Metalls eingetreten. Wenn es 700 Grad überschreitet, beschleunigt die Diffusion von Sauerstoff in die Metall, und der Oberflächenoxidfilm verliert bei hohen Temperaturen seine Schutzwirkung.
Die Reaktion zwischen Titan und Sauerstoff hängt von der Form und Temperatur von Titan ab. Pulverisiertes Titan kann aufgrund statischer Strom, Funken, Reibung usw. bei Raumtemperatur heftig in der Luft verbrennen oder explodieren. Denne Titan ist jedoch bei Raumtemperatur sehr stabil in der Luft. Wenn dichtes Titan in der Luft erhitzt wird, reagiert es mit Sauerstoff. Zunächst tritt Sauerstoff in das Titanoberflächengitter ein, um einen dichten Oxidfilm zu bilden. Dieser Oberflächenoxidfilm kann verhindern, dass Sauerstoff nach innen diffundiert und eine Schutzwirkung hat. Daher ist Titan in Luft unter 500 Grad stabil. Die Farbe seines Oberflächenoxidfilms hängt mit der Bildungstemperatur zusammen. Sie ist silbrig weiß unter 200 Grad, hellgelb bei 300 Grad, goldgelb bei 400 Grad, blau bei 500 Grad, lila bei 600 Grad, rotgrau bei 700-800 Grad und grau bei 800-900. In reinem Sauerstoff ist die Starttemperatur der gewalttätigen Reaktion zwischen Titan und Sauerstoff niedriger als in der Luft, und Titan in Sauerstoff bei etwa 500-600 Grad.
Titan reagiert nicht mit Stickstoff bei Raumtemperatur, aber bei hoher Temperatur ist Titan eines der wenigen Metallelemente, die in Stickstoff verbrennen können. Die Verbrennungstemperatur von Titan in Stickstoff liegt bei etwa 800 Grad. Die Reaktion zwischen geschmolzenem Titan und Stickstoff ist sehr intensiv. Zusätzlich zur Bildung von Titannitriden (Ti3n, Zinn usw.) bildet die Reaktion zwischen Titan und Stickstoff auch eine Ti-N-feste Lösung. Wenn die Temperatur 500-550 Grad ist, beginnt Titan, Stickstoff signifikant zu absorbieren, um eine interstitielle feste Lösung zu bilden. Wenn die Temperatur über 600 Grad liegt, nimmt die Geschwindigkeit des absorbierenden Stickstoffs von Titan zu. In der Ti-N-soliden Lösung tritt Stickstoff in Form von Titannitrid in das Titangitter ein, wodurch die Phasenübergangstemperatur von Titan erhöht wird. Stickstoff ist auch ein Stabilisator für Titan.
Stickstoff ist auch ein Stabilisator für Titan. Die maximale Löslichkeit (Massenfraktion) des Stickstoffs in Titan beträgt 7% bei 1050 Grad und 2% bei 2020 Grad, aber die Geschwindigkeit, mit der Titan Stickstoff absorbiert, ist viel langsamer als seine Geschwindigkeit bei absorbierenden Sauerstoff. Daher absorbiert Titan hauptsächlich Sauerstoff in der Luft, und die Stickstoffabsorption ist sekundär.
Titan reagiert mit Wasserstoff zu TIH, TIH2-Verbindungen und Ti-H-Feststofflösung. Wasserstoff kann in Titan gut gelöst werden, und 1 Mol Titan kann fast 2 Mol Wasserstoff absorbieren. Die Geschwindigkeit und Menge der Wasserstoffabsorption durch Titan hängen mit Temperatur und Wasserstoffdruck zusammen. Die von Titan bei Raumtemperatur absorbierte Wasserstoffmenge beträgt weniger als 0. 002%. Wenn die Temperatur 300 Grad erreicht, nimmt die Geschwindigkeit der Wasserstoffabsorption durch Titan zu; Es erreicht den Maximalwert bei 500-600 Grad.
Wenn die Temperatur steigt, nimmt die durch Titan absorbierte Wasserstoffmenge ab. Wenn die Temperatur 1000 Grad erreicht, wird der größte Teil des durch Titan absorbierten Wasserstoffs zersetzt. Der Zunahme des Wasserstoffdrucks kann die Geschwindigkeit der Titan -absorbierenden Wasserstoff beschleunigen und die Menge an absorbiertem Wasserstoff erhöhen. Im Gegenteil, Titan kann unter einem verringerten Druck dehydrogeniert werden. Daher ist die Reaktion zwischen Titan und Wasserstoff reversibel. Die Reaktion zwischen Titan und Wasserstoff bildet keinen Film auf der Oberfläche, da das Wasserstoffatom klein ist und schnell in die Tiefe des Titangitters diffundieren kann, um eine interstitielle feste Lösung zu bilden. Die Auflösung von Wasserstoff in Titan kann die Phasenübergangstemperatur von Titan verringern. Wasserstoff ist ein Stabilisator für Ti.
