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钛合金知识资料

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第二类:过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体;

第三类:锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体;

第四类:惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素(除钪外),锕、钍等不与钛发生反应或 基本上不发生反应。

与化合物的反应:

◇ HF和氟化物

氟化氢气体在加热时与钛发生反应生成TiF4, 反应式为(1);不含水的氟化氢液体可在钛表面上生成一层致密的四氟化钛膜,可防止HF浸入钛的内部。氢氟酸是钛的最强熔剂。即使是浓度为1%的氢氟酸,也能与钛发生激烈反应,见式(2);无水的氟化物及其水溶液在低温下不与钛发生反应,仅在高温下熔融的氟化物与钛发生显著反应。

Ti+4HF=TiF4+2H2+135.0千卡 (1)2Ti+6HF=2TiF4+3H2 (2)

◇ HCl和氯化物

氯化氢气体能腐蚀金属钛,干燥的氯化氢在>300℃时与钛反应生成TiCl4,见 式(3);浓度<5%的盐酸 在室温下不与钛反应,20%的盐酸在常温下与钛发生瓜在生成紫色的TiCl3,见式(4);当温度长高时,即使稀盐酸也会腐蚀钛。各种无水的氯化物,如镁、锰、铁、镍、铜、锌、汞、锡、钙、钠、钡和NH4离子及其水溶液,都不与钛发生反应,钛在这些氯化物中具有很好的稳定性。 Ti+4HCl=TiCl4+2H2+94.75千卡 (3)2Ti+6HCl=TiCl3+3H2 (4)

◇ 硫酸和硫化氢

钛与<5%的稀硫酸反应后在钛表面上生成保护性氧化膜,可保护钛不被稀酸

继续腐蚀。但>5%的硫酸与钛有明显的反应,在常温下,约40%的硫酸对钛的腐蚀速度最快,当浓度大于40%,达到60%时腐蚀速度反而变慢,80%又达到最快。加热的稀酸或50%的浓硫酸可与钛反应生成硫酸钛,见式(5),(6),加热的浓硫酸可被钛还原,生成SO2,见式(7)。常温下钛与硫化氢反应,在其表面生成一层保护膜,可阻止硫化氢与钛的进一步反应。但在高温下,硫化氢与钛反应析出氢,见式(8),粉末钛在600℃开始与硫化氢反应生成钛的硫化物,在900℃时反应产物主要为TiS,1200℃时为Ti2S3。

Ti+H2SO4=TiSO4+H2 (5)

2Ti+3H2SO4=Ti2(SO4)3+H2 (6) 2Ti+6H2SO4=Ti2(SO4)3+3SO2+6H2O+202千卡 (7) Ti+H2S=TiS+H2+70千卡 (8)

◇ 硝酸和王水 致密的表面光滑的钛对硝酸具有很好的稳定性,这是由于硝酸能快速在钛表面生成一层牢固的氧化膜,但是表面粗糙,特别是海绵钛或粉末钛,可与次、热稀硝酸发生反应,见式(9)、(10),高于70℃的浓硝酸也可与钛发生反应,见式(11);常温下,钛不与王水反应。温度高时,钛可与王水反应生成TiCl2。

3Ti+4HNO3+4H2O=3H4TiO4+4NO (9) 3Ti+4HNO3+H2O=3H2TiO3+4NO (10) Ti+8HNO3=Ti(NO3)4+4NO2+4H2O (11)

综上所述,钛的性质与温度及其存在形态、纯度有着极其密切的关系。致密的金属钛在自然界中是相当稳定的,但是,粉末钛在空气中可引起自燃。钛中杂质的存在,显著的影响钛的物理、化学性能、机械性能和耐腐蚀性能。特别是一些间隙杂质,它们可以使钛晶格发生畸变,而影响钛的的各种性能。常温下钛的化学活性很小,能与氢氟酸等少数几种物质发生反应,但温度增加时钛的活性迅速增加,特别是在高温下钛可与许多物质发生剧烈反应。钛的冶炼过程一般都在800℃以上的高温下进行,因此必须在真空中或在惰性气氛保护下操作。

钛的腐蚀数据

介质 浓度(质量分数)(%) 温度 /℃ 1 5 盐酸 10 20 35 5 10 硫酸 60 80 无机酸 硝酸 95 37 64 95 10 磷酸 30 50 铬酸 硝酸+盐酸 20 1:3 3:1 7:3 4:6 100 50 5 10 10 25 10 25 50 丹柠酸 柠檬酸 硬脂酸 碱溶氢氧化钠 液 25 50 100 10 20 50 室温/沸腾 室温/沸腾 室温/沸腾 室温/— 室温/— 室温/沸腾 室温/— 室温/— 室温/— 室温/— 腐蚀速度/mm/a(年) 0.000/0.345 0.000/6.530 0.175/40.87 1.340/— 6.660/— 0.000/13.01 0.230/— 0.277/— 32.660/— 1.400/— 耐蚀等级 优良/良好 优良/差 良好/差 差/— 差/— 优良/差 良好/— 良好/差 差/— 差/— 优良/优良 优良/优良 优良/— 优良/差 优良/差 优良/— 优良/优良 优良/优良 优良/— 优良/— 优良/— 优良/优良 优良/— 良好/差 优良/— 优良/优良 —/优良 —/良好 —/差 —/差 优良/优良 优良/优良 优良/优良 —/优良 优良/优良 优良/优良 室温/沸腾 0.000/<0.127 室温/沸腾 0.000/<0.127 室温/— 0.0025/— 室温/沸腾 0.000/6.400 室温/沸腾 0.000/17.600 室温/— 0.097/— 室温/沸腾 <0.127/<0.127 室温/沸腾 0.0040/0.127 室温/— 室温/— 室温/— <0.127/— <0.127/— <0.127/— 硝酸+硫酸 醋酸 蚁酸 草酸 室温/沸腾 0.000/0.000 室温/— 0.000/— 室温/沸腾 0.127/29.390 室温/— 0.008/— 有乳酸 机酸 甲酸 室温/沸腾 0.000/0.033 —/沸腾 —/沸腾 —/100 —/100 —/0.028 —/1.270 —/2.440 —/7.620 室温/沸腾 <0.127/<0.127 室温/沸腾 <0.127/<0.127 室温/沸腾 <0.127/<0.127 —/沸腾 —/0.020 室温/沸腾 <0.127/<0.127 室温/沸腾 <0.0025/0.0508 73 10 氢氧化钾 25 50 氢氧化铵 碳酸钠 阿摩尼亚 氯化铁 氯化亚铁 氯化亚铅 氯化亚铜 氯化铵 氯化钙 无氯化铝 机氯化镁 盐 氯化镍 溶氯化钡 液 硫酸铜 硫酸铵 硫酸钠 硫酸亚铅 硫酸亚铜 硝酸银 苯(含微量HCl、NaCl) 四氯化碳 四氯乙烯(稳定) 有机化合四氯乙烯(H2O) 100%蒸气和液体 三氯甲烷 三氯甲烷(H2O) 28 20 20 40 30 10 50 10 10 25 10 5-10 20 20 20℃饱和 50 20℃饱和 10 30 11 蒸气与液体 同上 —/沸腾 —/沸腾 —/沸腾 30/沸腾 室温/— —/0.127 —/<0.127 —/0.305 0.000/2.743 0.0025/— —/良好 —/优良 —/良好 优良/差 优良/— 优良/优良 优良/— 优良/优良 室温/沸腾 <0.127/<0.127 室温/— 室温/95 0.0708/— 0.000/0.002 0.000/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.000 <0.127/<0.000 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 室温/沸腾 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 <0.127/<0.127 室温/— 80 <0.127/— 0.005 0.005 0.0005 0.0005 0.003 沸腾 0.127 0.00254 0.00254 0.127 0.305 优良/优良 优良/— 优良 良好 优良 良好 良好 三氯乙烯 99%蒸气和液体 物 三氯乙烯(稳定) 99 甲醛 甲醛(含2.5%H2SO4) 37 50 注:1.耐蚀等级分为三级: 优良——耐蚀,腐蚀速度在0.127mm/a以下。 良好——中等耐蚀,腐蚀速度在0.127-1.27mm/a之间。 差——不耐蚀,腐蚀速度在1.27mm/a以上。

2.纯钛在大多数介质中,特别是在中性、氧化性介质和海水中有高的耐蚀性。

钛在海水中的耐蚀性比铝合金、不锈钢和镍合金还高,在工业、农业和海洋环境的大气中,虽然数年,表面也不变色。氢氟酸、硫酸、盐酸、正磷酸以及某些热的浓有机酸对钛的腐蚀较大(见上表),其中氢氟酸不论浓度、温度高低,对钛都有很高的腐蚀作用。钛对各种浓度的硝酸和铬酸的稳定性高,在碱溶液和大多数有机酸、无机盐溶液中的耐蚀性也很高。

3.钛不发生局部腐蚀和晶间腐蚀,腐蚀是均匀进行的。

4.钛合金的耐蚀性与工业纯钛相近,这一点是钛合金能在化工和造船工业获得广泛应用的原因。

钛的三大功能

功能材料是以物理性能为主的工程材料,即在电、磁、声、光、热等方面具有的特殊性质,或在其作用下表现出特殊功能的材料。对钛和钛合金的研究已发现其有三种特殊功能有应用前途:

一、记忆功能

钛-镍合金在一定环境温度下具有单向、双向和全方位的记忆效应,被公认是最佳记忆合金。在工程上做管接头用于战斗机的油压系统;石油联合企业的输油管路系统;直径0.5mm丝做成的直径500mm抛物网状天线用于宇航飞行器上;在医学工程上用于制作鼾症治疗;制成螺钉用于骨折愈合等。上述应用均获得了明显效果。

二、超导功能

铌-钛合金在温度低于临界温度时,呈现出零电阻的超导功能。

三、贮氢功能

钛-铁合金具有吸氢的特性,把大量的氢安全的贮存起来,在一定的环境中又把氢释放出来。这在氢气分离、氢气净化、氢气贮存及运输、制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面应用很有前途。

钛合金知识资料

第二类:过渡元素、氢、铍、硼族、碳族和氮族元素与钛生成金属间化物和有限固溶体;第三类:锆、铪、钒族、铬族、钪元素与钛生成无限固溶体;第四类:惰性气体、碱金属、碱土金属、稀土元素(除钪外),锕、钍等不与钛发生反应或基本上不发生反应。与化合物的反应:◇HF和氟化物氟化氢气体在加热时与
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