Forskjeller for titanlegering i luft og temperatur
Reaksjonen av titanlegeringsmaterialer som titanstenger og titanrør i luft reagerer vanligvis med tre ikke-metalliske elementer: oksygen, nitrogen og hydrogen. Reaksjonsprosessen deres er nært knyttet til temperaturen.
Reaksjonen av titan med oksygen i luft er veldig treg under 100 grader, og bare overflaten oksideres ved 500 grader. Når temperaturen stiger, begynner overflateoksydfilmen å oppløses i titan, og oksygen begynner å diffundere inn i metallets indre gitter, men ved 700 grader har oksygen ennå ikke kommet inn i metallets indre gitter i store mengder. Når den overstiger 700 grader, akselererer diffusjonen av oksygen inn i metallet, og overflateoksydfilmen mister sin beskyttende effekt ved høye temperaturer.
Reaksjonen mellom titan og oksygen avhenger av formen og temperaturen i titan. Pulverisert titan kan brenne eller eksplodere voldsomt i luften ved romtemperatur på grunn av statisk elektrisitet, gnister, friksjon, etc. Imidlertid er tett titan veldig stabil i luften ved romtemperatur. Når tett titan varmes opp i luften, begynner det å reagere med oksygen. Opprinnelig kommer oksygen inn i titanoverflategitteret for å danne en tett oksydfilm. Denne overflateoksydfilmen kan forhindre at oksygen diffunderer innover og har en beskyttende effekt. Derfor er titan stabilt i luft under 500 grader. Fargen på overflateoksydfilmen er relatert til formasjonstemperaturen. Den er sølvfarget hvitt under 200 grader, lysegul ved 300 grader, gylden gul ved 400 grader, blå ved 500 grader, lilla ved 600 grader, rødgrå i 700-800 grad, og grå ved 800-900 grad. I rent oksygen er starttemperaturen til den voldelige reaksjonen mellom titan og oksygen lavere enn i luft, og titanforbrenninger i oksygen ved omtrent 500-600 grad.
Titan reagerer ikke med nitrogen ved romtemperatur, men ved høy temperatur er titan et av få metallelementer som kan brenne i nitrogen. Forbrenningstemperaturen til titan i nitrogen er omtrent høyere enn 800 grader. Reaksjonen mellom smeltet titan og nitrogen er veldig intens. I tillegg til dannelsen av titannitrider (Ti3n, tinn, etc.), danner reaksjonen mellom titan og nitrogen også en TI-N fast løsning. Når temperaturen er 500-550 grader, begynner titan å absorbere nitrogen betydelig for å danne en interstitiell fast løsning; Når temperaturen når over 600 grader, øker hastigheten på titan som absorberer nitrogen. I TI-N-fastløsningen kommer nitrogen inn i titangitteret i form av titannitrid, og øker dermed faseovergangstemperaturen til titan. Nitrogen er også en stabilisator for titan.
Nitrogen er også en stabilisator for titan. Maksimal løselighet (massefraksjon) nitrogen i titan er 7% ved 1050 grader og 2% ved 2020 grader, men hastigheten som titan absorberer nitrogen er mye tregere enn hastigheten ved å absorbere oksygen. Derfor absorberer titan hovedsakelig oksygen i luften, og nitrogenabsorpsjon er sekundært.
Titan reagerer med hydrogen for å danne TIH, TIH2-forbindelser og Ti-H fast løsning. Hydrogen kan oppløses godt i titan, og 1 mol titan kan absorbere nesten 2 mol hydrogen. Hastigheten og mengden hydrogenabsorpsjon med titan er relatert til temperatur og hydrogentrykk. Mengden hydrogen absorbert av titan ved romtemperatur er mindre enn 0. 002%. Når temperaturen når 300 grader, øker hastigheten på hydrogenabsorpsjon med titan; Den når maksimal verdi til 500-600 grader.
Når temperaturen stiger, reduseres mengden av hydrogen som titanet av titan. Når temperaturen når 1000 grader, blir mesteparten av hydrogenet som absorberes av titan dekomponert. Økningen i hydrogentrykk kan akselerere hastigheten på titanabsorberende hydrogen og øke mengden hydrogen absorbert. Tvert imot, titan kan dehydrogeneres under redusert trykk. Derfor er reaksjonen mellom titan og hydrogen reversibel. Reaksjonen mellom titan og hydrogen danner ikke en film på overflaten, fordi hydrogenatomet er lite i størrelse og raskt kan diffuse inn i dybden av titangitteret for å danne en interstitiell fast løsning. Oppløsningen av hydrogen i titan kan redusere faseovergangstemperaturen til titan. Hydrogen er en stabilisator for Ti.
