第11章 钛及钛合金的耐蚀性.ppt

* 常 用 金 属 材 料 的 耐 蚀 性 * 常 用 金 属 材 料 的 耐 蚀 性 第11章 钛及钛合金的耐蚀性 11.1 概述 钛曾经被称为稀有金属，但是实际上在地壳中储量很大。是地球上蕴藏量占第十位的元素。随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，世界上储量超过一千万吨的钛矿并不稀罕。但是在应用上钛还是一个新金属。 钛也被誉为“第三金属”，在有色金属的应用中，仅次于铝和铜。 钛的应用是从航空、航天等军事方面开始，逐渐向一般工业推广的。 一些工业发达国家（美国、日本、前苏联等），一般工业用钛迅速扩大，80年代每年超过2万吨，我国对钛的民用推广非常重视，80年代初成立了一个专门机构-----全国钛推广应用领导小组，使钛材逐渐应用推广到全国60多个行业，获得了良好的经济和社会效益。 钛具有“亲生物“’性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。 4、固态下有两种同素异构体：熔点为882.5℃为体心立方结构的β相；882.5℃以下为密排六方晶格α相。 12.1.1钛的物理特性 2、熔点1668℃ 1、密度：4.5 3、导电导热性差（导热率只有铜的5%，电阻率比铜高34倍） 5、钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为 0.38-0.4K。 882.5℃ 1668℃ α相 液 β相 1、比强度高。（常用金属材料中最高，比镁合金还高）。用钛来制造潜艇一——钛潜艇。由于钛非常结实，能承受很高的压力，这种潜艇可以在深达4500米的深海中航行。 11.1.2钛的力学性能特点 2、高纯钛强度低，塑性好。 （纯度最高的钛是用碘化物法制得的，其杂质含量很低，不大于0.05% 。 抗拉强度一般低于255MPa，屈服强度低于170MPa，延伸率大于50%。 3、工业纯钛含有少量的Fe ,C ,Si ,N等杂质，因此强度大大提高，塑性显著降低。断面收缩率高达70～80%）  11.1.3钛的加工工艺性 1、工业纯钛可以进行各种压力加工（锻、轧、挤压等）。 2、可用通用设备切削，但切削加工性差。 （原因：钛的化学活性大，导热性差，表面有较高的粘接性） 3、可以焊接成型。（最常用氩弧焊。） 11.2 纯钛的耐蚀性 钛以其优异的耐蚀性和可以接受的价格，已经成为化工和通用工程的重要耐蚀结构材料。 11.2.1钛的电化学特性 钛的标准电极电位很低（-1.63V），因此，钛在热力学上是极不稳定的金属。 11.2.2钛的钝化和表面氧化膜 1、钛的钝化 （1）钛是一个高钝化性的金属，它的可钝化性超过Al ,Cr, Ni 和不锈钢。 （2）钛的致钝电位低，临界钝化电流小，因此容易钝化，而且有很强的钝态稳定性。 （3）钝化电位区宽。（高达20V），不易产生过钝化。 （4）钝态不受氯离子破环。（对比铝的钝化膜） （3）氧化膜不是单一结构，随生成条件而异。 主要结构有：TiO ,TiO2 ,Ti2O3等。 2、钛的表面氧化膜 （1）在大气或者水中，钛表面会自动形成氧化膜。 （2）氧化膜与基体结合力强，保护性好。 1、钛对氯和氯化物具有很高的耐蚀性。（各种金属中最耐蚀，包括在王水中） 例如：钛在海水中完全耐蚀，在氯化物或海水中还耐点蚀，这些都胜过了不锈钢和铜合金。 11.2.3 钛在常用介质中的耐蚀性。 2、钛在沸腾的水和过热蒸汽中是耐蚀的。 3、钛在大气和土壤中极其耐蚀。（长期实验腐蚀速率小于0.001mm/年） 4、钛在铬酸（沸腾）、硝酸、浓硝酸和浓硫酸的混合酸中也耐腐蚀。 5、钛对纯的非氧化性酸是不耐蚀的。（腐蚀速率随着温度、浓度增加而增加） 6、钛对氢氟酸、高温的稀磷酸、室温的浓磷酸也不耐蚀。 7、钛在稀碱液中是耐蚀的。（如﹤20%的苛性钠）。 8、钛在无水的氧化性介质中是危险的。 钛在发烟硝酸、干氯气、液溴、固体结晶碘以及纯氧气中会发生着火和爆炸。 11.2.4 钛的特殊腐蚀形式 1、钛的着火和爆炸 例如： （1）钛在发烟硝酸中着火爆炸：浓硝酸是一种强氧化剂，钛应该是耐腐蚀的。但是在发烟硝酸中，会发生非常剧烈的腐蚀和氧化，引起着火反应。 原因：着火反应以钛表面极剧烈的腐蚀作用开始，这种反应常常开始于晶间，并在钛表面留下很细的金属钛粉末，此时，在氧化剂（如硝酸）的作用下，或同时有撞击、摩擦等外来机械因素的引发下，就可能引起着火。 （2）钛在干氯气中着火自燃。 （3）钛在纯氧气中自燃。 （3）各种卤化